道路運輸大型車輛新型行車安全系統(tǒng)設計

摘要：詳細分析了大型車輛存在的盲區(qū)和解決方案功能單一的問題，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)部標機滿足監(jiān)管需要但交互性體驗感差，駕駛員有一定排斥心理，故意遮擋、破壞衛(wèi)星定位終端逃避監(jiān)控的行為，表明部標機整體上線率不高。本文提出一種新型行車安全系統(tǒng)，最多能接8路視頻，集成360全景算法解決車輛視覺盲區(qū)問題，支持倒車顯示，并提供錄像、本機回放功能，具備4G全網(wǎng)通系統(tǒng)支持在線地圖，方便導航和查看實時路況，集成滿足監(jiān)管要求的ADAS和DMS，支持JT/T808和JT/T1078標準協(xié)議，實現(xiàn)遠程監(jiān)管。系統(tǒng)不僅滿足了駕駛員多方面需求，還滿足了交管部門監(jiān)管要求，集成度高、功能豐富、能完成需要多種設備才能完成的功能，經(jīng)濟性和實用性俱佳，有助于解決駕駛員和監(jiān)管機構之間的矛盾，能降低交通事故率。

作者簡介：孫德生(1980—)，男，碩士，工程師，目前從事嵌入式系統(tǒng)、智能電子產(chǎn)品、汽車電子電器設計和開發(fā)工作。E-mail：89660958@qq.com。

0   引言

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)高速增長，大型車輛快速增加，包括大貨車、大巴、公交等。這些車輛都有一些共同特點，如體積大、車身高、轉彎半徑大、內(nèi)輪差大、駕駛時盲區(qū)較多^[1-2]。近年來，由于大型車輛盲區(qū)問題造成的交通事故越來越多，因此，解決大型車輛盲區(qū)問題顯得尤為重要^[3]。市面上也有一些單獨解決駕駛盲區(qū)的設備，如電子外后視鏡、360 全景，但其功能單一，集成度低，拓展性差。另外，出于監(jiān)管需要，交通部對道路運輸車輛要求安裝符合JT/T808 和JT/T1078 標準的設備，兩客一危還得支持主動安全ADAS等，結構上趨于單錠機，就是市場上俗稱的部標機。它一般不帶顯示屏，駕駛員無法直接操作設備，缺乏交互體驗感，無法本機回放視頻，很不方便。部標機更偏重于技術監(jiān)管，駕駛員對部標機有一定排斥心理，故意遮擋、破壞衛(wèi)星定位終端、逃避監(jiān)控行為時有發(fā)生，導致目前部標機上線率不高，監(jiān)控人員責任心不強，不能實時提醒糾正駕駛員違法、違規(guī)行為，在監(jiān)管上也存在一定難度^[4]。

本文提出基于高通MSM8953 的新型行車安全系統(tǒng)，支持最多8 路視頻接入，導入360 全景算法解決車輛的視覺盲區(qū)，配置12.3 英寸（1 英寸=2.54 cm）高清顯示屏，顯示效果清晰，支持倒車顯示，并提供DVR 錄像功能，有緊急情況時本機快速回放錄像，具備4G 全網(wǎng)通的系統(tǒng)可支持在線地圖，方便導航和查看實時路況。支持滿足監(jiān)管主動安全要求的ADAS 和DMS，以及JT/T808和JT/T1078 標準協(xié)議，可輕松實現(xiàn)平臺監(jiān)管。本系統(tǒng)設計解決了司機的盲區(qū)問題，滿足倒車安全、查看實況導航、本地回放多路視頻錄像等需求，又支持JT/T808和JT/T1078 標準協(xié)議及主動安全ADAS 和DMS，滿足監(jiān)管需要。設備集成度高，能完成需要多種設備才能完成的功能，經(jīng)濟性和實用性好，可以平衡駕駛員和監(jiān)管之間的矛盾，真正以科技降低交通事故率，利國利民。

1   新型行車安全系統(tǒng)硬件設計

本文提出基于高通8953平臺設計的一套功能豐富、滿足道路運輸大型車輛安全行車的智能系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)硬件框架設計

