道路運輸大型車(chē)輛新型行車(chē)安全系統設計

摘要：詳細分析了大型車(chē)輛存在的盲區和解決方案功能單一的問(wèn)題，發(fā)現傳統部標機滿(mǎn)足監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、破壞衛星定位終端逃避監控的行為，表明部標機整體上線(xiàn)率不高。本文提出一種新型行車(chē)安全系統，最多能接8路視頻，集成360全景算法解決車(chē)輛視覺(jué)盲區問(wèn)題，支持倒車(chē)顯示，并提供錄像、本機回放功能，具備4G全網(wǎng)通系統支持在線(xiàn)地圖，方便導航和查看實(shí)時(shí)路況，集成滿(mǎn)足監管要求的ADAS和DMS，支持JT/T808和JT/T1078標準協(xié)議，實(shí)現遠程監管。系統不僅滿(mǎn)足了駕駛員多方面需求，還滿(mǎn)足了交管部門(mén)監管要求，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(shí)用性俱佳，有助于解決駕駛員和監管機構之間的矛盾，能降低交通事故率。

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

0   引言

隨著(zhù)我國經(jīng)濟持續高速增長(cháng)，大型車(chē)輛快速增加，包括大貨車(chē)、大巴、公交等。這些車(chē)輛都有一些共同特點(diǎn)，如體積大、車(chē)身高、轉彎半徑大、內輪差大、駕駛時(shí)盲區較多^[1-2]。近年來(lái)，由于大型車(chē)輛盲區問(wèn)題造成的交通事故越來(lái)越多，因此，解決大型車(chē)輛盲區問(wèn)題顯得尤為重要^[3]。市面上也有一些單獨解決駕駛盲區的設備，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，出于監管需要，交通部對道路運輸車(chē)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(dòng)安全ADAS等，結構上趨于單錠機，就是市場(chǎng)上俗稱(chēng)的部標機。它一般不帶顯示屏，駕駛員無(wú)法直接操作設備，缺乏交互體驗感，無(wú)法本機回放視頻，很不方便。部標機更偏重于技術(shù)監管，駕駛員對部標機有一定排斥心理，故意遮擋、破壞衛星定位終端、逃避監控行為時(shí)有發(fā)生，導致目前部標機上線(xiàn)率不高，監控人員責任心不強，不能實(shí)時(shí)提醒糾正駕駛員違法、違規行為，在監管上也存在一定難度^[4]。

本文提出基于高通MSM8953 的新型行車(chē)安全系統，支持最多8 路視頻接入，導入360 全景算法解決車(chē)輛的視覺(jué)盲區，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(chē)顯示，并提供DVR 錄像功能，有緊急情況時(shí)本機快速回放錄像，具備4G 全網(wǎng)通的系統可支持在線(xiàn)地圖，方便導航和查看實(shí)時(shí)路況。支持滿(mǎn)足監管主動(dòng)安全要求的ADAS 和DMS，以及JT/T808和JT/T1078 標準協(xié)議，可輕松實(shí)現平臺監管。本系統設計解決了司機的盲區問(wèn)題，滿(mǎn)足倒車(chē)安全、查看實(shí)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(dòng)安全ADAS 和DMS，滿(mǎn)足監管需要。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(shí)用性好，可以平衡駕駛員和監管之間的矛盾，真正以科技降低交通事故率，利國利民。

1   新型行車(chē)安全系統硬件設計

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

1.1 系統硬件框架設計

新型智能行車(chē)安全系統的硬件原理框圖如圖1所示。

系統主控制器采用高通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(chē)輛。系統工作溫度為-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；內置GNSS 模塊支持北斗、GPS、GLONASS 多種定位系統，內置無(wú)線(xiàn)模塊支持802.11 b/g/n/ac 功能。系統支持5 個(gè)硬按鍵，可做按鍵開(kāi)關(guān)機、音量大小調節，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(shí)時(shí)通話(huà)。系統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、AI 智能識別等，且支持DVR 錄像，存儲到TF 卡或U 盤(pán)。系統預留了兩組串口，一組可以接CAN 模塊獲取原車(chē)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(gè)系統的功能，提高了復雜場(chǎng)景的實(shí)用性。

