车载信息系统融合设计研究

车载信息系统融合设计研究,Contents,车载信息系统发展现状,1,现有车载信息系统,大部分的小型汽车都具备仪表盘，可以显示当前车速、当前储油水平、发送机转速，以及一些简单的使用统计信息，如行驶里程、平均油耗等。,车辆运行状态的收集和显示,大部分的小型汽车安装有倒车雷达和倒车摄像头，可以提供倒车警报的功能。,环境感知信息的收集和利用,倒车雷达,倒车摄像头画面,倒车雷达和倒车摄像头是车辆更加的安全。,提供位置信息和导航信息的车载导航设备，主要的功能是为车辆驾驶人员提供路径导航。,位置信息和导航信息的利用,部分高档的小型客车提供倒车影像、防碰撞、巡航和一键泊车等辅助驾驶功能。,辅助驾驶系统,大部分的小型汽车安装有音视频文件的存储器和播放器，主要用于娱乐的目的。,音视频信息的存储和利用,所谓车载通信系统，是在智能交通系统、传感器网络技术发展基础上，在车辆上应用先进的无线通信技术，实现交通高度信息化、智能化的手段。车载通讯系统的广泛定义是指装载在汽车上的移动通讯系统。车载通信系统通过车车、车路通信将交通参与者、交通工具及其环境有机结合，提高了交通系统的安全和效率。,车载通信系统,智能设备催生智能车载系统,在智能设备，尤其是智能手机得到广泛普及的今天，在民用领域，车载信息系统的进一步发展和壮大与智能手机存在许多功能上的重复，从而受到了智能设备的限制。如何充分利用这些几乎人人具备的智能设备，是车载信息系统，特别是车联网发展的必须面对的一个现实的问题。,在2013年6月公布计划，在2014年3月正式发布的苹果公司的CarPlay系统，旨在使得用户能够在iOS设备，特别是iPhone上，与车辆原有的车载信息系统相连接和融合。CarPlay使得用户可以通过车辆中控台操作iOS设备，充分利用iOS设备上的、大量的功能和应用，如语音通话、地图搜索和音乐播放等。目前，CarPlay已经引起了奔驰、宝马、法拉利等豪车品牌的注意和兴趣。,微软公司在2014年Build开发者大会上，展示了未来的Windows车载系统，与苹果公司的CarPlay理念类似，Windows车载系统采用MirrorLink车辆网标准，将Windows Phone上的内容直接投射到汽车内置的中控台上，使得在原有车载系统之上，可以充分利用Windows Phone的功能和应用。,而谷歌公司也宣布即将发布基于Android平台的车载系统Google Auto Link，与苹果公司的CarPlay和微软公司的Windows in the car理念类似，谷歌公司的车载系统也是原有车载系统和Android设备之间的投射系统，将架起原有车载系统和Android设备之间的桥梁。与CarPlay和Windows in the car的技术封闭系统不同的是，谷歌的Android车载系统将是一个开放的系统，更易于获得汽车制造商、车载设备开发商以及车载应用和嵌入式应用软件开发商的广泛支持。,军用车辆车载系统的发展,当前的车载信息系统为功能单一、结构简单的车载信息系统，功能上侧重车辆运行信息的检测和部分环境感知信息的展示，结构上为一台独立的车载计算机系统。没有进行融合设计，即没有在功能层面、信息层面、数据存储和处理层面以及人机接口层面进行整合和融合。,随着车联网的发展，借助于移动通信网络，车辆网的时代即将到来。但是军用车辆的车载信息系统的发展和车联网的发展，将是一个全然不同的理念和思路。军用车辆的安全需求，使得军用车载信息系统既不能依赖于民用市场的智能设备，也不能依赖于安全漏洞百出的移动通信网络，将会存在一个区别于民用汽车的、全新的技术架构。,车载信息系统的组成,从系统层面来看,从应用层面来看,车载信息系统的发展趋势,随着新技术的发展，汽车将不再是孤立的单元，而是成为活动的网络节点。车载信息系统在车内可以构成独立的网络，同时它也是世界网络的一个节点，因此可以提供许多相应的服务。从计算机领域看，汽车车载信息系统是一个移动的计算平台（汽车计算平台这个概念是国家信息产业部提出的）。,从网络和通信的角度看待车载信息系统，车辆及其车载信息系统将成为网络普及的新的触角，车辆网将应运而生，车辆相关信息的流动将走出单一车辆的局限，根据不同的需求，车辆相关信息将在车辆与车辆之间，车辆与其它计算设备之间以及车辆与外界网络中的信息中心之间广泛交流，促生一批与车辆运营相关的车辆网应用。,从车的角度看待车载信息系统，车辆运行的相关信息、环境感知信息以及定位信息等将进一步信息化，各种各样的传感技术和定位技术将遍布车辆的内部系统和外部环境，车辆相关的信息将被进一步挖掘出来和采集出来，为最大程度减少车辆对于人的依赖创造条件。,车载信息系统功能融合设计,2,操作系统平台,如今的嵌入式系统已经可以满足各种复杂的应用场景。嵌入式系统的结构主要由三部分构成：硬件平台，嵌入式操作系统和嵌入式应用程序。硬件平台的主要功能是为操作系统和上层应用程序的运行嵌入式系统是根据特定的应用需求而设计的一种专用计算机系统。,硬件平台,软件架构,系统结构,实现方案,运行控制机：主要的功能是实现车辆运行相关的控制，为车载信息系统的核心部件。信息管理机：实现对于车辆内部相关信息的集中存储和管理。安全网络通信机：为军用车载信息系统与外界的通信渠道之一，主要是实现与外界安全网络的连接，可以是车车之间的通信或者军用车辆与远程指挥中心之间的连接。