基于北斗系统的汽车试验信息采集与分析系统研究

蔡振华、梁晨、崔康、王威

（1.中国农业机械化科学研究院，北京 100083；2.交通运输部公路科学研究院，北京 100088）

0 引言

2020年中国机动车保有量为3.72 亿辆，其中汽车保有量为2.81 亿辆。我国目前已成为汽车制造大国，汽车产销量连续多年居世界第一。汽车产品为中国物流行业的发展和国民经济的持续健康发展做出了巨大贡献。但与此同时，部分商用汽车产品也存在安全配置低、整车性能差等问题，汽车肇事引发的交通事故依然高发[1]。2019年中国交通事故死亡人数为6.28 万人，交通事故受伤人数为25.61 万人，交通事故直接财产损失为13.46 亿元。群死群伤的重特大恶性交通事故时有发生，致使人民群众生命和财遭受巨大损失[2]。因此加强道路运输车辆安全技术管理，提升汽车本质安全性能质量，有效遏制和减少因汽车本质安全性能不足导致的安全事故，是切实保障人民群众生命财产安全、促进汽车行业健康发展的有效途径[3]。

针对道路运输车辆技术管理，交通运输部建立了道路运输车辆营运安全达标车型公告等相关制度，形成了较为完善的道路运输车辆技术服务体系，为道路运输高质量发展和实现“交通强国”战略目标提供了有力的技术支撑[4]。交通运输部对于道路运输车辆安全性能和结构配置提出了最基本的安全技术要求，开展了大量技术准入和检测服务工作，优化了技术管理和监管措施。在此过程中，建立一个高效的汽车产品检测信息管理平台，加强道路运输车辆技术准入和检测监管，对于政府、企业和检验机构来说都十分必要。

1 汽车试验信息采集与分析系统研究

本文基于北斗卫星导航系统研究了一种汽车试验信息采集与分析系统，为提高汽车试验过程中样车核查的质量与效率、规范汽车试验视频监控拍摄方法以及有效监管车辆的试验检测过程提供了有力保障[5]。该系统可采集汽车试验过程的有效信息，对试验数据进行分析和处理，确保汽车试验核查视频真实有效，加强了对汽车试验的监督和管理。

系统由汽车试验数据采集系统和试验数据分析系统两部分组成。其主要特点包括：通过设备内部摄像头对试验过程中指定步骤进行录像、拍照；在视频及图像中加入车辆VIN 码等独有信息，以防篡改并实时上传到中心服务器；终端内部嵌有九轴100 Hz采样姿态传感器，配合高频高精度地理信息定位模块（RS232 串口通讯），采集试验车辆在动态试验中运行轨迹和车辆姿态变化数据，辅助逆向算法对动态试验过程高度还原；试验数据均采用独有加密压缩算法用以确保试验过程的真实性、唯一性[6]。

2 系统的硬件设计与研究

（1）数据采集系统硬件采用四核64 位Coretex-A53 高速处理器，配置安卓7.0 系统，主频为1.3 GHz；内存容量RAM 为2GB，ROM 为16GB，存储容量大，运行速度快，性能稳定。数据采集系统可轻松处理各项任务指令，支持多项任务流畅处理。检测终端设备达到IP65 工业三防等级，即使从1.5 m 高度自然跌落也不会有任何损坏。

（2）系统配置前置200 万像素、后置800 万像素的摄像头，带闪光灯和自动对焦功能；采用5 英寸IPS 高清显示屏，分辨率为1280×720。

汽车试验过程中的试验步骤、试验数据和录像可直接在检测终端设备上展示。在系统中，所有试验涉及的视频图像及数据都可通过“补传”功能实现在线提交，无需借助PC 客户端便可确认试验效果，节约了大量的人力及沟通成本，极大提高了工作效率。

