任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法
专利名称：任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法
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，特别是任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法。
背景技术：
目前，机动车驾驶人场地驾驶技能考试所用到的场地桩考系统中，多数都是针对经过改装后的特定车辆作为考试车辆对象，并结合PC电脑的软硬件来完成的。为了实现对考车不需要改装即可进行桩考考试的目的，满足新标准中允许任意车辆都可以作为考试车辆进行桩考的要求，都是通过采集视频场景图像画面并进行分析处理来获取考试车辆行驶轨迹和前进、后退等状态信息的，从而得到所需的评分判定必须的相应依据。获取这些视频场景图像的手段，虽然有些是通过网络摄像机或视频服务器从网上获取，但多数都是由在PC机内安插的视频图像采集卡来获取，也就是说都是基于PC机的软 硬件平台来实现的。对于考试车辆在考试过程中的运动轨迹和扣分判定状态等必须信息，还是通过在PC硬件平台上运行的PC软件来提取的，离开了 PC软硬件平台，就无法对桩考进行评分判定。由于在处理图像数据过程中需要消耗大量的PC机资源，特别是时间资源，因此尽管目前的PC机运算速度已经很高，但一台PC机也往往只能管理一个桩考的考试过程，很难管理两个及两个以上桩考的考试过程；这些离不开PC机的场地桩考系统，对于已经使用或计划使用该类场地桩考系统的驾驶人培训单位来说，学员在训练时也不得不配置其必不可少的PC机和PC机的操作员。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以建立一个不依赖于PC机而独立工作的桩考训练与考试的任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法；以解决现有技术的上述不足。解决上述技术问题的技术方案是一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置，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；
在所述接口底板上设置有包括电器接口元器件电路和机械接口连接器在内的以下接口 可接话筒和外挂扩音系统的音频输入输出接口，为扩展功能用的多通道输入输出通用接口，连接外挂显示器的显示屏接口，与以太网设备连接的10/100M以太网接口，接场地视频摄像机的视频输入B接口，接云镜一体机32的视频输入A接口，与具有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接口，接口底板的接口连接器插件；
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时，连接到底板接口的设备信号，经过相应的接口处理电路进行处理后，直接传送到核心板上；当核心板和接口底板之间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；连接到底板接口的设备信号，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；
本装置利用视频输入A接口，通过云镜一体机获取对考生进行身份鉴别的视频图像，利用视频输入B接口，通过场地视频摄像机来对桩考考试过程进行实时跟踪，一方面记录 考车的行驶轨迹，另一方面又记录扣分判定时的一帧现场画面，为考生桩考成绩查询提供影像依据；
通过音频输入输出接口和外挂扩音系统，在桩考考试过程中，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；通过音频输入接口，根据需要随时地与远程联网的PC机进行语音对话，方便现场维护人员与远程PC操作员用语音进行沟通；
通过RS-232接口或RS-485接口获取桩考场地的传感器信号，从而对考试过程中出现的碰擦桩杆、车身出线等现象进行判定；
通过RS-485接口或以太网接口与上位机联网，适时地向上位机输出考生桩考考试过程中身份鉴别视频，桩考考场视频，考车运动轨迹坐标，扣分判定记录画面，以及考车前进、后退、停止、熄火等状态信息和其它被指定为需要输出的数据；通过所设置的网络接口，还可以接受上位机下达的各种指挥指令，与上位机进行协同工作；
本装置还通过与RS-232接口或RS-485接口连接的无线通讯模块接收考试车辆上的传感器信息，随时监视考试车辆及考生的操作情况。其进一步技术方案是所述核心板或是由分别封装的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SoC I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SoC II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SoC III、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。所述通过以太网接口与上位机联网，是采用通过无线以太网或以太网民用电力线调制解调器两者之中的一种方式或是同时采用两种互为备份这种方式来实现；所述通过RS-485接口与上位机联网，是采用串行总线或无线数传设备来实现。所述通过与RS-232接口或RS-485接口连接的无线通讯模块接收考试车辆上的车载传感器信息，是与车载传感器之间通过简称为无线数传设备的无线数据传输调制解调器来实现或是都经过以太网转换模块后再采用无线以太网这种方式来实现；这两者可互为备份或只采用其中之一。
其更进一步技术方案是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外挂键盘/触摸屏、加热器驱动模块、大容量存储器硬盘、优盘、环境温湿度传感器，模拟量及开关量输入输出设备，打印机输出设备和/或MMC/SD存储卡，上述外部设备根据需要选择其中的I种、2种或多种。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”等按钮连接的接口，通过外挂的无线数传设备，还可以与车上安装的无线“开始/结束”等按钮连接。本装置在本地通过显示屏接口连接附加设置的外挂显示器和通过多通道输入输出通用接口连接外挂键盘/触摸屏，接受本地操作员通过外挂键盘/触摸屏进行各种相应的设置、查询等基本操作。其相关的另一技术方案是一种实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，它是利用本发明上述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，通过多媒体数字处理器DSP 和CCD摄像机构成的机器视觉并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人场地驾驶技能考试的场地桩考的训练和考试过程进行自动监考与评分判定，是通过运行嵌入式Linux操作系统的硬件与在嵌入式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，数据备份器，模拟量采集器，成绩评分员，音频信号采集器，车辆运动信息采集器，视频信号采集器，开关量采集器，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，各模块均装在嵌入式Linux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；
