智能车载监管系统的设计与研究

石存杰，张 钰，罗艳龙

(泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201208)

0 引言

近年来，伴随着我国经济快速发展，汽车的保有量和产销量不断提高，随之而来的是交通事故带来的负面影响。根据相关数据统计，我国每年因交通事故而丧生的学生接近3万人，这一数据引发了社会各界对校车安全的广泛关注[1-2]，国家相继出台了《专用校车安全技术条件》和《校车安全管理条例》等强制性标准以保障学生交通安全[3]。

要从根本上解决校车安全问题，仅仅通过购买国外同类先进校车是不够的，更要从车辆安全行驶、信息管理等方面设计安全运行的校车服务系统[4]，以方便用户实时、直观地监控车辆安全情况[5]，加强对校车各个环节的监管，从而有效减少和避免校车事故的发生，保证学生的生命安全[6]。

车载视频智能监控[7-9]是智能交通领域的一个重要研究课题，在交通信息服务业大发展的背景下，以校车为服务对象，提供针对车辆、驾驶员、乘客的实时监控、预警、应急处置以及综合服务等信息保障，对于提高校车运营安全，满足政府、学校及家长对信息服务需求具有重要的现实意义。为此，本文设计了一套校车服务系统，该系统广泛运用平台感知、信号处理、智能传感器、车载CAN总线、无线通信、卫星导航定位、网络通信、数据融合及图像处理等技术，搭载该系统的某款校车安全性能得到了市场广泛认可，并由此诞生了一个专为校车开发的全网智能平台，该平台包含网页和App登录界面，如图1所示。

图1 系统登录界面

1 校车服务系统架构

校车服务系统架构具有安全性、可靠性、可定制性、可拓展性和可维护性[10]，该服务系统由车载终端设备管理系统、车辆监控系统、呼叫中心系统、业务管理系统等部分组成，各个子系统之间互联互通，实现数据、指令或业务的共享和交互。校车系统架构如图2所示。

图2 系统架构图

车载终端设备包括行驶记录仪、刷卡器、紧急报警开关、行车助手开关、车载录像机、车内外摄像头及倒车摄像头等。记录仪内置MEMS传感器，并可以通过K线和CAN总线采集车辆运行状态数据，为车辆运行安全提供数据支持。录像机实时记录车内外视频流数据，并将数据保存在本地硬盘中，支持远程视频查看以及历史视频流回放等功能，加强对车内外环境及成员的监管。

车辆监控包含车辆安全监控、运营管理以及学生跟踪。其中，安全监控主要功能是通过采集传感器、车辆行驶状态数据以确认车况健康状态，便于出现故障时第一时间上报潜在风险。运营管理是指对校车的远程调度、信息推送、套餐及业务的管理。学生跟踪是指通过刷卡器确认学生上下车情况，并及时将学生的位置信息传递给系统，便于定位学生实时位置。

呼叫中心包括紧急救援、在线助手以及周边搜索，主要是基于GIS位置信息提供的一种增值服务。通过服务平台调用车辆位置信息，可以在车辆出现紧急故障时，第一时间提供车辆位置协助救援，在司机行驶到不熟悉的路段时，也可以通过在线助手获得帮助，或进行POI周边搜索。

业务管理主要包含系统业务配置管理、大客户数据管理、账户及权限的分配及套餐的变更等服务。针对不同的用户群体制定了不同的业务权限。

2 系统主要功能

根据政府、车厂、学校及家长这四个不同层级用户的需求，定制了相应系统功能。系统采用模块化设计，主要由在线助手、远程信息推送、车辆信息和GPS记录、乘员管理、视频监控、实时监控、碰撞自动求助、一键报警、车况诊断等功能组成。

2.1 在线助手

驾驶员在行车过程中发生问题需要帮助时，只要按一下车载终端的行车助手开关，就会与平台服务人员进行联系。后台服务人员接到求助电话的同时，会接收到该车辆的精确位置等车辆信息，可及时提供给第三方救援机构，如报警(110)服务、医疗(120)服务、拖车服务、车辆现场维修、送油、送水等服务。

2.2 远程信息推送

拥有校车权限的单位，可以将某些指定信息、通知等，推送给车载终端，终端以TTS语音播报方式和终端LCD字幕显示的方式通知驾驶员，终端信息保存最近50条信息记录，并且可以选择回放。

2.3 车辆信息及GPS数据记录

车载终端实时保存车辆行为数据及GPS数据，包括车辆经纬度、时间、速度，形成轨迹记录，每天自动向车载信息服务平台回传所保存的数据(回传频率可设置)，平台端自动针对每个车辆形成分析报表。

2.4 乘员管理

车载终端保存每次上下学生的位置、人员数量、驾驶员及相关人员(如校车陪护人员)的信息。每天自动向校车服务系统回传所保存的数据，平台端自动针对每个车辆形成分析报表，当出现超载现象时，车载终端进行报警提示，同时服务平台也收到报警信息。

