车载主机与录像仪器相结合的新型导航产品研究

孙小伍，马云林，袁 磊

（1.广东好帮手电子科技股份有限公司 广东 佛山　528100；2.重庆邮电大学 重庆　400065）

车载主机与录像仪器相结合的新型导航产品研究

孙小伍1，马云林1，袁 磊2

（1.广东好帮手电子科技股份有限公司 广东 佛山528100；2.重庆邮电大学 重庆400065）

为了提高汽车的行车安全和驾驶优越感，提出了一种车载主机与录像仪器相结合的新型导航产品设计方案，并完成系统的软件设计框架和数据库图表关系。该新型导航产品基于WINCE6.0系统平台，支持轨迹记录和时间搜索，可实现实景导航与高清行车记录仪之间任意切换，并支持关键点回放和KML扩展格式文件在地图上浏览。采用本技术方案可使用户在导航和行车记录仪切换更方便，用户体验感更优越，从而提高导航产品的市场竞争力。

车载主机；录像仪；轨迹记录；时间搜索；实景导航

汽车工业已成为我国国民经济发展的支柱产业之一，汽车技术的发展和人车信息的融合交流使得汽车电子成为了一个独立的产业。车载GPS主要用途就是定位监控和导航，由于导航方面民用较广且易于理解，所以经常提起车载GPS即是指车载导航产品［1］。随着近年来各种道德下滑事件屡屡发生，以及城市内混乱交通，搭载在车机上的录像仪器能记录车辆行驶途中的影像和声音等相关资讯，可为交通事故提供证据，划分事故责任维护车主的合法权益［2］，同时还能为喜欢自驾游的车主记录征服艰难险阻的过程，这就是近年来风行起来的行车记录仪。目前行车记录仪主要分为便携性行车记录仪与后装车机一体化DVD行车记录仪两大类。车载导航系统是智能交通系统ITS的一个分支，其把全球定位技术、地理信息技术、多媒体技术、通信技术及嵌入式计算机技术综合到一起的高科技系统，为车主打造特有的车载智能娱乐系统和提高驾驶优越感［3］。

伴随着我国工业化的高速发展，嵌入式系统已经融入我们的生活，由于WINCE6.0操作系统的稳定性和可靠性以及和桌面Windows一致的开发特性，使其成为很多嵌入式产品开发的首选。由于嵌入式系统的自身特点，越来越多的使用简洁方便的触摸屏作为人机界面，目前车载导航产品领域广泛采用了触摸屏作为人机交互界面［4］。近几年来市场上陆续出现导航产品，虽有小部分导航产品支持外挂式行车记录仪，但功能单一，切换复杂等因素增加了车主在驾驶过程中的危险因素。实现导航和行车记录仪之间任意切换，支持轨迹记录和时间搜索的导航记录产品目前在汽车电子行业还是一片空白，而此技术在汽车电子行业必将有广阔的发展空间。

1　需求分析

目前在车载主机上已分别实现GPS导航和外挂式行车记录仪功能，有些优质的车载导航产品也可实现简单的实景导航。但是能够将导航和行车记录仪二者结合，实行导航产品内置行车记录仪并实现二者之间的切换功能，并使车主能够在行车途中记录沿途关键点信息和实现轨迹浏览的技术，目前在汽车电子行业还是一片空白。本文重点研究如何实现导航和行车记录仪之间的数据共享所带来的操作简便性和功能易扩展性。

要想实现该技术，需要做好以下几个方面。首先车载主机应能实现稳定的定位监控和导航功能，行车记录仪能录制高清的视频和音频数据；其次，导航和行车记录仪之间建立通信协议并提供函数调用接口以实现二者切换功能；再次，建立导航和行车记录仪之间的共享数据库，记录时间，经纬度坐标，以及形成为数据搜索和存储的提供接口的引擎功能；最后共享数据库能实现将记录的数据形成KML扩展格式［5］，支持在地图上浏览的轨迹路线，并提供给行车记录仪回放的时间搜索和关键点搜索的函数接口。

2　总体软件设计框架

该新型导航产品总体软件设计框架如图1所示，通过在导航地图和内置记录仪器之间添加通信协议和接口，导航地图可支持实景导航、周边实景和实景查看；而记录仪器通过共享数据库和导航地图也可实现路线浏览/回放，关键点浏览/回放，时间浏览/回放以及抓图浏览/回放等功能。共享数据库保存的数据不仅有时间轴，也有经纬度坐标轴和为记录仪提供时间搜索和关键点搜索的引擎功能。