新型智能行車安全系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖1所示。

系統(tǒng)主控制器采用高通MSM8953，8 核Cortex-A53，主頻2.0 GHz，14 nm 制程，GPU 為Adreno506，集成4G LTE 基帶支持LTE CAT 7 全網(wǎng)通，可插入SIM 卡聯(lián)網(wǎng)。電源模塊采用寬電壓設計，9 ～ 36 V 均能正常工作，適應標準電壓為12 V 或24 V 的車輛。系統(tǒng)工作溫度為-30 ～ 75 ℃，存儲溫度范圍為（-40 ～ 85）℃，搭配的eMCP 為SKhynix 的H9TQ27ADFTMC， 其中存儲為32 GB，運行內(nèi)存為3 GB LPDDR3，配置12.3英寸1 920×720 分辨率的TFT LCD 顯示屏、12.3 英寸10 通道觸摸屏；內(nèi)置GNSS 模塊支持北斗、GPS、GLONASS 多種定位系統(tǒng)，內(nèi)置無線模塊支持802.11 b/g/n/ac 功能。系統(tǒng)支持5 個硬按鍵，可做按鍵開關機、音量大小調節(jié)，或定義為其他快捷操作；接入手麥支持PTT 對講與播放功能，可與后臺控制中心實時通話。系統(tǒng)支持接入多路攝像頭，走AHD 信號，最多可接入8路720P 攝像頭，可以解決司機盲區(qū)、AI 智能識別等，且支持DVR 錄像，存儲到TF 卡或U 盤。系統(tǒng)預留了兩組串口，一組可以接CAN 模塊獲取原車CAN 信息，另一組可接入雷達主機獲取周邊障礙物感知，拓展了整個系統(tǒng)的功能，提高了復雜場景的實用性。

1.2 多路攝像頭接入設計

系統(tǒng)設計使用高通MSM8953，均能接MIPI 4 LaneCSI0 和CSI1 兩組接口，一路CSI 的最大處理能力為4路720P@30 fps，兩路CSI 共可接入8 路720P 攝像頭。多路攝像頭接入如圖2 所示。

圖2 多路攝像頭接入框圖

CSI MIPI 信號支持虛擬通道，如圖2 所示，連接主控平臺MSM8953 的視頻解碼芯片TP2855 通過CSIMIPI 提供4 Lane 信號。VC0 ～ VC7 代表8 個虛擬通道，每個虛擬通道可以連接1 個攝像頭，通過1 個視頻解碼芯片TP2855 將4 個攝像頭數(shù)據(jù)按照虛擬通道設計融合在一起，然后通過MIPI 4 Lane 送到主控，在主控MSM8953 中再將融合數(shù)據(jù)按照虛擬通道拆開，重新還原成4 個攝像頭的獨立數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)可以接前向ADAS、DMS、車內(nèi)監(jiān)控、360 全景攝像頭、其他用途的標準AHD 信號720P 攝像頭，系統(tǒng)同時支持錄像，包括8 路攝像頭同時錄像存儲到TF 卡或U 盤。其強勁的視頻能力對整套系統(tǒng)價值的作用至關重要。

1.3 拓展功能模塊接入設計

系統(tǒng)硬件接口有限，為了拓展一些功能，不得不接入一些其他成熟的功能模塊來豐富系統(tǒng)功能和提高體驗感。以拓展CAN 模塊和雷達主機功能模塊為例，接入設計如圖3 所示。

圖3 功能模塊拓展框圖

系統(tǒng)預留兩組串口，一組可以接CAN 模塊，CAN模塊連接車輛CAN，然后把解析好的CAN 信息通過RS232 串口發(fā)送給主控平臺，如實時車速、左轉向、右轉向、倒車、檔位等信息，可用于ADAS 預警和智能切換盲區(qū)顯示圖像。系統(tǒng)另一組串口接入一個雷達主機，最多可以支持8 路雷達探頭連接雷達主機。雷達主機實時獲取各路探頭探測的前方障礙物距離信息，通過串口協(xié)議送給主控平臺，主控再根據(jù)預設探頭安裝位置確定是哪個方位的預警信息。利用雷達探頭的距離信息觸發(fā)系統(tǒng)顯示狀態(tài)的變化。在處理其他應用場景時，如當前在導航頁面，雷達探測到右側探頭近距離范圍有物體遮擋，系統(tǒng)即可根據(jù)探頭的安裝位置，實時調出車輛右側安裝的攝像頭畫面^[5]，便于駕駛員觀察做出安全合理的操控。

2   新型行車安全系統(tǒng)軟件設計

新型智能行車安全系統(tǒng)軟件基于Android 9.0，針對車載場景做了大量系統(tǒng)裁剪、改造，系統(tǒng)集成了ADAS、DMS、360°全景算法等，最多支持8 路錄像和JT/T808 和JT/T1078 協(xié)議，以及江蘇省道路運輸車輛主動安全智能防控系統(tǒng)標準協(xié)議（簡稱蘇標），滿足監(jiān)管要求，可以切實降低交通事故風險。

2.1 前向ADAS

2017 年初，JT/T1094 標準《營運客車安全技術條件》中明確要求，2018 年4 月起，車長超過9 m 的營運客車都需要加裝符合JT/T 883 要求的LDW（車道偏離預警系統(tǒng)）和FCW（前車碰撞預警系統(tǒng)）。ADAS 是高級駕駛輔助系統(tǒng)，包含LDW 和FCW。通過視覺傳感器進行數(shù)據(jù)采集、分析，利用視覺算法識別行駛過程中的多種危險情況，可提前進行預警，及時提醒駕駛員防范危險情況的發(fā)生^[6]。ADAS 處理流程框架設計如圖4所示。

