汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置及实现方法

摘要

一种汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置，包括核心板和与之相连接的接口底板；核心板包括DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器、程序存储器、数据存储器以及接口连接器插件；DSP数字处理器和嵌入式MCU微控制器作为装置的中心，即硬件平台，其中DSP数字处理器负责对数字音频和数字视频进行处理，从而获取考试车辆运动轨迹必需的状态数据等信息，嵌入式MCU微控制器提供操作系统运行平台，在所述接口底板上除接口连接器插件外，还设置有包含了相应的接口电路装置的接口；用该装置实现汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法能提高考试车辆实际位置测量数据的可靠性；提高车载设备功能的集成度，降低客户购买和维护成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机动车驾驶人场地驾驶技能考试装置，特别是汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置及其用于实现汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法。

背景技术

目前，机动车驾驶人道路驾驶技能考试成绩的计算机自动评定设备中的车载电脑是可运行MS Windows XP的X86系列硬件平台，使用此软硬件平台，实际上只是完成以下各相应功能：

1．通过GPS系统来测定考试车辆的行驶轨迹、速度和方向，

2．通过车载传感器辅助测定考试车辆的行驶速度和方向，

3．通过车载传感器来采集考试车辆的灯光等开关状态信息，

4．通过车载传感器采集发动机启动、转速和熄火等信息，

5．建立友好的人机界面；

至于车内监控的音、视频和车外路况、环境等视频信号的采集与处理，如果可运行MS Windows XP的X86系列硬件平台的车载电脑没有安装音、视频模拟信号采集卡，则往往需要利用另外一套视频服务器来完成；上述已有技术存在的主要问题是：

1．GPS是受美国控制的全球卫星定位系统，在使用过程中有可能会被人为干扰，导致定位数据的重现性变差，当需要达到公安部交管局要求的厘米级精度时，就会受到很大的技术瓶颈影响，从而使得这些数据变得不可靠；

2．由于运行MS Windows XP的X86系列硬件平台能耗较大，而考试车辆的汽车发电机又不能提供稳定可靠的供电电源，因此车载电脑用电往往都是由另外附加的蓄电池提供的，这就导致了车载电脑可连续工作的时间太短；

3．外加视频服务器也是和车载电脑共用一组蓄电池，由于能耗大，因此会加速蓄电池的放电过程，缩短整个系统的工作时间；

4．有很多病毒会攻击MS Windows XP系统，因此也会容易导致应用系统的不稳定性；

5．MS Windows XP系统对关机有严格的要求，经常产生异常关机会导致不可预见的后果，而使用蓄电池供电的车载电脑恰恰就会经常出现此类弊病。

发明内容

本发明的目的是提供一种能提高考试车辆实际位置测量数据的可靠性的汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置及其用于实现汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法，同时，对装置的其他性能进行改进；以解决已有技术的上述不足。

解决上述技术问题的技术方案是：一种汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置，包括核心板和接口底板；

所述核心板包括DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器、程序存储器、数据存储器以及接口连接器插件；

所述的DSP数字处理器和嵌入式MCU微控制器作为装置的中心，即硬件平台，其中DSP数字处理器负责对数字音频和数字视频进行处理，从而获取考试车辆运动轨迹各种必需的状态数据等信息，嵌入式MCU微控制器提供操作系统运行平台，方便应用程序开发，使应用程序能够与硬件设备无关，达到可随意扩展性能或功能的目的；

核心板上的程序存储器是用来安装操作系统和应用软件的硬件载体，数据存储器是系统工作时必须使用的临时数据存储空间，其中包括有应用程序的接口缓冲区；

在所述接口底板上除接口连接器插件外，还设置有以下包含了相应的接口电路装置的接口：可接话筒和外挂扩音系统的音频输入输出接口，连接其它有通用接口的外挂设备的多通道输入输出通用接口，连接外挂显示器的显示器接口，与以太网设备连接的10/100M/1000 M以太网接口，接场地或车外环境摄像机的视频输入B接口，接车内摄像机或云镜一体机的视频输入A接口，与云台控制器或具有RS-485接口的设备进行通讯的RS-485接口，与具有RS-232接口的设备进行通讯的RS-232集线器接口；

核心板和接口底板之间或是直接相连或者是通过接口连接器插件连接，当核心板和接口底板之间直接相连嵌入到接口底板所在的PCB板上时，连接到接口底板的被采集输入信号与驱动输出信号，经过相应的接口信号处理电路进行处理后，通过接口总线直接传送到核心板上；当核心板和接口底板之间是相对独立且需通过接口连接器插件连接时，核心板和接口底板之间通过核心板的接口连接器插件与接口底板的接口连接器插件对应装配在一起；连接到接口底板的被采集输入信号与驱动输出信号，经过相应的接口信号处理电路进行处理后，分别通过接口底板的接口连接器插件和核心板的接口连接器插件 传送到核心板上；

该装置利用视频输入A接口，通过车外云镜一体机或车内驾驶人考试过程实时监控摄像机A 获取对考生进行身份鉴别的视频图像，监视并记录驾驶人的驾驶与操作过程；利用视频输入B接口，通过车外场地或道路视频摄像机B来对考试车辆所在场地或包括前进和倒车时所行驶的道路进行实时跟踪，并记录考试过程中考车行驶画面或轨迹，根据需要还可记录扣分判定时所在场地或道路的一帧现场画面，为考生成绩查询提供影像依据；上述A、B两路视频同时还提供给远程监控记录设备进行实时监控录像；

