（石家莊華燕交通科技有限公司 050227）

1 相關(guān)知識(shí)概述

1.1 嵌入式Linux 系統(tǒng)概述

嵌入式 Linux 是嵌入式操作系統(tǒng)中的一個(gè)新成員，其是將日益流行的 Linux 操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)多運(yùn)行在ARM 架構(gòu)的計(jì)算機(jī)上，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車電子等領(lǐng)域，是目前流行且及具發(fā)展?jié)摿Φ牟僮飨到y(tǒng)。

其在實(shí)踐中表現(xiàn)出了突出的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為。

（1）版權(quán)費(fèi)免費(fèi)。購(gòu)買費(fèi)用媒介成本技術(shù)支持全世界的自由軟件開發(fā)者提供支持網(wǎng)絡(luò)特性免費(fèi)，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應(yīng)用軟件支持。

（2）應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)周期短，新產(chǎn)品上市迅速[2]。

（3）嵌入式ARM 架構(gòu)的Linux 系統(tǒng)整體硬件功耗低于傳統(tǒng)的x86 架構(gòu)Windows 系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

（4）Linux 系統(tǒng)不易受病毒的攻擊。

1.2 Windows 系統(tǒng)概述

Windows 操作系統(tǒng)是美國(guó)微軟公司研發(fā)的一套操作系統(tǒng)，它問(wèn)世于1985年，起初僅僅是Microsoft-DOS 模擬環(huán)境。后續(xù)的系統(tǒng)版本由于微軟不斷的更新升級(jí)，不但易用，也成為了當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的操作系統(tǒng)[3]。

其主要是應(yīng)用于PC 端的操作系統(tǒng)，接口較為完善且方便擴(kuò)展，但隨著功能的增加，系統(tǒng)也日益龐大，主要的使用群體是桌面辦公計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，在車載低功耗和安防、嵌入式等領(lǐng)域應(yīng)用較少。

1.3 駕考培車載評(píng)判系統(tǒng)概述

駕考有三個(gè)考核階段：科目一，駕駛技能理論考試；科目二，場(chǎng)地駕駛技能考試；科目三，道路駕駛技能考試。

駕培，主要是針對(duì)駕?？颇慷涂颇咳南嚓P(guān)駕駛技能進(jìn)行培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容也就是駕考所需要考核的內(nèi)容。

駕考車載評(píng)判系統(tǒng)主要是指機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)丝颇慷⒖颇咳荚嚳颇恐?，車輛所安裝的一套硬件加軟件的電子化評(píng)判系統(tǒng)，是考核駕駛?cè)耸欠癜凑障鄳?yīng)的考試要求進(jìn)行駕駛操作的。例如，判斷是否按照要求進(jìn)行倒車入庫(kù)開啟轉(zhuǎn)向燈、變更車道等。這些操作的評(píng)判均是由車載安裝的硬件設(shè)備進(jìn)行信號(hào)的采集、處理以及最終的軟件評(píng)判。其依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，有一套完整的考評(píng)準(zhǔn)則。

駕培車載評(píng)判系統(tǒng)主要是以駕駛培訓(xùn)為目的，其實(shí)現(xiàn)原理和駕考車載評(píng)判系統(tǒng)基本一致。不同的是駕培車載評(píng)判系統(tǒng)在使用過(guò)程中，軟件以語(yǔ)音或其他方式提示駕駛員進(jìn)行正確的駕駛操作，然后對(duì)駕駛過(guò)程進(jìn)行評(píng)判的一套系統(tǒng)。其培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)也遵從國(guó)家出臺(tái)的教學(xué)大綱和考試標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)與硬件、軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用飛思卡爾I.MX6Q，ARM 構(gòu)架Linux 系統(tǒng)核心板卡。以此為依托，將模擬攝像頭、數(shù)字?jǐn)z像頭、音頻合成模塊、視頻合成模塊、GPS 模塊、電臺(tái)模塊、交換機(jī)模塊、4G 模塊（或其他無(wú)線WIFI 通訊模塊）、OBD 信號(hào)采集模塊以及觸摸屏模塊等設(shè)備集成，通過(guò)軟件對(duì)考核過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)判。

2.2 硬件方面設(shè)計(jì)

Linux 系統(tǒng)核心板卡為本系統(tǒng)的主控單元（下稱Linux 主機(jī)），主要通過(guò)和各功能模塊的交互，完成信號(hào)的與處理。各功能模塊的功能如下。

