一种基于达芬奇平台的公交车载视频监控及调度管理系统

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一种基于达芬奇平台的公交车载视频监控及调度管理系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及互联网、多媒体、GPS定位、无线移动通信及射频识别等技术领域，特别是涉及一种基于达芬奇平台的公交车载视频监控及调度管理系统。\n背景技术\n[0002] 随着城市经济的快速发展，城市交通需求快速增长和资源环境约束之间的矛盾日益尖锐。为了适应城市出行机动化发展进程的需求，特别是适应城市与交通良性互动的需求，在信息化技术的发展背景下，具有车辆管理和智能调度功能的公共交通管理系统开始进入公交行业，城市公共交通迈出了信息化的步伐。\n[0003] 但在目前，现有的公交车载电子设备种类繁多且相互独立，公交信息资源无法有效综合利用；公交系统运营模式陈旧，无法有效提高公交服务质量和用户体验；公交车载电子设备信息化技术应用水平较低，企业管理无法摆脱手工操作和经验管理阶段。这些严重制约了城市交通向着“畅通、高效、安全、绿色”方向的发展。为了适应城市交通发展的需求，急需一种为公交调度管理提供一种对车载电子设备进行统一管理、对车辆状态进行实时监控、对公交系统运作实现全程干预的智能调度管理系统。\n发明内容\n[0004] 本发明针对现有技术的不足，为公交调度管理提供一种对车载电子设备进行统一管理、对车辆状态进行实时监控、对公交系统运作实现全程干预的智能调度管理系统。\n[0005] 一种基于达芬奇平台的公交车载视频监控及调度管理系统，其特征在于：系统由电源模块1100、主机1200和操作终端1300三部分组成；其中，主机1200是系统的核心，电源模块1100面向系统提供电源输出，通过数字/模拟接口与主机1200进行通信，操作终端\n1300是面向车辆驾驶员的人机交互接口，通过RS485接口实现与主机1200之间的数据及控制信号的传输，通过模拟接口接收主机1200发出的复合模拟视频信号，通过相关功能按键、红外遥控器并配合彩色液晶显示屏，实现车辆驾驶员与系统之间的人机交互；\n[0006] 所述电源模块1100支持直流宽电源输入，主要包括电源转换输出、工作模式控制、功率网络控制及音频功率放大四部分功能电路，实现系统前端电源转换、系统工作状态切换、音频功率放大、功率网络控制；\n[0007] 所述电源转换输出功能电路支持9-36V直流宽电源输入、12V/6A电源输出，其中分别面向主机1200、视频采集功能模块1202的四路外接摄像头及操作终端1300各提供\n12V/2A直流输出；\n[0008] 所述工作模式控制功能电路通过数字接口实时监测车辆启动信号，配合系统休眠/唤醒控制信号，在主机1200的配合下，控制系统在工作模式和低功耗模式之间自动切换；\n[0009] 所述功率网络控制功能电路根据系统当前不同的工作模式及状态，通过数字接口对面向视频采集功能模块1202的四路外接摄像头电源及音频功率放大输出进行开关控制；\n[0010] 所述音频功率放大功能电路通过模拟接口接收来自主机1200的两路模拟音频信号，支持两路桥接式负载音频功率放大输出，输出功率分别为10W和40W；\n[0011] 所述主机1200是系统的核心部分，采用DaVinci(达芬奇)+FPGA的框架结构，主要包括信号处理器1201、视频采集功能模块1202、音频采集功能模块1203、音频播报功能模块1204、车载设备接口模块1205、无线移动通信模块1206、Wi-Fi模块1207、GPS模块\n1208、接口扩展功能模块1209、SD卡存储功能模块1210及系统程序存储模块1211，实施音视频数据采集、数字信号处理、车辆实时定位、系统网络控制、无线通信连接及车载设备的控制；\n[0012] 所述信号处理器1201是数字信号处理的核心单元，由DaVinci(达芬奇)+FPGA组成；系统工作时，主要由FPGA实现对采集获得的视频数据的预处理以及外围电路与DaVinci(达芬奇)之间的通信连接，由DaVinci(达芬奇)实施音视频数据编解码处理、系统网络控制以及外围各功能模块的控制；\n[0013] 