新型智能网联监控系统在智能集卡车上的应用

王伟平

摘  要：随着智能车时代的发展，在智能化车辆技术不断进行技术革新的过程中，需要有完备的监控系统保证其运行安全。通过对现有的监控技术的调研，提出一种适用于智能集卡车上的完备的智能网络监控系统，实现多路CAN信号采集、多路高清视频采集、以及云监控功能。多路高清视频采集能覆盖车身长、盲区大以及可拆卸后挂等集卡车特点，实现无死角监控;多路CAN信号采集则能全面记录车辆以及智能集卡车上搭载的多种传感器数据。

关键词：智能网联监控系统;集卡车;多路CAN信号采集;多路高清视频采集;云监控

中图分类号：TN971.+1      文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2020）06-0073-05

Abstract： With the development of intelligent vehicle technology and the continuous technological innovation in the era of intelligent vehicle， it is necessary to have a complete monitoring system to ensure its operation safety in the process of technology maturity. Based on the analysis of the existing technology level， a complete intelligent network monitoring system suitable for intelligent pickup truck is proposed. The system realizes the functions of multi-channel CAN signal acquisition and High-Digital video acquisition and cloud monitoring. The multi-channel high-definition video acquisition covers the whole truck with long body and without any monitoring blind angle to blind areas usually for the driver. In addition， multi-channel CAN signal acquisition can realize a comprehensively data record from various sensors on vehicles and intelligent trucks.

Key Words： Intelligent Network Monitor System; Collection Truck; Multi-channel CAN Data Collection; Cloud

引言

按照上海市经信委和上海市公安局、上海市交通委联合制订的《上海市智能网联汽车道路测试管理办法》[1]提出并组织开展智能网联汽车道路测试或示范应用申请的主体具备车辆状态在线监控功能，能够实时回传下列第1、2、3项数据信息，能够自动记录和存储在车辆事故或者失效状况发生前至少90秒的下列数据信息：1.车辆控制模式;2.车辆位置;3.车辆速度、加速度等;4.环境感知与响应状态;5.车辆灯光、信号实时状态;6.车辆外部360度视频监控情况;7.测试驾驶人和人机交互状态的车内视频及语音监控情况;8.车辆接收的远程控制指令;9.车辆故障情况。

而传统监控设备是以视频为主，基本上是模数以及模拟交叉使用的监控设备[2]。目前车载监控设备在智能车发展的带领下，正在步向多元化、智能化、数字化发展。常规车载监控系统在我国具有广泛的应用，由传统的单端模式，逐渐往云端集中化统一监控过度[3]-[4]，据西安公交巴士股份有限公司介绍，该公司使用车载监控设备实现车辆的全面监控，使相关管理人员及时把握车内车外情况，保障行人的安全出行及公交的统一管理，根据公交车类型不同使用4-6相机监控视频、车辆CAN总线数据、GPS定位数据记录以及云监控功能。

由于集卡车具有车身长、盲区大、运行颠簸、可拆卸后挂车等问题，原有的设备需要应用在集卡车上实现全时段多相机，车身360度无死角监控，具有一定困难。现对应用在智能集卡车上的智能网联监控系统需求如下：

（1）需要对集卡车进行舱内舱外全方位视频监控;

（2）需要接入多组摄像头信号同时采集;

（3）数据存储模块需要考虑车辆颠簸带来损坏风险;

（4）可拆卸后掛车需要监控设备对摄像头数量变化进行自适应处理;

（5）在提供多组视频信号的同时需要适应智能车发展，表现在需要进行多路CAN数据以及实时GPS数据采集，并实现不同数据之间的同步;

（6）同时需要将相应的数据上报云平台，实现远程监控功能。

1    系统组成及优势

1.1   硬件组成

新型智能网联监控系统硬件部分如图1所示，由主处理芯片、相机接入模块、CAN处理模块以及各种外围设备组成：

（1）硬件设计3组四合一相机连接模块，可支持同时接入最多12个相机;

（2）系统通过主从MCU进行并行处理，提高处理速度，两组处理器之间通过SPI进行数据传输以及时钟同步;主MCU需要进行所有监控数据（音视频，CAN）记录以及云平台通讯功能，因此在芯片选型上需要在编码能力以及CPU处理能力上考量，目前系统使用是英伟达TX2。从MCU则需要在CAN数量，CPU主频，车载级别等方面权衡考量，系统设计过程中选型芯片有NXP的MPC57xx、MPC56xx、MPC55xx;Infineon的XMC1400、TC29xT、TC37xTX等芯片。

（3）CAN处理器性能支持最多6组CAN同时接入，且具有后续扩展能力;

（4）电源部分设计了备用可充电电池，为车辆掉电后数据录制提供保证，满足法规要求;

（5）系统提供两种存储设备接入接口，数据传输协议支持4G、WIFI、千兆以太网，同时系统支持ublox/M8L不同精度GPS定位功能。

1.2   系统架构

新型智能网联监控应用程序部分的系统框架如图2所示，音频数据、GPS数据以及多组相机数据通过数据接收模块处理，原始相机数据直接使用GPU进行处理，该过程每相机数据需要分别进行一次数据拷贝以及数据转换，如图所示3，通过时序控制最大化利用内存空间，数据最后通过显存动态拼接多相机画面后，并将数据传出给HDMI显示模块以及Recorder（数据记录模块），HDMI通讯接口能够将实时相机画面显示于屏幕便于司机或者相关工作人员观察车辆仓内以及仓外情况。

