車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)是針對(duì)車(chē)輛使用環(huán)境而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，融合了前沿科技領(lǐng)域中最新的視音頻編解碼技術(shù)、車(chē)載電源管理技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、全球衛(wèi)星定位技術(shù)、車(chē)輛減震技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)，能夠滿(mǎn)足車(chē)輛在行駛和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，對(duì)內(nèi)部環(huán)境、外部環(huán)境、車(chē)身運(yùn)行狀態(tài)等信息的采集、存儲(chǔ)、傳輸及分析的需求，有效地對(duì)車(chē)輛及人員進(jìn)行監(jiān)控和管理。
車(chē)載監(jiān)控終端除了具備車(chē)輛電源輸入接口、音視頻信號(hào)接口、衛(wèi)星定位天線接口、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊接口之外，還擁有車(chē)身信號(hào)輸入接口、串行通訊接口、CAN總線接口、USB及網(wǎng)絡(luò)接口，能夠有效采集車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，能夠與其他車(chē)載電子設(shè)備對(duì)接，組成完整的車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。公交車(chē)、出租車(chē)、長(zhǎng)途客車(chē)、校車(chē)、貨運(yùn)車(chē)輛、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)、執(zhí)法車(chē)輛、特種運(yùn)輸車(chē)輛、火車(chē)、輕軌、地鐵等交通工具均有車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)的需求。
車(chē)載監(jiān)控背景需求
車(chē)載環(huán)境屬于人員密集且空間封閉的移動(dòng)公共場(chǎng)所，治安狀況比較復(fù)雜，時(shí)常會(huì)發(fā)生司乘、乘客之間糾紛，乘客混雜小偷發(fā)生扒竊案件，乘客之間由于搶座、擁擠等原因?qū)е麓蚣艿戎伟彩录l(fā)生。車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)與其他車(chē)輛發(fā)生刮擦和碰撞等交通事故，或者與行人存在磕碰等事故，甚至存在有意的“碰瓷”情況。車(chē)輛在離場(chǎng)、離站后，車(chē)輛完全由駕駛員掌管主動(dòng)權(quán)，監(jiān)管人員無(wú)法查看車(chē)輛運(yùn)行情況，無(wú)法監(jiān)控司機(jī)在車(chē)輛行駛過(guò)程中出現(xiàn)打電話、與乘客聊天等不規(guī)范行為。近幾年，恐怖活動(dòng)及個(gè)人泄憤行為嚴(yán)重威脅到公共車(chē)輛運(yùn)行安全，在成都、昆明、杭州、廣州等針對(duì)公交車(chē)輛發(fā)生重大縱火案件，嚴(yán)重威脅乘客的人身安全。事后如果沒(méi)有視頻監(jiān)控取證，難以還原現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的情況，會(huì)為刑偵破案造成很大困難。
隨著行車(chē)記錄儀、GPS終端、娛樂(lè)系統(tǒng)等原有車(chē)載產(chǎn)品形態(tài)演進(jìn)，人們已不滿(mǎn)足只有車(chē)輛行車(chē)信息采集、定位數(shù)據(jù)采集、圖片抓拍等功能，需能夠記錄實(shí)時(shí)視頻圖像，便于事后還原現(xiàn)場(chǎng)情況;能在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程獲取前端車(chē)輛車(chē)內(nèi)外實(shí)時(shí)視頻畫(huà)面，便于對(duì)行駛中的車(chē)輛、人員進(jìn)行可視化監(jiān)管;需能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛各種運(yùn)行信號(hào)精確采集，便于對(duì)駕駛行為、滿(mǎn)載情況、運(yùn)營(yíng)報(bào)表等提供可靠數(shù)據(jù)來(lái)源。
車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)一般由前端車(chē)載硬盤(pán)錄像機(jī)、車(chē)載專(zhuān)用攝像機(jī)、車(chē)載LCD顯示屏、報(bào)警按鈕與狀態(tài)顯示終端及配套的線纜線材等組成。一輛車(chē)上會(huì)安裝4個(gè)至8個(gè)車(chē)載攝像機(jī)覆蓋車(chē)輛的內(nèi)部和車(chē)外環(huán)境，對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行畫(huà)面進(jìn)行采集和編碼，把錄像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到減震保護(hù)下的硬盤(pán)里面，通過(guò)內(nèi)置的GPS/北斗模塊接收衛(wèi)星定位信號(hào)，利用內(nèi)置的3G/4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，把采集到視頻畫(huà)面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)揭苿?dòng)視頻監(jiān)控中心平臺(tái)，并能夠在地圖上定位車(chē)輛所處的位置，采集車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程車(chē)輛視頻畫(huà)面預(yù)覽、遠(yuǎn)程錄像回放、實(shí)時(shí)車(chē)輛定位、軌跡回放等監(jiān)管功能。
