基于“北斗+”車載4G（5G）視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

林曉帆

（廣州市沃天電子科技有限公司 廣東省廣州市 510000）

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車擁有量及道路交通流量急劇增加，各類車輛運(yùn)行不暢的狀況日益突出，如何運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)等高科技手段實(shí)現(xiàn)對(duì)各類車輛的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像化管理和對(duì)司機(jī)駕駛員的實(shí)時(shí)監(jiān)督考核，解決當(dāng)前傳統(tǒng)GPS 系統(tǒng)在使用過(guò)程中功能單一、圖像可視化程度不高、處理意外的及時(shí)性以及事故責(zé)任的追溯滯后、司機(jī)違規(guī)操作無(wú)法實(shí)時(shí)預(yù)警等問(wèn)題，進(jìn)一步提升道路運(yùn)輸行業(yè)的安全監(jiān)管能力以及道路運(yùn)輸信息化水平，有效遏制重特大事故發(fā)生，最為考驗(yàn)各級(jí)道路運(yùn)輸車輛主管部門和企業(yè)車輛調(diào)度部門的管理智慧和能力。

1 系統(tǒng)的原理

基于“北斗+”車載4G(5G)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究是基于由我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS 電子地圖、視頻圖像編解碼系統(tǒng)以及4G（5G）移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的車輛信息化監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)4G(5G)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，對(duì)車載北斗定位數(shù)據(jù)、視頻圖像數(shù)據(jù)以及車輛和各類OBD 數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸解析展示，實(shí)現(xiàn)車輛管理部門與車輛間、駕駛員間互聯(lián)互通實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)圖像視頻傳輸管理，并可向車輛、駕駛員提供調(diào)度信息、應(yīng)急信息發(fā)布、遠(yuǎn)距離車輛狀況診斷等服務(wù)。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè)的可行性

2.1 政策的驅(qū)動(dòng)為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè)提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)保障

北斗系統(tǒng)是我國(guó)著眼國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國(guó)家重要時(shí)空基礎(chǔ)設(shè)施。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航芯片、模塊、天線、板卡等基礎(chǔ)產(chǎn)品，是北斗系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前，我國(guó)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)產(chǎn)品的自主可控，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，北斗基礎(chǔ)產(chǎn)品的嵌入式、融合性應(yīng)用逐步加強(qiáng)，產(chǎn)生顯著的融合效益。截至2019年底，我國(guó)國(guó)產(chǎn)北斗兼容型芯片及模塊銷量已突破1 億片，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航定位終端產(chǎn)品總銷量突破4.6 億臺(tái)，6月23日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射北斗系統(tǒng)第五十五顆導(dǎo)航衛(wèi)星，暨北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星，至此北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署全面完成。6月30日，該衛(wèi)星有效載荷完成開(kāi)通，經(jīng)過(guò)遙測(cè)數(shù)據(jù)判讀，星載基準(zhǔn)頻率合成器、原子鐘、導(dǎo)航任務(wù)處理單元、星間鏈路等載荷設(shè)備均工作正常，地面接收信號(hào)正常。4月30日，國(guó)家工信部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于深入推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》，《通知》的總體目標(biāo)是推動(dòng)2G/3G 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)遷移轉(zhuǎn)網(wǎng)，建立NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）、4G（含LTE-Cat1，即速率類別1 的4G 網(wǎng)絡(luò)）和5G 協(xié)同發(fā)展的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)綜合生態(tài)體系，在深化4G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋、加快5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基礎(chǔ)上，以NB-IoT 滿足大部分低速率場(chǎng)景需求，以LTE-Cat1（以下簡(jiǎn)稱Cat1）滿足中等速率物聯(lián)需求和話音需求，以5G 技術(shù)滿足更高速率、低時(shí)延聯(lián)網(wǎng)需求，《通知》要求，加快推進(jìn)5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，繼續(xù)深化4G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，支持Cat1 發(fā)展;進(jìn)一步加大NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)部署力度，按需新增建設(shè)NB-IoT 基站，縣級(jí)及以上城區(qū)實(shí)現(xiàn)普遍覆蓋，面向室內(nèi)、交通路網(wǎng)、地下管網(wǎng)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)等應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)深度覆蓋，著力做好網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、監(jiān)測(cè)和優(yōu)化等工作，提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平?；谝陨蠂?guó)家級(jí)政策的驅(qū)動(dòng)布局，將引導(dǎo)“北斗+”車載4G(5G)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展。