所述视频采集功能模块1202支持4路CIF格式(标准化图像格式)视频的实时采集；四路摄像头由电源模块1100供电，采集到的视频数据送信号处理器1201，首先由FPGA实施4路CIF格式(标准化图像格式)视频到4CIF分辨率视频的合成，再通过VPFE接口(Video Processing Front-End，视频处理前端接口)送DaVinci(达芬奇)进行统一编码处理；\n[0014] 所述音频采集功能模块1203通过ASP接口(Audio Serial Port，音频串行接口)与信号处理器1201进行通信，支持两路音频的实时采集；\n[0015] 所述音频播报功能模块1204实施文本到语音的转换，通过ASP接口(Audio Serial Port，音频串行接口)与信号处理器1201进行通信，支持三路语音播报；其中两路配合电源模块1100内的音频功率放大电路实施车辆内部和外部的语音播报，第三路实施公交调度管理中心下发的面向车辆驾驶员的文本信息的语音播报；三路音频通道的切换、开关及音量通过数字接口分别可控；\n[0016] 所述车载设备接口模块1205包含三路标准工业串行接口RS232或RS485以及多路数字/模拟接口，供车载电子设备的接入以实施车载电子设备的统一管理；其中，每一路串行接口的类型,是RS232还是RS485,是可配置的，用于实现与车载LED显示屏设备的通信，数字/模拟接口可以实现车辆开关门、车内灯光的控制以及车载设备状态的监测；\n[0017] 所述无线移动通信模块1206用于实现系统与公交调度管理中心及公共无线网络的无线移动通信连接；根据不同的需求，无线移动通信模块1206可以选择使用GPRS技术的模块，也可以选择使用3G技术的模块；当无线移动通信模块1206采用GPRS技术时，模块通过UART接口与信号处理器1201进行通信；当无线通信模块采用3G技术时，模块通过USB接口与信号处理器1201进行通信；\n[0018] 所述Wi-Fi模块1207通过USB接口与信号处理器1201进行通信，配合无线移动通信模块1206搭建无线局域网络，面向乘客提供本地免费无线接入服务，通过与公交站内Wi-Fi热点的连接实现系统程序的无线更新及系统采集获得的海量数据的批量上传；\n[0019] 所述GPS模块1208通过UART接口与信号处理器1201进行通信，在车辆运行过程中实时采集车辆位置、速度等状态信息，配合无线移动通信模块1206通过无线移动通信网络将采集到的车辆当前位置、速度等状态信息实时上传至公交调度管理中心服务器；\n[0020] 所述接口扩展功能模块1209通过USB接口与信号处理器1201进行通信，根据客户需要，提供多路类型可配置的工业标准串口RS232/RS485、CAN总线接口及数字/模拟接口；\n[0021] 所述SD卡存储功能模块1210通过DaVinci(达芬奇)上的SD卡控制器接口与信号处理器1201进行通信；\n[0022] 所述系统程序存储模块1209采用大容量NAND FLASH芯片，通过DaVinci(达芬奇)上的外部存储器接口与信号处理器1201进行通信，存储系统程序；NAND FLASH芯片与DaVinci(达芬奇)之间通过FPGA实现信号电平的转换；\n[0023] 所述操作终端1300作为人机交互接口，主要包括红外遥控功能模块1301、手动报站功能模块1302、微控制器1303、射频识别功能模块1304及视频播放功能模块1305；该终端面向车辆驾驶员提供20个按键，包括“开始”键、“结束”键、“切换”键、“确认”键、“菜单”键、“报警”键、四个方向键及0到9共十个数字按键，配合红外遥控器及彩色液晶显示屏，实现车辆驾驶员与系统之间的人机交互；\n[0024] 所述操作终端1300在微控制器1303的控制下通过工业标准串口RS485与主机\n1200实现通信，实现数据及控制信号等的传输；\n[0025] 所述红外遥控功能模块1301通过微控制器1303上带有中断功能的I/O口接收红外遥控指令，以实现对系统状态、系统时间、系统网络连接、报站音量等进行设置及调整；\n[0026] 所述手动报站功能模块1302通过微控制器1303上带有中断功能I/O口与微控制器1303进行通信，配合功能按键实现公交站点及公交服务用语的手动语音播报，根据车辆运行情况的需要实现车辆运行任务的开始、切换、确认、终止及意外情况的报警；\n[0027] 所述射频识别功能模块1304通过SPI接口(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)与微控制器1303进行通信，读取公交驾驶员的IC卡信息；\n[0028] 所述视频播放功能模块1305通过模拟接口接收来自信号处理器1201中VPBE接口(Video Processing Back-End,视频处理后端接口)输出的复合模拟视频信号并转换成数字RGB格式视频信号，通过位于操作终端1300的7寸彩色液晶显示屏显示。