所述数据备份器用于保存驾驶人考试成绩和考试过程的其它认为需要保留的信息；
所述模拟量采集器通过模数转换接口而采集模拟量；
所述成绩评分员对来自考试车辆和考场的信息进行分析与判定，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；
所述视频信号采集器通过视频输入接口获取数字视频数据并传给车辆运动信息采集
器；
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；
所述车辆运动信息采集器通过对数字视频数据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；
所述操作员人机界面接受现场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；
所述字符语音解码器完成把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；
所述数据维护器分别与嵌入式Linux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定等初始化数据。该方法之总的工作流程是
SlOl :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；sl02 :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；sl03 :应用程序运行后，并在进行桩考前不断地判断是否需要桩考？如果需要桩考，则进入步骤sl04，如果不需要桩考，直接进入sl05 ；s 104 :开始桩考考试后进入s 105 ；
sl05 :在桩考前或结束后，进入等待执行下列几种维护操作
进入操作系统环境，
场地信号自检，
设置考试区域画面轮廓，
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1C、语音文件或语音库之中的一种；
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 ；
sl07 :关闭系统。所述的S104桩考考试流程包括
5201:调入考试时必须的初始化数据；
5202: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人 S205,
5203:考试开始前先进行考生身份鉴别；
5204:确认身份鉴定是否通过？若通过则进入S205，否则返回S202 ；
5205: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 ；
5206:考试过程监控，监控完成后进入S207 ；
5207:有无退出信息？若有进入S208，否则返回S202 ；
5208:退出桩考程序。所述S206 :考试过程监控程序包括
5301:语音提示考试开始；
5302:实时地进行场地信号和考场视频采集并传送给上位机；
5303:考试过程分析与成绩判定，利用采集到的场地信号和视频数据，对考试过程进行分析，并作出成绩判定；
5304:传送分析与判定结果给上位机；
5305: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 ；
5306确认是否是练习？若是练习，则进入S308，否则进入S307 ；
5307: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 ；
5308:退出考试过程监控。所述考试过程监控程序中的S303 :过程分析与成绩判定流程包括
5401:获取场地信号和考场视频图像数据；
5402:确定车辆的行驶轨迹及方向；
5403:判断车辆的行驶轨迹及方向是否合格？若合格进入S405，若不合格，则进入S404 ；
5404:记录不合格判定时的一巾贞画面和判定结果；
5405:用语音提示考试的判定结果后进入S406 ；
5406:输出分析与判定结果。所述桩考考试流程中，S203考生身份鉴别流程包括
5501: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；
5502自动跟踪考生头像；
5503:形成大头贴；
5504:输出附大头贴的身份鉴别视频。由于采用上述结构，本发明之任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法具有以下有益效果
1、可以建立一个不依赖于PC机而独立工作的桩考训练与考试的系统；
2、当PC机或网络通讯故障时，可以不影响考生继续进行桩考的训练和考试；
3、使一台PC机可以能够集成管理两个及两个以上桩考的训练和考试过程；
4、便于各类现有场地桩考系统在不改变其原有基础结构的条件下进行高效的升级、改造，可较大程度的提高场地桩考系统的使用效率；
5、对已使用本装置的场地桩考系统，在系统维护上更方便、更快捷；
6、由于使用了操作系统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，也就是说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；
7、由于应用了机器视觉理论技术，因此无需定制特定车辆作为考试车辆，也就是说，任意车辆在未经过任何改装的情况下也可以直接用于作为考试车辆进行桩考项目的驾驶技能考试；
8、由于采用公知的通用硬件来构建应用平台，用户可以比较方便地在市场上购买得至IJ，因此硬件选配范围较大而且较为灵活多变，使硬件系统的售后维护比较有保障，故障排除时间短，维护成本低。下面，结合附图和实施例对本发明之一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法的技术特征作进一步的说明。
图I:核心板结构示意 图2-1 :接口底板II a接口结构以及接口底板II a与核心板I a之间通过接口连接器插件连接关系示意 图2-2 :核心板I b直接安装在接口底板II b上的结构示意 图3 :接口底板与外设的连接示意 图4 :嵌入式Linux操作系统与应用软件的连接示意 图5:启停系统流程 图6 :桩考考试流程图
图7 :考试过程监控流程 图8 :考试过程分析与成绩判定流程 图9 :考试人员身份鉴别流程图。图中
I、I a、I b -核心板，I a -带有接口连接器插件的核心板，I b -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；111 -人机界面，IV -组成机器视觉的CXD摄像机与底板的连接口 ；
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；
201-音频输入输出接口，202-多通道输入输出通用接口，203-显示屏接口，204-10/100Μ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接口，209、210-接口底板的接口连接器插件；
