車聯網智能視頻監控終端對危險品運輸車輛的多源化信息采集

許 忠，袁 立，廖麗華，朱劍欣

（1.深圳市有為信息技術發展有限公司，廣東 深圳 518000；2.公安部交通管理科學研究所，江蘇 無錫 214151）

0 引 言

倪光南院士認為物聯網是通過傳感技術（RFID、傳感器、GPS等）、通信技術（有線傳輸、無線傳輸等）將物體與互聯網連接，實現遠程監視、自動報警與控制、診斷與維護，進而實現集管理、控制、營運于一體的網絡。

車聯網是物聯網在汽車行業的應用，利用GPS定位、RFID、傳感器、攝像頭等裝置，車輛可以完成自身環境和狀態信息的采集，通過在車輛儀表臺安裝車載終端設備，實現對車輛工作情況以及靜態或動態信息的采集、存儲并發送。系統分為車載終端、云計算處理平臺、數據分析平臺，根據不同行業對車輛的不同功能需求實現對車輛的有效監控與管理。

目前市面上已經批量應用車聯網智能視頻監控終端，但缺乏對危險品道路運輸的針對性設計，難以實現智能化管理和應用[1]。危險品道路運輸車輛是公路運輸安全重點監控管理的目標，道路上危險品運輸車輛事故頻發，嚴重威脅人民群眾的生命及財產安全[2]。基于目前危險品運輸管理需求及管控系統技術現狀，引入高可靠性的多源化信息車載一體化采集終端，實現對車輛駕駛員不按規定時間或路線行駛等典型異常行為的辨識和預警。結合汽車電子標識和電子運單對運輸過程中的車輛、人員、環境狀態等進行實時動態監控、預警報警、安全管理，最大程度減少危險品運輸事故。

1 國內車聯網智能終端研究現狀

當前國內車聯網智能監控視頻終端質量參差不齊，功能分散，無統一的一體化產品。

國內對危險品運輸管理方面的研究起步較晚，隨著GPS和GIS技術的不斷成熟，國內一些學者對危險品運輸進行了相關研究。如曾金明等研究了GPS系統在危險品運輸中的應用，探索建立預防公路危險品運輸事故發生的信息控制系統。但上述研究僅停留在初級定性階段，缺少真實數據支撐，很難為公路危險品運輸的有效管理提供信息支持。同時，國家頒布的法律法規主要針對如何規范管理危險品運輸，如《危險化學品汽車運輸安全監控車載終端安裝規范》《危險化學品汽車運輸安全監控系統車載終端與通信中心數據接口協議和數據交換技術規范》等。

研究表明：涉及化學危險品的安全事故中，54%發生在生產和存儲過程中，41%發生在運輸過程中，5%由其他原因引起[3]。國外的危險品物流企業利用RFID、GSM和GPS等無線通信技術解決物流管理中出現的問題，如利用技術手段規范具體操作流程，實現危險品物流的安全操作等。

近年來，危險品運輸管理技術得到了較大發展。交通部建立的全國重點營運車輛聯網聯控系統將危化品道路運輸車輛納入重點監管對象。所有從事危險品道路運輸的車輛必須安裝衛星定位汽車行駛記錄儀，并接入全國重點營運車輛聯網聯控系統接受監管。隨著汽車電子標識、ETC、衛星定位等技術的發展和普及，危險品車輛的采集終端朝著多源化信息采集方向發展。

2 多源化信息采集終端體系架構

多源化車載一體化信息采集終端是危險品運輸車輛采集終端的未來發展方向，應支持多接口模塊化的車載終端集成方案，并集成汽車電子標識、視頻圖像、衛星定位、車輛行駛、駕駛行為及危險品運輸電子運單數據等。終端還須支持中華人民共和國交通運輸行業標準（JT/T 794-2019、JT/T 808-2019、JT/T 1076-2016）及中華人民共和國汽車行駛記錄儀標準（GB/T19056-2012）。該系統架構具有位置監控、實時視頻監控和傳輸、本地SD卡或硬盤錄像存儲、行駛記錄、緊急報警等功能。

目前提出的多源化車載一體化信息采集終端架構包括雙核CPU硬件平臺和Linux軟件平臺。

系統主控CPU選用Hi3520D芯片，它是基于ARM11處理器內核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器，處理頻率達600 MHz，能夠滿足客戶日益增長的軟件應用需求；DDR3架構能夠提供更大的數據處理帶寬和能力；選用H.264和MJPEG多協議編解碼，編解碼性能高達240 FPS D1@NTSC，能夠提供最佳多路編解碼DVR方案；視頻輸入/輸出接口可帶來清晰的畫質和良好的視頻體驗。EPU采用高性能、低功耗的STM32F205芯片，可控制LCD顯示屏、SD卡、通信模塊等，用于實現視頻監控控制器相關功能。

MPU系統具有汽車電子標識記錄與音視頻編解碼、存儲等功能。EPU系統具有輸入/輸出、串口通信、電子運單數據處理及模塊控制等功能。4G通信系統具備遠程實時視頻監控、調度等功能。多源化信息采集終端系統框架如圖1所示。

圖1 多源化信息采集終端系統框架

軟件采用模塊化設計方式。建立一個平臺抽象層模塊，借助該模塊將其他模塊與底層操作系統、硬件隔離，以確保軟件的可移植性。模塊化設計架構如圖2所示。

圖2 多源化信息采集終端軟件架構

軟件與平臺抽象層交互，但不直接訪問具體的操作系統或硬件。應用程序能夠較快地移植到新平臺，如MDK平臺、Linux平臺、Windows平臺。

上述架構從縱向和橫向2個方面設計，具備較多優點：接口明確，適合多人開發；查找問題時更容易定位問題所在，利于及時排除隱患；測試明確；便于在不同平臺上移植，應用軟件可在Linux、FreeRTos等系統上運行，且源代碼清晰。此結構確保了程序的可靠性、健壯性和可維護性。

