肖心遠(yuǎn)，李懷俊

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510650）

0 引言

當(dāng)前，道路客運(yùn)車輛是人們出行的一個(gè)最主要的交通工具，而道路客運(yùn)車輛的安全運(yùn)輸是客運(yùn)公司及管理部門最為重視的一項(xiàng)指標(biāo)，數(shù)據(jù)表明，客運(yùn)車輛重大事故往往會(huì)造成大量人員傷亡，給國家和個(gè)人都會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失[1-2]，因此，為加強(qiáng)對(duì)道路客運(yùn)車輛的運(yùn)營管理，加強(qiáng)對(duì)客運(yùn)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，預(yù)防交通事故的發(fā)生，確保乘員、車輛、司機(jī)的安全，并且為交通事故分析提供科學(xué)參考依據(jù)，保障乘員、運(yùn)輸公司的合法權(quán)益，本文建立一套基于多信息融合的道路客運(yùn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)將車輛的位置與速度、車內(nèi)外的圖像、視頻等各類媒體信息、駕駛員的身體狀況、駕駛員的駕駛情況等參數(shù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理，有效滿足運(yùn)輸公司對(duì)車輛及駕駛員管理的各類需求。系統(tǒng)綜合利用了全球衛(wèi)星定位(GPS)、無線通信(Zig?Bee/4G)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別（RFID）、視頻壓縮處理和安全管理等高新技術(shù)[3-4]，最直觀地監(jiān)控車輛實(shí)時(shí)圖像、顯示車輛內(nèi)外的運(yùn)行情況及駕駛員的駕駛情況，同時(shí)對(duì)車輛及駕駛員實(shí)時(shí)定位跟蹤，將運(yùn)輸公司、司機(jī)等各環(huán)節(jié)的信息有效、充分地結(jié)合起來，達(dá)到充分監(jiān)控、調(diào)度車輛的目的，保障乘員、司機(jī)的安全，提高運(yùn)輸效率。

1 道路客運(yùn)車輛及駕駛員綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建

圖1 監(jiān)控平臺(tái)拓普結(jié)構(gòu)圖

本文搭建了道路客運(yùn)車輛及駕駛員遠(yuǎn)程監(jiān)控專用平臺(tái)；開發(fā)了數(shù)據(jù)傳輸性能測(cè)試設(shè)備、開發(fā)了專用于客運(yùn)車輛及駕駛員監(jiān)控的軟件，建成了一套新型數(shù)據(jù)集成與分析平臺(tái)。本平臺(tái)組成部分主要有四大部分：駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)、車輛監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(4G/GPRS/GPS)、監(jiān)控中心管理系統(tǒng)[5]。監(jiān)控平臺(tái)拓普結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其主要硬件構(gòu)成由如下部分構(gòu)成：（1）車輛監(jiān)控，包含各種視頻信號(hào)、胎壓信號(hào)、車速信號(hào)、車輛維修保養(yǎng)等信息的采集；（2）駕駛員監(jiān)控，包含各種視頻信號(hào)、體溫信號(hào)、心率信號(hào)等信息的采集，終端設(shè)備用于安裝于車輛駕駛臺(tái)上，對(duì)該車輛的駕駛員進(jìn)行相關(guān)狀態(tài)檢測(cè)監(jiān)控；（3）固定IP外網(wǎng)服務(wù)器，由于4G、GPS設(shè)備終端需要實(shí)時(shí)與服務(wù)器進(jìn)行通訊，固定IP外網(wǎng)服務(wù)器需具有一個(gè)固定IP地址，以使終端上線后主動(dòng)尋找該地址的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通訊。該服務(wù)器主要用于與多個(gè)4G、GPS終端進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊及駕駛員和車輛狀態(tài)情況查詢服務(wù)；（4）內(nèi)網(wǎng)終合服務(wù)器，主要用于服務(wù)于4G、GPS終端上傳的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，及內(nèi)部相關(guān)服務(wù)；（5）監(jiān)控中心電腦設(shè)備及各分控中心，普通電腦設(shè)備，用于車輛與駕駛員實(shí)時(shí)監(jiān)控及管理用途。

2 車輛及駕駛員多信息安全監(jiān)控指標(biāo)