1.2 多路攝像頭接入設計

系統設計使用高通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(guò)CSIMIPI 提供4 Lane 信號。VC0 ～ VC7 代表8 個(gè)虛擬通道，每個(gè)虛擬通道可以連接1 個(gè)攝像頭，通過(guò)1 個(gè)視頻解碼芯片TP2855 將4 個(gè)攝像頭數據按照虛擬通道設計融合在一起，然后通過(guò)MIPI 4 Lane 送到主控，在主控MSM8953 中再將融合數據按照虛擬通道拆開(kāi)，重新還原成4 個(gè)攝像頭的獨立數據。整個(gè)系統可以接前向ADAS、DMS、車(chē)內監控、360 全景攝像頭、其他用途的標準AHD 信號720P 攝像頭，系統同時(shí)支持錄像，包括8 路攝像頭同時(shí)錄像存儲到TF 卡或U 盤(pán)。其強勁的視頻能力對整套系統價(jià)值的作用至關(guān)重要。

1.3 拓展功能模塊接入設計

系統硬件接口有限，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(lái)豐富系統功能和提高體驗感。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

系統預留兩組串口，一組可以接CAN 模塊，CAN模塊連接車(chē)輛CAN，然后把解析好的CAN 信息通過(guò)RS232 串口發(fā)送給主控平臺，如實(shí)時(shí)車(chē)速、左轉向、右轉向、倒車(chē)、檔位等信息，可用于A(yíng)DAS 預警和智能切換盲區顯示圖像。系統另一組串口接入一個(gè)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(shí)時(shí)獲取各路探頭探測的前方障礙物距離信息，通過(guò)串口協(xié)議送給主控平臺，主控再根據預設探頭安裝位置確定是哪個(gè)方位的預警信息。利用雷達探頭的距離信息觸發(fā)系統顯示狀態(tài)的變化。在處理其他應用場(chǎng)景時(shí)，如當前在導航頁(yè)面，雷達探測到右側探頭近距離范圍有物體遮擋，系統即可根據探頭的安裝位置，實(shí)時(shí)調出車(chē)輛右側安裝的攝像頭畫(huà)面^[5]，便于駕駛員觀(guān)察做出安全合理的操控。

2   新型行車(chē)安全系統軟件設計

新型智能行車(chē)安全系統軟件基于A(yíng)ndroid 9.0，針對車(chē)載場(chǎng)景做了大量系統裁剪、改造，系統集成了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(chē)輛主動(dòng)安全智能防控系統標準協(xié)議（簡(jiǎn)稱(chēng)蘇標），滿(mǎn)足監管要求，可以切實(shí)降低交通事故風(fēng)險。

2.1 前向ADAS

2017 年初，JT/T1094 標準《營(yíng)運客車(chē)安全技術(shù)條件》中明確要求，2018 年4 月起，車(chē)長(cháng)超過(guò)9 m 的營(yíng)運客車(chē)都需要加裝符合JT/T 883 要求的LDW（車(chē)道偏離預警系統）和FCW（前車(chē)碰撞預警系統）。ADAS 是高級駕駛輔助系統，包含LDW 和FCW。通過(guò)視覺(jué)傳感器進(jìn)行數據采集、分析，利用視覺(jué)算法識別行駛過(guò)程中的多種危險情況，可提前進(jìn)行預警，及時(shí)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 處理器的圖像數據處理模塊通過(guò)硬件抽象層獲取前視攝像頭圖像的原始數據，然后將每一幀數據送給ADAS 算法預警處理模塊，通過(guò)預警處理模塊將識別前方車(chē)道線(xiàn)、車(chē)輛、行人等物體的類(lèi)型、坐標等信息反饋回去，再把識別出來(lái)的信息傳遞給系統識別結果處理模塊，根據信息采取合適的預警邏輯處理，根據預警級別選擇TTS 語(yǔ)音模塊處理，語(yǔ)音提醒駕駛員注意前方狀況^[7]。根據蘇標主動(dòng)安全監管要求，需要在觸發(fā)預警事件時(shí)拍攝時(shí)間間隔為200 ms 的3 張照片和1 段默認為5 s 長(cháng)的短視頻上傳到監管平臺^[8]，如圖5 所示。