圖1：車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)框圖
以杭州公交車(chē)載視頻項(xiàng)目方案為例，通常會(huì)在車(chē)輛上安裝5路車(chē)載攝像頭，分別監(jiān)控車(chē)輛前方、駕駛員和上客門(mén)區(qū)域、車(chē)廂內(nèi)前段區(qū)域、下客門(mén)和車(chē)廂后段區(qū)域以及車(chē)輛后方區(qū)域，車(chē)載硬盤(pán)錄像機(jī)主機(jī)安裝在駕駛員座位后方或者通風(fēng)管道等隱蔽、不易觸及的位置，車(chē)載LCD顯示和報(bào)警按鈕放置在儀表盤(pán)上，便于駕駛員實(shí)時(shí)查看下客門(mén)畫(huà)面和車(chē)廂內(nèi)監(jiān)視畫(huà)面。所有連接線纜都需埋入車(chē)輛裝飾內(nèi)部，做到布局美觀，整體車(chē)輛安裝布局視圖。
圖2：車(chē)輛安裝布局示意圖
車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)
相比較固定點(diǎn)位視頻監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用而言，車(chē)載監(jiān)控終端所采用技術(shù)更為復(fù)雜，具備以下特點(diǎn)：
高效的車(chē)載電源管理功能。車(chē)載硬盤(pán)錄像機(jī)內(nèi)置電源需要符合ISO-7637-II和GB/T21437等車(chē)載電源標(biāo)準(zhǔn)，具備8V~36V寬幅電壓輸入，大功率穩(wěn)壓電源輸出，以適應(yīng)12V和24V不同種類(lèi)車(chē)型，能夠適應(yīng)車(chē)輛啟動(dòng)瞬間低壓和拋負(fù)載時(shí)上百伏的瞬態(tài)高壓情況。對(duì)輸出電壓提供有效保護(hù)，避免因?yàn)橐粢曨l延長(zhǎng)線短路導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至發(fā)生起火的情況。同時(shí)具有超低功耗特性，在設(shè)備待機(jī)時(shí)，避免過(guò)度消耗車(chē)輛電瓶;
可靠的硬盤(pán)減震技術(shù)。由于車(chē)輛行駛過(guò)程中伴隨著激烈震動(dòng)，需要強(qiáng)大的硬盤(pán)減震技術(shù)，以保障視頻錄像數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定且完整的寫(xiě)入到硬盤(pán)中，并對(duì)硬盤(pán)起到良好的保護(hù)作用，延遲使用壽命。車(chē)載攝像機(jī)需要具備圖像去抖功能，避免監(jiān)控畫(huà)面因?yàn)檎饎?dòng)導(dǎo)致畫(huà)面模糊或拖影現(xiàn)象;
全封閉外殼和無(wú)風(fēng)扇散熱技術(shù)。車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，長(zhǎng)期處于灰塵、水汽環(huán)境里，要求設(shè)備必須具有很好的密封性，避免灰塵和水汽進(jìn)入到設(shè)備內(nèi)部，造成設(shè)備損壞。同時(shí)，由于芯片、硬盤(pán)工作時(shí)產(chǎn)生很大熱量，無(wú)法通過(guò)風(fēng)扇來(lái)進(jìn)行散熱，需要依靠良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠設(shè)備內(nèi)部熱量導(dǎo)出，保證設(shè)備正常工作;
專(zhuān)用航空頭連接。采用航空接頭能夠有效保證連接可靠性和信號(hào)傳輸完整性，避免由于車(chē)輛震動(dòng)導(dǎo)致接頭松動(dòng)或脫落，并利于車(chē)上布線和安裝;
備用電源技術(shù)。車(chē)輛遇到碰撞事故等情況，往往會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛電瓶不能給設(shè)備供電，需要采用備用電源技術(shù)以保障突然斷電瞬間，能夠把斷電時(shí)刻還存放在內(nèi)存中錄像數(shù)據(jù)寫(xiě)入到硬盤(pán)里面，避免此刻關(guān)鍵錄像丟失;
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸自適應(yīng)技術(shù)。由于無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)存在不同區(qū)域覆蓋信號(hào)強(qiáng)度不一樣，需要車(chē)載DVR根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度情況，在信號(hào)較強(qiáng)時(shí)提錄像編碼高碼率，而在信號(hào)弱時(shí)，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬情況，可降編碼低碼率和幀率，保證中心平臺(tái)遠(yuǎn)程預(yù)覽畫(huà)面的流暢性;
可更換網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計(jì)。采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠在現(xiàn)場(chǎng)而無(wú)需拆回設(shè)備，能夠把原有設(shè)備的3G制式升級(jí)到4G制式，便于設(shè)備無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)制式的升級(jí)，減輕用戶(hù)升級(jí)網(wǎng)絡(luò)制式時(shí)的成本壓力;