\n[0029] 本发明的优点是：设备集成度高、信息实时性好、设备运营成本低、用户体验较佳及系统运行方式灵活多样，能够有效提高公交系统的服务质量和信息化管理水平。\n附图说明\n[0030] 附图1为本系统的整体结构示意框图。\n[0031] 附图2为本系统的视频采集及处理电路结构示意框图。\n[0032] 附图3为本系统的工作流程示意框图。\n具体实施方式\n[0033] 下面结合附图对本发明作详细说明：\n[0034] 如图1所示，一种基于达芬奇平台的公交车载视频监控及调度管理系统(以下简称系统)，其特征在于：系统由电源模块1100、主机1200和操作终端1300三部分组成。其中，电源模块1100面向系统提供电源输出，通过数字/模拟接口与主机1200进行通信，实现系统工作状态切换、音频功率放大、功率网络控制等功能；主机1200作为系统的核心，主要完成音视频数据采集、数字信号处理、车辆实时定位、系统网络控制、无线通信连接及车载设备管理等功能；操作终端1300是面向车辆驾驶员的人机交互接口，通过RS485接口实现与主机1200之间的数据及控制信号等的传输，通过模拟接口接收主机1200发出的复合模拟视频信号，通过相关功能按键、红外遥控器及彩色液晶显示屏，实现车辆驾驶员与系统之间的人机交互。\n[0035] 所述电源模块1100支持直流宽电源输入，主要包括电源转换输出、工作模式控制、功率网络控制及音频功率放大四部分功能电路，实现系统前端电源转换、系统工作状态切换、音频功率放大、功率网络控制；\n[0036] 所述电源转换输出功能电路支持9-36V直流宽电源输入、12V/6A电源输出，其中分别面向主机1200、视频采集功能模块1202的四路外接摄像头及操作终端1300各提供\n12V/2A直流输出；\n[0037] 所述工作模式控制功能电路通过数字接口实时监测车辆启动信号，配合系统休眠/唤醒控制信号，在主机1200的配合下，控制系统在工作模式和低功耗模式之间自动切换；\n[0038] 所述功率网络控制功能电路根据系统当前不同的工作模式及状态，通过数字接口对面向视频采集功能模块1202的四路外接摄像头电源及音频功率放大输出进行开关控制；\n[0039] 所述音频功率放大功能电路通过模拟接口接收来自主机1200的两路模拟音频信号，支持两路桥接式负载音频功率放大输出，输出功率分别为10W和40W；\n[0040] 所述主机1200是系统的核心部分，采用DaVinci(达芬奇)+FPGA的框架结构，主要包括信号处理器1201、视频采集功能模块1202、音频采集功能模块1203、音频播报功能模块1204、车载设备接口模块1205、无线移动通信模块1206、Wi-Fi模块1207、GPS模块\n1208、接口扩展功能模块1209、SD卡存储功能模块1210及系统程序存储模块1211，实施音视频数据采集、数字信号处理、车辆实时定位、系统网络控制、无线通信连接及车载设备的控制；\n[0041] 所述信号处理器1201是数字信号处理的核心单元，由DaVinci(达芬奇)+FPGA组成；系统工作时，主要由FPGA实现对采集获得的视频数据的预处理以及外围电路与DaVinci(达芬奇)之间的通信连接，由DaVinci(达芬奇)实施音视频数据编解码处理、系统网络控制以及外围各功能模块的控制；\n[0042] 所述视频采集功能模块1202支持4路CIF格式(标准化图像格式)视频的实时采集；四路摄像头由电源模块1100供电，采集到的视频数据送信号处理器1201，首先由FPGA实施4路CIF格式(标准化图像格式)视频到4CIF分辨率视频的合成，再通过VPFE接口(Video Processing Front-End，视频处理前端接口)送DaVinci(达芬奇)进行统一编码处理；\n[0043] 所述音频采集功能模块1203通过ASP接口(Audio Serial Port，音频串行接口)与信号处理器1201进行通信，支持两路音频的实时采集；\n[0044] 