圖5 平臺顯示主動(dòng)安全ADAS事件

2.2 DMS

DMS 是駕駛員行為分析，通過(guò)終端采用人臉識別、深度學(xué)習技術(shù)分析駕駛員是否有抽煙、打瞌睡、接電話(huà)、分神、疲勞駕駛、駕駛行為異常等違規行為，規范駕駛員行為，提高駕駛安全性[6,9]。DMS 算法處理的工作流程與ADAS 類(lèi)似，觸發(fā)了DMS 預警事件時(shí)，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(cháng)的短視頻上傳到監管平臺保留證據，DMS 事件在平臺上的顯示如圖6 所示。

圖6 平臺顯示主動(dòng)安全DMS事件

2.3 360°全景

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

通過(guò)安裝在車(chē)身前后左右的4 個(gè)高清廣角攝像頭，能實(shí)時(shí)采集車(chē)身左右各6 m、前后各5 m 超大視野的高清視頻畫(huà)面。4 路圖像幀數據均輸入到360 算法引擎中，通過(guò)精確算法進(jìn)行畫(huà)面畸變校正、圖像拼接融合等處理^[10]，標定時(shí)需要在光線(xiàn)充足的白天進(jìn)行，車(chē)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(guò)5 km/h，以便于算法計算參考標志，總過(guò)程不超過(guò)5 min 就可快速合成車(chē)身周?chē)?60°俯視?shū)B(niǎo)瞰全景畫(huà)面。圖像預覽基于OpenGl 以3D 處理，3D 立體效果好，可以有效降低盲區帶來(lái)的事故。安裝在深圳公交上的360全景實(shí)測效果如圖8 所示。

圖8 公交車(chē)360全景實(shí)測效果

駕駛員可自行滑動(dòng)右側3D 顯示角度到所需觀(guān)察角度。結合CAN 信息，系統在收到左/ 右轉向信號后，可以自動(dòng)切換到左/ 右攝像頭畫(huà)面，收到倒車(chē)信號可以切換到后視攝像頭畫(huà)面，切換到右側的實(shí)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 遠程監控

交管對大型車(chē)輛的監管?chē)栏?，如兩客一危?chē)輛必須安裝部標機和支持ADAS，每年還需要年審。部標機實(shí)時(shí)上報位置到監管平臺，按照JT/T808 協(xié)議標準處理。本系統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(shí)時(shí)將車(chē)輛的多路攝像頭畫(huà)面送到監控平臺。車(chē)隊領(lǐng)導等監管領(lǐng)導在平臺上可輕松獲取當前車(chē)輛位置，通過(guò)攝像頭視頻查看車(chē)輛周?chē)h(huán)境[11]，通過(guò)DMS 攝像頭還可以直接看到駕駛員的實(shí)際駕駛狀態(tài)，有異常時(shí)可及時(shí)糾正，規范駕駛員行為。

系統運行時(shí)還可以定時(shí)發(fā)送車(chē)輛位置到平臺，如3 s 發(fā)送一次，平臺按車(chē)輛車(chē)牌分類(lèi)存儲，進(jìn)而形成行車(chē)軌跡，直觀(guān)地在平臺上查看車(chē)輛具體的行駛路線(xiàn)，以及當時(shí)行駛的車(chē)速、方向等。

系統還支持語(yǔ)音對講，管理人員在平臺上可以監聽(tīng)車(chē)內聲音，也可直接呼叫駕駛員，駕駛員通過(guò)手麥可以回話(huà)，手麥外放聲音大，在嘈雜的柴油車(chē)上也能聽(tīng)得清楚，溝通時(shí)非常實(shí)用方便。

3   結束語(yǔ)

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

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年6月期）