外接设备包括
31-场地视频摄像机，32-云镜一体机，33-MMC/SD存储卡，34-打印机输出设备，35-模拟量及开关量输入输出设备，36-环境温湿度传感器，37-优盘等USB设备，38-大容量存储器硬盘，39-IIC及SPI和CAN总线设备接口，40-加热器驱动模块，41-外挂键盘/触摸屏，42-外挂扩音系统，43-外挂显示器，44-以太网设备，45-具有RS-232接口的设备。软件结构包括
51-通讯收发器，52-数字量采集器，53-数据备份器；54_模拟量采集器，55-成绩评分员，56-音频信号采集器，57-视频信号采集器，58-开关量采集器，59-车辆运动信息采集器，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-数据维护器。文中缩略语及其意义
DSP一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一Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列；
CPLD一Complex Programmable Logic Device,即复杂可编程逻辑器件；
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SoC I ；
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SoC II，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SoC III。
具体实施方式
实施例一
一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置，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SoC III (如TMS320DM6446)、稈序存储器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I a，该核心板I a为单独的一块PCB电路板(参见图I)；
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是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，以便能更好地适应不断更正或修改的考试标准和管理标准的要求；
核心板I a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；
在所述接口底板II是接口底板II a，该接口底板II a也为单独的一块PCB电路板，其上设置有包括电器接口元器件电路和机械接口连接器在内的以下接口 可接话筒和外挂扩音系统42的音频输入输出接口 201，为扩展功能用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，接场地视频摄像机31的视频输入B接口 205，接云镜一体机32的视频输入A接口 206，与具有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接口 208，接口底板的接口连接器插件209、210 ；
核心板I a和接口底板II a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);连接到底板接口的设备信号，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I a上；
本装置利用视频输入A接口 206，通过云镜一体机32获取对考生进行身份鉴别时需要的视频图像，利用视频输入B接口 205，通过场地视频摄像机31来对桩考考试过程进行实时跟踪，一方面获取考车的行驶轨迹，另一方面又可获取扣分判定时的一帧现场画面，为考生桩考成绩查询提供影像依据；
通过音频输入输出接口 201和外挂扩音系统42，在桩考考试过程中，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；通过音频输入接口，根据需要随时地与远程联网的PC机进行语音对话，方便现场维护人员与远程PC操作员用语音进行沟通；通过RS-232接口 208或RS-485接口 207获取桩考场地的传感器信号，从而对考试过程中出现的碰擦桩杆、车身出线等现象进行判定；
通过RS-485接口 207或以太网接口 204与上位机联网，适时地向上位机输出考生桩考考试过程中身份鉴别视频、桩考考场视频、考车运动轨迹坐标、扣分判定记录画面、以及考车前进、后退、停止、熄火等状态信息和其它被指定为需要输出的数据；通过所设置的网络接口，还可以接受上位机下达的各种指挥指令，与上位机进行协同工作。本装置还可通过与RS-232接口 208或RS-485接口 207连接的无线通讯模块接收考试车辆上的传感器信息，随时监视考试车辆及考生的操作情况；
本装置通过为扩展功能用的多通道输入输出通用接口 202连接的外部设备包括外挂键盘/触摸屏41，加热器驱动模块40，大容量存储器硬盘38，优盘37，环境温湿度传感器36，模拟量及开关量输入输出设备35，打印机输出设备34和/或MMC/SD存储卡33，上述外部设备根据需要选择其中的I种、2种或多种；例如根据环境温湿度传感器36的实测值，通过加热器驱动模块40进行除湿工作，保证高湿度环境下仍能正常工作；此外，该多通道 输入输出通用接口 202是为了适应多种功能扩展而设置的，当不需要扩展某些功能时，可以不预留其相应的接口。本装置还可在本地通过显示屏接口 203连接附加设置的外挂显示器43和通过多通道输入输出通用接口 202连接外挂键盘/触摸屏41，接受本地操作员通过外挂键盘/触摸屏41进行各种相应的设置、查询等基本操作；
本装置还可通过与RS-232输入输出接口 208或RS-485输入输出接口 207连接的无线通讯模块接收考试车辆上的传感器信息，随时监视考试车辆及考生的操作情况；所述通过与RS-232输入输出接口 208或RS-485输入输出接口 207连接的无线通讯模块接收考试车辆上的车载传感器信息，是与车载传感器之间通过简称为无线数传设备的无线数据传输调制解调器来实现或是都经过以太网转换模块后再采用无线以太网这种方式来实现；这两者可互为备份或只采用其中之一。所述通过以太网接口 204与上位机联网，是采用通过无线以太网或以太网民用电力线调制解调器两者之中的一种方式或是同时采用两种互为备份这种方式来实现；所述通过RS-485接口 207与上位机联网，是采用串行总线或无线数传设备来实现的。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SoC I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一片上系统SoC II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SoC I或片上系统SoC II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I构成的片上系统SoC IIK如TMS320DM6446)、程序存储器103、数据存储器104直接焊接到接口底板II b上形成单张PCB板(参见图2-2)，此时，连接到接口底板II b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I b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ARMll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。