車聯(lián)網(wǎng)智能視頻監(jiān)控終端對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛的多源化信息采集

許 忠，袁 立，廖麗華，朱劍欣

（1.深圳市有為信息技術(shù)發(fā)展有限公司，廣東 深圳 518000；2.公安部交通管理科學(xué)研究所，江蘇 無錫 214151）

0 引 言

倪光南院士認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是通過傳感技術(shù)（RFID、傳感器、GPS等）、通信技術(shù)（有線傳輸、無線傳輸?shù)龋⑽矬w與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、自動(dòng)報(bào)警與控制、診斷與維護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集管理、控制、營運(yùn)于一體的網(wǎng)絡(luò)。

車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在汽車行業(yè)的應(yīng)用，利用GPS定位、RFID、傳感器、攝像頭等裝置，車輛可以完成自身環(huán)境和狀態(tài)信息的采集，通過在車輛儀表臺(tái)安裝車載終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛工作情況以及靜態(tài)或動(dòng)態(tài)信息的采集、存儲(chǔ)并發(fā)送。系統(tǒng)分為車載終端、云計(jì)算處理平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，根據(jù)不同行業(yè)對(duì)車輛的不同功能需求實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的有效監(jiān)控與管理。

目前市面上已經(jīng)批量應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)智能視頻監(jiān)控終端，但缺乏對(duì)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸?shù)尼槍?duì)性設(shè)計(jì)，難以實(shí)現(xiàn)智能化管理和應(yīng)用[1]。危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸車輛是公路運(yùn)輸安全重點(diǎn)監(jiān)控管理的目標(biāo)，道路上危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅人民群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全[2]?；谀壳拔ｋU(xiǎn)品運(yùn)輸管理需求及管控系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀，引入高可靠性的多源化信息車載一體化采集終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛駕駛員不按規(guī)定時(shí)間或路線行駛等典型異常行為的辨識(shí)和預(yù)警。結(jié)合汽車電子標(biāo)識(shí)和電子運(yùn)單對(duì)運(yùn)輸過程中的車輛、人員、環(huán)境狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、預(yù)警報(bào)警、安全管理，最大程度減少危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故。

1 國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)智能終端研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控視頻終端質(zhì)量參差不齊，功能分散，無統(tǒng)一的一體化產(chǎn)品。

國內(nèi)對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸管理方面的研究起步較晚，隨著GPS和GIS技術(shù)的不斷成熟，國內(nèi)一些學(xué)者對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸進(jìn)行了相關(guān)研究。如曾金明等研究了GPS系統(tǒng)在危險(xiǎn)品運(yùn)輸中的應(yīng)用，探索建立預(yù)防公路危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故發(fā)生的信息控制系統(tǒng)。但上述研究僅停留在初級(jí)定性階段，缺少真實(shí)數(shù)據(jù)支撐，很難為公路危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)挠行Ч芾硖峁┬畔⒅С?。同時(shí)，國家頒布的法律法規(guī)主要針對(duì)如何規(guī)范管理危險(xiǎn)品運(yùn)輸，如《危險(xiǎn)化學(xué)品汽車運(yùn)輸安全監(jiān)控車載終端安裝規(guī)范》《危險(xiǎn)化學(xué)品汽車運(yùn)輸安全監(jiān)控系統(tǒng)車載終端與通信中心數(shù)據(jù)接口協(xié)議和數(shù)據(jù)交換技術(shù)規(guī)范》等。

研究表明：涉及化學(xué)危險(xiǎn)品的安全事故中，54%發(fā)生在生產(chǎn)和存儲(chǔ)過程中，41%發(fā)生在運(yùn)輸過程中，5%由其他原因引起[3]。國外的危險(xiǎn)品物流企業(yè)利用RFID、GSM和GPS等無線通信技術(shù)解決物流管理中出現(xiàn)的問題，如利用技術(shù)手段規(guī)范具體操作流程，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)品物流的安全操作等。

近年來，危險(xiǎn)品運(yùn)輸管理技術(shù)得到了較大發(fā)展。交通部建立的全國重點(diǎn)營運(yùn)車輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)將?；返缆愤\(yùn)輸車輛納入重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象。所有從事危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸?shù)能囕v必須安裝衛(wèi)星定位汽車行駛記錄儀，并接入全國重點(diǎn)營運(yùn)車輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)接受監(jiān)管。隨著汽車電子標(biāo)識(shí)、ETC、衛(wèi)星定位等技術(shù)的發(fā)展和普及，危險(xiǎn)品車輛的采集終端朝著多源化信息采集方向發(fā)展。

2 多源化信息采集終端體系架構(gòu)