2.2 市場(chǎng)的巨大需求為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè)提供可持續(xù)動(dòng)力

隨著我國(guó)汽車保有量的不斷增加，為系統(tǒng)的行業(yè)應(yīng)用提供了巨大的市場(chǎng)潛力，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公報(bào)數(shù)據(jù)顯示，2019年末我國(guó)民用汽車保有量2.615 億輛，比2018年末增加2122 萬(wàn)輛，其中全國(guó)民用載客汽車擁有量2791.1 萬(wàn)輛，全國(guó)民用載貨汽車擁有量2567.82 萬(wàn)輛，系統(tǒng)可以為以上各類不同車輛提供完善的監(jiān)控管理解決方案：

（1）公交車，長(zhǎng)途大巴車：具備北斗實(shí)時(shí)定位、路線規(guī)劃、行車時(shí)票款監(jiān)控，司乘人員行為監(jiān)控，發(fā)生乘客受傷，盜竊，搶劫等事故時(shí)，音像證據(jù)保存，交通事故后音像資料舉證。

（2）警車：車輛北斗定位調(diào)度、警員執(zhí)勤工作情況錄像保存，便于事后分析舉證，犯罪現(xiàn)場(chǎng)中人員，車輛等情況錄像。

（3）物流車，貨車：北斗實(shí)時(shí)定位監(jiān)控調(diào)度，貨物裝車，運(yùn)輸及卸貨過(guò)程錄像監(jiān)控，防盜。

（4）押鈔車，消防車，救護(hù)車：安全保衛(wèi)監(jiān)控，值勤工作監(jiān)控。

（5）校車，出租車，私家車：出現(xiàn)事故時(shí)責(zé)任舉證，保險(xiǎn)索賠舉證，防盜，防搶。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)包括兩大部分，第一個(gè)部分為系統(tǒng)軟件部分（包含服務(wù)器、固定IP、數(shù)據(jù)庫(kù)等）；第二部分為系統(tǒng)車載終端硬件部分，采用純北斗導(dǎo)航定位模式及先進(jìn)的視頻壓縮算法H.264、流媒體視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，整合數(shù)據(jù)通訊功能和數(shù)字視頻編碼功能。

3.1 軟件部分

負(fù)責(zé)接收車載終端的定位OBD 數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，對(duì)其接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲(chǔ)并通過(guò)軟件客戶端在GIS 電子地圖上展示管理。

3.2 硬件部分

車載終端負(fù)責(zé)對(duì)車輛定位數(shù)據(jù)OBD 數(shù)據(jù)、車輛視頻圖像數(shù)據(jù)的采錄存儲(chǔ)發(fā)送。視頻部分，車載終端視頻模塊把攝像機(jī)圖像經(jīng)過(guò)視頻壓縮編碼模塊壓縮，通過(guò)4G（5G）通訊模塊發(fā)送到移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、發(fā)送/接收、加解密、加解碼，鏈路的控制維護(hù)等功能。

4 系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)及技術(shù)創(chuàng)新

系統(tǒng)的總體功能設(shè)計(jì)包括車載終端硬件功能和系統(tǒng)軟件功能。硬件功能包括車輛監(jiān)控功能、車輛檢測(cè)和控制功能、車輛報(bào)警功能、汽車行駛記錄儀功能、保護(hù)功能、遠(yuǎn)程升級(jí)功能；系統(tǒng)軟件功能包含服務(wù)器端軟件功能、電子地圖功能、數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能、客戶端軟件功能、車輛資料管理功能。

4.1 車載終端功能

4.1.1 車載監(jiān)控功能

分為定位監(jiān)控功能、視頻實(shí)時(shí)上傳監(jiān)控功能、視頻存儲(chǔ)監(jiān)控功能。

（1）定位監(jiān)控功能：車輛自動(dòng)監(jiān)控定位功能、北斗速度或電子脈沖速度自由選擇功能，帶信息調(diào)度功能，TTS 功能內(nèi)置喇叭可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)，進(jìn)出區(qū)域設(shè)置、里程統(tǒng)計(jì)、盲區(qū)補(bǔ)傳功能、圖片實(shí)時(shí)上傳功能，軌跡存儲(chǔ)及回放功能；

（2）視頻實(shí)時(shí)上傳監(jiān)控功能：采用H.264 視頻壓縮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最大8 視頻和4 音頻監(jiān)控，通過(guò)4G/5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控視頻，實(shí)時(shí)上傳抓拍和報(bào)警圖片，遠(yuǎn)程回放視頻，遠(yuǎn)程下載視頻等功能，圖像分辨率D1/CIF(最高達(dá)到1080P)；