为了不依赖上位机而独立工作，通过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”等按钮连接的接口，通过外挂的无线数传设备，还可以与车上安装的无线“开始/结束”等按钮连接，方便考生训练与考试；通常情况下，这个“开始/结束”等按钮信号，是由机器视觉系统通过观察考试车辆进出考试区的过程来自动产生的，也就是说可以不要人工手动操作也行。 以太网接口 204可以连接的以太网设备44 一般是指具有以太网接口的以下设备之一路由器、交换机、ADSL调制解调器、民用电力线调制解调器、无线收发器、无线以太网设备、个人电脑。大容量存储器主要是指硬盘和优盘，主要用来存储多媒体文件和一些初始化参数文件，如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、考试区域画面轮廓设置参数、考试评判标准、语音文件和语音库等，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；类似地，当可以连接的那些外部设备在不需要的时候，可以省略掉而不必安装到本自动评分装置上。实施例二
一种实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，是利用实施例一所述任意车辆桩考过程自动监考评分装置来实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，它是通过多媒体数字处理器DSP和CCD摄像机构成的机器视觉并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人场地驾驶技能考试的场地桩考的训练和考试过程进行自动监考与评分判定，是通过运行嵌入式Linux操作系统的硬件与在嵌入式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，数据备份器53，模拟量采集器54，成绩评分员55，音频信号采集器56，视频信号采集器57，开关量采集器58，车辆运动信息采集器59，操作员人机界面60，字符语音解码器61，开关设备驱动器62，数字设备驱动器63，数据传输器64和数据维护器65，各模块均装在嵌入式Linux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；
所述数据备份器53用于保存驾驶人考试成绩和考试过程的其它认为需要保留的信
息；
所述模拟量采集器54通过模数转换接口而采集模拟量；
所述成绩评分员55对来自考试车辆和考场的信息进行分析与判定，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；所述视频信号采集器57通过视频输入接口获取数字视频数据并传给车辆运动信息采集器59 ；
所述开关量采集器58通过并行输入接口直接读取开关量状态信息；
所述车辆运动信息采集器59通过对数字视频数据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；
所述操作员人机界面60接受现场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；
所述字符语音解码器61完成把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62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63分别与嵌入式Linux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64分别与嵌入式Linux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；
所述数据维护器65分别与嵌入式Linux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定等初始化数据。本发明以Linux操作系统为运行平台的应用软件，即桩考程序的主要作用是
I、对身份鉴别视频图像进行分析和处理，自动跟踪考生头像，形成大头贴，并将附有大头贴的视频图像输出到PC机中，以便于工作人员对考生更快速进行身份鉴别。2、对桩考场地视频图像进行分析和处理，自动跟踪考车行驶轨迹，记录轨迹坐标，确定行驶方向是否为倒车，同时结合场地信号，实时地对考试结果进行判定，一旦出现考试不合格，则即时记录一帧现场画面。3、在练习时，根据桩考场地视频图像，通过机器视觉功能模块，自动对练习车辆进出起点位置进行实时监视并识别，以便于在脱离计算机和无任何人员操作按钮的情况下仍然不影响学员进行模拟考试训练。4、与CCD摄像机及视频图像数字化采集系统相结合，构成数字化机器视觉系统，实现对在场地的考试或训练车辆进行准确跟踪，获取车辆运行方向及位置坐标，形成车辆行驶轨迹曲线，并识别是开始考试或为考试结束，给考试过程监控模块提供一个开始和结束等必须的信号。5、为桩考系统提供必需的人机界面，使本评分装置能很好地与包括上位计算机在内的外部设备实现联网与通讯，为现场维护提供方便，能友好地接受现场人员的操作，通过语音模块，使驾驶人能及时地了解自己目前的驾驶技能与过程状态。所述实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法之总的工作流程(参见图5)是
SlOl :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；
sl02 :从程序存储器103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;
sl03 :应用程序运行后，并在进行桩考前不断地判断是否需要桩考？如果需要桩考，则进入步骤sl04，如果不需要桩考，直接进入sl05 ；S104 :开始桩考考试后进入S105 ；
sl05 :在桩考前或结束后，进入等待执行下列几种维护操作
进入操作系统环境，
场地信号自检，
设置考试区域画面轮廓，
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1C、语音文件或语音库之中的一种；
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 ；
sl07 :关闭系统。本发明实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法之总的工作流程中，所述的sl04桩考考试流程(参见图6)包括
5201:调入考试时必须的初始化数据；
5202: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人 S205,
5203:考试开始前先进行考生身份鉴别；
