基于多信息融合的道路客运车辆及驾驶员监控系统研究*

肖心远，李怀俊

（广东交通职业技术学院，广东广州 510650）

0 引言

当前，道路客运车辆是人们出行的一个最主要的交通工具，而道路客运车辆的安全运输是客运公司及管理部门最为重视的一项指标，数据表明，客运车辆重大事故往往会造成大量人员伤亡，给国家和个人都会造成严重损失[1-2]，因此，为加强对道路客运车辆的运营管理，加强对客运车辆的实时监控，预防交通事故的发生，确保乘员、车辆、司机的安全，并且为交通事故分析提供科学参考依据，保障乘员、运输公司的合法权益，本文建立一套基于多信息融合的道路客运车辆监控系统。系统将车辆的位置与速度、车内外的图像、视频等各类媒体信息、驾驶员的身体状况、驾驶员的驾驶情况等参数进行采集，实现实时管理，有效满足运输公司对车辆及驾驶员管理的各类需求。系统综合利用了全球卫星定位(GPS)、无线通信(Zig⁃Bee/4G)、地理信息系统(GIS)、计算机网络、射频识别（RFID）、视频压缩处理和安全管理等高新技术[3-4]，最直观地监控车辆实时图像、显示车辆内外的运行情况及驾驶员的驾驶情况，同时对车辆及驾驶员实时定位跟踪，将运输公司、司机等各环节的信息有效、充分地结合起来，达到充分监控、调度车辆的目的，保障乘员、司机的安全，提高运输效率。

1 道路客运车辆及驾驶员综合监控系统平台的构建

图1 监控平台拓普结构图

本文搭建了道路客运车辆及驾驶员远程监控专用平台；开发了数据传输性能测试设备、开发了专用于客运车辆及驾驶员监控的软件，建成了一套新型数据集成与分析平台。本平台组成部分主要有四大部分：驾驶员监控系统、车辆监控系统、数据传输系统(4G/GPRS/GPS)、监控中心管理系统[5]。监控平台拓普结构图如图1所示，其主要硬件构成由如下部分构成：（1）车辆监控，包含各种视频信号、胎压信号、车速信号、车辆维修保养等信息的采集；（2）驾驶员监控，包含各种视频信号、体温信号、心率信号等信息的采集，终端设备用于安装于车辆驾驶台上，对该车辆的驾驶员进行相关状态检测监控；（3）固定IP外网服务器，由于4G、GPS设备终端需要实时与服务器进行通讯，固定IP外网服务器需具有一个固定IP地址，以使终端上线后主动寻找该地址的服务器进行数据双向通讯。该服务器主要用于与多个4G、GPS终端进行双向数据通讯及驾驶员和车辆状态情况查询服务；（4）内网终合服务器，主要用于服务于4G、GPS终端上传的数据存储，及内部相关服务；（5）监控中心电脑设备及各分控中心，普通电脑设备，用于车辆与驾驶员实时监控及管理用途。

2 车辆及驾驶员多信息安全监控指标

流动性强是客运车辆运输的一大特点，客运车辆发生事故很容易造成重大事故，因此政府和企业对客运车辆的监控也是十分重视，通常对客运车辆采用GPS监控系统但功能只局限于：监控车速（是否超速）、查看行驶轨迹（是否按正常路线行驶）、通信功能、事故报警功能[6]。但对于车辆的状态及驾驶员的状态信息无法实时监控，如轮胎气压状态、车内乘员、车辆状态、驾驶员状态信息等。因此本文提出对客运车辆的行驶轨迹、车辆位置、轮胎气压、车辆乘员、车辆信息、驾驶员体温、驾驶员心率、驾员疲劳驾驶情况进行实时监控，详细监控如表1所示。

3 车辆及驾驶员多信息采集系统

车辆监控的信息包括车辆的行驶轨迹、车辆位置、轮胎气压、车内乘客、车外情况、车辆维护信息、车辆状态信息等，其中胎压与气体泄漏模块通过ZigBee无线通讯，与主控制器实现通信；车辆状态信息通过终端内置CAN总线接口，接入汽车CAN总线，采集汽车底盘信息（发动机冷却液温度、机油温度、机油压力、发动机转速、油量等）；GPS模块、GPRS无线通信模块、声光报警模块、视频采集模块、RFID卡模块与主控制器通过相应的模块通信；对于驾驶员的监控，主要对驾驶员信息、行驶轨迹、驾驶员体温、驾驶员心率、酒精浓度、驾驶员疲劳状况进行监控；其监控信息采集功能原理图如图2所示。

表1 客运车辆及驾驶员多信息融合监控表

图2 信息采集功能原理图

4 车辆及驾驶员监控信息功能实现

（1）车辆行驶轨迹及位置信息监控功能实现

车辆行驶轨迹利用GIS电子地图及GPS全球定位系统来实现，调度监控中心根据需要可随时了解所有车辆的实时位置，并能在中心的电子地图上准确地显示车辆当时的状态（如速度、运行方向等信息）。系统的电子地图支持矢量和影像地图显示，对任意指定区域的车辆进行查询；可任意放大、缩小、移动电子地图；可进行同屏多窗口显示监控，或将目标锁定在某窗口，自动跟踪等；监控车辆的参数主要为：车辆位置、运行速度、运动方向及时间信息。