通过音频输入输出接口和外挂扩音系统，实现在考试过程中及时地向考生进行语音提示，通过音频输入输出接口，根据需要实现语音监控记录；还通过音频输入输出接口，随时地与远程联网的PC机进行语音对话；

通过与具有RS-232接口的设备进行通讯的RS-232集线器接口或RS-485通讯接口以及输入输出模拟量及开关量设备获取考试场地的传感器信号，从而对考试过程中出现的碰擦桩杆、车身出线、车轮轧线以及驾驶操作是否符合要求进行判定；

通过RS-485接口或以太网接口或CAN总线接口与上位机联网，适时地向上位机输出考生考试过程中身份鉴别视频、车外场景视频、考车运动轨迹或位置坐标、扣分判定记录画面以及考车前进、后退、停止、熄火、档位状态和其它被指定为需要输出的数据；还通过所设置的网络接口，接受上位机下达的各种指挥指令，与上位机进行协同工作。

其进一步技术方案是：所述核心板或是由分别封装的多媒体DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器、程序存储器、数据存储器以及核心板的接口连接器插件构成或是由将上述元器件集成封装在一起构成的厚膜电路或片上系统SoCⅠ构成；或者是由DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器以及FPGA集成在一起构成的片上系统SoCⅡ构成，还可以是由DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器合而为一构成的片上系统SoCⅢ、程序存储器、数据存储器以及核心板的接口连接器插件组成。

其更进一步技术方案是：本装置在本地还能通过附加设置的显示器和触摸屏或键盘鼠标，接受本地操作员通过这些人机界面进行各种相应的设置、查询等基本操作。

本装置还能通过与RS-232接口或RS-485接口或以太网接口连接的无线通讯模块与远程PC监控设备连接，使远程监控员随时监视考试车辆及考生的操作情况；利用卫星定位系统A接口和卫星定位系统B接口，可以同时接入美国GPS卫星定位系统和中国北斗卫星定位系统，实现互为备份或互为参考两种工作模式，在其中一套卫星定位系统失效时，可以利用另一套卫星定位系统接续定位；当两套卫星定位系统都正常工作时，可以互相参考，进行误差修正。

所述与以太网接口连接的以太网设备是指具有以太网接口的以下设备之一种：路由器、交换机、ADSL调制解调器、民用电力线调制解调器、无线收发器或个人电脑。

本装置利用为扩展功能用的多通道输入输出通用接口连接的外部设备包括：TF和/或MMC/SD存储卡，打印机输出设备，模拟量及开关量输入输出设备，环境温湿度传感器，包括优盘在内的USB接口设备，SATA或IDE接口的大容量存储器，IIC及SPI总线设备，除湿加热器和其它功率驱动模块，外挂键盘/鼠标/触摸屏，外挂扩音系统或扬声器，外挂显示器，以太网设备，具有RS-232接口的设备，卫星定位系统A终端模块或A终端天线，卫星定位系统B终端模块或B终端天线，移动通讯网络系统终端以及 CAN总线设备；上述外部设备根据需要选择其中的1种、2种或多种。

所述SATA或IDE接口的大容量存储器是指机械硬盘、电子硬盘以及U盘或MMC、SD、TF、CF存储卡，用来存储多媒体文件和一些初始化参数文件，包括：

①进行语音提示用的音频文件，考生的鉴别图像，考试过程的视频监控图像，考试区域画面轮廓、边线和道路地图设置参数；

②考试评判规则或标准，视频参数设置值，包括：端口、亮度、对比度、色度、饱和度；

③语音引擎设置值，包括：调用语音IC、语音文件、语音数据库等；

如果不需要这些多媒体数据及初始化参数文件，或者是由联接在网络上的上位机来管理这些多媒体数据及初始化参数，则可以不需要安装在本自动评分装置上。

其更进一步技术方案还包括：本装置的多通道输入输出通用接口还预留有供训练和考试操作的“开始/结束”按钮连接的接口，这个 “开始/结束”按钮信号，或是由机器视觉或卫星定位系统通过观察和分析考试、训练车辆进出考试区的过程来自动产生的，或是人工手动操作、或是通过外挂的无线数传设备，与车上安装的无线“开始/结束”按钮连接。

本装置利用适应考试车辆电源电压变化大的DC 8—36V宽电压输入的DC-DC电源变换器，在考试车辆启动后可以用汽车发电机的电力来向车载设备供电和向车载备用电瓶进行充电，从而延长车载备用电瓶的供电时间。

其相关的另一技术方案是：一种汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法，它是利用本发明所述的汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置，通过多媒体数字处理器DSP和CCD摄像机构成的机器视觉或卫星定位系统并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分，是通过运行嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统的硬件与在嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统上运行的软件的协同工作来共同实现的，所述应用软件包括的模块有：通讯收发器，数据量采集器，音视频存储器，模拟量采集器，成绩评判器，音频信号采集器，车辆位置数据采集器，视频信号采集器，开关量采集器，车辆操作信息采集器，操作员人机界面，字符语音解码器，开关设备驱动器，数字设备驱动器，数据传输器和数据维护器，实时监控与成绩评判系统，各模块均装在嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统上；