每位学生上下车的同时，车载终端将信息发送给信息平台，后者自动发送通知短信给该学生注册的手机号码。

2.5 视频监控

监控平台可通过安装在校车内、外的摄像头，实时查看校车的状况，拥有权限的校车拥有者、单位管理人员也可以通过电脑(或手机)上网对相关车辆进行视频监控。

2.6 实时监控

平台端服务人员可以实时查看某一车辆的实时状况，在平台屏幕上可以清楚地查看到这些车辆在地图上的位置、车速、车辆信息、人员信息等，且实时更新。

拥有权限的校车拥有者、单位管理人员也可以通过电脑(或手机)上网对相关车辆进行实时监控。

2.7 碰撞自动求助

当车辆遭到严重碰撞、气囊弹开后，车载终端立刻自动发送报警求助信息至车载信息服务平台，监控人员收到报警信息后，可以在服务平台上看到该车辆的位置、车辆基本信息、驾驶员联系方式等信息，监控人员将立刻与驾驶员电话联系，询问需要提供何种救援服务，若无法联系到驾驶员，则立刻拨打车辆所在地的报警电话，将车辆位置及相关信息提供给警方。

2.8 一键报警

当驾驶员在行车过程中发生紧急状况时，按下SOS报警按钮，后台服务人员将立即收到报警信号并收到车辆GPS位置信息，服务人员将联系警方实施救援，同时打开车内监听功能或视频远程监控功能，查看车内状况。

2.9 车况诊断

当车辆发动机、变速箱、安全气囊系统、防抱死制动系统、里程表读数、机油寿命、轮胎压力等关键部件出现异常时，车载终端可以用语音播报或屏幕显示的方式提示驾驶员。

当车辆出现上述状况时，车载终端将异常数据回传至车载信息服务平台，监控人员将立即拨打车载电话，指导用户该如何处理此类问题。

车辆驾驶员可以通过一键呼叫的方式与后台建立通话，要求检查该车辆的车况，后台服务人员远程查看后口头告知驾驶员车况信息。

3 车载终端设备

车载终端设备主要包括行驶记录仪、刷卡器、报警开关、行车助手开关、车载录像机、车内外摄像头等，设备连接关系如图3所示。

图3 车载终端设备连接图

汽车行驶记录仪主机包括蓄电池、微处理器、北斗定位模块、无线通信模块、CAN收发器、LCD显示屏、TTS语音播报模块、热敏打印机等。主机支持外围设备拓展，可以提供实时经纬度、时间、速度和方向信息，能够与录像机进行通信，支持CAN总线采集车辆数据，能够通过GPRS通信方式与校车服务系统进行信息和指令交互。支持车辆历史违章记录查询、打印。正常行驶状态下，数据上传间隔为5 s，内置16 MB的缓存空间，支持盲区补充机制。

行驶记录仪外围设备拓展主要通过硬件连接刷卡器、SOS报警开关和行车助手开关。其中，刷卡器布置在副驾驶侧车门附近，方便学生上下车刷卡，刷卡器对学生卡进行在线识别，验证通过后可以通过车内的TTS语音播报学生卡信息；外接的开关主要用于车辆出现故障或需要咨询服务时，主动发起业务请求。两个按键均布置在驾驶员附近，其中SOS开关具有防护面罩，避免误操作。

车载录像机用于保存视频流文件，能够对5个摄像头图像进行拼接组合，然后同时在MP5上显示，也可以对各路摄像头信号放大显示。同时，录像机具备通信模块，支持将视频文件上传至校车服务平台，方便用户远程查看。

4 功能测试结果

智能车载监控系统作为一个全网智能平台，能够确保实时监控车辆、司机、乘员的当前状态，方便让家长实时了解学生的乘车状态，有利于学校、监管部门等相关方对车辆进行实时的动态管理。

在车载终端设备、校车服务平台及手机App开发完成后，即开展了对该系统的工程测试，主要内容包括：操作及管理功能测试、性能及压力测试、边界条件测试、兼容性测试、服务流程穿越测试等，各项测试均一次性通过。

后续交由使用部门前，由市场部组织相关专家对系统进行了验收测试。测试内容包括平台操作功能、用户管理功能、系统管理功能、业务管理功能、呼叫中心功能这五大模块，及边界条件测试，共计85小项，均一次性通过测试。

测试结果表明，该系统满足产品开发初期设定的各项性能指标要求，可以正式投入运营。

5 结论

综合利用MEMS传感器技术、信号处理技术、传感器技术、车载CAN总线技术、嵌入式处理技术、无线通信技术、卫星导航定位技术、网络通信、数据融合技术、图像处理技术等，自主研发了一套智能车载监控系统，该系统可有效提高校车运行安全，加强政府、学校和家长对校车的监管。

经过一段时间的市场化运行，结果表明，本文设计的智能车载监控系统效果显著，可以规范校车管理，确保乘车安全。

本套系统及设备适合在车队管理中推广，对于新能源车辆监控领域的平台搭建及设备开发同样具有一定的参考价值和市场前景。