Бортовой программно-аппаратный комплекс
ON-BOARD HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEX

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области вычислительной и контрольно-измерительной техники и может быть использовано в многофункциональных вычислительных устройствах видеорегистрации и видеообработки, в частности в бортовых аппаратных комплексах видеофиксации, устанавливаемых на транспортных средствах общественного и коммерческого транспорта для целей видеоконтроля и видеофиксации.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Бортовой программно-аппаратный комплекс (БПАК) - это один из типов автомобильной системы контроля, используемый преимущественно в наземном общественном и коммерческом транспорте, работающий непрерывно в заданное эксплуатантом время, и обеспечивающий фиксацию заданных событий, происходящих на протяжении всего времени эксплуатации, в зонах интереса в транспортном средстве или за его пределами. Фиксация заданных событий осуществляется может выполняться с применением нейросетевых моделей, обученных на детекцию заданных событий в видеопотоке. Такими событиями могут выступать, например, вход или выход пассажиров, задачи отслеживания наполняемости салона, подсчета перевезенных пассажиров и пр.
По своей сути БПАК являются видеорегистраторами со повышенными требованиями, определяющими решаемые им задачи. Так, в отличие от привычных видеорегистраторов персонального использования:
• БПАК применяется для решения задач контроля событий, происходящих внутри общественного и коммерческого транспорта, а не за его пределами, при этом преимущественно используются несколько связанных с БПАК видеокамер, устанавливаемых в транспортном средстве;
• Помимо видеофиксации БПАК выполняет задачи обработки данных видеопотока с целью обработки данных и снижения нагрузки на канал передачи данных, когда по каналам передачи данных передается только результат обработки, что накладывает требования на вычислительную мощность БПАК;
• БПАК должен работать на протяжении всего времени нахождения транспорта на линии при любых условиях эксплуатации, что предполагает потребность в создании благоприятных для продолжительной эксплуатации элементной базы устройства условий.
Указанные отличия накладывают специфические требования к аппаратным решениям, применяемым в БПАК.
Из патента на полезную модель №170052 известен специальный видеорегистратор дорожно-транспортных происшествий, содержащий процессор, блок памяти, обзорную видеокамеру с программно-аппаратными средствами для определения параметров видеосъемки, приемник сигналов ГЛОНАСС/GPS, G-сенсор, блок управления, блок визуализации, блок питания, микрофон, средства для передачи и приема данных, осуществления шифрования передаваемой информации и защиты всех полученных данных электронно-цифровой подписью. Процессор видеорегистратора оснащен несъемной памятью и соединен с входом и выходом беспроводных 3G/4G модемом, WiFi модулем, все настройки видеорегистратора, просмотр отснятых событий и смена программного обеспечения осуществляются через Интернет. Управление передачей данных осуществляется патрульным путем нажатия кнопок «Нарушение» (по нажатию которой осуществляется передача зашифрованной информации в центр организации дорожного движения) или «Сохранить» (для передачи информации в личный кабинет).
Это устройство может быть выбрано в качестве ближайшего аналога для заявленного. Данное устройство обладает рядом недостатков.
Поскольку БПАК выполняет задачи обработки видеоданных непосредственно на устройстве, а задачи видеообработки, особенно с применением нейронных сетей, являются ресурсоемкими, то в случае необходимости увеличения вычислительной мощности при увеличении объема обработки видеоданных сделать это без замены устройства целиком становится невозможно. Особенно заметным данный недостаток становится очевидным при увеличении количества источников видеоданных (камер).
Кроме того, в прототипе не предусмотрена климатика, позволяющая поддерживать необходимую температуру функционирования аппаратной части устройства, что актуально для работы устройства в северных регионах. При этом электронные компоненты, стабильно функционирующие в условиях низких температур, имеют существенно более высокую стоимость. Без использования такой элементной базы возникают ситуации, когда устройство функционирует нестабильно со сбоями, либо вообще не работает.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является разработка бортового программно-аппаратного комплекса с возможностью увеличения вычислительной мощности путем замены вычислительного устройства на более производительное, с обеспечением возможности поддержания заданных рабочих температур функционирования электронных компонентов устройства.