所述通讯收发器的作用是与上位机或是具有相应通讯协议的其它设备进行联网；

所述数字量采集器分别与嵌入式Linux操作系统和通讯收发器连接，其作用是采集数字化后的物理量信息；

所述音视频存储器用于保存驾驶人考试过程或其它认为需要保留的音视频信息；所述模拟量采集器通过模数转换接口而采集模拟量；

所述成绩评判器对来自考试车辆与道路及场地的信息进行综合分析与判定，并给出最终的考试成绩；

所述音频信号采集器通过音频输入接口把模拟音频信号转换成数字音频数据；

所述车辆位置数据采集器从卫星定位系统和车辆运动传感器而获得数据； 

所述视频信号采集器通过视频输入接口获取数字视频数据；

所述开关量采集器通过并行输入接口直接读取开关量状态信息；

所述车辆操作信息采集器通过对数字视频数据或卫星定位系统的定位数据信息的分析而获取考试车辆的运动状态与运动轨迹等运动对象信息；

所述人机界面接受操作员指令并解释执行，同时也把执行结果告诉该现场操作员；所述字符语音音频解码器完成把文字字符提示信号转换成语音提示信号，并通过音频输出接口驱动外挂扩音系统，使考试人能够用耳朵通过喇叭来获得本评分装置的提示或要求；

所述开关设备驱动器通过并行输出接口直接输出开关量设备驱动信号；

所述数字设备驱动器分别与嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统和通讯收发器连接，通过通用输入输出通讯接口来与被驱动的外部设备进行通讯；

所述数据传输器分别与嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统和通讯收发器连接，对需要通过通讯网络进行交换的数据进行调制与解调，并通讯收发器接口与外部设备进行通讯；

所述数据维护器分别与嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统和通讯收发器连接，从上位机或移动存储器获取考试评分标准及其它规则的初始化数据；

所述驾驶人考试或练习过程实时监控与成绩评判系统与嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统连接，结合成绩评判器，对来自考试车辆与道路及场地的信息进行综合分析与判定，并给出最终的考试成绩。

该方法的进一步技术方案是：所述的汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法之主流程是： 

s101：系统初始化，对软硬件进行检查，并给需要初值的变量赋予初值；

s102：从程序存储器引导嵌入式操作系统并加载自动监考评分所涉及到的应用程序；

s103：应用程序运行后，并在进行路考前不断地判断是否需要路考？如果需要路考，则进入步骤s104，如果不需要路考，直接进入s105；

s104：调入考生考试时必须的基本数据后进入s105；

s105：在路考前或结束后，进入等待执行下列几种维护操作：

设置卫星定位误差修正常数和行驶约束轨迹图，

场地与车载及道路信号自检，

设置考试区域画面边线轮廓，

从上位机或移动存储设备调入考试评判标准和其它初始化数据，

设置视频参数，包括端口、亮度、对比度、色度和饱和度，

设置语音引擎，选择语音IC、语音文件或语音库之中的一种，

考试或练习过程实时监控和评分；

s106：上述工作都结束后，便检查并确认是否退出？若不退出，则返回s103，若退出，则进入s107；

s107：返回到操作系统。

所述的汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法中，所述的s104：调入考生考试时必须的基本数据包括：

S201：调入考生考试时必须的基本数据；

S202：检查是否有考生信息？若有则标记为考试并进入S203，若无则标记为训练并进入S205；

S203：考试开始前先进行考生身份鉴别； 

S204：确认身份鉴定是否通过？若通过则进入S205，否则返回S202；

S205：开始对以下执行指令进行采集和分析：

①有无本地开始/结束等按键信息？

②有无来自无线数传设备的开始/结束等按键信息？

③有无通过以太网接口获取的来自PC机的“开始/结束”执行指令信息?

④有无通过机器视觉系统获取的“开始/结束”等执行指令信息?

如果以上信息之一存在，则进入S206，若没有，则返回S202；

S206：驾驶技能考试过程实时监控和评分，监控完成后进入S207；

S207：有无退出信息？若有进入S208，否则返回S202；

S208：退出实时监控和评分程序。

所述的汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法中：所述S206：驾驶技能考试过程实时监控和评分子程序包括：

S301：语音提示考试开始；

S302：实时地进行场地道路信号和视频、车载视频和考车信号、卫星定位数据和其它运动信息的采集，并传送给上位机；

S303：考试过程分析与成绩判定，利用采集到的道路信号和视频、车载视频和考车信号、卫星定位数据，对考试过程进行分析，并作出成绩判定；

S304：传送分析与判定结果给上位机；

S305：确定当前的练习或是考试过程是否结束或完成?若已经结束或完成，则进入S306，否则返回S302；

S306： 确认是否是考试？若是考试，则进入S307，否则进入S308；

S307：保存数据：保存考试成绩及其它指定为必须保存的信息后进入S308；

S308：退出考试过程监控。

所述的汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法中，所述S303：考试过程分析与成绩判定子程序包括：