流動(dòng)性強(qiáng)是客運(yùn)車輛運(yùn)輸?shù)囊淮筇攸c(diǎn)，客運(yùn)車輛發(fā)生事故很容易造成重大事故，因此政府和企業(yè)對(duì)客運(yùn)車輛的監(jiān)控也是十分重視，通常對(duì)客運(yùn)車輛采用GPS監(jiān)控系統(tǒng)但功能只局限于：監(jiān)控車速（是否超速）、查看行駛軌跡（是否按正常路線行駛）、通信功能、事故報(bào)警功能[6]。但對(duì)于車輛的狀態(tài)及駕駛員的狀態(tài)信息無法實(shí)時(shí)監(jiān)控，如輪胎氣壓狀態(tài)、車內(nèi)乘員、車輛狀態(tài)、駕駛員狀態(tài)信息等。因此本文提出對(duì)客運(yùn)車輛的行駛軌跡、車輛位置、輪胎氣壓、車輛乘員、車輛信息、駕駛員體溫、駕駛員心率、駕員疲勞駕駛情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，詳細(xì)監(jiān)控如表1所示。

3 車輛及駕駛員多信息采集系統(tǒng)

車輛監(jiān)控的信息包括車輛的行駛軌跡、車輛位置、輪胎氣壓、車內(nèi)乘客、車外情況、車輛維護(hù)信息、車輛狀態(tài)信息等，其中胎壓與氣體泄漏模塊通過ZigBee無線通訊，與主控制器實(shí)現(xiàn)通信；車輛狀態(tài)信息通過終端內(nèi)置CAN總線接口，接入汽車CAN總線，采集汽車底盤信息（發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、機(jī)油溫度、機(jī)油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油量等）；GPS模塊、GPRS無線通信模塊、聲光報(bào)警模塊、視頻采集模塊、RFID卡模塊與主控制器通過相應(yīng)的模塊通信；對(duì)于駕駛員的監(jiān)控，主要對(duì)駕駛員信息、行駛軌跡、駕駛員體溫、駕駛員心率、酒精濃度、駕駛員疲勞狀況進(jìn)行監(jiān)控；其監(jiān)控信息采集功能原理圖如圖2所示。

表1 客運(yùn)車輛及駕駛員多信息融合監(jiān)控表

圖2 信息采集功能原理圖

4 車輛及駕駛員監(jiān)控信息功能實(shí)現(xiàn)

（1）車輛行駛軌跡及位置信息監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

車輛行駛軌跡利用GIS電子地圖及GPS全球定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，調(diào)度監(jiān)控中心根據(jù)需要可隨時(shí)了解所有車輛的實(shí)時(shí)位置，并能在中心的電子地圖上準(zhǔn)確地顯示車輛當(dāng)時(shí)的狀態(tài)（如速度、運(yùn)行方向等信息）。系統(tǒng)的電子地圖支持矢量和影像地圖顯示，對(duì)任意指定區(qū)域的車輛進(jìn)行查詢；可任意放大、縮小、移動(dòng)電子地圖；可進(jìn)行同屏多窗口顯示監(jiān)控，或?qū)⒛繕?biāo)鎖定在某窗口，自動(dòng)跟蹤等；監(jiān)控車輛的參數(shù)主要為：車輛位置、運(yùn)行速度、運(yùn)動(dòng)方向及時(shí)間信息。

（2）胎壓信息監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

車載終端通過胎壓監(jiān)控儀采集胎壓數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換處理，判斷胎壓是否高于或低于設(shè)定范圍，如超出設(shè)定范圍則進(jìn)行聲光報(bào)警，提醒駕駛員停車進(jìn)行維修。其功能實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

圖3 車輛胎壓監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)圖

（3）車內(nèi)乘員及車外情況視頻監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)于客運(yùn)車輛而言，車內(nèi)乘員的安全是客運(yùn)公司及管理部最主要的監(jiān)控點(diǎn)，因此，本系統(tǒng)在車內(nèi)安裝4路防爆視頻攝像頭：一路安裝在前車門，用于監(jiān)控上車及駕駛員駕駛情況；一路安裝在后車門，用于監(jiān)控下車情況；一路安裝于車內(nèi)前部，一路安裝于車內(nèi)后部，用于監(jiān)控整個(gè)車內(nèi)乘客情況。同時(shí)在車輛外面的尾部安裝一路防爆視頻攝像頭，用于倒車時(shí)監(jiān)控車輛尾部情況，結(jié)合車載雷達(dá)，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。視頻圖像通過車載終端存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，另外也可以通過4G無線通訊，實(shí)現(xiàn)無線傳輸，當(dāng)管理人員需要在后臺(tái)監(jiān)控中心查看車載視頻信息時(shí)，即可實(shí)時(shí)查看，同時(shí)還可控制攝像頭云臺(tái)的上、下、左、右和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)以及鏡頭的變倍等。其功能實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