Общая схема, поясняющая сущность изобретения, изображена на Фиг. 1
В предпочтительном варианте реализации изобретения заявлен бортовой программно-аппаратный комплекс, содержащий корпус, расположенные в нем вычислительное устройство с программными средствами обработки данных, связанное с ним устройство хранения данных, приемник сигналов GNSS, акселерометр, средства для передачи и приема данных, а также по меньшей мере одну видеокамеру, связанную с расположенным в корпусе вычислительным устройством, отличающийся тем, что
приемник сигналов GNSS, акселерометр, средства для передачи и приема данных выполнены на отдельной плате расширения, связанной с вычислительным устройством; на плате расширения размещено устройство регулирования температуры среды внутри корпуса; вычислительное устройство выполнено с возможностью его замены.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивают область изобретения. К заявке прилагаются следующие чертежи:
Фиг. 1 иллюстрирует общую схему заявленного комплекса;
Фиг. 2 иллюстрирует внешний вид рабочего прототипа платы расширения
Фиг. 3 иллюстрирует внешний вид реализованного рабочего прототипа в сборе;
Фиг. 4 иллюстрирует общую схему вычислительного устройства.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.
Настоящее изобретение направлено на реализацию бортового программно-аппаратного комплекса с возможностью увеличения вычислительной мощности, с обеспечением возможности поддержания заданных рабочих температур функционирования электронных компонентов устройства.
Как представлено на Фиг. 1,2, заявленный БПАК (100) включает связанные между собой элементы, а именно плата расширения (101), вычислительное устройство (102), по меньшей мере одну видеокамеру (103).
Плата расширения (101) представляет собой печатную плату с расположенными на ней электронными компонентами, обеспечивающих функционирование следующих блоков:
• Приемник сигналов GNSS (1011) - представляет собой устройство глобального позиционирования на базе глобальных навигационных спутниковых систем, используемое для определения местоположения в любой точке земной поверхности с помощью сигналов группировки спутников (GPS, Глонасс, Doris, Beidou, Galileo, др.).
• Акселерометр (1012) - устройство, позволяющее определять ускорение, что необходимо для функционирования программных решений, заложенных в функционал БПАК, в частности определять периоды остановки транспортного средства без необходимости подключения к CAN-шине транспортного средства.
• Средства передачи-приема данных (1013) - устройство, обеспечивающее возможность беспроводной передачи данных через сети мобильной связи GSM.
• Устройство регулирования температуры (1014) - устройство, поддерживающее заданный температурный режим внутри корпуса БПАК, для создания оптимальных температурных условий функционирования электронных компонентов.
Вычислительное устройство (102) представляет из себя микрокомпьютер с наличием UART-интерфейса, которое может выполнять задачи обработки видеоданных с помощью программных средств обработки (1021), в частности программные средства подсчета входящего/выходящего пассажиропотока для контроля количества перевезенных пассажиров и нагрузки на транспортное средство.
По меньшей мере одна видеокамера (103) подключается к вычислительному устройству (102) предпочтительно с помощью проводного соединения, например по интерфейсу USB, но также могут использоваться другие типы соединения, которые поддерживает вычислительное устройство (102), в том числе беспроводные интерфейсы подключения.
БПАК (100) функционирует в непрерывном режиме, обеспечивая заложенную в вычислительное устройство (102) логику обработки видеопотока данных, в том числе с применением нейронных сетей, с использованием служебной информации с модулей платы расширения (101). Так, БПАК (100) в процессе функционирования привязывает видеопоток к координатам транспортного средства в текущий момент времени с помощью модуля приемника сигналов GNSS (1011), акселерометр (1012) активизирует запуск программных средств, необходимых для подсчета входящего/выходящего пассажиропотока в моменты остановки транспортного средства, что позволяет получиться числовую аналитику по всему маршруту движения транспортного средства и передать ее с помощью средств приема-передачи данных (1013). Устройство регулирования температуры (1014) обеспечивает поддержание оптимальной рабочей температуры внутри корпуса БПАК (100), обеспечивая стабильную продолжительную безаварийную эксплуатацию электронных компонентов комплекса в широких диапазонах температур, что актуально при температуре наружного воздуха менее 0°С. Данное решение позволяет существенно расшириться возможность наращивания вычислительной мощности, поскольку многие вычислители с высокой производительностью требовательны к условиям эксплуатации.