S401：获取场地、考车、道路的信号和车外、车内视频图像数据；

S402：确定车辆的行驶轨迹及方向，分析驾驶人操作、视线及车况；

S403：根据评判规则对驾驶技能作出评判；

S404：评判驾驶技能是否合格？若合格进入S406，若不合格，则进入S405；

S405：记录不合格判定时的一帧画面和判定结果；

S406：用语音提示考试的判定结果后进入S407；

S407：输出分析与判定结果。

所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法中，所述S203考生身份鉴别流程包括：

S501：获取身份鉴别视频图像数据，对来自视频输入A接口的身份鉴别视频图像进行分析和处理；

S502：自动跟踪考生头像；

S503：截取考生头像并形成大头贴；

S504：输出附大头贴的身份鉴别视频。

由于采用上述技术方案，本发明之汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置及其用于实现汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法具有以下有益效果： 

1．提高了对考试车辆实际位置测量数据的可靠性，以便更快速、准确地判断考试车辆的车身是否有出线的状况：

①本发明装置通过多媒体数字处理器DSP和CCD摄像机构成的机器视觉或卫星定位系统并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人汽车驾驶技能练习辅导和考试评分，是通过运行嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统的硬件与在嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统上运行的软件的协同工作来共同实现的；因此，减少了受病毒侵害的威协，提高了应用系统的稳定性；

②本发明装置通过与RS-232接口208或RS-485接口207或以太网接口204接口连接的无线通讯模块与远程PC监控设备连接，使远程监控员随时监视考试车辆的考试进程及考生的操作情况；利用车辆物理位移数据，结合车辆自身的车速信号，更准确地断定考试车辆的实际行驶速度和方向；使得对驾驶人驾驶技能的评分判定较为快速和准确；

③利用卫星定位系统A接口和卫星定位系统B接口，可以同时接入美国GPS卫星定位系统和中国北斗卫星定位系统，实现互为备份或互为参考两种工作模式，在其中一套卫星定位系统失效时，可以利用另一套卫星定位系统接续定位；当两套卫星定位系统都正常工作时，可以互相参考，进行误差修正；同时使用相对坐标系，结合卫星定位系统的测量数据，制定车身棱角对水平面的垂直投影曲线数据，可快速识别车身是否出线的现象，因此，大大提高了考试车辆实际位置测量数据的可靠性，以便更准确地判断考试车辆的车身是否有出线的状况，同时对驾驶人驾驶技能的评分判定较为快速和准确。

2．提高了车载设备功能的集成度，降低了客户购买和维护成本。

①本发明装置是一个可以不依赖于远程控制中心或上位机而独立工作的针对驾驶技能训练车辆与考试车辆使用的驾驶技能辅助自动评分装置；当有上位机或控制中心干预时，该装置就可以用来对驾驶人进行考试过程的自动评分；当没有上位机或控制中心干预时，可以模拟考试过程的要求来对驾驶人的学习过程进行驾驶技能的学习成绩进行评分，提高学员的学习效率，降低教学成本。当在练习或考试过程中发生了与其连接的远程控制中心、上位机或网络通讯故障时，正在进行的练习或考试过程不会因此而中断，在通讯恢复正常时会自动向上位机或控制中心补报缺失了的相应数据。

②使远程控制中心的一台监控PC机可以能够集成管理两辆及两辆以上车辆的训练或考试过程，节省人力、物力及费用开支。

③降低现有科目二和科目三考试设备与场地的升级、改造费用，可较大程度的提高场地、车辆及电脑系统的使用效率。

④对已使用本装置的场地、车辆及电脑系统，在系统维护上更方便、更快捷。

3. 装置功能与性能方面的升级都比较方便，即使有新的考试规则出台也不会导致重复投资类似的评分装置：

①由于使用了操作系统和统一、规范的信号状态与软硬件接口作为应用软件的运行与管理平台，因此功能与性能方面的升级都比较方便；

②同时采用适应多种软硬件接口的软硬件平台，减少改装过程中所需的传感器、信号线及其它附加硬件，减小总的改装工作量，降低总的改装成本；

③针对不同的考试车型，制订统一规范的信号接口形式，方便软件的升级与其它维护；

④针对不同的考试车型，采用具有统一接口规范的专用线束，降低整个系统的建设与维护成本；

⑤用准确的车辆实时行驶轨迹数据代替场地实时录像数据，可缩减考生考试过程数据资料的存储量，降低自动考试评分系统对硬件的性能的需求程度。

4．降低了车载设备对电源指标和关机过程的要求，提高系统软件的稳定性：

本发明装置利用适应考试车辆电源电压变化大的DC 8—36V宽电压输入的DC-DC电源变换器215，在考试车辆启动后可以用汽车发电机的电力来向车载设备供电和向车载备用电瓶进行充电，从而延长车载备用电瓶的供电时间；其次由于本发明装置使用了安装于非易失存储器中的嵌入式操作系统，且启动过程的参数固定，动态数据独立且不作异常关机处理，因此即使频繁断电关机也不会导致系统和应用软件的不稳定，从外观上看，每次开机上电的结果都是一样的。

下面，结合附图和实施例对本发明之汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置及其用于实现汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1:核心板Ⅰa结构示意图；