所述音频播报功能模块1204实施文本到语音的转换，通过ASP接口(Audio Serial Port，音频串行接口)与信号处理器1201进行通信，支持三路语音播报；其中两路配合电源模块1100内的音频功率放大电路实现车辆内部和外部的语音播报，第三路用于实施公交调度管理中心下发的面向车辆驾驶员的文本信息的语音播报；三路音频通道的切换、开关及音量通过数字接口分别可控；\n[0045] 所述车载设备接口模块1205包含三路标准工业串行接口(RS232或RS485)以及多路数字/模拟接口，供车载电子设备的接入以实施车载电子设备的统一管理；其中，每一路串行接口的类型(是RS232还是RS485)是可配置的，用于实现与车载LED显示屏设备的通信，数字/模拟接口可以实现车辆开关门、车内灯光的控制以及车载设备状态的监测；\n[0046] 所述无线移动通信模块1206用于实现系统与公交调度管理中心及公共无线网络的无线移动通信连接；根据不同的需求，无线移动通信模块1206可以选择使用GPRS技术的模块，也可以选择使用3G技术的模块；当无线移动通信模块1206采用GPRS技术时，模块通过UART接口与信号处理器1201进行通信；当无线通信模块采用3G技术时，模块通过USB接口与信号处理器1201进行通信；\n[0047] 所述Wi-Fi模块1207通过USB接口与信号处理器1201进行通信，配合无线移动通信模块1206搭建无线局域网络，面向乘客提供本地免费无线接入服务，通过与公交站内Wi-Fi热点的连接实现系统程序的无线更新及系统采集获得的海量数据的批量上传；\n[0048] 所述GPS模块1208通过UART接口与信号处理器1201进行通信，在车辆运行过程中实时采集车辆位置、速度等状态信息，配合无线移动通信模块1206通过无线移动通信网络将采集到的车辆当前位置、速度等状态信息实时上传至公交调度管理中心服务器；\n[0049] 所述接口扩展功能模块1209通过USB接口与信号处理器1201进行通信，根据客户需要，提供多路类型可配置的工业标准串口(RS232/RS485)、CAN总线接口及数字/模拟接口；\n[0050] 所述SD卡存储功能模块1210通过DaVinci(达芬奇)上的SD卡控制器接口与信号处理器1201进行通信；\n[0051] 所述系统程序存储模块1209采用大容量NAND FLASH芯片，通过DaVinci(达芬奇)上的外部存储器接口与信号处理器1201进行通信，存储系统程序；NAND FLASH芯片与DaVinci(达芬奇)之间通过FPGA实现信号电平的转换；\n[0052] 所述操作终端1300作为人机交互接口，主要包括红外遥控功能模块1301、手动报站功能模块1302、微控制器1303、射频识别功能模块1304及视频播放功能模块1305；该终端面向车辆驾驶员提供20个按键，包括“开始”键、“结束”键、“切换”键、“确认”键、“菜单”键、“报警”键、四个方向键及0到9共十个数字按键，配合红外遥控器及彩色液晶显示屏，实现车辆驾驶员与系统之间的人机交互；\n[0053] 所述操作终端1300在微控制器1303的控制下通过工业标准串口RS485与主机\n1200实现通信，实现数据及控制信号等的传输；\n[0054] 所述红外遥控功能模块1301通过微控制器1303上带有中断功能的I/O口接收红外遥控指令，以实现对系统状态、系统时间、系统网络连接、报站音量等进行设置及调整；\n[0055] 所述手动报站功能模块1302通过微控制器1303上带有中断功能I/O口与微控制器1303进行通信，配合功能按键实现公交站点及公交服务用语的手动语音播报，根据车辆运行情况的需要实现车辆运行任务的开始、切换、确认、终止及意外情况的报警；\n[0056] 所述射频识别功能模块1304通过SPI接口(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)与微控制器1303进行通信，读取公交驾驶员的IC卡信息；\n[0057] 所述视频播放功能模块1305通过模拟接口接收来自信号处理器1201中VPBE接口(Video Processing Back-End,视频处理后端接口)输出的复合模拟视频信号并转换成数字RGB格式视频信号，通过位于操作终端1300的7寸彩色液晶显示屏显示。