一鍵緊急報(bào)警機(jī)制。當(dāng)車(chē)輛在運(yùn)行時(shí)發(fā)生緊急情況，駕駛員可以通過(guò)觸發(fā)報(bào)警按鈕，把現(xiàn)場(chǎng)車(chē)載監(jiān)控畫(huà)面利用無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)回傳到監(jiān)控中心平臺(tái)，讓監(jiān)管人員及時(shí)查看到現(xiàn)場(chǎng)情況，并能夠聯(lián)動(dòng)到110、120、119等相關(guān)部門(mén)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況制定應(yīng)急處理預(yù)案。
發(fā)展趨勢(shì)
隨著微處理器技術(shù)、視頻編解碼技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、圖像模式識(shí)別技術(shù)的迅速發(fā)展，車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)也隨著市場(chǎng)應(yīng)用需求也不斷演化。
車(chē)載視頻監(jiān)控高清化
隨著視頻編碼技術(shù)的發(fā)展，車(chē)載視頻監(jiān)控需求也從看得見(jiàn)變?yōu)榭吹们濉１O(jiān)控畫(huà)面分辨率已從CIF(352×288)過(guò)渡到目前以D1(704×576)為主，預(yù)期720P、1080P及更高分辨率的車(chē)載視頻監(jiān)控產(chǎn)品會(huì)逐步占據(jù)原有市場(chǎng)。
目前主流編解碼主要采用H.264技術(shù)，隨著H.265視頻編碼技術(shù)逐步成熟，能夠提供更高的編解碼效率，通過(guò)H.265編碼的視頻大小將減少大約39-44%，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質(zhì)量的視頻。
4G網(wǎng)絡(luò)普及
隨著2013年12月份工信部正式發(fā)布4G牌照，車(chē)載視頻監(jiān)控已隨著4G商業(yè)化進(jìn)行也逐步普及，相比之前3G網(wǎng)絡(luò)，4G通訊技術(shù)能夠提供更加穩(wěn)定和高速的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清監(jiān)控畫(huà)面瀏覽，可以滿(mǎn)足車(chē)載無(wú)線視頻監(jiān)控對(duì)傳輸帶寬的要求。
大容量存儲(chǔ)技術(shù)
隨著高速串行總線技術(shù)發(fā)展，針對(duì)大數(shù)據(jù)量傳輸需求激增，出現(xiàn)eSATA、USB3.0等高速接口，能夠滿(mǎn)足海量音視頻傳輸和存儲(chǔ)的需要，在較短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)GB級(jí)別錄像數(shù)據(jù)的拷貝。同時(shí)，針對(duì)車(chē)載環(huán)境的專(zhuān)業(yè)監(jiān)控級(jí)2.5寸的硬盤(pán)容量也不斷擴(kuò)大，已從之前320GB、500GB的容量發(fā)展到單盤(pán)1TB、2TB的存儲(chǔ)空間。也針對(duì)震動(dòng)環(huán)境，已有設(shè)備商與西部數(shù)據(jù)等硬盤(pán)制造商合作推出了監(jiān)控級(jí)的固態(tài)混合硬盤(pán)SSHD，以增強(qiáng)車(chē)載環(huán)境下的抗振性能。
視頻客流統(tǒng)計(jì)技術(shù)
利用智能模式識(shí)別技術(shù)，來(lái)識(shí)別圖像畫(huà)面中乘客運(yùn)動(dòng)軌跡，來(lái)判斷是上車(chē)還是下車(chē)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)客流數(shù)量進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)，為城市客流量趨勢(shì)及人員流向提供數(shù)據(jù)支持，滿(mǎn)足城市線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。
人臉識(shí)別技術(shù)
車(chē)輛作為流動(dòng)的公共場(chǎng)所，每日人流量非常龐大，利用人臉識(shí)別技術(shù)能夠抓拍到乘客的人臉圖片并上傳至監(jiān)控中心進(jìn)行對(duì)比，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)小偷慣犯、在逃的通緝犯人等，在發(fā)生民事或者刑事案件時(shí)能夠提供犯罪嫌疑人的圖片，為公安圖像偵查提供有效證據(jù)。
車(chē)牌識(shí)別技術(shù)
利用車(chē)輛前、后安裝的攝像頭，能夠?qū)?chē)前、車(chē)后車(chē)輛進(jìn)行車(chē)牌識(shí)別，設(shè)備具備移動(dòng)卡口的功能，結(jié)合衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)在GIS地圖上可以定位所關(guān)注車(chē)輛所在位置，作為固定卡口的很好補(bǔ)充，很好滿(mǎn)足移動(dòng)治安刑偵的需求。
視頻智能識(shí)別技術(shù)