导航地图和行车记录仪之间通过建立数据库不仅实现数据共享和数据交换，还能将汽车根据实时路况获取的信息上传至云端备份和共享，这不仅能生成兼容各种地图浏览的扩展文件供车友分享，并可将录制的实时路况与腾讯街景等公司合作共赢，从而实现车联网的巨大飞跃。本设计方案，不仅使得导航地图和行车记录仪之间的切换更方便，用户体验感更优越，提高了行车安全和导航产品的市场竞争力。

图1　软件设计框架Fig.1　Framework of the software design

3　数据库图表设计

实现导航地图和行车记录仪之间切换的关键在于共享数据库的设计，共享数据库不仅保存录音录像数据，还对保存的数据进行加工。而共享数据库的数据来源于导航地图和行车记录仪，保存的数据不仅有时间轴，也有经纬度坐标轴，还有为记录仪提供时间搜索和关键点搜索的引擎功能；同时数据库还能将所记录数据形成KML扩展格式文件，支持在地图上浏览［5］。导航地图和行车记录仪也通过共享数据进行数据交换。如图2所示的图表关系。

图2　数据库中的图表关系Fig.2　Relationship between the chart and figure in database

车载主机可实现GPS/北斗双模卫星定位，行车记录仪采用高清摄像头录制周边实景，支持地图和实际路线的单屏/双屏/叠加显示。共享数据库保存的文件主要是音视频格式、图片格式以及XML配置文件［6］，为了实现新型导航产品的功能，数据库还对保留的数据信息进行加工，如图2所示加工为XML配置信息、路线信息、关键点信息、video信息和抓图信息。在整个数据库设计中 route，id，coordinates_lng和coordinates_lat，time作为关键词，可对汽车实行全程跟踪。

XML表格信息来源于系统平台和GPS定位实时获取，包含的数据结构有id，所属路线，关键点，定位标志，经纬度坐标，时间信息等，采用定时器每隔1S获取并更新信息，后续路线信息，关键点信息，Video信息和抓图信息中关于时间，经纬度坐标信息均从XML配置表获取，同时XML配置表也结合其余表格形成KML扩展格式文件并支持在导航地图上浏览。XML格式定义如表1所示。

表1　XML表格Tab.1 Table of XML information

路线信息主要来源于导航地图和XML配置信息，路线信息表用于查看路线预览，路线回放，沿途关键点，规划路线里程，时间，坐标信息等，因此路线信息在定义时应包含如表2所示的数据，需要注意的是：当车主熟悉某一路段而不使用导航地图，该路段即可默认favorite为0不收藏。

表2　路线信息数据结构表Tab.2 Table of route information data structure

关键点信息位置数据来源于导航地图的文字式说明和XML配置信息，譬如交叉路口、加油站、医院或事故多发地段，而图片数据来源于记录仪。导航地图记录关键点id号，关键点所属路线，关键点时间，位置信息等，并根据前进方向自动计算下一个关键点的名称和距离。关键点信息用于关键点浏览和关键点回放，并且是形成轨迹记录的主体，也为形成KML扩展格式提供了重要依据。关键点数据结构如表3所示。

表3　关键点信息数据结构表Tab.3 Table of key information data structure

VIDEO信息数据来源于车载录像仪器和XML配置信息，采用高清摄像头可录制车辆行驶过程中的周边实景，可进行实景查看，实现地图显示和实景导航单屏/双屏/叠加显示。在录制关键点时，可抓图保存为关键点标记。Video信息自动保存id，录像编号，所属路线，录像时间，经纬度等位置信息，而且记录录像期间的关键点名称。Video信息可以以时间作为搜索关键词，或关键点作为搜索关键词，实现行车记录仪按照时间搜索和关键点搜索进行视频回放。Video信息数据结构如表4所示。

表4　Video信息数据结构表Tab.4 Table of video information data structure

抓图信息来源于车载录像仪器和XML配置信息，通过高清摄像头抓取车辆行驶过程中譬如交通事故，交叉路口，重要路标或者喜欢的场景画面，可采用红外线技术实现手势抓拍和手动抓拍。共享数据库保存的抓图信息不仅用于图片浏览和关键点浏览；还用于video信息中关键点放大显示。抓图信息根据抓图顺序自动编号id，记录所述路线，同时记录该图片抓取的时间，位置信息，图片保存路径的超链接，并提供是否收藏图片选项。抓取信息数据结构如表5所示。

表5　抓图信息数据结构表Tab.5 Table of Screenshots information data structure

共享数据库通过上述的图表文件记视频和音频数据，形成KML轨迹文件并提供行车记录仪调用的录像文件和图片，并支持时间搜索和关键点搜索。共享数据库可将大量的视频文件和图片保存在可移动存储设备（SD卡/U盘）上，方便随时拷贝。在支持联网功能的车载主机上，还可将上述数据库的所有数据保存到云端服务器，而且由于行车记录仪录制的实时路况信息不仅能与车友分享，还能根据不同地图协议生成兼容的轨迹路线图，更可将多媒体文件提供给地图公司作为街景素材。

