車載主機與錄像儀器相結合的新型導航產品研究

孫小伍，馬云林，袁 磊

（1.廣東好幫手電子科技股份有限公司 廣東 佛山　528100；2.重慶郵電大學 重慶　400065）

車載主機與錄像儀器相結合的新型導航產品研究

孫小伍1，馬云林1，袁 磊2

（1.廣東好幫手電子科技股份有限公司 廣東 佛山528100；2.重慶郵電大學 重慶400065）

為了提高汽車的行車安全和駕駛優越感，提出了一種車載主機與錄像儀器相結合的新型導航產品設計方案，并完成系統的軟件設計框架和數據庫圖表關系。該新型導航產品基于WINCE6.0系統平臺，支持軌跡記錄和時間搜索，可實現實景導航與高清行車記錄儀之間任意切換，并支持關鍵點回放和KML擴展格式文件在地圖上瀏覽。采用本技術方案可使用戶在導航和行車記錄儀切換更方便，用戶體驗感更優越，從而提高導航產品的市場競爭力。

車載主機；錄像儀；軌跡記錄；時間搜索；實景導航

汽車工業已成為我國國民經濟發展的支柱產業之一，汽車技術的發展和人車信息的融合交流使得汽車電子成為了一個獨立的產業。車載GPS主要用途就是定位監控和導航，由于導航方面民用較廣且易于理解，所以經常提起車載GPS即是指車載導航產品［1］。隨著近年來各種道德下滑事件屢屢發生，以及城市內混亂交通，搭載在車機上的錄像儀器能記錄車輛行駛途中的影像和聲音等相關資訊，可為交通事故提供證據，劃分事故責任維護車主的合法權益［2］，同時還能為喜歡自駕游的車主記錄征服艱難險阻的過程，這就是近年來風行起來的行車記錄儀。目前行車記錄儀主要分為便攜性行車記錄儀與后裝車機一體化DVD行車記錄儀兩大類。車載導航系統是智能交通系統ITS的一個分支，其把全球定位技術、地理信息技術、多媒體技術、通信技術及嵌入式計算機技術綜合到一起的高科技系統，為車主打造特有的車載智能娛樂系統和提高駕駛優越感［3］。

伴隨著我國工業化的高速發展，嵌入式系統已經融入我們的生活，由于WINCE6.0操作系統的穩定性和可靠性以及和桌面Windows一致的開發特性，使其成為很多嵌入式產品開發的首選。由于嵌入式系統的自身特點，越來越多的使用簡潔方便的觸摸屏作為人機界面，目前車載導航產品領域廣泛采用了觸摸屏作為人機交互界面［4］。近幾年來市場上陸續出現導航產品，雖有小部分導航產品支持外掛式行車記錄儀，但功能單一，切換復雜等因素增加了車主在駕駛過程中的危險因素。實現導航和行車記錄儀之間任意切換，支持軌跡記錄和時間搜索的導航記錄產品目前在汽車電子行業還是一片空白，而此技術在汽車電子行業必將有廣闊的發展空間。

1　需求分析

目前在車載主機上已分別實現GPS導航和外掛式行車記錄儀功能，有些優質的車載導航產品也可實現簡單的實景導航。但是能夠將導航和行車記錄儀二者結合，實行導航產品內置行車記錄儀并實現二者之間的切換功能，并使車主能夠在行車途中記錄沿途關鍵點信息和實現軌跡瀏覽的技術，目前在汽車電子行業還是一片空白。本文重點研究如何實現導航和行車記錄儀之間的數據共享所帶來的操作簡便性和功能易擴展性。

要想實現該技術，需要做好以下幾個方面。首先車載主機應能實現穩定的定位監控和導航功能，行車記錄儀能錄制高清的視頻和音頻數據；其次，導航和行車記錄儀之間建立通信協議并提供函數調用接口以實現二者切換功能；再次，建立導航和行車記錄儀之間的共享數據庫，記錄時間，經緯度坐標，以及形成為數據搜索和存儲的提供接口的引擎功能；最后共享數據庫能實現將記錄的數據形成KML擴展格式［5］，支持在地圖上瀏覽的軌跡路線，并提供給行車記錄儀回放的時間搜索和關鍵點搜索的函數接口。

2　總體軟件設計框架

該新型導航產品總體軟件設計框架如圖1所示，通過在導航地圖和內置記錄儀器之間添加通信協議和接口，導航地圖可支持實景導航、周邊實景和實景查看；而記錄儀器通過共享數據庫和導航地圖也可實現路線瀏覽/回放，關鍵點瀏覽/回放，時間瀏覽/回放以及抓圖瀏覽/回放等功能。共享數據庫保存的數據不僅有時間軸，也有經緯度坐標軸和為記錄儀提供時間搜索和關鍵點搜索的引擎功能。