（3）数据通讯采用4G 全网通，以及2.4G/5G 双频WiFi，符合IEEE802.11a/b/g/n5。

（4）触控屏采用康宁大猩猩三代工业级多点触控电容屏；LED 指示灯控制设计。

3 系统的主要功能

系统主要功能包括：①1080P 高清视频H.264 main profile编码；②JPG 图像抓拍；③视频叠加车辆VIN 信息；④高清视频存储；⑤车辆姿态数据采集；⑥串口RS232 GPS 数据接收；⑦触摸屏坐标转化；⑧视频CVBS 屏幕输出；⑨网络连接，数据发送、接收（图1）。

图1 功能框图

4 系统的软件设计与研究

（1）视频编码及解码：视频采集编码和压缩存储。将摄像头YUV 格式的原始视频采用H.264 压缩技术实现720P 编码录像，在视频中叠加车辆VIN 信息。录像回放时解码成YUV 格式播放，压缩比为1：6，极大节省存储空间。

（2）录像存储、上传：试验视频按“车辆VIN+试验步骤+日期”命名，方便事后调阅管理。自带空间管理功能，以防空间不足影响设备使用。

（3）姿态模块数据采集、解析：将采集的姿态、地理信息数据加密压缩，实时上传中心服务器。软件逆向解算数据，在程序中回显试验轨迹。

（4）试验逻辑控制：通过软件界面中的“中止”、“结束”和“继续”等操作，实现对试验进程的控制。

（5）具有无线网络切换及链路保持功能。

（6）网络传输质量保证。

（7）可实现本地试验数据查询、删除（图2）。

图2 外围接口

本系统采用4G 网络，实时上传试验视频及动态试验数据到中心服务器，同时在终端内部备份。在试验的过程中采用差分算法分析北斗卫星导航定位系统数据，科学地得出各速度点的距离、时间和速度等试验结果；并采用散点图显示车辆试验中姿态变化，真实还原试验过程。试验人员通过本系统确认各步骤的视频质量和动态统计结果后，即可完成试验。

汽车试验分静态试验和动态试验两部分。试验人员通过终端屏幕上的步骤控制按键，在试验监管服务器上实时生成对应步骤试验的视频录像，同时在服务器端和终端上保存。审查专家可通过系统进行在线观看，或事后再现回放，用于调查取证。车辆进入试验场地进行动态试验时，中心服务器实时分析终端采集的地理信息数据，对等速试验、加速试验生成各速度点的距离和时长等数据进行统计，以作为评审参考（图3）。

图3 操作流程

汽车试验信息采集与分析系统主要完成车辆试验的视频、图片采集和数据压缩，以及地理信息数据和车辆动态试验姿态数据转换，将得到的媒体数据和试验数据利用4G 无线信号实时传输到中心服务器。通过终端的步骤控制触摸屏，对试验步骤进行控制。汽车试验检测终端是系统的核心，该终端由视频采集压缩模块、无线传输模块、卫星定位模块、姿态数据接收模块、存储模块和音视频采集模块组成。

服务器端主要由多媒体业务网关、地图服务器及视频录像服务器组成；其中多媒体业务网关用于接收汽车试验检测终端实时回传的视频流，将视频流通过网络转发客户端，生成试验录像。服务器可实现在线播放功能、试验管理功能、报警管理功能及录像查询功能。服务器可存储车辆道路试验轨迹及速度点判断。媒体服务器支持集群管理和大规模连接并发。车辆在试验过程中，服务器判断每台终端的地理信息是否在指定的电子围栏内，以防止检测机构在非指定场地试验。如发生越界，则触发报警，并通知相关机构和监管人员的客户端。

5 小结

本文研究的汽车试验信息采集与分析系统，基于北斗卫星导航系统，利用现代通信技术采集试验数据，能够获取更加丰富的试验信息。系统对汽车试验数据的有效分析可显示试验中车辆的姿态变化，真实还原试验过程，准确记录试验信息，及时对试验问题做出报警。该系统可以进一步提升监控信息的真实性和有效性，为汽车产品的试验研究和政府管理提供科学的判断依据。