圖4 視頻監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)圖

（4）車輛維護(hù)信息數(shù)據(jù)庫功能

本系統(tǒng)建立了車輛維護(hù)信息數(shù)據(jù)庫，使得車輛監(jiān)控系統(tǒng)具備豐富的數(shù)據(jù)信息，車輛采取RFID卡監(jiān)控。出車、收車均需刷RFID卡；車輛維護(hù)保養(yǎng)等采用RFID卡結(jié)算，可記錄車輛維護(hù)保養(yǎng)的時(shí)間，每次維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用；可記錄車輛加油的時(shí)間，每次加油的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)成本核算；同時(shí)還可記錄車輛載/空車狀態(tài)、車牌號(hào)、車型、司機(jī)名字、所屬單位及通訊聯(lián)系方式等信息。所有這些數(shù)據(jù)，都會(huì)錄入后臺(tái)監(jiān)控中心的車輛維護(hù)信息數(shù)據(jù)庫。

（5）車輛狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫功能

車輛狀態(tài)信息通過終端內(nèi)置CAN總線接口，接入汽車CAN總線，采集汽車底盤信息（包含：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、機(jī)油溫度、機(jī)油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油量、車輛的分里程、總里程等信息）；這些數(shù)據(jù)信息會(huì)接入車載終端，后臺(tái)監(jiān)控中心如需查看信息，可由終端通過無線通訊功能傳送到后臺(tái)監(jiān)控中心，后臺(tái)可直接查看。如不需查看，則信息不需傳送。車載終端如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超出車輛允許的安全范圍，則會(huì)進(jìn)行報(bào)警。

（6）基于ZigBee無線通訊的駕駛員體溫及心率監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

統(tǒng)計(jì)表明，在客運(yùn)車輛的事故發(fā)生原因，75%是由于駕駛員的原因造成了事故，有些駕駛員在帶病發(fā)燒的狀態(tài)下開車，有些駕駛員開賭氣車，但駕駛員生病發(fā)燒時(shí)，人體溫會(huì)上升，駕駛員生氣時(shí)，心率會(huì)有較大的波動(dòng)[7]，因此，本文對(duì)于駕駛員實(shí)行在線監(jiān)控，針對(duì)駕駛員的體溫和心率監(jiān)控需求，需采用無線信息傳輸，本文設(shè)計(jì)了一種手腕式人體溫度和心率信號(hào)采集終端，此信息采集終端與車載終端之間通過ZigBee無線通訊，采集到駕駛員溫度和心率數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取處理結(jié)果，如果駕駛員的體溫和心率發(fā)現(xiàn)異常，則進(jìn)行語音報(bào)警，提醒駕駛員停車休息。其功能實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

圖5 駕駛員體溫和心率監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)圖

（7）駕駛員疲勞監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)駕員疲勞駕駛時(shí)，首先行駛時(shí)間會(huì)很長，然后駕駛員的心率會(huì)相對(duì)變緩，車載終端通過采集駕駛員的行車時(shí)間、心率等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析判斷，再進(jìn)行疲勞語音報(bào)警，提醒駕駛員停車休息。其功能實(shí)現(xiàn)如圖6所示。

圖6 駕駛員疲勞監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

5 后臺(tái)監(jiān)控管理中心

后臺(tái)監(jiān)控管理中心是整個(gè)客運(yùn)車輛及駕駛員監(jiān)控管理系統(tǒng)的重要組成部分。監(jiān)控中心配置包括了各類功能服務(wù)器、應(yīng)用終端和軟件、監(jiān)控設(shè)備、報(bào)警裝置、數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)監(jiān)控大屏等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)內(nèi)車輛當(dāng)前所處的位置、速度、方位、乘客情況、駕駛員狀況的各實(shí)時(shí)參數(shù)以及車內(nèi)外視頻的遠(yuǎn)程監(jiān)視，在監(jiān)控中心的電子地圖上能準(zhǔn)確地顯示車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)聽及喊話，報(bào)警等動(dòng)作；各類分析預(yù)測(cè)和管理軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸車輛的安全分析和管理、事故預(yù)測(cè)、音視頻指揮調(diào)度功能，可提供位置查詢、電子地圖服務(wù)、車輛管理[8]等多種服務(wù)。后臺(tái)監(jiān)控中心是整個(gè)監(jiān)控管理調(diào)度系統(tǒng)的監(jiān)控指揮中心，所有無線視頻圖像都匯聚到指揮中心，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖7所示。

圖7 后臺(tái)監(jiān)控管理中心架構(gòu)圖

6 結(jié)論

本文建立一套基于多信息融合的道路客運(yùn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)將車輛的位置與速度，車內(nèi)外的圖像、視頻等各類媒體信息、駕駛員的身體狀況、疲勞狀況、駕駛員的駕駛情況數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理，有效滿足運(yùn)輸公司對(duì)車輛及駕駛員管理的各類需求。系統(tǒng)不僅對(duì)車輛進(jìn)行監(jiān)控、同時(shí)也對(duì)駕駛員進(jìn)行監(jiān)控，提高駕駛員行車安全，減少車輛事故率。