（2）胎压信息监控功能实现

车载终端通过胎压监控仪采集胎压数据，同时对信号进行模数变换处理，判断胎压是否高于或低于设定范围，如超出设定范围则进行声光报警，提醒驾驶员停车进行维修。其功能实现如图3所示。

图3 车辆胎压监控功能实现图

（3）车内乘员及车外情况视频监控功能实现

对于客运车辆而言，车内乘员的安全是客运公司及管理部最主要的监控点，因此，本系统在车内安装4路防爆视频摄像头：一路安装在前车门，用于监控上车及驾驶员驾驶情况；一路安装在后车门，用于监控下车情况；一路安装于车内前部，一路安装于车内后部，用于监控整个车内乘客情况。同时在车辆外面的尾部安装一路防爆视频摄像头，用于倒车时监控车辆尾部情况，结合车载雷达，可实现报警。视频图像通过车载终端存储器可实现存储，另外也可以通过4G无线通讯，实现无线传输，当管理人员需要在后台监控中心查看车载视频信息时，即可实时查看，同时还可控制摄像头云台的上、下、左、右和自动旋转以及镜头的变倍等。其功能实现如图4所示。

图4 视频监控功能实现图

（4）车辆维护信息数据库功能

本系统建立了车辆维护信息数据库，使得车辆监控系统具备丰富的数据信息，车辆采取RFID卡监控。出车、收车均需刷RFID卡；车辆维护保养等采用RFID卡结算，可记录车辆维护保养的时间，每次维护保养的费用；可记录车辆加油的时间，每次加油的费用，实现成本核算；同时还可记录车辆载/空车状态、车牌号、车型、司机名字、所属单位及通讯联系方式等信息。所有这些数据，都会录入后台监控中心的车辆维护信息数据库。

（5）车辆状态信息数据库功能

车辆状态信息通过终端内置CAN总线接口，接入汽车CAN总线，采集汽车底盘信息（包含：发动机冷却液温度、机油温度、机油压力、发动机转速、油量、车辆的分里程、总里程等信息）；这些数据信息会接入车载终端，后台监控中心如需查看信息，可由终端通过无线通讯功能传送到后台监控中心，后台可直接查看。如不需查看，则信息不需传送。车载终端如发现数据超出车辆允许的安全范围，则会进行报警。

（6）基于ZigBee无线通讯的驾驶员体温及心率监控功能实现

统计表明，在客运车辆的事故发生原因，75%是由于驾驶员的原因造成了事故，有些驾驶员在带病发烧的状态下开车，有些驾驶员开赌气车，但驾驶员生病发烧时，人体温会上升，驾驶员生气时，心率会有较大的波动[7]，因此，本文对于驾驶员实行在线监控，针对驾驶员的体温和心率监控需求，需采用无线信息传输，本文设计了一种手腕式人体温度和心率信号采集终端，此信息采集终端与车载终端之间通过ZigBee无线通讯，采集到驾驶员温度和心率数据，同时对数据进行处理，获取处理结果，如果驾驶员的体温和心率发现异常，则进行语音报警，提醒驾驶员停车休息。其功能实现如图5所示。

图5 驾驶员体温和心率监控功能实现图

（7）驾驶员疲劳监控功能实现

当驾员疲劳驾驶时，首先行驶时间会很长，然后驾驶员的心率会相对变缓，车载终端通过采集驾驶员的行车时间、心率等数据进行综合分析判断，再进行疲劳语音报警，提醒驾驶员停车休息。其功能实现如图6所示。

图6 驾驶员疲劳监控功能实现

5 后台监控管理中心

后台监控管理中心是整个客运车辆及驾驶员监控管理系统的重要组成部分。监控中心配置包括了各类功能服务器、应用终端和软件、监控设备、报警装置、数据库、实时监控大屏等，可实现对网内车辆当前所处的位置、速度、方位、乘客情况、驾驶员状况的各实时参数以及车内外视频的远程监视，在监控中心的电子地图上能准确地显示车辆实时状态。通过无线网络实现远程监听及喊话，报警等动作；各类分析预测和管理软件可实现对运输车辆的安全分析和管理、事故预测、音视频指挥调度功能，可提供位置查询、电子地图服务、车辆管理[8]等多种服务。后台监控中心是整个监控管理调度系统的监控指挥中心，所有无线视频图像都汇聚到指挥中心，其系统架构图如图7所示。

图7 后台监控管理中心架构图

6 结论

本文建立一套基于多信息融合的道路客运车辆监控系统。系统将车辆的位置与速度，车内外的图像、视频等各类媒体信息、驾驶员的身体状况、疲劳状况、驾驶员的驾驶情况数据等进行采集，实现实时管理，有效满足运输公司对车辆及驾驶员管理的各类需求。系统不仅对车辆进行监控、同时也对驾驶员进行监控，提高驾驶员行车安全，减少车辆事故率。