Вычислительное устройство (102) и плата расширения (101) связаны через универсальный асинхронный приемопередатчик (УАПП), он же Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART) - узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами, который преобразует передаваемые данные в последовательный вид так, чтобы было возможно передать их по одной физической цифровой линии другому аналогичному устройству. Широкое распространение UART в цифровой технике предопределило встраивание поддержки данного стандарта практически во все персональные компьютеры и операционные системы. Как правило, этот интерфейс фигурирует в документации ОС как СОМ-порт или последовательный порт. Такая реализация связи позволяет обеспечить возможность замены вычислительного устройства (102) на более производительное при сохранении модулей (1011), (1012), (1013), (1014) вне зависимости от используемого вычислительного устройства. Замена вычислительного устройства (102) осуществляется путем отключения проводных интерфейсов, механического отсоединения его от корпуса, подключение осуществляется в обратном порядке.
Архитектурно программные средства обработки (1021) представляют из себя программные решения (программы), позволяющие обрабатывать видеопоток для последующей обработки в БПАК (100) или для передачи с помощью средств приема передачи. Так, например, в программные средства обработки (1021) могут входить декодеры, позволяющие сжимать видеопоток для снижения нагрузки на каналы передачи данных; программы семантической сегментации видео для классификации элементов на картинке для задач последующей аналитике (таким, например, как подсчет пассажиропотока). Программные средства обработки (1021) выполняются с возможностью их обновления для возможности расширения функционала комплекса.
На Фиг. 4 далее будет представлена общая схема вычислительного устройства (102), обеспечивающего обработку данных, необходимую для реализации заявленного БПАК (100).
В общем случае устройство (102) содержит такие компоненты, как: один или более процессоров (1021), по меньшей мере одну память (1022), устройство хранения данных (1023), интерфейсы ввода/вывода (1024), устройства ввода/вывода (1025). В зависимости от используемого вычислительного устройства, оно может содержать также другие элементы, которые не ограничивают функциональность описываемого решения.
Процессор (1021) устройства выполняет основные вычислительные операции, необходимые для функционирования устройства (102) и БПАК (100). Процессор (1021) исполняет необходимые машиночитаемые команды, содержащиеся в оперативной памяти (1022).
Память (1022), как правило, выполнена в виде ОЗУ и содержит необходимую программную логику, обеспечивающую требуемый функционал.
Устройство хранения данных (1023) может выполняться в виде HDD, SSD дисков, RAID-массива, сетевого хранилища, флэш-памяти, оптических накопителей информации (CD, DVD, MD, Blue-Ray дисков) и т.п. Устройство (1023) позволяет выполнять долгосрочное хранение различного вида информации, например, видеопотока, истории обработки данных (логов), цифровых изображений, аналитических данных, координат и т.п.
Интерфейсы (1024) представляют собой стандартные средства для подключения и работы с устройством (102), например, USB, RS232, RJ45, LPT, СОМ, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire и т.п. Выбор интерфейсов (1024) зависит от конкретного исполнения устройства (102).
В качестве средств ввода/вывода данных (1025) может использоваться: клавиатура, джойстик, дисплей (сенсорный дисплей), проектор, тачпад, манипулятор мышь, трекбол, световое перо, динамики, микрофон и т.п., которые используются на этапах настройки устройства и получения с него необходимых данных.
Компоненты устройства (102) сопряжены посредством общей шины передачи данных (1020).
Пример фактической реализации БПАК (100) представлен на Фиг. 3.
В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.