（1）模擬攝像頭：負(fù)責(zé)人臉的照片抓取，進(jìn)行人臉識(shí)別。實(shí)現(xiàn)身份核驗(yàn)功能和科目三考試中，考試過(guò)程的監(jiān)控。

（2）數(shù)字?jǐn)z像頭：負(fù)責(zé)車內(nèi)、車外的高清視頻采集，保證考試過(guò)程的視頻監(jiān)管和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程語(yǔ)音對(duì)講功能。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)備連接圖

（3）音、視頻合成模塊：負(fù)責(zé)科目三考試中，將多路模擬攝像頭視頻合成為一路進(jìn)行傳輸。

（4）GPS 模塊：負(fù)責(zé)車輛的位置定位，實(shí)現(xiàn)車輛在考核過(guò)程中，是否壓線、車身出線等判斷。

（5）電臺(tái)模塊：負(fù)責(zé)接收差分基站的差分定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車載的高精度差分定位。

（6）4G 模塊：負(fù)責(zé)傳輸考試音視頻與數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程服務(wù)器和遠(yuǎn)程信息管理。

（7）OBD 信號(hào)采集模塊：通過(guò)汽車的OBD 接口采集考試、培訓(xùn)過(guò)程中所需要的車輛信號(hào)或直接連接采集汽車的相關(guān)I/O 電信號(hào)，并傳給Linux 核心板卡進(jìn)行處理，例如燈光、擋位、車門、駐車制動(dòng)或安全帶等信號(hào)。

（8）觸摸屏模塊：連接Linux 核心板卡，實(shí)現(xiàn)車載軟件的人機(jī)交互與控制。

以上各功能模塊通過(guò)不同的接口相互連接，協(xié)調(diào)完成，其整體設(shè)備連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 軟件方面的設(shè)計(jì)

軟件部分按照考試、培訓(xùn)流程主要分為身份認(rèn)證，考試或培訓(xùn)項(xiàng)目開始、考試或培訓(xùn)項(xiàng)目操作過(guò)程評(píng)判、考核結(jié)束。下面以科目二倒車入庫(kù)考核項(xiàng)目的軟件流程設(shè)計(jì)為例，其他科目二、科目三考核實(shí)現(xiàn)原理與其一致。

2.4 倒車入庫(kù)項(xiàng)目操作要求

從道路一端控制線（倒入車庫(kù)停車，再前進(jìn)出庫(kù)向另一端控制線行駛。待兩個(gè)前輪觸地點(diǎn)均駛過(guò)控制線后，倒入車庫(kù)停車，前進(jìn)駛出車庫(kù)，回到起始點(diǎn)（圖2）?？荚囘^(guò)程中，車輛進(jìn)退途中不得停車。項(xiàng)目完成時(shí)間不得超過(guò)3.5 min[4]。

圖2 倒車入庫(kù)項(xiàng)目車輛運(yùn)行圖形

2.5 軟件評(píng)判流程

（1）通過(guò)觸摸屏或遠(yuǎn)程命令，在考前或培訓(xùn)前進(jìn)行身份認(rèn)證提示，通過(guò)攝像頭抓拍駕駛員照片，與已經(jīng)存儲(chǔ)在Linux 主機(jī)內(nèi)的駕駛員照片對(duì)比。對(duì)比成功方可開始考試或培訓(xùn)，防止駕駛員上錯(cuò)車或替考。

（2）車輛進(jìn)入“倒車入庫(kù)”項(xiàng)目，語(yǔ)音提示項(xiàng)目名稱。

（3）GPS 模塊每200 ms 發(fā)送一次定位數(shù)據(jù)給Linux 主機(jī)，軟件通過(guò)判斷車輛位置與考試、培訓(xùn)場(chǎng)地電子地圖的位置關(guān)系，來(lái)判斷車輛所在的項(xiàng)目位置、行車方向、行車軌跡、車輪是否壓線以及車身出線。

（4）結(jié)合位置關(guān)系的判斷與車輛信號(hào)的判斷，是否按照上述“倒車入庫(kù)”項(xiàng)目操作要求進(jìn)行駕駛操作。例如操作要求中第一句“從道路一端控制線（兩個(gè)前輪觸地點(diǎn)在控制線以外）”的評(píng)判，就是軟件判通過(guò)車輛GPS 模塊的定位數(shù)據(jù)，判斷車輛的車輪坐標(biāo)是否在控制線坐標(biāo)的外側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)判斷駕駛員的操作是否符合要求。當(dāng)不符合要求時(shí)，軟件自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的扣分和提示。