图2-1：接口底板Ⅱa接口结构以及接口底板Ⅱa与核心板Ⅰa之间通过接口连接器插件连接关系示意图；

图2-2：核心板Ⅰb直接安装在接口底板Ⅱb上的结构示意图；

图3：接口底板与外设的连接示意图；

图4：嵌入式Linux或windows CE操作系统与应用软件的连接示意图；

图5：汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法之主流程图；

图6：考试或练习过程流程图：

图7：驾驶技能实时监控和评分流程图；

图8：考试过程分析与成绩判定流程图；

图9：考试人员身份鉴别流程图；

图10：车身轮廓水平路面投影图。

图中：

Ⅰ、Ⅰa 、Ⅰb -核心板，Ⅰa –带有接口连接器插件的核心板，Ⅰb –不带接口连接器插件的核心板；Ⅱ、Ⅱa 、Ⅱb -接口底板，Ⅱa -带有接口连接器插件的接口底板，Ⅱb -不带接口连接器插件的接口底板；Ⅲ-人机界面设备与接口，Ⅳ-组成机器视觉的CCD摄像机及其与底板的连接接口，Ⅴ-卫星定位系统及其与底板的连接接口； 

101-DSP数字处理器， 102-嵌入式MCU微控制器，103-程序存储器，104-数据存储器，105、106-核心板的接口连接器插件，SoCⅢ是包括了101和102的多媒体片上系统；

201-音频输入输出接口，202-多通道输入输出通用接口，203-显示器接口，204-10/100M/1000 M以太网接口，205-视频输入B接口，206-视频输入A接口，207-RS-485接口，208- RS-232集线器接口，209、210-接口底板与核心板连接的接口连接器插件；211-卫星定位系统A接口，212-卫星定位系统B接口，213-移动通讯系统K接口，214-与汽车上的CAN总线连接的CAN总线接口，215-适应考试车辆电源电压变化大的DC 8—36V宽电压输入的DC-DC电源变换器。 

31-车外场地或道路视频摄像机B，32-车外云镜一体机或车内驾驶人考试过程实时监控摄像机A，33- TF或其它微型移动存储卡，34-打印机，35-输入输出模拟量及开关量，36-环境温湿度传感器，37-优盘等USB接口设备，38-硬盘或大容量存储器，39-IIC及SPI总线设备，40-除湿加热器和驱动模块，41-外挂键盘、鼠标/触摸屏，42-外挂扩音系统或扬声器，43-外挂显示器，44-以太网设备，45-具有RS-232接口的设备，46-卫星定位系统A终端模块或A终端天线，47-卫星定位系统B终端模块或B终端天线，48-移动通讯网络系统终端，49-CAN总线设备。

51-通讯收发器、52-数字量采集器、53-音视频存储器、54-模拟量采集器、55-成绩评判器、56-音频信号采集器、57-车辆位置数据采集器、58-视频信号采集器、59-开关量采集器、60-车辆操作信息采集器、61-操作员人机界面、62-字符语音音频解码器、63-开关设备驱动器、64-数字设备驱动器、65-数据传输器、66-数据维护器、67-考试或练习过程实时监控与成绩评判系统。

文中缩略语及其意义：

DSP—Digital Signal Processing ，即数字信号处理器；

MCU—Micro Control Unit)，即微控制器，也习惯地被称为单片机；

FPGA—Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列；

CPLD—Complex Programmable Logic Device，即复杂可编程逻辑器件；

TF卡是一种极细小的快闪存储器卡，英文全名叫Trans-flash，是一种极细小的快闪存储器卡；

SD卡英文全名叫Secure Digital Memory Card，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备；

MMC卡英文全名叫MultiMedia Card，由西门子公司和首推CF的SanDisk于1997年推出；

SoC—Systems-on-a-Chip，片上系统SoC包括三种，第一种是指由DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器以及必须的数据存储器和程序存储器共同封装在一起而构成的一种组合式集成电路芯片或厚膜电路，记作：片上系统SoCⅠ；

第二种是指由DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器以及FPGA集成在一起构成的集成电路芯片，记作：片上系统SoCⅡ，如TMS320DM6446处理器；

第三种是指由DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器合而为一构成的片上系统SoCⅢ。

具体实施方式

实施例一：

一种汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置，该装置包括核心板Ⅰ和接口底板Ⅱ；

所述核心板Ⅰ是由DSP数字处理器101、嵌入式MCU微控制器102合而为一构成的片上系统SoCⅢ、程序存储器103、数据存储器104以及核心板的接口连接器插件105、106组成的核心板Ⅰa，该核心板Ⅰa为单独的一块PCB电路板（参见图1）；

所述的DSP数字处理器101和嵌入式MCU微控制器102作为装置的中心，即硬件平台，其中DSP数字处理器101负责对数字音频和数字视频进行处理，从而获取考试车辆运动轨迹各种必需的状态数据等信息，嵌入式MCU微控制器102提供操作系统运行平台，方便应用程序开发，使应用程序能够与硬件设备无关，达到可随意扩展性能或功能的目的；

核心板Ⅰ上的程序存储器103是用来安装操作系统和应用软件的硬件载体，数据存储器104是系统工作时必须使用的临时数据存储空间，其中包括有应用程序的接口缓冲区；

所述接口底板Ⅱ是接口底板Ⅱa(参见图2-1)，该接口底板Ⅱa也为单独的一块PCB电路板，在所述接口底板Ⅱa上除接口连接器插件209、210外，还设置有以下包含了相应的接口电路装置的接口：可接话筒和外挂扩音系统42的音频输入输出接口201，连接其它有通用接口的外挂设备的多通道输入输出通用接口202，连接外挂显示器43的显示屏接口203，与以太网设备44连接的10/100M以太网接口204，接场地或车外环境摄像机31的视频输入B接口205，接车内摄像机或云镜一体机32的视频输入A接口206，与云台控制器或具有RS-485接口的设备进行通讯的RS-485接口207，与具有RS-232接口的设备45进行通讯的RS-232集线器接口208；