3 多源數據的集成采集和存儲

多源化車載一體化終端應支持衛星定位、視頻圖像、汽車電子標識、電子運單數據、車輛狀態數據、駕駛行為等信息的采集。

（1）衛星定位信息采集。通過定位模塊實時獲取時間、經度、緯度、速度、高程、方向等信息，并存儲到車載一體化終端內部的存儲器中，之后通過無線通信方式上傳至監控中心。處于通信盲區時，以先進先出的方式支持最少10 000條位置信息暫存，恢復通信后將存儲的信息補傳至監控中心。

（2）視頻圖像信息采集。視頻圖像可支持多路模擬信號輸入，通過模擬攝像頭采集圖像和音頻數據后傳輸至模數轉換模塊，之后上傳至主控VPU，通過協議編解碼模塊進行編解碼操作。最后，可將相關信息傳輸至顯示屏等。

（3）汽車電子標識數據采集。終端內置汽車電子標識數據，通過外部輸入方式寫入終端。

（4）電子運單數據采集。危險貨物運輸電子運單符合相關要求，終端支持接收危險貨物運輸企業采用加密或數字身份認證方式向終端下發電子運單信息。

（5）車輛狀態數據采集。通過I/O采集車輛的各項數據，如轉向、遠光、近光、剎車、ACC等；通過CAN采集發動機數據，如轉速、溫度等。

（6）駕駛行為數據采集。在車輛行駛過程中，車載一體化終端能夠通過面部監測的方式識別駕駛員的注意力狀態，可對駕駛員進行報警提示，并向平臺上報預警，同時實現本地保存和遠程存儲報警點駕駛員面部特征照片和視頻信息。

車載監控依托成熟的4G移動通信技術和圖像采集編碼壓縮技術，在原有行駛記錄信息、車況信息、GPS/GIS信息、車輛安全信息的記錄基礎上，增加采集車輛視頻圖像語音等多媒體信息，但海量多媒體信息存儲需要大容量存儲介質，而傳統的車載錄像監控設備一般采用硬盤作為存儲介質，不僅抗震性差，不適合車載移動環境使用，而且設備故障率較高。為解決上述問題，采用大容量SD卡存儲數據，既解決了傳統硬盤抗震性較差的問題，也降低了設備成本。

常規數據一般通過各類文件系統或數據庫系統存儲和管理，這兩種方式對編程要求較低，容易實現存儲功能，但缺點也較為明顯，如穩定性差、存儲效率低下等。另外，不同的文件系統類型所支持的文件大小不一，且維護文件系統分區表較為困難，而數據庫系統只能存儲固定單元的數據，導致存儲空間利用率低下。

為實現適合車載環境的大容量多媒體信息安全存儲，采用SD卡作為存儲介質。這種存儲方式脫離了文件系統，可借助算法于SD卡扇區存取數據，方式更為穩定、高效，解決了文件系統存儲方式不穩定的問題，還可對2張SD卡同時進行管理，有效擴展存儲容量。此方式能同時對車載應用的所有數據（定位數據信息、圖像信息、汽車電子標識、電子運單等）進行存取，并支持視頻圖像數據多通道存取，將所有數據進行CRC校驗，對關鍵數據進行冗余存儲，確保數據完整無誤。由于環境特殊，因此在設計硬件時須考慮防碰撞、異常斷電等情況，終端須增加超級電容、存儲器抗震處理模塊及耐高溫處理模塊。

4 典型應用分析

多源化車載一體化終端通過多源數據進行分析，可為多種應用場景實現數據和信息的支撐。

（1）超速駕駛預警

為有效遏制危險品運輸車輛超速行駛，針對對應路段設置超速閾值，結合車輛當前行駛速度，終端根據預設的速度閾值或接收的監控中心下發的信息判斷駕駛員是否處于超速狀態，若超速，則通過特定手段（聲光）提醒駕駛員。

（2）疲勞駕駛提醒

駕駛員監測系統具備駕駛員疲勞監測（打哈欠報警、閉眼報警等）、駕駛員注意力監測（長時間不目視前方報警、抽煙報警、接打手持電話報警等）、駕駛員異常監測（遮擋報警、紅外阻斷報警、駕駛員不在駕駛位置報警、人證不符報警等）等功能。

（3）車輛身份認證

通過汽車電子標識數據對車輛身份進行認證，從而實現危險品車輛的關鍵路段通行和自動登記，并可與保險等聯動，實現車輛信息的準確判定與物流等信息的全流程監控。

（4）多車信息聯動

通過多源數據信息處理，實現路面危險品車輛多車信息聯動，確保行車安全，并為未來車聯網的搭設提供技術支撐。

5 結 語

危險品運輸車輛車載一體化終端的多源化，不僅能通過多種技術手段完成數據采集，也能夠通過多源信息的融合和解析實現目前車載終端無法實現的功能。通過對終端體系架構、采集存儲等技術的分析，驗證了方案的可行性。多源化必然是危險品車輛車載終端的未來發展方向，通過對駕駛人員、車輛及環境等情況的錄像監控、定位、預警報警等，減少危險品運輸事故的發生，并最終形成危險品道路運輸過程安全風險防范體系、主動防控和過程監控成套技術，全面提升危險品道路運輸過程的安全保障能力。