導航地圖和行車記錄儀之間通過建立數據庫不僅實現數據共享和數據交換，還能將汽車根據實時路況獲取的信息上傳至云端備份和共享，這不僅能生成兼容各種地圖瀏覽的擴展文件供車友分享，并可將錄制的實時路況與騰訊街景等公司合作共贏，從而實現車聯網的巨大飛躍。本設計方案，不僅使得導航地圖和行車記錄儀之間的切換更方便，用戶體驗感更優越，提高了行車安全和導航產品的市場競爭力。

圖1　軟件設計框架Fig.1　Framework of the software design

3　數據庫圖表設計

實現導航地圖和行車記錄儀之間切換的關鍵在于共享數據庫的設計，共享數據庫不僅保存錄音錄像數據，還對保存的數據進行加工。而共享數據庫的數據來源于導航地圖和行車記錄儀，保存的數據不僅有時間軸，也有經緯度坐標軸，還有為記錄儀提供時間搜索和關鍵點搜索的引擎功能；同時數據庫還能將所記錄數據形成KML擴展格式文件，支持在地圖上瀏覽［5］。導航地圖和行車記錄儀也通過共享數據進行數據交換。如圖2所示的圖表關系。

圖2　數據庫中的圖表關系Fig.2　Relationship between the chart and figure in database

車載主機可實現GPS/北斗雙模衛星定位，行車記錄儀采用高清攝像頭錄制周邊實景，支持地圖和實際路線的單屏/雙屏/疊加顯示。共享數據庫保存的文件主要是音視頻格式、圖片格式以及XML配置文件［6］，為了實現新型導航產品的功能，數據庫還對保留的數據信息進行加工，如圖2所示加工為XML配置信息、路線信息、關鍵點信息、video信息和抓圖信息。在整個數據庫設計中 route，id，coordinates_lng和coordinates_lat，time作為關鍵詞，可對汽車實行全程跟蹤。

XML表格信息來源于系統平臺和GPS定位實時獲取，包含的數據結構有id，所屬路線，關鍵點，定位標志，經緯度坐標，時間信息等，采用定時器每隔1S獲取并更新信息，后續路線信息，關鍵點信息，Video信息和抓圖信息中關于時間，經緯度坐標信息均從XML配置表獲取，同時XML配置表也結合其余表格形成KML擴展格式文件并支持在導航地圖上瀏覽。XML格式定義如表1所示。

表1　XML表格Tab.1 Table of XML information

路線信息主要來源于導航地圖和XML配置信息，路線信息表用于查看路線預覽，路線回放，沿途關鍵點，規劃路線里程，時間，坐標信息等，因此路線信息在定義時應包含如表2所示的數據，需要注意的是：當車主熟悉某一路段而不使用導航地圖，該路段即可默認favorite為0不收藏。

表2　路線信息數據結構表Tab.2 Table of route information data structure

關鍵點信息位置數據來源于導航地圖的文字式說明和XML配置信息，譬如交叉路口、加油站、醫院或事故多發地段，而圖片數據來源于記錄儀。導航地圖記錄關鍵點id號，關鍵點所屬路線，關鍵點時間，位置信息等，并根據前進方向自動計算下一個關鍵點的名稱和距離。關鍵點信息用于關鍵點瀏覽和關鍵點回放，并且是形成軌跡記錄的主體，也為形成KML擴展格式提供了重要依據。關鍵點數據結構如表3所示。

表3　關鍵點信息數據結構表Tab.3 Table of key information data structure

VIDEO信息數據來源于車載錄像儀器和XML配置信息，采用高清攝像頭可錄制車輛行駛過程中的周邊實景，可進行實景查看，實現地圖顯示和實景導航單屏/雙屏/疊加顯示。在錄制關鍵點時，可抓圖保存為關鍵點標記。Video信息自動保存id，錄像編號，所屬路線，錄像時間，經緯度等位置信息，而且記錄錄像期間的關鍵點名稱。Video信息可以以時間作為搜索關鍵詞，或關鍵點作為搜索關鍵詞，實現行車記錄儀按照時間搜索和關鍵點搜索進行視頻回放。Video信息數據結構如表4所示。

表4　Video信息數據結構表Tab.4 Table of video information data structure

抓圖信息來源于車載錄像儀器和XML配置信息，通過高清攝像頭抓取車輛行駛過程中譬如交通事故，交叉路口，重要路標或者喜歡的場景畫面，可采用紅外線技術實現手勢抓拍和手動抓拍。共享數據庫保存的抓圖信息不僅用于圖片瀏覽和關鍵點瀏覽；還用于video信息中關鍵點放大顯示。抓圖信息根據抓圖順序自動編號id，記錄所述路線，同時記錄該圖片抓取的時間，位置信息，圖片保存路徑的超鏈接，并提供是否收藏圖片選項。抓取信息數據結構如表5所示。