核心板Ⅰa和接口底板Ⅱa之间通过核心板的接口连接器插件105、106与接口底板的接口连接器插件209、210对应装配在一起（参见图2-1）；连接到接口底板Ⅱa的被采集输入信号与驱动输出信号，经过相应的接口信号处理电路进行处理后，分别通过接口底板的接口连接器插件209、210和核心板的接口连接器插件105、106 传送到核心板Ⅰa上。

本装置利用视频输入A接口206，通过车外云镜一体机或车内驾驶人考试过程实时监控摄像机A 32获取对考生进行身份鉴别的视频图像，监视并记录驾驶人的驾驶与操作过程；利用视频输入B接口205，通过车外场地或道路视频摄像机B 31来对考试车辆所在场地或包括前进和倒车时所行驶的道路进行实时跟踪，并记录考试过程中考车行驶画面或轨迹，根据需要还可记录扣分判定时所在场地或道路的一帧现场画面，为考生成绩查询提供影像依据；上述A、B两路视频同时还提供给远程监控记录设备进行实时监控录像。

通过音频输入输出接口201和外挂扩音系统，实现在考试过程中及时地向考生进行语音提示，使考生可以方便地了解考试要求、考试判定内容和判定结果等过程信息，通过音频输入输出接口201，根据需要实现语音监控记录；还通过音频输入输出接口201，随时地与远程联网的PC机进行语音对话；方便远程PC操作员用语音与现场维护人员或驾驶人进行沟通。

通过与具有RS-232接口的设备45进行通讯的RS-232集线器接口 208或RS-485通讯接口207以及输入输出模拟量及开关量设备35获取考试场地的传感器信号，从而对考试过程中出现的碰擦桩杆、车身出线、车轮轧线以及驾驶操作是否符合要求进行判定；

通过RS-485接口207或以太网接口204或CAN总线接口214与上位机联网，适时地向上位机输出考生考试过程中身份鉴别视频、车外场景视频、考车运动轨迹或位置坐标、扣分判定记录画面以及考车前进、后退、停止、熄火、档位状态和其它被指定为需要输出的数据；还通过所设置的网络接口，接受上位机下达的各种指挥指令，与上位机进行协同工作。

本装置在本地还能通过附加设置的显示器和触摸屏或键盘鼠标，接受本地操作员通过这些人机界面进行各种相应的设置、查询等基本操作。

本装置还能通过与RS-232接口208或RS-485接口207或以太网接口204接口连接的无线通讯模块与远程PC监控设备连接，使远程监控员随时监视考试车辆及考生的操作情况；利用卫星定位系统A接口211和卫星定位系统B接口212，可以同时接入美国GPS卫星定位系统和中国北斗卫星定位系统，实现互为备份或互为参考两种工作模式，在其中一套卫星定位系统失效时，可以利用另一套卫星定位系统接续定位；当两套卫星定位系统都正常工作时，则可以互相参考，进行误差修正。

本装置与以太网接口204连接的以太网设备44是指具有以太网接口的以下设备之一种：路由器、交换机、ADSL调制解调器、民用电力线调制解调器、无线收发器或个人电脑。

本装置根据环境温湿度传感器36的实测值，通过电加热器及驱动模块40可进行除湿工作，保证高湿度环境下仍能正常工作；

利用适应考试车辆电源电压变化大的DC 8—36V宽电压输入的DC-DC电源变换器215，在考试车辆启动后可以用汽车发电机的电力来向车载设备供电和向车载备用电瓶进行充电，从而延长车载备用电瓶的供电时间。

本装置利用为扩展功能用的多通道输入输出通用接口202连接的外部设备（参见图3）包括：TF和/或MMC/SD存储卡33，打印机输出设备34，模拟量及开关量输入输出设备35，环境温湿度传感器36，包括优盘在内的USB接口设备37，SATA或IDE接口的大容量存储器38，IIC及SPI总线设备39，除湿加热器和其它功率驱动模块40，外挂键盘/鼠标/触摸屏41，外挂扩音系统或扬声器42，外挂显示器43，以太网设备44，具有RS-232接口的设备45，卫星定位系统A终端模块或A终端天线46，卫星定位系统B终端模块或B终端天线47，移动通讯网络系统终端48， CAN总线设备49；上述外部设备根据需要选择其中的1种、2种或多种。

本装置中，所述SATA或IDE接口的大容量存储器38是指机械硬盘、电子硬盘以及U盘或MMC、SD、TF、CF存储卡，用来存储多媒体文件和一些初始化参数文件，包括：

①进行语音提示用的音频文件，考生的鉴别图像，考试过程的视频监控图像，考试区域画面轮廓、边线和道路地图设置参数；

②考试评判规则或标准，视频参数设置值，包括：端口、亮度、对比度、色度、饱和度等；

③语音引擎设置值，包括：调用语音IC、语音文件、语音数据库等；

如果不需要这些多媒体数据及初始化参数文件，或者是由联接在网络上的上位机来管理这些多媒体数据及初始化参数，则可以不需要安装在本自动评分装置上。

作为本发明实施例的一种变换，所述核心板Ⅰ还可以是由分别封装的DSP数字处理器101，嵌入式MCU微控制器102，程序存储器103，数据存储器104以及核心板的接口连接器插件105、106构成或是由将上述元器件集成封装在一起构成的厚膜电路或片上系统SoCⅠ构成；或者是由DSP数字处理器、嵌入式MCU微控制器以及FPGA集成在一起构成的集成电路或厚膜电路—片上系统SoCⅡ构成；核心板Ⅰ和接口底板Ⅱ之间的连接也可以省略接口底板的接口连接器插件209、210，而将片上系统SoCⅠ或片上系统SoCⅡ直接装配在接口底板Ⅱ上；