5204:确认身份鉴定是否通过？若通过则进入S205，否则返回S202 ；
5205: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204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 ；
5206:考试过程监控，监控完成后进入S207 ；
5207:有无退出信息？若有进入S208，否则返回S202 ；
5208:退出桩考程序。所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法之桩考考试流程中，所述的
S206:考试过程监控程序(参见图7)包括
5301:语音提示考试开始；
5302:实时地进行场地信号和考场视频采集并传送给上位机；
S303:考试过程分析与成绩判定，利用采集到的场地信号和视频数据，对考试过程进行分析，并作出成绩判定；
5304:传送分析与判定结果给上位机；
5305: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 ；
5306确认是否是练习？若是练习，则进入S308，否则进入S307 ；
5307: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 ；
5308:退出考试过程监控。
在所述的考试过程监控程序中，所述S303 :考试过程分析与成绩判定流程(参见图8)包括
5401:获取场地信号和考场视频图像数据；
5402:确定车辆的行驶轨迹及方向；
5403:判断车辆的行驶轨迹及方向是否合格？若合格进入S405，若不合格，则进入S404 ；
5404:记录不合格判定时的一巾贞画面和判定结果；
5405:用语音提示考试的判定结果后进入S406 ；
5406:输出分析与判定结果。
本发明实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法之总的工作流程中，所述的
S203考生身份鉴别流程(参见图9)包括
5501: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；
5502自动跟踪考生头像；
5503:形成大头贴；
5504:输出附大头贴的身份鉴别视频。
权利要求
1.一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于该装置包括核心板(I )和接口底板(II ); 所述核心板(I )包括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)以及接口连接器插件(105)、(106)； 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； 在所述接口底板(II )上设置有包括电器接口元器件电路和机械接口连接器在内的以下接口 可接话筒和外挂扩音系统(42)的音频输入输出接口(201)，为扩展功能用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)，接场地视频摄像机(31)的视频输入B接口(205)，接云镜一体机(32)的视频输入A接口(206)，与具有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接口 (208)； 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时，连接到底板接口的设备信号，经过相应的接口处理电路进行处理后，直接传送到核心板上；当核心板和接口底板之间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(105、106)与接口底板的接口连接器插件(209、210)对应装配在一起；连接到底板接口的设备信号，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)传送到核心板上； 本装置利用视频输入A接口(206)，通过云镜一体机(32)获取对考生进行身份鉴别的视频图像，利用视频输入B接口(205)，通过场地视频摄像机(31)来对桩考考试过程进行实时跟踪，一方面记录考车的行驶轨迹，另一方面又记录扣分判定时的一帧现场画面，为考生桩考成绩查询提供影像依据； 通过音频输入输出接口(201)和外挂扩音系统(42)，在桩考考试过程中，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)，根据需要随时地与远程联网的的PC机进行语音对话，方便现场维护人员与远程PC操作员用语音进行沟通； 通过RS-232接口(208)或RS-485接口(207)获取桩考场地的传感器信号，从而对考试过程中出现的碰擦桩杆、车身出线等现象进行判定； 通过RS-485接口(207)或以太网接口(204)与上位机联网，适时地向上位机输出考生桩考考试过程中身份鉴别视频，桩考考场视频，考车运动轨迹坐标，扣分判定记录画面，以及考车前进、后退、停止、熄火等状态信息和其它被指定为需要输出的数据；通过所设置的网络接口，还可以接受上位机下达的各种指挥指令，与上位机进行协同工作； 本装置还通过与RS-232接口(208)或RS-485接口(207)连接的无线通讯模块接收考试车辆上的传感器信息，随时监视考试车辆及考生的操作情况。
2.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于所述核心板(I )或是由分别封装的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SoC I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SoC II构成，还可以是由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SoC III、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。
3.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于所述通过以太网接口(204)与上位机联网，是采用通过无线以太网或以太网民用电力线调制解调器两者之中的一种方式或是同时采用两种互为备份这种方式来实现；所述通过RS-485接口(207)与上位机联网，是采用串行总线或无线数传设备来实现。
4.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于所述通过与RS-232输入输出接口(208)或RS-485输入输出接口(207)连接的无线通讯模块接收考试车辆上的车载传感器信息，是与车载传感器之间通过简称为无线数传设备的无线数据传输调制解调器来实现或是都经过以太网转换模块后再采用无线以太网这种方式来实现；这两者可互为备份或只采用其中之一。
5.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于本装置利用为扩展功能用的多通道输入输出通用接口(202)连接的外部设备包括外挂键盘/触摸屏(41)，加热器驱动模块(40)，大容量存储器硬盘(38)，优盘(37)，环境温湿度传感器(36)，模拟量及开关量输入输出设备(35)，打印机输出设备(34)和/或MMC/SD存储卡(33)，上述外部设备根据需要选择其中的I种、2种或多种。