表5　抓圖信息數據結構表Tab.5 Table of Screenshots information data structure

共享數據庫通過上述的圖表文件記視頻和音頻數據，形成KML軌跡文件并提供行車記錄儀調用的錄像文件和圖片，并支持時間搜索和關鍵點搜索。共享數據庫可將大量的視頻文件和圖片保存在可移動存儲設備（SD卡/U盤）上，方便隨時拷貝。在支持聯網功能的車載主機上，還可將上述數據庫的所有數據保存到云端服務器，而且由于行車記錄儀錄制的實時路況信息不僅能與車友分享，還能根據不同地圖協議生成兼容的軌跡路線圖，更可將多媒體文件提供給地圖公司作為街景素材。

4　數據庫的數據采集流程設計

本設計系統基于WINCE6.0系統平臺，該系統強大的模塊化功能，保證了其系統穩定性，當某一模塊出現問題時也不會導致整個系統崩潰，這就為車載導航產品提供了穩定性保證。GPS導航功能作為車機的靈魂，所采用的地圖應實時更新，而由于行車記錄儀的長期使用應及時清理。數據庫作為導航地圖和行車記錄儀之間的橋梁，其數據采集模塊設計如圖3所示。

圖3　數據庫的數據采集流程Fig.3　Collection process of the database

在軟件設計中，首先導航地圖和記錄儀建立通信協議和接口，支持地圖路線和實景路線的雙顯示和切換。數據采集主要針對導航地圖和錄像儀器錄制的數據進行采集:XML配置信息來源于系統平臺和導航定位，全程實時更新并提供給后續的各種操作；記錄儀全程記錄旅行途中的所有video信息，導航狀態下通過路線規劃定制路線規劃包形成路線信息表，保存路線編號、規劃里程、計劃用時、起點、途經關鍵點和終點等信息；內置記錄儀全程進入錄像模式并保存video信息和隨時抓圖保存抓圖信息，數據庫也全程導航地圖的位置信息和錄像信息進行采集。在導航途中會提示關鍵點，關鍵點信息記錄關鍵點id，關鍵點坐標、關鍵點方向、關鍵點距離、關鍵點名稱、路口信息等關鍵點信息，并提供下一個關鍵點信息的預覽。開始導航后即使更改終點或者更改路線，甚至結束導航，也將通過導航地圖與行車記錄儀的通訊機制，及時傳遞訊息給數據路記錄備份。導航途中如遇重要地點可實行抓圖并標記抓圖信息，數據庫通過采集到的圖表數據形成KML擴展格式軌跡文件，并提供對錄音錄像文件按時間搜索和關鍵點搜索的函數接口。此外在數據庫的數據采集中，可采用手勢喚醒，紅外線識別技術實現自動抓圖，支持實景導航和地圖路線的雙屏顯示和疊加顯示，支持錄制實景路線和錄制屏幕界面的切換，這樣即提高了行車安全，也方便數據庫進行數據采集。

整個過程中數據庫采集的數據不僅有時間軸，經緯度坐標軸更有支持時間搜索和關鍵點搜索的引擎功能。導航地圖和記錄儀即為數據庫提供數據，也通過數據庫交換數據，同時因為數據庫的建立，簡便了很多操作，實現導航和記錄儀之間的切換功能，并且還可形成兼容各種地圖瀏覽的KML擴展軌跡文件供車友分享，還可將實時路況信息提供給地圖公司做街景素材。

5　結　論

該新型導航產品設計基于穩定的WINCE6.0系統平臺，實現實景導航和高清行車記錄儀之間的任意切換功能，并支持關鍵點回放和KML擴展格式文件在地圖上瀏覽。采用本設計方案既可提高行車安全又可獲得良好的用戶體驗感，從而提高導航產品的市場競爭力。

［1］王大新，張立本，趙軍.車載GPS導航產業發展現狀與趨勢［J］.衛星應用，2005，12:18-24.

［2］施偉.聯想車載車型記錄儀設計研究［D］.南昌:南昌大學，2014.

［3］吳建洪.車載導航系統的研究與實現［D］.長沙:湖南大學，2007.

［4］劉星.基于Wince的觸摸屏的研究與應用［D］.大連：大連海事大學，2010.

［5］杜英俊，于重重，劉杰.基于KML開發的GIS系統研究與應用［J］.計算機應用與軟件，2010，27（10）:49-51.

［6］劉升平，林作銓，等.一種XML的模型論語義［J］.軟件學報，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稿件編號：201504112

孫小伍（1983—），男，湖北隨州人。研究方向：汽車電子，車聯網，嵌入式操作系統。