4　数据库的数据采集流程设计

本设计系统基于WINCE6.0系统平台，该系统强大的模块化功能，保证了其系统稳定性，当某一模块出现问题时也不会导致整个系统崩溃，这就为车载导航产品提供了稳定性保证。GPS导航功能作为车机的灵魂，所采用的地图应实时更新，而由于行车记录仪的长期使用应及时清理。数据库作为导航地图和行车记录仪之间的桥梁，其数据采集模块设计如图3所示。

图3　数据库的数据采集流程Fig.3　Collection process of the database

在软件设计中，首先导航地图和记录仪建立通信协议和接口，支持地图路线和实景路线的双显示和切换。数据采集主要针对导航地图和录像仪器录制的数据进行采集:XML配置信息来源于系统平台和导航定位，全程实时更新并提供给后续的各种操作；记录仪全程记录旅行途中的所有video信息，导航状态下通过路线规划定制路线规划包形成路线信息表，保存路线编号、规划里程、计划用时、起点、途经关键点和终点等信息；内置记录仪全程进入录像模式并保存video信息和随时抓图保存抓图信息，数据库也全程导航地图的位置信息和录像信息进行采集。在导航途中会提示关键点，关键点信息记录关键点id，关键点坐标、关键点方向、关键点距离、关键点名称、路口信息等关键点信息，并提供下一个关键点信息的预览。开始导航后即使更改终点或者更改路线，甚至结束导航，也将通过导航地图与行车记录仪的通讯机制，及时传递讯息给数据路记录备份。导航途中如遇重要地点可实行抓图并标记抓图信息，数据库通过采集到的图表数据形成KML扩展格式轨迹文件，并提供对录音录像文件按时间搜索和关键点搜索的函数接口。此外在数据库的数据采集中，可采用手势唤醒，红外线识别技术实现自动抓图，支持实景导航和地图路线的双屏显示和叠加显示，支持录制实景路线和录制屏幕界面的切换，这样即提高了行车安全，也方便数据库进行数据采集。

整个过程中数据库采集的数据不仅有时间轴，经纬度坐标轴更有支持时间搜索和关键点搜索的引擎功能。导航地图和记录仪即为数据库提供数据，也通过数据库交换数据，同时因为数据库的建立，简便了很多操作，实现导航和记录仪之间的切换功能，并且还可形成兼容各种地图浏览的KML扩展轨迹文件供车友分享，还可将实时路况信息提供给地图公司做街景素材。

5　结　论

该新型导航产品设计基于稳定的WINCE6.0系统平台，实现实景导航和高清行车记录仪之间的任意切换功能，并支持关键点回放和KML扩展格式文件在地图上浏览。采用本设计方案既可提高行车安全又可获得良好的用户体验感，从而提高导航产品的市场竞争力。

［1］王大新，张立本，赵军.车载GPS导航产业发展现状与趋势［J］.卫星应用，2005，12:18-24.

［2］施伟.联想车载车型记录仪设计研究［D］.南昌:南昌大学，2014.

［3］吴建洪.车载导航系统的研究与实现［D］.长沙:湖南大学，2007.

［4］刘星.基于Wince的触摸屏的研究与应用［D］.大连：大连海事大学，2010.

［5］杜英俊，于重重，刘杰.基于KML开发的GIS系统研究与应用［J］.计算机应用与软件，2010，27（10）:49-51.

［6］刘升平，林作铨，等.一种XML的模型论语义［J］.软件学报，2006，5（17）:1090-1097.

Research of a new navigation product based on on-board host combined with video equipment

SUN Xiao-wu1，MA Yun-lin1，YUAN Lei2
（1.Guangdong Coagent Electronics Technology CO.，LTD，Foshan 528100，China；2.Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

In order to improve the car driving safety and superiority of driving，this paper proposes a new navigation product design based on on-board host combined with video equipment，and complete the design of software system framework and database diagrams.The new navigation products based on WINCE6.0 system platform，support the track record and time search，which can achieve arbitrary switching between live navigation with vehicle traveling data recorder，and support key playback and KML extension format file browsing on the map.Using this technology，can make navigation and vehicle traveling data recorder switch more convenient，and experience feeling superior，improve the market competitiveness of navigation products.

on-board host；video equipment；track record；time search；live navigation

TN320

A

1674－6236（2016）05-0175-04

2015-04-11稿件编号：201504112

孙小伍（1983—），男，湖北随州人。研究方向：汽车电子，车联网，嵌入式操作系统。