基于北斗系統(tǒng)的汽車試驗(yàn)信息采集與分析系統(tǒng)研究

蔡振華 梁晨 崔康 王威

關(guān)鍵詞：汽車試驗(yàn);信息采集系統(tǒng);信息分析系統(tǒng);北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

0 引言

2020年中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量為3.72億輛，其中汽車保有量為2.81億輛。我國(guó)目前已成為汽車制造大國(guó)，汽車產(chǎn)銷量連續(xù)多年居世界第一。汽車產(chǎn)品為中國(guó)物流行業(yè)的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。但與此同時(shí)，部分商用汽車產(chǎn)品也存在安全配置低、整車性能差等問(wèn)題，汽車肇事引發(fā)的交通事故依然高發(fā)[1]。2019年中國(guó)交通事故死亡人數(shù)為6.28萬(wàn)人，交通事故受傷人數(shù)為25.61萬(wàn)人，交通事故直接財(cái)產(chǎn)損失為13.46億元。

群死群傷的重特大惡性交通事故時(shí)有發(fā)生，致使人民群眾生命和財(cái)遭受巨大損失[2]。因此加強(qiáng)道路運(yùn)輸車輛安全技術(shù)管理，提升汽車本質(zhì)安全性能質(zhì)量，有效遏制和減少因汽車本質(zhì)安全性能不足導(dǎo)致的安全事故，是切實(shí)保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全、促進(jìn)汽車行業(yè)健康發(fā)展的有效途徑[3]。

針對(duì)道路運(yùn)輸車輛技術(shù)管理，交通運(yùn)輸部建立了道路運(yùn)輸車輛營(yíng)運(yùn)安全達(dá)標(biāo)車型公告等相關(guān)制度，形成了較為完善的道路運(yùn)輸車輛技術(shù)服務(wù)體系，為道路運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展和實(shí)現(xiàn)“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo)提供了有力的技術(shù)支撐[4]。交通運(yùn)輸部對(duì)于道路運(yùn)輸車輛安全性能和結(jié)構(gòu)配置提出了最基本的安全技術(shù)要求，開(kāi)展了大量技術(shù)準(zhǔn)入和檢測(cè)服務(wù)工作，優(yōu)化了技術(shù)管理和監(jiān)管措施。在此過(guò)程中，建立一個(gè)高效的汽車產(chǎn)品檢測(cè)信息管理平臺(tái)，加強(qiáng)道路運(yùn)輸車輛技術(shù)準(zhǔn)入和檢測(cè)監(jiān)管，對(duì)于政府、企業(yè)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)都十分必要。

1 汽車試驗(yàn)信息采集與分析系統(tǒng)研究

本文基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研究了一種汽車試驗(yàn)信息采集與分析系統(tǒng)，為提高汽車試驗(yàn)過(guò)程中樣車核查的質(zhì)量與效率、規(guī)范汽車試驗(yàn)視頻監(jiān)控拍攝方法以及有效監(jiān)管車輛的試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程提供了有力保障[5]。該系統(tǒng)可采集汽車試驗(yàn)過(guò)程的有效信息，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，確保汽車試驗(yàn)核查視頻真實(shí)有效，加強(qiáng)了對(duì)汽車試驗(yàn)的監(jiān)督和管理。

系統(tǒng)由汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)兩部分組成。其主要特點(diǎn)包括：通過(guò)設(shè)備內(nèi)部攝像頭對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中指定步驟進(jìn)行錄像、拍照;在視頻及圖像中加入車輛VIN 碼等獨(dú)有信息，以防篡改并實(shí)時(shí)上傳到中心服務(wù)器;終端內(nèi)部嵌有九軸100 Hz采樣姿態(tài)傳感器，配合高頻高精度地理信息定位模塊（RS232 串口通訊），采集試驗(yàn)車輛在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中運(yùn)行軌跡和車輛姿態(tài)變化數(shù)據(jù)，輔助逆向算法對(duì)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過(guò)程高度還原;試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用獨(dú)有加密壓縮算法用以確保試驗(yàn)過(guò)程的真實(shí)性、唯一性[6]。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件采用四核64 位Coretex-A53高速處理器，配置安卓7.0系統(tǒng)，主頻為1.3 GHz ;內(nèi)存容量RAM 為2GB，ROM 為16GB，存儲(chǔ)容量大，運(yùn)行速度快，性能穩(wěn)定。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可輕松處理各項(xiàng)任務(wù)指令，支持多項(xiàng)任務(wù)流暢處理。檢測(cè)終端設(shè)備達(dá)到IP65 工業(yè)三防等級(jí)，即使從1.5 m 高度自然跌落也不會(huì)有任何損壞。

（2）系統(tǒng)配置前置200 萬(wàn)像素、后置800 萬(wàn)像素的攝像頭，帶閃光燈和自動(dòng)對(duì)焦功能;采用5 英寸IPS 高清顯示屏，分辨率為1280×720。

汽車試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和錄像可直接在檢測(cè)終端設(shè)備上展示。在系統(tǒng)中，所有試驗(yàn)涉及的視頻圖像及數(shù)據(jù)都可通過(guò)“補(bǔ)傳”功能實(shí)現(xiàn)在線提交，無(wú)需借助PC 客戶端便可確認(rèn)試驗(yàn)效果，節(jié)約了大量的人力及溝通成本，極大提高了工作效率。

（3）數(shù)據(jù)通訊采用4G 全網(wǎng)通，以及2.4G/5G 雙頻WiFi，符合IEEE802.11a/b/g/n5。

（4）觸控屏采用康寧大猩猩三代工業(yè)級(jí)多點(diǎn)觸控電容屏;LED 指示燈控制設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)的主要功能