\n[0058] 作为公交车载电子设备的统一管理平台，车载电子设备可以通过车载设备接口模块1205及接口扩展功能模块1209提供的数字/模拟接口、RS232/RS485接口及CAN总线接口等接入该系统，以构成车载电子设备网络，从而实现系统对车载电子设备的统一管理；\n系统通过对设备状态的实时监测，识别设备故障并对故障进行告警，并通过无线移动通信网络上报故障至公交调度管理中心，协助公交调度管理中心进行调度决策，以保证公交系统安全、高效运行。\n[0059] 车辆启动后，系统的电源模块1100检测到车辆启动信号，通过系统休眠/唤醒控制信号，结合主机1200控制系统由低功耗模式转入工作模式；进入工作模式后，系统首先完成自检及车载电子设备状态检测，射频识别功能模块1304识别驾驶员IC卡信息，然后系统通过无线移动通信模块1206自动与公交调度管理中心服务器建立无线连接，上报车辆状态及驾驶员信息，接收任务指令；车辆驾驶员通过操作终端1300上相关的功能按键等进行任务确认，完成任务准备工作。\n[0060] 车辆驾驶员可以通过红外遥控功能模块1301向系统发送遥控指令，对设备状态、系统时间、网络连接、报站音量等进行设置及调整，使设备处于最佳的运行状态。\n[0061] 在车辆正常运行过程中，系统根据GPS模块1208获得的车辆当前位置、速度等状态信息，并结合任务信息，同时完成以下工作：\n[0062] (1)结合音频播报功能模块1204面向乘客进行公交站点及公交服务用语的自动语音播报，同时通过车载LED显示屏进行文字展示。\n[0063] (2)结合无线移动通信模块1206通过无线移动通信网络将状态信息实时上传至公交调度管理中心并以电子地图的形式显示，实现公交调度管理中心对车辆状态信息的实时掌控，协助公交调度管理中心进行管理及调度决策；\n[0064] (3)车辆当前位置、速度等状态信息在公交调度管理中心的服务器完成解析，并实时更新至网络电子地图，实现公众通过公共网络对车辆运行状态信息的实时查询。\n[0065] 在需要的情况下，车辆驾驶员可以通过手动报站功能模块1302干预车辆报站操作，实现车辆站点信息及公交服务用语的手动播报工作。\n[0066] 在公交车正常运行过程中，针对公交调度管理中心下发的面向公交车驾驶员的文本指令，信号处理器1201结合音频播报功能模块1204以语音的形式面向车辆驾驶员进行播报。\n[0067] 在公交车正常运行过程中，在需要的情况下，结合无线移动通信模块1206及音频播报功能模块1204，公交调度管理中心与车辆驾驶员之间通过实时语音通话功能进行实时语音通话。公交调度管理中心和车辆驾驶员都可以是语音通信的发起方，在获得对方确认后，即可以进行实时语音通信。\n[0068] 在公交车正常运行过程中，系统通过视频采集功能模块1202和音频采集功能模块1203对车辆前方、驾驶员及乘客等方位进行音视频数据采集工作。针对采集获得的音频、视频等海量数据经处理后，一方面存储在本地SD卡中，最终通过Wi-Fi无线网络批量上传，可以作为事故纠纷等的处理依据，另一方面在需要时可以通过3G网络(当系统的无线移动通信模块选用3G技术的模块时)实时上传至公交调度管理中心并在调度中心实时显示，作为公交调度管理中心实施调度决策的依据。\n[0069] 本次任务完成后，系统自动通过无线移动通信网络实现与公交调度管理中心的任务交接，并上报系统状态；系统询问公交调度管理中心是否有新的任务指令，若有，则重新进入任务执行状态。\n[0070] 若没有新的任务指令，系统通过与公交调度管理中心服务器的无线连接，定时读取系统程序版本信息及多媒体素材版本信息，当检测到新的程序版本或多媒体素材版本时，待系统处于空闲状态，自动实施系统新版本程序或新版本多媒体素材的无线下载，新版本系统程序写入系统程序存储功能模块1212中，新版本多媒体素材存储于SD卡存储功能模块1211中，待系统自动重启，完成更新操作；也可以通过SD卡手动更新方式完成系统程序及多媒体素材的更新操作。\n[0071] 车辆停止运行且系统空闲时，系统电源模块1100控制系统由工作模式转入低功耗模式，等待下次任务。\n[0072] 上述实施方式为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的修改、替代、组合、裁剪，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。