6.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于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”等按钮连接的接口，通过外挂的无线数传设备，还可以与车上安装的无线“开始/结束”等按钮连接。
7.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于本装置在本地通过显示屏接口(203)连接附加设置的外挂显示器(43)和通过多通道输入输出通用接口(202)连接外挂键盘/触摸屏(41)，接受本地操作员通过外挂键盘/触摸屏(41)进行各种相应的设置、查询等基本操作。
8.一种实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于它是利用权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，通过多媒体数字处理器DSP和CCD摄像机构成的机器视觉并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人场地驾驶技能考试的场地桩考的训练和考试过程进行自动监考与评分判定，是通过运行嵌入式Linux操作系统的硬件与在嵌入式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)，数据备份器(53)，模拟量采集器(54)，成绩评分员(55 )，音频信号采集器(56 )，视频信号采集器(57 )，开关量采集器(58 )，车辆运动信息采集器(59)，操作员人机界面(60)，字符语音解码器(61)，开关设备驱动器(62)，数字设备驱动器(63 )，数据传输器(64 )和数据维护器(65 )，各模块均装在嵌入式Linux操作系统上； 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； 所述数据备份器(53)用于保存驾驶人考试成绩和考试过程的其它认为需要保留的信息； 所述模拟量采集器(54)通过模数转换接口而采集模拟量； 所述成绩评分员(55)对来自考试车辆和考场的信息进行分析与判定，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；所述视频信号采集器(57)通过视频输入接口获取数字视频数据并传给车辆运动信息采集器(59)； 所述开关量采集器(58)通过并行输入接口直接读取开关量状态信息； 所述车辆运动信息采集器(59)通过对数字视频数据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； 所述操作员人机界面(60)接受现场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； 所述字符语音解码器(61)完成把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(62)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(63)分别与嵌入式Linux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(64)分别与嵌入式Linux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； 所述数据维护器(65)分别与嵌入式Linux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定等初始化数据。
9.根据权利要求8所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于其总的工作流程是 SlOl :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；sl02 :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；sl03 :应用程序运行后，并在进行桩考前不断地判断是否需要桩考？如果需要桩考，则进入步骤sl04，如果不需要桩考，直接进入sl05 ；s 104 :开始桩考考试后进入s 105 ； sl05 :在桩考前或结束后，进入等待执行下列几种维护操作 进入操作系统环境， 场地信号自检， 设置考试区域画面轮廓， 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1C、语音文件或语音库之中的一种；sl06 :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sl03，若退出，则进入sl07 ； sl07 :关闭系统。
10.根据权利要求9所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于 所述的sl04桩考考试流程包括 5201:调入考试时必须的初始化数据； 5202: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人 S205, 5203:考试开始前先进行考生身份鉴别； 5204:确认身份鉴定是否通过？若通过则进入S205，否则返回S202 ； 5205: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 ； 5206:考试过程监控，监控完成后进入S207 ； 5207:有无退出信息？若有进入S208，否则返回S202 ； 5208:退出桩考程序。
11.根据权利要求10所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于所述S206 :考试过程监控程序包括 5301:语音提示考试开始； 5302:实时地进行场地信号和考场视频采集并传送给上位机； 5303:考试过程分析与成绩判定，利用采集到的场地信号和视频数据，对考试过程进行分析，并作出成绩判定； 5304:传送分析与判定结果给上位机； 5305: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 ； 5306确认是否是练习？若是练习，则进入S308，否则进入S307 ； 5307: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 ； 5308:退出考试过程监控。
12.根据权利要求11所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于所述S303 :考试过程分析与成绩判定流程包括 S401:获取场地信号和考场视频图像数据； S402:确定车辆的行驶轨迹及方向；S403:判断车辆的行驶轨迹及方向是否合格？若合格进入S405，若不合格，则进入S404； S404:记录不合格判定时的一巾贞画面和判定结果；5405:用语音提示考试的判定结果后进入S406 ； 5406:输出分析与判定结果。