（3）視頻存儲(chǔ)監(jiān)控功能：采用雙卡大容量SD 卡和固態(tài)硬盤存儲(chǔ)圖像，采用特殊處理方式處理文件系統(tǒng)，使之適應(yīng)車載環(huán)境視頻和數(shù)據(jù)文件的安全，采用多媒體行駛記錄分析軟件，可以實(shí)現(xiàn)8路視頻，1 路音頻同步回放，條件回放、剪輯存儲(chǔ)、字符疊加、地理信息和行駛記錄疊加功能，事件分析和記錄提取功能，存儲(chǔ)視頻轉(zhuǎn)換和導(dǎo)出功能。

4.1.2 車輛檢測(cè)和控制功能

分為信號(hào)檢測(cè)和控制、道路檢測(cè)功能、汽車CAN 總線功能、透?jìng)骺谕饨釉O(shè)備，支持再次開(kāi)發(fā)功能、對(duì)接485 云臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)攝像頭和Wi-Fi 功能。

（1）信號(hào)檢測(cè)和控制：1 路視頻信號(hào)輸出（接AV 顯示屏），7 路開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入、1 路車速傳感器信號(hào)輸入、1 路繼電器控制輸出，1 路報(bào)警蜂鳴器輸出，智能及強(qiáng)制斷油電控制功能；

（2）道路檢測(cè)功能：道路檢測(cè)、道路檢測(cè)運(yùn)算、道路檢測(cè)偏離報(bào)警、道路檢測(cè)超速報(bào)警、進(jìn)/出站報(bào)告、通過(guò)時(shí)間上/下限報(bào)警、分段限速提示與報(bào)警；

（3）汽車CAN 總線功能：內(nèi)置汽車CAN 總線或配置汽車總線控制器，實(shí)現(xiàn)車況數(shù)據(jù)讀取，安全監(jiān)測(cè)、故障碼上傳和清除；

（4）透?jìng)骺谕饨釉O(shè)備，支持再次開(kāi)發(fā)功能：可連接出租車計(jì)價(jià)器，公交車刷卡器，RFID 讀卡器，LCD 信息屏，打印機(jī)，LED顯示屏，油量采集設(shè)備，溫度采集設(shè)備，正反轉(zhuǎn)采集設(shè)備等外接設(shè)備；

（5）對(duì)接485 云臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)攝像頭和Wi-Fi 功能：支持對(duì)接云臺(tái)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)攝像頭攝像，支持Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)通信。

4.1.3 車輛報(bào)警功能

包括立即上傳報(bào)警到監(jiān)控中心功能、語(yǔ)音提醒駕駛員功能。

（1）立即上傳報(bào)警到監(jiān)控中心功能：支持產(chǎn)生緊急報(bào)警、停車超時(shí)報(bào)警、超速報(bào)警、疲勞駕駛報(bào)警、偏離線路報(bào)警、進(jìn)出區(qū)域、掉電報(bào)警、低電壓報(bào)警，衛(wèi)星定位模塊故障報(bào)警，衛(wèi)星定位天線開(kāi)短路報(bào)警等立即上傳到系統(tǒng)平臺(tái)；

（2）語(yǔ)音提醒駕駛員功能：支持產(chǎn)生超速報(bào)警、超速預(yù)警、疲勞預(yù)警、疲勞駕駛報(bào)警、偏離線路報(bào)警、進(jìn)出區(qū)域報(bào)報(bào)警上傳到系統(tǒng)平功能，可通過(guò)報(bào)警蜂鳴器、語(yǔ)音TTS 播報(bào)或文字播報(bào)器等方式提醒駕駛員。

4.1.4 汽車行駛記錄儀功能

記錄儀數(shù)據(jù)符合GB/T 19056-2012 標(biāo)準(zhǔn)，支持信息采集與存儲(chǔ)、駕駛員身份識(shí)別、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)和信息打印，可通過(guò)平臺(tái)遠(yuǎn)程調(diào)取或本地串口提取記錄儀數(shù)據(jù)。

4.1.5 保護(hù)功能

包括省電模式和過(guò)壓保護(hù)：車輛熄火后，終端工作電流降為70mA@24V。電瓶電壓過(guò)低時(shí)，自動(dòng)保存錄象后，再關(guān)機(jī)，錄象不丟失超過(guò)極限電壓（36V）立即切斷外部電路保護(hù)終端，自動(dòng)保存錄象后，關(guān)閉整機(jī)電源，錄象不丟失。