多源化車載一體化信息采集終端是危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛采集終端的未來發(fā)展方向，應(yīng)支持多接口模塊化的車載終端集成方案，并集成汽車電子標(biāo)識(shí)、視頻圖像、衛(wèi)星定位、車輛行駛、駕駛行為及危險(xiǎn)品運(yùn)輸電子運(yùn)單數(shù)據(jù)等。終端還須支持中華人民共和國交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT/T 794-2019、JT/T 808-2019、JT/T 1076-2016）及中華人民共和國汽車行駛記錄儀標(biāo)準(zhǔn)（GB/T19056-2012）。該系統(tǒng)架構(gòu)具有位置監(jiān)控、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和傳輸、本地SD卡或硬盤錄像存儲(chǔ)、行駛記錄、緊急報(bào)警等功能。

目前提出的多源化車載一體化信息采集終端架構(gòu)包括雙核CPU硬件平臺(tái)和Linux軟件平臺(tái)。

系統(tǒng)主控CPU選用Hi3520D芯片，它是基于ARM11處理器內(nèi)核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器，處理頻率達(dá)600 MHz，能夠滿足客戶日益增長的軟件應(yīng)用需求；DDR3架構(gòu)能夠提供更大的數(shù)據(jù)處理帶寬和能力；選用H.264和MJPEG多協(xié)議編解碼，編解碼性能高達(dá)240 FPS D1@NTSC，能夠提供最佳多路編解碼DVR方案；視頻輸入/輸出接口可帶來清晰的畫質(zhì)和良好的視頻體驗(yàn)。EPU采用高性能、低功耗的STM32F205芯片，可控制LCD顯示屏、SD卡、通信模塊等，用于實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控控制器相關(guān)功能。

MPU系統(tǒng)具有汽車電子標(biāo)識(shí)記錄與音視頻編解碼、存儲(chǔ)等功能。EPU系統(tǒng)具有輸入/輸出、串口通信、電子運(yùn)單數(shù)據(jù)處理及模塊控制等功能。4G通信系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、調(diào)度等功能。多源化信息采集終端系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 多源化信息采集終端系統(tǒng)框架

軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方式。建立一個(gè)平臺(tái)抽象層模塊，借助該模塊將其他模塊與底層操作系統(tǒng)、硬件隔離，以確保軟件的可移植性。模塊化設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 多源化信息采集終端軟件架構(gòu)

軟件與平臺(tái)抽象層交互，但不直接訪問具體的操作系統(tǒng)或硬件。應(yīng)用程序能夠較快地移植到新平臺(tái)，如MDK平臺(tái)、Linux平臺(tái)、Windows平臺(tái)。

上述架構(gòu)從縱向和橫向2個(gè)方面設(shè)計(jì)，具備較多優(yōu)點(diǎn)：接口明確，適合多人開發(fā)；查找問題時(shí)更容易定位問題所在，利于及時(shí)排除隱患；測試明確；便于在不同平臺(tái)上移植，應(yīng)用軟件可在Linux、FreeRTos等系統(tǒng)上運(yùn)行，且源代碼清晰。此結(jié)構(gòu)確保了程序的可靠性、健壯性和可維護(hù)性。

3 多源數(shù)據(jù)的集成采集和存儲(chǔ)

多源化車載一體化終端應(yīng)支持衛(wèi)星定位、視頻圖像、汽車電子標(biāo)識(shí)、電子運(yùn)單數(shù)據(jù)、車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)、駕駛行為等信息的采集。

（1）衛(wèi)星定位信息采集。通過定位模塊實(shí)時(shí)獲取時(shí)間、經(jīng)度、緯度、速度、高程、方向等信息，并存儲(chǔ)到車載一體化終端內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，之后通過無線通信方式上傳至監(jiān)控中心。處于通信盲區(qū)時(shí)，以先進(jìn)先出的方式支持最少10 000條位置信息暫存，恢復(fù)通信后將存儲(chǔ)的信息補(bǔ)傳至監(jiān)控中心。

（2）視頻圖像信息采集。視頻圖像可支持多路模擬信號(hào)輸入，通過模擬攝像頭采集圖像和音頻數(shù)據(jù)后傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，之后上傳至主控VPU，通過協(xié)議編解碼模塊進(jìn)行編解碼操作。最后，可將相關(guān)信息傳輸至顯示屏等。

（3）汽車電子標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)采集。終端內(nèi)置汽車電子標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，通過外部輸入方式寫入終端。

（4）電子運(yùn)單數(shù)據(jù)采集。危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸電子運(yùn)單符合相關(guān)要求，終端支持接收危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸企業(yè)采用加密或數(shù)字身份認(rèn)證方式向終端下發(fā)電子運(yùn)單信息。

（5）車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)采集。通過I/O采集車輛的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)向、遠(yuǎn)光、近光、剎車、ACC等；通過CAN采集發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速、溫度等。

（6）駕駛行為數(shù)據(jù)采集。在車輛行駛過程中，車載一體化終端能夠通過面部監(jiān)測的方式識(shí)別駕駛員的注意力狀態(tài)，可對(duì)駕駛員進(jìn)行報(bào)警提示，并向平臺(tái)上報(bào)預(yù)警，同時(shí)實(shí)現(xiàn)本地保存和遠(yuǎn)程存儲(chǔ)報(bào)警點(diǎn)駕駛員面部特征照片和視頻信息。