Recorder将所有输入数据利用定时器进行帧同步，定时器根据当前系统设置帧率定时，截取每帧拼接后相机数据以及音频进行H264以及音频编码生成视频文件，编码后的数据经过RTMP协议（Real Time Messaging Protocol，实时消息传输协议）推送音视频数据，RTMP协议用于在平台之间传递视音频以及数据，其实现基于TCP-IP协议上，因此能提供可靠的交互、互联网上传输时不会出现丢包情况[5]，从而保证云平台以及监控APP可通过网络进行实时可靠的、低延时的推流显示。帧间获取的原始CAN数据以及GPS数据经过协议压缩记录当前帧号以及时间戳等数据存储成协议文件。

数据后处理主要提供云交互、设备维护以及场景标注等功能。APP端监控程序可通过WIFI连接能够实时播放视频数据，当车辆运行过程中出现异常情况，司机可通过APP打点功能，将打点瞬间的前后30s音视频以及协议数据上传平台服务器，管理员根据上传的固定场景数据迅速定位分析。云交互功能提供设备与云平台握手认证，并下发平台命令（如重启、OTA升级等），同时收集将系统当前主要性能状态以及异常状态上报平台，实现日常维护功能。

Monitor是为保证设备正常运行一组监控模块，其功能实现检查当前应用程序运行状态，发现异常及时上报平台，监控人员可及时掌握车辆状态。同时该模块具有一定的应急响应机制，如恢复应用程序运行、修复可能由于颠簸导致的硬盘损坏以及切换冗余存储设备等功能，最大限度保障监控数据录制的完整性。

1.3   监控性能

新型智能网联监控系统提供录制视频比特率能达到3000Mbps，硬件设计12路LVDS相机接口，其中4路相机接口做后续升级以及备份使用，目前软件性能可同时支持8路相机接入，能為监控提供高清视频素材。平台推流比特率能达到100Mbps，20fps。同时CAN接收能够支持6组CAN同时接入，能同时记录多组传感器信号以及多组车辆CAN信号，便于后续数据分析以及监控。设备支持接入1Tb硬盘作为主存储设备，以SD卡作为冗余存储设备，保证数据录制完整性。

云平台可实时获得设备在线状态，并在线情况下实时定位车辆位置，同时平台端可远程实时可视化监控。车辆以及传感器的CAN数据可通过客户自定义信号上传平台，实现整体监控。

该设备具有独立的掉电存储模块，能保证在车辆熄火后能够坚持系统工作3分钟以上，保证车辆意外掉电后数据记录，满足法规要求能够自动记录和存储在车辆事故或者失效状况发生前至少90秒的数据。

2    应用实例

新型智能网联监控系统在智能集卡车上的应用实例如图4所示，系统接入8相机（5个水平fov192°、垂直fov134°，3个水平fov120°、垂直fov105°，分辨率均为1280x720），舱外相机分别布置了6组相机，车头以及后挂车使用水平120°相机（1、6），主要考虑是能监控前后较远区域，因此使用畸变较小的相机;车身部分使用了4个水平192°相机（2-4）进行盲区覆盖;舱内使用了120°相机（7）安装于集卡车副驾驶位前方A柱，用于舱内驾驶员以及乘客监控;车头与挂车链接部分使用水平192°相机，针对挂车转弯时出现车头与车身偏离时出现的盲区监控。

图5所示为车辆CAN数据连接示例：OBD以及动力CAN可提供车辆实时状态监控（如方向盘转角，车速，档位等）;智能驾驶CAN通道（以下称智驾CAN）提供车辆的驾驶模式信息（人工驾驶/自动驾驶）;RTK+IMU提供精确定位信息、Radar提供障碍物位置探测信息，两者是智能驾驶中常用的感知系统重要组成部分，同时也是决策控制的重要数据来源。该新型智能网联监控系统能将通过CAN总线信号监听（Listen only）所有数据记录并根据客户自定义信号推送云平台，为智能出行提高安全系数。

3    总结

针对集卡车具有车身长、盲区大以及可拆卸后挂车等特点，本文提出一种适用于智能集卡车的车载监控系统，能实现无死角舱外以及舱内多路高清视频、服务于智能驾驶的多路CAN通道监控数据记录以及云监控等功能。系统目前可提供8路相机数据（1280×720分辨率）以及6路CAN 通道同时采集。目前该系统在智能集卡车上具有广泛应用，每天云平台具有2000-3000公里里程监控数据生成，并不断在扩大规模中。统计正常运营的监控设备，累加所有设备总在线时间在2800小时内，系统故障率小于5%，其中60%为配件故障。

实际应用过程中，对监控设备扩展相机数量以及CAN通道数量提出了需求，该系统下一步优化方向除了扩展通道外，接入更多种通讯协议传感器数据监控如LIN，TCP-IP等。

参考文献：

[1]上海市智能网联汽车道路测试管理办法[z]. 上海市经信委和上海市公安局、上海市交通委，2018.

[2] 谢巧军. 智能视频监控系统的应用与发展趋势[J]. 陕西煤炭，2019（8）：31-33.

[3] 刘海涛. 车载智能监控系统在公交车上的应用[J]，电子世界，2016（16）：162.

[4] 常博. 城市轨道交通智能综合监控系统设计研究[J]. 电子设计工程，2019（16）：53-56.

[5] 雷霄骅. 基于RTMP 协议的流媒体技术的原理与应用[J]，中国传媒大学学报自然科学版，2013（6）：59-64.