4.1.6 遠(yuǎn)程升級(jí)功能

終端具備遠(yuǎn)程更新主機(jī)程序的功能。

4.2 系統(tǒng)軟件功能

4.2.1 服務(wù)器端軟件功能

具有4G（5G）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理功能，車輛的狀態(tài)、車輛的設(shè)備情況和報(bào)警的信息通過(guò)4G（5G）網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)給服務(wù)器端，所有的車輛的運(yùn)行情況通過(guò)服務(wù)器專用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)。狀態(tài)包括速度、方向、位置、報(bào)警信息等，并且通過(guò)專用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理對(duì)客戶端軟件進(jìn)行管理。

4.2.2 電子地圖功能

具備地圖圖層標(biāo)注顯示、地圖放大、地圖縮小、測(cè)距、地圖漫游、地圖興趣點(diǎn)標(biāo)注等功能。

4.2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能

具有為用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，包括車輛信息管理、用戶資料數(shù)據(jù)管理、駕駛員管理、位置管理、系統(tǒng)用戶的管理、車輛信息日志管理、工作站站指令日志管理、地理目標(biāo)數(shù)據(jù)管理、車輛軌跡信息的查詢、維護(hù)、車輛報(bào)警數(shù)據(jù)的查詢、維護(hù)、車輛軌跡報(bào)表的生成、打印。

4.3 系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新

（1）率先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)純北斗定位的技術(shù)應(yīng)用推廣，改變?cè)幸訥PS 定位或者北斗GPS 雙定位的模式，使系統(tǒng)的應(yīng)用更具有國(guó)產(chǎn)化推廣意義；

（2）系統(tǒng)直接應(yīng)用4G 全網(wǎng)通傳輸網(wǎng)絡(luò)，并可以在5G 網(wǎng)絡(luò)成熟后進(jìn)行二次技術(shù)升級(jí)兼容5G 網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率大大提升；

（3）運(yùn)用電子地圖精細(xì)顯示移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)位置，實(shí)現(xiàn)自主化地圖圖標(biāo)標(biāo)識(shí)標(biāo)注。

（4）系統(tǒng)終端具備實(shí)時(shí)視頻和語(yǔ)音錄像功能，具備高效的編碼傳輸能力，可實(shí)現(xiàn)雙向語(yǔ)音對(duì)講功能。

（5）系統(tǒng)終端集成ADAS 高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)，提醒駕車者注意異常的車輛或道路情況，最大程度上保證行車安全。

（6）系統(tǒng)終端集成DSM 司機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)車輛駕駛員駕駛行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，預(yù)防司機(jī)疲勞駕駛、違規(guī)駕駛等情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

交通運(yùn)輸行業(yè)是北斗系統(tǒng)最大的民用用戶之一，2018年8月，交通運(yùn)輸部辦公廳第115 號(hào)文《關(guān)于推廣應(yīng)用智能視頻監(jiān)控報(bào)警技術(shù)的通知》明確指出，要積極做好智能視頻監(jiān)控報(bào)警技術(shù)的推廣應(yīng)用，鼓勵(lì)支持道路運(yùn)輸企業(yè)在既有三類以上班線客車、旅游包車、危險(xiǎn)貨物道路運(yùn)輸車輛、農(nóng)村客運(yùn)車輛、重型營(yíng)運(yùn)貨車（總質(zhì)量12噸及以上）上安裝智能視頻監(jiān)控報(bào)警裝置，正式拉開(kāi)國(guó)家層面推進(jìn)安裝智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的序幕，目前全國(guó)已有近700 萬(wàn)輛“兩客一危”及貨運(yùn)車輛安裝北斗車載終端，建成全國(guó)重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)和全國(guó)道路貨運(yùn)車輛公共監(jiān)管與服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)道路運(yùn)輸重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車輛衛(wèi)星定位信息的全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，推動(dòng)營(yíng)運(yùn)車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)管工作，有效解決了長(zhǎng)期以來(lái)在車輛運(yùn)輸過(guò)程中“看不見(jiàn)、聽(tīng)不到、管不著”的問(wèn)題，可以預(yù)見(jiàn)，在國(guó)家政策不斷深化推廣以及技術(shù)的不斷創(chuàng)新，基于“北斗+”車載4G（5G）視頻監(jiān)控系統(tǒng)將迎來(lái)更為廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間與技術(shù)創(chuàng)新空間。