高通8953 處理器的圖像數(shù)據(jù)處理模塊通過硬件抽象層獲取前視攝像頭圖像的原始數(shù)據(jù)，然后將每一幀數(shù)據(jù)送給ADAS 算法預警處理模塊，通過預警處理模塊將識別前方車道線、車輛、行人等物體的類型、坐標等信息反饋回去，再把識別出來的信息傳遞給系統(tǒng)識別結果處理模塊，根據(jù)信息采取合適的預警邏輯處理，根據(jù)預警級別選擇TTS 語音模塊處理，語音提醒駕駛員注意前方狀況^[7]。根據(jù)蘇標主動安全監(jiān)管要求，需要在觸發(fā)預警事件時拍攝時間間隔為200 ms 的3 張照片和1 段默認為5 s 長的短視頻上傳到監(jiān)管平臺^[8]，如圖5 所示。

圖5 平臺顯示主動安全ADAS事件

2.2 DMS

DMS 是駕駛員行為分析，通過終端采用人臉識別、深度學習技術分析駕駛員是否有抽煙、打瞌睡、接電話、分神、疲勞駕駛、駕駛行為異常等違規(guī)行為，規(guī)范駕駛員行為，提高駕駛安全性[6,9]。DMS 算法處理的工作流程與ADAS 類似，觸發(fā)了DMS 預警事件時，按照蘇標要求也需要拍3 張間隔為200 ms 的照片和1 段默認為5 s 長的短視頻上傳到監(jiān)管平臺保留證據(jù)，DMS 事件在平臺上的顯示如圖6 所示。

圖6 平臺顯示主動安全DMS事件

2.3 360°全景

360°全景一直是解決駕駛員視覺盲區(qū)最有效的方法之一。系統(tǒng)集成了北京雙髻鯊免拼接360 全景算法，功能先進，特別適用于大型車輛，安裝時無需傳統(tǒng)的鋪布標定，非常便利。360°算法應用流程框圖如圖7 所示。

通過安裝在車身前后左右的4 個高清廣角攝像頭，能實時采集車身左右各6 m、前后各5 m 超大視野的高清視頻畫面。4 路圖像幀數(shù)據(jù)均輸入到360 算法引擎中，通過精確算法進行畫面畸變校正、圖像拼接融合等處理^[10]，標定時需要在光線充足的白天進行，車輛要在比較平整且紋理較多的道路上低速行駛，速度不超過5 km/h，以便于算法計算參考標志，總過程不超過5 min 就可快速合成車身周圍360°俯視鳥瞰全景畫面。圖像預覽基于OpenGl 以3D 處理，3D 立體效果好，可以有效降低盲區(qū)帶來的事故。安裝在深圳公交上的360全景實測效果如圖8 所示。

圖8 公交車360全景實測效果

駕駛員可自行滑動右側3D 顯示角度到所需觀察角度。結合CAN 信息，系統(tǒng)在收到左/ 右轉向信號后，可以自動切換到左/ 右攝像頭畫面，收到倒車信號可以切換到后視攝像頭畫面，切換到右側的實測效果如圖9所示。

圖9 360°全景顯示俯視圖和右側放大圖

2.4 遠程監(jiān)控

交管對大型車輛的監(jiān)管嚴格，如兩客一危車輛必須安裝部標機和支持ADAS，每年還需要年審。部標機實時上報位置到監(jiān)管平臺，按照JT/T808 協(xié)議標準處理。本系統(tǒng)在設計中不但充分考慮了位置信息的需求，而且結合4G 全網(wǎng)通的優(yōu)勢，按照JT/T1078 視頻傳輸要求，可以實時將車輛的多路攝像頭畫面送到監(jiān)控平臺。車隊領導等監(jiān)管領導在平臺上可輕松獲取當前車輛位置，通過攝像頭視頻查看車輛周圍環(huán)境[11]，通過DMS 攝像頭還可以直接看到駕駛員的實際駕駛狀態(tài)，有異常時可及時糾正，規(guī)范駕駛員行為。

系統(tǒng)運行時還可以定時發(fā)送車輛位置到平臺，如3 s 發(fā)送一次，平臺按車輛車牌分類存儲，進而形成行車軌跡，直觀地在平臺上查看車輛具體的行駛路線，以及當時行駛的車速、方向等。

系統(tǒng)還支持語音對講，管理人員在平臺上可以監(jiān)聽車內(nèi)聲音，也可直接呼叫駕駛員，駕駛員通過手麥可以回話，手麥外放聲音大，在嘈雜的柴油車上也能聽得清楚，溝通時非常實用方便。

3   結束語

本系統(tǒng)設計不僅解決了司機的盲區(qū)需求和駕駛輔助問題，又支持JT/T808 和JT/T1078 標準協(xié)議以及主動安全ADAS 和DMS，能滿足監(jiān)管要求，調和司機和監(jiān)管之間的矛盾，最大幅降低交通事故率，使多方受益。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年6月期）