（5）考試過(guò)程中，音、視頻全程錄像。軟件隨機(jī)抓拍駕駛員的人臉照片進(jìn)行對(duì)比，防止考試中途換人等作弊行為。

（6）本項(xiàng)目操作完畢后，駛出項(xiàng)目，進(jìn)入下一個(gè)項(xiàng)目的操作評(píng)判。

（7）所有項(xiàng)目考核評(píng)判結(jié)束后，給出考試結(jié)果或培訓(xùn)結(jié)果。通過(guò)4G 無(wú)線模塊進(jìn)行結(jié)果傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程成績(jī)存儲(chǔ)。

3 整體環(huán)境搭建與實(shí)現(xiàn)

3.1 整體環(huán)境搭建

為實(shí)現(xiàn)上述車載評(píng)判系統(tǒng)的整體功能，需要增加一些硬件環(huán)境的搭建。

圖3 小型車科目二考試項(xiàng)目圖形示意圖

圖4 場(chǎng)地項(xiàng)目、車輛電子地圖（11）

（1）增加場(chǎng)地差分固定衛(wèi)星定位基站（下稱固定站）和差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)射電臺(tái)，因?yàn)橄胍獙?shí)現(xiàn)車載端的高精度定位（定位誤差±2 cm），必須使用差分定位方式，利用一臺(tái)在考試或培訓(xùn)場(chǎng)地開闊的高點(diǎn)位置，安裝固定站，將固定站接收到的差分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)電臺(tái)以廣播的行駛發(fā)射出去。而本系統(tǒng)中，車載的電臺(tái)會(huì)接收到此數(shù)據(jù)給車載端GPS 模塊，這樣就實(shí)現(xiàn)了高精度的差分定位。

（2）在遠(yuǎn)端安裝一臺(tái)服務(wù)器或普通臺(tái)式電腦和一臺(tái)4G 路由器，用來(lái)接收車載端通過(guò)4G 模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)考試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)。

（3）在已經(jīng)硬化的水泥路場(chǎng)地，按照考試、培訓(xùn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，繪制考核項(xiàng)目。如上述科目二考試的“倒車入庫(kù)”等項(xiàng)目，圖3為小型車科目二的5 項(xiàng)考試科目圖形示意圖。

（4）按照?qǐng)D3中實(shí)際場(chǎng)地的考試、培訓(xùn)項(xiàng)目圖形，將項(xiàng)目圖形進(jìn)行電子地圖測(cè)繪，車輛外形的32 個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)繪，使實(shí)際場(chǎng)地、車輛與電子地圖、電子車輛模型一一對(duì)應(yīng)（圖4）。

至此，就完成了嵌入式Linux 的駕考、駕培車載評(píng)判系統(tǒng)整體運(yùn)行環(huán)境搭建。

3.2 系統(tǒng)落實(shí)

系統(tǒng)各模塊進(jìn)行連接，其中,嵌入式Linux 核心板、4G 模塊、網(wǎng)絡(luò)攝像頭以及音視頻合成模塊為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，需要進(jìn)行IP 地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置。OBD 信號(hào)采集模塊、GPS 模塊、電臺(tái)模塊為串口通訊設(shè)備，需要進(jìn)行串口號(hào)、波特率的設(shè)置。

圖5 駕考場(chǎng)地考試系統(tǒng)主界面

圖6 考試、訓(xùn)練軟件界面

用QT 軟件制作考試、培訓(xùn)軟件的圖形界面，將其安裝在Linux 嵌入式核心板中。以場(chǎng)地駕駛技能考試為例，圖5為考核系統(tǒng)主界面，圖6為考試、訓(xùn)練軟件界面。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著電子化駕考、駕培的發(fā)展，對(duì)評(píng)判系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，基于Linux 系統(tǒng)的駕考培考評(píng)系統(tǒng)在設(shè)備穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和功耗等方面的表現(xiàn)都十分出色，對(duì)于駕考、駕培行業(yè)的發(fā)展起到了積極的推進(jìn)作用，其推廣價(jià)值很大，應(yīng)用前景也非常廣闊。