13.根据权利要求10所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于所述S203考生身份鉴别流程包括 5501: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； 5502自动跟踪考生头像； 5503:形成大头贴； 5504:输出附大头贴的身份鉴别视频。
全文摘要
一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法，所述装置包括由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构成的核心板和接口底板；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；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；在所述接口底板上设置有包括电器接口元器件电路和机械接口连接器在内的多个接口；利用该装置，通过运行嵌入式Linux操作系统的硬件与在嵌入式操作系统上运行的软件的协同工作，即可实现对任意车辆桩考过程自动监考评分。
文档编号G09B19/16GK102789718SQ20111014620
公开日2012年11月21日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年5月20日
发明者吴金, 康正海, 朱江平, 李方飞, 李海涛, 罗海鹰, 阳昌珠 申请人:柳州桂通科技有限公司
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，特别是任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法。
背景技术：
目前，机动车驾驶人场地驾驶技能考试所用到的场地桩考系统中，多数都是针对经过改装后的特定车辆作为考试车辆对象，并结合PC电脑的软硬件来完成的。为了实现对考车不需要改装即可进行桩考考试的目的，满足新标准中允许任意车辆都可以作为考试车辆进行桩考的要求，都是通过采集视频场景图像画面并进行分析处理来获取考试车辆行驶轨迹和前进、后退等状态信息的，从而得到所需的评分判定必须的相应依据。获取这些视频场景图像的手段，虽然有些是通过网络摄像机或视频服务器从网上获取，但多数都是由在PC机内安插的视频图像采集卡来获取，也就是说都是基于PC机的软 硬件平台来实现的。对于考试车辆在考试过程中的运动轨迹和扣分判定状态等必须信息，还是通过在PC硬件平台上运行的PC软件来提取的，离开了 PC软硬件平台，就无法对桩考进行评分判定。由于在处理图像数据过程中需要消耗大量的PC机资源，特别是时间资源，因此尽管目前的PC机运算速度已经很高，但一台PC机也往往只能管理一个桩考的考试过程，很难管理两个及两个以上桩考的考试过程；这些离不开PC机的场地桩考系统，对于已经使用或计划使用该类场地桩考系统的驾驶人培训单位来说，学员在训练时也不得不配置其必不可少的PC机和PC机的操作员。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以建立一个不依赖于PC机而独立工作的桩考训练与考试的任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法；以解决现有技术的上述不足。解决上述技术问题的技术方案是一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置，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；
在所述接口底板上设置有包括电器接口元器件电路和机械接口连接器在内的以下接口 可接话筒和外挂扩音系统的音频输入输出接口，为扩展功能用的多通道输入输出通用接口，连接外挂显示器的显示屏接口，与以太网设备连接的10/100M以太网接口，接场地视频摄像机的视频输入B接口，接云镜一体机32的视频输入A接口，与具有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接口，接口底板的接口连接器插件；
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时，连接到底板接口的设备信号，经过相应的接口处理电路进行处理后，直接传送到核心板上；当核心板和接口底板之间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；连接到底板接口的设备信号，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；
本装置利用视频输入A接口，通过云镜一体机获取对考生进行身份鉴别的视频图像，利用视频输入B接口，通过场地视频摄像机来对桩考考试过程进行实时跟踪，一方面记录 考车的行驶轨迹，另一方面又记录扣分判定时的一帧现场画面，为考生桩考成绩查询提供影像依据；
通过音频输入输出接口和外挂扩音系统，在桩考考试过程中，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；通过音频输入接口，根据需要随时地与远程联网的PC机进行语音对话，方便现场维护人员与远程PC操作员用语音进行沟通；
通过RS-232接口或RS-485接口获取桩考场地的传感器信号，从而对考试过程中出现的碰擦桩杆、车身出线等现象进行判定；
通过RS-485接口或以太网接口与上位机联网，适时地向上位机输出考生桩考考试过程中身份鉴别视频，桩考考场视频，考车运动轨迹坐标，扣分判定记录画面，以及考车前进、后退、停止、熄火等状态信息和其它被指定为需要输出的数据；通过所设置的网络接口，还可以接受上位机下达的各种指挥指令，与上位机进行协同工作；
本装置还通过与RS-232接口或RS-485接口连接的无线通讯模块接收考试车辆上的传感器信息，随时监视考试车辆及考生的操作情况。其进一步技术方案是所述核心板或是由分别封装的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SoC I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SoC II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SoC III、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。所述通过以太网接口与上位机联网，是采用通过无线以太网或以太网民用电力线调制解调器两者之中的一种方式或是同时采用两种互为备份这种方式来实现；所述通过RS-485接口与上位机联网，是采用串行总线或无线数传设备来实现。所述通过与RS-232接口或RS-485接口连接的无线通讯模块接收考试车辆上的车载传感器信息，是与车载传感器之间通过简称为无线数传设备的无线数据传输调制解调器来实现或是都经过以太网转换模块后再采用无线以太网这种方式来实现；这两者可互为备份或只采用其中之一。