系統(tǒng)主要功能包括：① 1080P 高清視頻H.264 main profile編碼;② JPG 圖像抓拍;③視頻疊加車輛VIN 信息;④高清視頻存儲(chǔ);⑤車輛姿態(tài)數(shù)據(jù)采集;⑥串口RS232 GPS 數(shù)據(jù)接收;⑦觸摸屏坐標(biāo)轉(zhuǎn)化;⑧視頻CVBS 屏幕輸出;⑨網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)發(fā)送、接收（圖1）。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與研究

（1）視頻編碼及解碼：視頻采集編碼和壓縮存儲(chǔ)。將攝像頭YUV 格式的原始視頻采用H.264 壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)720P 編碼錄像，在視頻中疊加車輛VIN 信息。錄像回放時(shí)解碼成YUV 格式播放，壓縮比為1 ：6，極大節(jié)省存儲(chǔ)空間。

（2）錄像存儲(chǔ)、上傳：試驗(yàn)視頻按“車輛VIN+ 試驗(yàn)步驟+ 日期”命名，方便事后調(diào)閱管理。自帶空間管理功能，以防空間不足影響設(shè)備使用。

（3）姿態(tài)模塊數(shù)據(jù)采集、解析：將采集的姿態(tài)、地理信息數(shù)據(jù)加密壓縮，實(shí)時(shí)上傳中心服務(wù)器。軟件逆向解算數(shù)據(jù)，在程序中回顯試驗(yàn)軌跡。

（4）試驗(yàn)邏輯控制：通過(guò)軟件界面中的“中止”、“結(jié)束”和“繼續(xù)”等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)程的控制。

（5）具有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)切換及鏈路保持功能。

（6）網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量保證。

（7）可實(shí)現(xiàn)本地試驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢、刪除（圖2）。

本系統(tǒng)采用4G 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)上傳試驗(yàn)視頻及動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)到中心服務(wù)器，同時(shí)在終端內(nèi)部備份。在試驗(yàn)的過(guò)程中采用差分算法分析北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，科學(xué)地得出各速度點(diǎn)的距離、時(shí)間和速度等試驗(yàn)結(jié)果;并采用散點(diǎn)圖顯示車輛試驗(yàn)中姿態(tài)變化，真實(shí)還原試驗(yàn)過(guò)程。試驗(yàn)人員通過(guò)本系統(tǒng)確認(rèn)各步驟的視頻質(zhì)量和動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果后，即可完成試驗(yàn)。

汽車試驗(yàn)分靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)兩部分。試驗(yàn)人員通過(guò)終端屏幕上的步驟控制按鍵，在試驗(yàn)監(jiān)管服務(wù)器上實(shí)時(shí)生成對(duì)應(yīng)步驟試驗(yàn)的視頻錄像，同時(shí)在服務(wù)器端和終端上保存。審查專家可通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行在線觀看，或事后再現(xiàn)回放，用于調(diào)查取證。車輛進(jìn)入試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)，中心服務(wù)器實(shí)時(shí)分析終端采集的地理信息數(shù)據(jù)，對(duì)等速試驗(yàn)、加速試驗(yàn)生成各速度點(diǎn)的距離和時(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以作為評(píng)審參考（圖3）。

汽車試驗(yàn)信息采集與分析系統(tǒng)主要完成車輛試驗(yàn)的視頻、圖片采集和數(shù)據(jù)壓縮，以及地理信息數(shù)據(jù)和車輛動(dòng)態(tài)試驗(yàn)姿態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將得到的媒體數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用4G 無(wú)線信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行姆?wù)器。通過(guò)終端的步驟控制觸摸屏，對(duì)試驗(yàn)步驟進(jìn)行控制。汽車試驗(yàn)檢測(cè)終端是系統(tǒng)的核心，該終端由視頻采集壓縮模塊、無(wú)線傳輸模塊、衛(wèi)星定位模塊、姿態(tài)數(shù)據(jù)接收模塊、存儲(chǔ)模塊和音視頻采集模塊組成。

服務(wù)器端主要由多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)、地圖服務(wù)器及視頻錄像服務(wù)器組成;其中多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)用于接收汽車試驗(yàn)檢測(cè)終端實(shí)時(shí)回傳的視頻流，將視頻流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)客戶端，生成試驗(yàn)錄像。服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)在線播放功能、試驗(yàn)管理功能、報(bào)警管理功能及錄像查詢功能。服務(wù)器可存儲(chǔ)車輛道路試驗(yàn)軌跡及速度點(diǎn)判斷。媒體服務(wù)器支持集群管理和大規(guī)模連接并發(fā)。車輛在試驗(yàn)過(guò)程中，服務(wù)器判斷每臺(tái)終端的地理信息是否在指定的電子圍欄內(nèi)，以防止檢測(cè)機(jī)構(gòu)在非指定場(chǎng)地試驗(yàn)。如發(fā)生越界，則觸發(fā)報(bào)警，并通知相關(guān)機(jī)構(gòu)和監(jiān)管人員的客戶端。

5 小結(jié)

本文研究的汽車試驗(yàn)信息采集與分析系統(tǒng)，基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，利用現(xiàn)代通信技術(shù)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠獲取更加豐富的試驗(yàn)信息。系統(tǒng)對(duì)汽車試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效分析可顯示試驗(yàn)中車輛的姿態(tài)變化，真實(shí)還原試驗(yàn)過(guò)程，準(zhǔn)確記錄試驗(yàn)信息，及時(shí)對(duì)試驗(yàn)問(wèn)題做出報(bào)警。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步提升監(jiān)控信息的真實(shí)性和有效性，為汽車產(chǎn)品的試驗(yàn)研究和政府管理提供科學(xué)的判斷依據(jù)。