作为本发明实施例的一种变换，还可以将核心板Ⅰ上的DSP数字处理器101、嵌入式MCU微控制器102、程序存储器103、数据存储器104直接焊接到接口底板Ⅱ上形成单张PCB板；或者是将由DSP数字处理器101、嵌入式MCU微控制器102合而为1构成的片上系统SoCⅢ、程序存储器103、数据存储器104直接焊接到接口底板Ⅱb上形成单张PCB板（参见图2-2），此时，连接到接口底板Ⅱb之接口的设备信号，经过相应的接口处理电路进行处理后，分别通过接口底板直接传送到核心板Ⅰb上。

DSP可以是美国德州仪器公司TI的C6000系列多媒体芯片TMS320DM642，也可以是其它品牌的多媒体DSP，嵌入式微控制器MCU可以是ARM系列ARM9或ARM11或其它公司的产品，本发明首选的DSP是TMS320DM6446，其已经内嵌了ARM9微控制器，可以运行嵌入式Linux或嵌入式Windows CE。

作为本发明实施例的一种变换，为了不依赖上位机而独立工作，本装置的多通道输入输出通用接口202还预留有供训练和考试操作的“开始/结束”按钮连接的接口，方便考生训练与考试；通常情况下，这个 “开始/结束”按钮信号，是由机器视觉或卫星定位系统通过观察和分析考试、训练车辆进出考试区的过程来自动产生的，不需要人工手动操作；但是也可以采用人工手动操作、或是通过外挂的无线数传设备，与车上安装的无线“开始/结束”按钮连接进行操作。

实施例二： 

一种汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法，它是利用实施例一所述的汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分装置，通过多媒体数字处理器DSP和CCD摄像机构成的机器视觉或卫星定位系统并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分，是通过运行嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统的硬件与在嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统上运行的软件的协同工作来共同实现的，所述应用软件包括的模块有：通讯收发器51，数据量采集器52，音视频存储器53，模拟量采集器54，成绩评判器55，音频信号采集器56，车辆位置数据采集器57，视频信号采集器58，开关量采集器59，车辆操作信息采集器60，操作员人机界面61，字符语音解码器62，开关设备驱动器63，数字设备驱动器64，数据传输器65和数据维护器66，实时监控与成绩评判系统67，各模块均装在嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统上（参见图4）；

所述通讯收发器51的作用是与上位机或是具有相应通讯协议的其它设备进行联网；

所述数字量采集器52分别与嵌入式Linux操作系统和通讯收发器51连接，其作用是采集数字化后的物理量信息；

所述音视频存储器53用于保存驾驶人考试过程或其它认为需要保留的音视频信息；所述模拟量采集器54通过模数转换接口而采集模拟量；

所述成绩评判器55对来自考试车辆与道路及场地的信息进行综合分析与判定，并给出最终的考试成绩；

所述音频信号采集器56通过音频输入接口把模拟音频信号转换成数字音频数据；

所述车辆位置数据采集器57从卫星定位系统和车辆运动传感器而获得数据； 

所述视频信号采集器58通过视频输入接口获取数字视频数据；

所述开关量采集器59通过并行输入接口直接读取开关量状态信息；

所述车辆操作信息采集器60通过对数字视频数据或卫星定位系统的定位数据信息的分析而获取考试车辆的运动状态与运动轨迹等运动对象信息；

所述人机界面61接受操作员指令并解释执行，同时也把执行结果告诉该现场操作员；所述字符语音音频解码器62完成把文字字符提示信号转换成语音提示信号，并通过音频输出接口驱动外挂扩音系统，使考试人能够用耳朵通过喇叭来获得本评分装置的提示或要求；

所述开关设备驱动器63通过并行输出接口直接输出开关量设备驱动信号；

所述数字设备驱动器64分别与嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统和通讯收发器51连接，通过通用输入输出通讯接口来与被驱动的外部设备进行通讯；

所述数据传输器65分别与嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统和通讯收发器51连接，对需要通过通讯网络进行交换的数据进行调制与解调，并通过通讯收发器51接口与外部设备进行通讯；

所述数据维护器66分别与嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统和通讯收发器51连接，从上位机或移动存储器获取考试评分标准及其它规则的初始化数据；

所述驾驶人考试或练习过程实时监控与成绩评判系统67与嵌入式Linux操作系统或windows CE操作系统连接，结合成绩评判器55，对来自考试车辆与道路及场地的信息进行综合分析与判定，并给出最终的考试成绩。

本发明当以Linux操作系统为核心时则以Android应用软件为人机界面，当以windows CE操作系统为核心时则以windows应用软件为人机界面，建立一套低功耗、节省软硬件资源开销的容易操作和使用的驾驶人驾驶技能考试与练习系统，其作用如下：