圖像模式識(shí)別與車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，形成諸如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS能夠?yàn)轳{駛員提供車(chē)輛前防撞預(yù)警、車(chē)道偏離報(bào)警、自動(dòng)泊車(chē)等高級(jí)功能，利用圖像拼接和視頻矯正技術(shù)能夠?yàn)轳{駛員提供360°環(huán)視功能，基于視頻人眼分析技術(shù)能夠判斷駕駛員是否處于疲勞駕駛中，為駕駛員提供更安全可靠的輔助駕駛功能。
車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
車(chē)載監(jiān)控設(shè)備都具有豐富的擴(kuò)展接口，能夠接入各種類(lèi)型車(chē)身信號(hào)，預(yù)留串行接口、以太網(wǎng)口與其他車(chē)載電子終端進(jìn)行互聯(lián)互通，通過(guò)CAN總線接口能夠?qū)崟r(shí)采集車(chē)輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)本身無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道與中心運(yùn)維平臺(tái)進(jìn)行信息采集和交互，儼然成為車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中控設(shè)備。
行業(yè)化應(yīng)用
隨著行業(yè)用戶(hù)對(duì)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)愈發(fā)重視，促使車(chē)載監(jiān)控逐步從單一的視頻監(jiān)控應(yīng)用向與相應(yīng)行業(yè)深度結(jié)合的系統(tǒng)方案方向發(fā)展。交通部陸續(xù)出臺(tái)《道路運(yùn)輸車(chē)輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車(chē)載終端技術(shù)要求》、《城市公共汽電車(chē)車(chē)載智能服務(wù)終端》、《出租汽車(chē)服務(wù)管理信息系統(tǒng)—運(yùn)營(yíng)專(zhuān)用設(shè)備》、《校車(chē)安全管理?xiàng)l例》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和條例，對(duì)車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)均有迫切需求。
以公交行業(yè)應(yīng)用為例，車(chē)載視頻監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)融合到公交調(diào)度運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中(圖3)，具備原有GPS終端、字符顯示屏、電腦自動(dòng)報(bào)站器、下客門(mén)顯示器等諸多車(chē)載設(shè)備的主要功能為一體，演化為智能公交調(diào)度監(jiān)控終端設(shè)備。并能夠與車(chē)內(nèi)外喇叭、車(chē)載LED屏、CAN總線、公交IC卡刷卡設(shè)備、智能投幣機(jī)及多媒體播放器等設(shè)備相互連接，采集和控制其他車(chē)載終端，把完整運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度、監(jiān)控中心平臺(tái)。
智能公交
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以出租車(chē)行業(yè)應(yīng)用為例，車(chē)載監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)融合到出租車(chē)電招運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中(圖4)，能夠以車(chē)輛中控的角色，實(shí)現(xiàn)與出租車(chē)智能信息屏、計(jì)價(jià)器、空車(chē)狀態(tài)牌、服務(wù)評(píng)價(jià)器、出租車(chē)頂燈及LED屏，甚至多媒體廣告播放終端、一卡通POS消費(fèi)終端等互聯(lián)互通，采集出租車(chē)運(yùn)營(yíng)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并上傳至出租車(chē)電招運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。
圖4：智能出租車(chē)載終端系統(tǒng)框圖
諸如校車(chē)動(dòng)態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)、物流車(chē)輛車(chē)貨匹配系統(tǒng)、金融押運(yùn)車(chē)運(yùn)維監(jiān)管系統(tǒng)、警用車(chē)輛動(dòng)態(tài)取證系統(tǒng)、鐵路車(chē)廂監(jiān)管系統(tǒng)等行業(yè)車(chē)載智能監(jiān)控系統(tǒng)，在此就不一一贅述。
總結(jié)
伴隨著高清化、智能化及4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)已成為智能交通一個(gè)重要的組成部分，在公眾出行的需求急劇增長(zhǎng)的情況下，如何提供更安全、更便利的交通車(chē)載環(huán)境已為越來(lái)越多的人所關(guān)注。在智能交通迅速發(fā)展的帶動(dòng)下，車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)必將廣泛普及并擁有更大的應(yīng)用前景。
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