公共网络通信机：为军用车载信息系统与外界的通信渠道之一，主要是实现与外界公共网络的连接，与内部的车载信息网络实现物理隔离，主要功能是车辆驾驶人员了解车辆外部信息。,运行控制机,运行控制机的核心部分为原有的车载信息系统，在尽量保留原有车载信息系统的情况下，为运行控制机增加局域网联网模块，使得其能够与车载局域网络相连，并进行通信。运行控制机的信息显示方式可仍然保留原有的仪表盘，增加液晶触摸屏显示方式。其主要功能为车辆运行相关信息的采集和车辆运行的控制。,信息管理机,信息管理机提供关于车辆的各种信息的管理功能，其通过局域网络与运行控制机相连，能够获取本车辆运行相关的各种信息；另一方面，信息管理机通过局域网络与安全网络通信机相连，能够获取其它车辆的相关信息。信息管理机一方面提供各种车辆相关信息的存储和管理功能；另一方面，提供基于车辆相关信息而衍生出来的各种应用。,安全网络通信机,安全网络通信机负责军用车辆与安全网络的连接功能，包括通过安全网络，如数字电台，与其它军用车辆的通信及衍生的各种高级车车协作功能；也包括通过安全网络，如军用专网，与军用车辆云中心，如远程指挥中心，的通信功能，访问军用车辆云中心的各种远程应用。,公共网络通信机,公共网络通信机负责军用车辆与公共网络的连接功能，包括通过公共网络，如移动网络，与其它军用车辆的通信及衍生的各种高级车车协作功能；也包括通过公共网络，如3G/4G网络，与公共交通服务的通信功能，访问车辆云中心的各种远程应用，如交通实时状况的获取、天气状况的查询。需要注意的是，公共网络通信机与军用车载内部网络物理隔离，因为不能在公共网络上直接交流军用车辆的运行相关信息，而且来自公共网络的信息不能直接进入军用车辆的运行控制系统，这是由军用车辆特殊的安全需求和公共网络的不安全因素共同决定的。,车载信息系统信息融合设计,3,信息融合,目前信息融合的一般定义为：利用计算机技术，对按时序获得的若干传感器（含软传感）的观测信息在一定准则下加以自动分析、优化综合以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。从定义中看到，各种传感器是信息融合的基础，多源信息是信息融合加工的对象，协调优化和综合处理是信息融合的核心。信息融合是一种形式框架，其过程是用数学方法和技术工具综合不同源信息，目的是得到高品质的有用信息。,车载信息系统信息融合的应用方向,车载多摄像头图像融合辅助驾驶,车载信息系统信息融合的应用方向,故障诊断部件质量追溯组合导航,车载信息系统数据存储和处理融合设计,4,车载信息系统数据存储和处理融合设计,信息管理机提供对于数据的集中的存储和管理处理，位于运行控制机的车辆运行状态信息和环境感知信息，以及来自安全网络通信机的通信数据都通过车载局域网络进入信息管理机，信息管理机建有专门的数据库和数据存储区域来存储车辆相关信息，同时建有黑匣子功能，保留车辆运行相关的历史信息。,结构化数据存储与处理非结构化数据存储与处理,相对于结构化数据（即行数据，存储在数据库里，可以用二维表结构来逻辑表达实现的数据）而言，不方便用数据库二维逻辑表来表现的数据即称为非结构化数据，包括所有格式的办公文档、文本、图片、标准通用标记语言下的子集XML、HTML、各类报表、图像和音频/视频信息等等。,黑匣子,黑匣子的外壳具有很厚的钢板和许多层绝热防冲击保护材料，通常安装在最安全的部位。记录介质也从磁带式改进成为能承受更大冲击的静态存储记录仪，类似于计算机里的存储芯片，防止黑匣子遭到损坏。,车载信息系统人机接口融合设计,5,运行控制机人机接口,在运行控制机上保留原有车载仪表盘等车辆状态信息的显示和控制部件，增加液晶触摸屏的状态显示和控制方式，主要是用来提供车辆运行状态信息和环境感知信息的显示和控制。,信息管理机人机接口,信息管理机的人机接口提供各种车辆相关信息的管理接口、各种车载应用的操作接口和安全网络通信的信息管理接口。,安全网络通信机人机接口,安全网络通信机的人机接口提供通过安全网络的车车协作、军用车辆云中心访问等操作接口，并将通信的信息通过车载局域网络发送到信息管理机存储和管理。,公共网络通信机人机接口,公共网络通信机人机接口方案示意图如图所示。其人机接口的核心部分为一个内置的浏览器，可以访问车辆云中心或者Internet上的公共服务。,车载信息系统融合设计开发方案,6,车载信息系统融合设计开发方案,软件系统结构,软件系统运行环境搭建,界面的开发实现,数据库操作开发,通信实现,P2P技术,P2P是对等计算( Peer-to-Peer)的简称，它是一种分布式网络，网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源（处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等），这些共享资源需要由网络提供服务和内容，能被其它对等节点(Peer)直接访问而无需经过中间实体。 P2P打破了传统的Client/Server (C/S)模式，在网络中的每个结点的地位都是对等的。在此网络中的参与者既是资源（服务和内容）提供者（Server），又是资源（服务和内容）获取者（Client）。,本本模拟程序通讯的实现方式就是采用p2p的技术，保证了车辆之间通讯的安全性和稳定性。,演示系统,7,演示方案,演示的流程如下：首先演示运行控制机的人机接口和模拟功能。演示信息管理机的信息管理功能，以及与其它机器的通信功能。演示安全网络通信机的功能，