1．初始化评判规则、轨迹地图、边线界限、外接设备，校验所有需要使用到的测控信号。

2．通过多通道输入输出通用接口202实时采集驾驶人驾驶过程中产生的各种操作状态信息，并与评分标准进行比对，及时作出扣分、评判的决定。

3．对通过车内摄像机32从视频输入A获取的车内视频图像数据进行实时分析和处理，自动跟踪考生头像，实时确认其视线是否向右、向左、向下、向前、向后，并形成包含了大头贴之类的特写镜头的视频图像，在本地进行实时记录的同时也传递到远程控制中心，便于远程数字录像、使工作人员能够更快速地对考生进行身份或其它特征的鉴别。

4．通过车外摄像机31从视频输入B接口205对车外环境进行实时视频采集和传输，使本地能进行实时记录的同时也传递到远程控制中心，使远程也能够进行数字录像。

5．通过卫星定位系统，实时了解行驶车辆在场地或道路上的实际位置，并结合场地和车载的传感器信息，及时地对车轮轧线、车身出线等现象进行判断。

6．通过人机界面平台，及时地在屏幕上模拟展示当前车辆在场地或道路上的行驶轨迹或位置。

7．通过人机界面平台，及时地用语音向驾驶人报告被扣分数和原因，提前提示准备进入的考试项目和其它需要提示的信息，同时收集和记录驾驶人在驾驶过程中的言语及用语音表达的要求。

所述的汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法之主流程（参见图5）是： 

s101：系统初始化，对软硬件进行检查，并给需要初值的变量赋予初值；

s102：从程序存储器引导嵌入式操作系统并加载自动监考评分所涉及到的应用程序；

s103：应用程序运行后，并在进行路考前不断地判断是否需要路考？如果需要路考，则进入步骤s104，如果不需要路考，直接进入s105；

s104：在安排考生考试时，调入考生考试时必须的基本数据后进入s105；

s105：在有考生的考试或练习信息时，进行考试或练习过程实时监控和评分；在路考前或结束后，进入等待执行下列几种维护操作：

设置卫星定位误差修正常数和行驶约束轨迹图，

场地与车载及道路信号自检，

设置考试区域画面边线轮廓，

从上位机或移动存储设备调入考试评判标准和其它初始化数据，

设置视频参数，包括端口、亮度、对比度、色度和饱和度，

设置语音引擎，选择语音IC、语音文件或语音库之中的一种，

在没有上述需要时，自动转入s106；

s106：上述工作都结束后，便检查并确认是否退出？若不退出，则返回s103，若退出，则进入s107；

s107：返回到操作系统。

本发明之汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法中， 所述的s104：调入考生考试时必须的基本数据（参见图6）包括：

S201：调入考生考试时必须的基本数据；

S202：检查是否有考生信息？若有则标记为考试并进入S203，若无则标记为训练并进入S205；

S203：考试开始前先进行考生身份鉴别； 

S204：确认身份鉴定是否通过？若通过则进入S205，否则返回S202；

S205：开始对以下执行指令进行采集和分析：

①有无本地开始/结束等按键信息？

②有无来自无线数传设备的开始/结束等按键信息？

③有无通过以太网或其它通讯接口获取的来自考试安排PC机的“开始/结束”执行指令信息?

    ④有无通过机器视觉系统获取的“开始/结束”等执行指令信息?

如果以上信息之一存在，则进入S206，若没有，则返回S202；

S206：驾驶技能考试过程实时监控和评分，监控完成后进入S207；

S207：有无退出信息？若有进入S208，否则返回S202；

S208：退出实时监控和评分程序。

本发明之汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法中，所述S206：驾驶技能考试过程实时监控和评分子程序（参见图7）包括：

S301：语音提示考试开始；

S302：实时地进行场地道路信号和视频、车载视频和考车信号、卫星定位数据和其它运动信息的采集，并传送给上位机；

S303：考试过程分析与成绩判定，利用采集到的道路信号和视频、车载视频和考车信号、卫星定位数据，对考试过程进行分析，并作出成绩判定；

S304：在本地保存一些被指定的信息，并传送分析与判定结果给上位机；

S305：确定当前的练习或是考试过程是否结束或完成?若已经结束或完成，则进入S306，否则返回S302；

S306： 确认是否是考试？若是考试，则进入S307，否则进入S308；

S307：保存数据：保存考试成绩及其它指定为必须保存的信息后进入S308；

S308：退出考试过程监控。

本发明之汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法中，所述S303：考试过程分析与成绩判定子程序（参见图8）包括：

S401：获取场地、考车、道路的信号和车外、车内视频图像数据；

S402：确定车辆的行驶轨迹及方向，分析驾驶人操作、视线及车况；

S403：根据评判规则对驾驶技能作出评判；

S404：评判驾驶技能是否合格？若合格进入S406，若不合格，则进入S405；

S405：记录不合格判定时的一帧画面和判定结果；

S406：用语音提示考试的判定结果后进入S407；

S407：输出分析与判定结果。

本发明之汽车驾驶人驾驶技能练习辅导和考试评分的方法中，所述S203考生身份鉴别流程（子程序）包括：

S501：获取身份鉴别视频图像数据，对来自视频输入A接口的身份鉴别视频图像进行分析和处理；

S502：自动跟踪考生头像；

S503：截取考生头像并形成大头贴；

S504：输出附大头贴的身份鉴别视频。