車載監(jiān)控依托成熟的4G移動(dòng)通信技術(shù)和圖像采集編碼壓縮技術(shù)，在原有行駛記錄信息、車況信息、GPS/GIS信息、車輛安全信息的記錄基礎(chǔ)上，增加采集車輛視頻圖像語音等多媒體信息，但海量多媒體信息存儲(chǔ)需要大容量存儲(chǔ)介質(zhì)，而傳統(tǒng)的車載錄像監(jiān)控設(shè)備一般采用硬盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)，不僅抗震性差，不適合車載移動(dòng)環(huán)境使用，而且設(shè)備故障率較高。為解決上述問題，采用大容量SD卡存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，既解決了傳統(tǒng)硬盤抗震性較差的問題，也降低了設(shè)備成本。

常規(guī)數(shù)據(jù)一般通過各類文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲(chǔ)和管理，這兩種方式對(duì)編程要求較低，容易實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能，但缺點(diǎn)也較為明顯，如穩(wěn)定性差、存儲(chǔ)效率低下等。另外，不同的文件系統(tǒng)類型所支持的文件大小不一，且維護(hù)文件系統(tǒng)分區(qū)表較為困難，而數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只能存儲(chǔ)固定單元的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致存儲(chǔ)空間利用率低下。

為實(shí)現(xiàn)適合車載環(huán)境的大容量多媒體信息安全存儲(chǔ)，采用SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)。這種存儲(chǔ)方式脫離了文件系統(tǒng)，可借助算法于SD卡扇區(qū)存取數(shù)據(jù)，方式更為穩(wěn)定、高效，解決了文件系統(tǒng)存儲(chǔ)方式不穩(wěn)定的問題，還可對(duì)2張SD卡同時(shí)進(jìn)行管理，有效擴(kuò)展存儲(chǔ)容量。此方式能同時(shí)對(duì)車載應(yīng)用的所有數(shù)據(jù)（定位數(shù)據(jù)信息、圖像信息、汽車電子標(biāo)識(shí)、電子運(yùn)單等）進(jìn)行存取，并支持視頻圖像數(shù)據(jù)多通道存取，將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余存儲(chǔ)，確保數(shù)據(jù)完整無誤。由于環(huán)境特殊，因此在設(shè)計(jì)硬件時(shí)須考慮防碰撞、異常斷電等情況，終端須增加超級(jí)電容、存儲(chǔ)器抗震處理模塊及耐高溫處理模塊。

4 典型應(yīng)用分析

多源化車載一體化終端通過多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可為多種應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的支撐。

（1）超速駕駛預(yù)警

為有效遏制危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛超速行駛，針對(duì)對(duì)應(yīng)路段設(shè)置超速閾值，結(jié)合車輛當(dāng)前行駛速度，終端根據(jù)預(yù)設(shè)的速度閾值或接收的監(jiān)控中心下發(fā)的信息判斷駕駛員是否處于超速狀態(tài)，若超速，則通過特定手段（聲光）提醒駕駛員。

（2）疲勞駕駛提醒

駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)具備駕駛員疲勞監(jiān)測（打哈欠報(bào)警、閉眼報(bào)警等）、駕駛員注意力監(jiān)測（長時(shí)間不目視前方報(bào)警、抽煙報(bào)警、接打手持電話報(bào)警等）、駕駛員異常監(jiān)測（遮擋報(bào)警、紅外阻斷報(bào)警、駕駛員不在駕駛位置報(bào)警、人證不符報(bào)警等）等功能。

（3）車輛身份認(rèn)證

通過汽車電子標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)對(duì)車輛身份進(jìn)行認(rèn)證，從而實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)品車輛的關(guān)鍵路段通行和自動(dòng)登記，并可與保險(xiǎn)等聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛信息的準(zhǔn)確判定與物流等信息的全流程監(jiān)控。

（4）多車信息聯(lián)動(dòng)

通過多源數(shù)據(jù)信息處理，實(shí)現(xiàn)路面危險(xiǎn)品車輛多車信息聯(lián)動(dòng)，確保行車安全，并為未來車聯(lián)網(wǎng)的搭設(shè)提供技術(shù)支撐。

5 結(jié) 語

危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛車載一體化終端的多源化，不僅能通過多種技術(shù)手段完成數(shù)據(jù)采集，也能夠通過多源信息的融合和解析實(shí)現(xiàn)目前車載終端無法實(shí)現(xiàn)的功能。通過對(duì)終端體系架構(gòu)、采集存儲(chǔ)等技術(shù)的分析，驗(yàn)證了方案的可行性。多源化必然是危險(xiǎn)品車輛車載終端的未來發(fā)展方向，通過對(duì)駕駛?cè)藛T、車輛及環(huán)境等情況的錄像監(jiān)控、定位、預(yù)警報(bào)警等，減少危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故的發(fā)生，并最終形成危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸過程安全風(fēng)險(xiǎn)防范體系、主動(dòng)防控和過程監(jiān)控成套技術(shù)，全面提升危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸過程的安全保障能力。