其更进一步技术方案是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外挂键盘/触摸屏、加热器驱动模块、大容量存储器硬盘、优盘、环境温湿度传感器，模拟量及开关量输入输出设备，打印机输出设备和/或MMC/SD存储卡，上述外部设备根据需要选择其中的I种、2种或多种。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”等按钮连接的接口，通过外挂的无线数传设备，还可以与车上安装的无线“开始/结束”等按钮连接。本装置在本地通过显示屏接口连接附加设置的外挂显示器和通过多通道输入输出通用接口连接外挂键盘/触摸屏，接受本地操作员通过外挂键盘/触摸屏进行各种相应的设置、查询等基本操作。其相关的另一技术方案是一种实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，它是利用本发明上述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，通过多媒体数字处理器DSP 和CCD摄像机构成的机器视觉并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人场地驾驶技能考试的场地桩考的训练和考试过程进行自动监考与评分判定，是通过运行嵌入式Linux操作系统的硬件与在嵌入式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，数据备份器，模拟量采集器，成绩评分员，音频信号采集器，车辆运动信息采集器，视频信号采集器，开关量采集器，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，各模块均装在嵌入式Linux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；
所述数据备份器用于保存驾驶人考试成绩和考试过程的其它认为需要保留的信息；
所述模拟量采集器通过模数转换接口而采集模拟量；
所述成绩评分员对来自考试车辆和考场的信息进行分析与判定，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；
所述视频信号采集器通过视频输入接口获取数字视频数据并传给车辆运动信息采集
器；
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；
所述车辆运动信息采集器通过对数字视频数据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；
所述操作员人机界面接受现场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；
所述字符语音解码器完成把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；
所述数据维护器分别与嵌入式Linux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定等初始化数据。该方法之总的工作流程是
SlOl :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；sl02 :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；sl03 :应用程序运行后，并在进行桩考前不断地判断是否需要桩考？如果需要桩考，则进入步骤sl04，如果不需要桩考，直接进入sl05 ；s 104 :开始桩考考试后进入s 105 ；
sl05 :在桩考前或结束后，进入等待执行下列几种维护操作
进入操作系统环境，
场地信号自检，
设置考试区域画面轮廓，
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1C、语音文件或语音库之中的一种；
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 ；
sl07 :关闭系统。所述的S104桩考考试流程包括
5201:调入考试时必须的初始化数据；
5202: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人 S205,
5203:考试开始前先进行考生身份鉴别；
5204:确认身份鉴定是否通过？若通过则进入S205，否则返回S202 ；
5205: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 ；
5206:考试过程监控，监控完成后进入S207 ；
5207:有无退出信息？若有进入S208，否则返回S202 ；
5208:退出桩考程序。所述S206 :考试过程监控程序包括
5301:语音提示考试开始；
5302:实时地进行场地信号和考场视频采集并传送给上位机；
5303:考试过程分析与成绩判定，利用采集到的场地信号和视频数据，对考试过程进行分析，并作出成绩判定；
5304:传送分析与判定结果给上位机；
5305: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 ；
5306确认是否是练习？若是练习，则进入S308，否则进入S307 ；
5307: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 ；
5308:退出考试过程监控。所述考试过程监控程序中的S303 :过程分析与成绩判定流程包括
5401:获取场地信号和考场视频图像数据；
5402:确定车辆的行驶轨迹及方向；
5403:判断车辆的行驶轨迹及方向是否合格？若合格进入S405，若不合格，则进入S404 ；
5404:记录不合格判定时的一巾贞画面和判定结果；
5405:用语音提示考试的判定结果后进入S406 ；
5406:输出分析与判定结果。所述桩考考试流程中，S203考生身份鉴别流程包括
5501: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；
5502自动跟踪考生头像；
5503:形成大头贴；
5504:输出附大头贴的身份鉴别视频。由于采用上述结构，本发明之任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法具有以下有益效果
1、可以建立一个不依赖于PC机而独立工作的桩考训练与考试的系统；
2、当PC机或网络通讯故障时，可以不影响考生继续进行桩考的训练和考试；
3、使一台PC机可以能够集成管理两个及两个以上桩考的训练和考试过程；
4、便于各类现有场地桩考系统在不改变其原有基础结构的条件下进行高效的升级、改造，可较大程度的提高场地桩考系统的使用效率；
5、对已使用本装置的场地桩考系统，在系统维护上更方便、更快捷；
6、由于使用了操作系统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，也就是说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；
7、由于应用了机器视觉理论技术，因此无需定制特定车辆作为考试车辆，也就是说，任意车辆在未经过任何改装的情况下也可以直接用于作为考试车辆进行桩考项目的驾驶技能考试；
8、由于采用公知的通用硬件来构建应用平台，用户可以比较方便地在市场上购买得至IJ，因此硬件选配范围较大而且较为灵活多变，使硬件系统的售后维护比较有保障，故障排除时间短，维护成本低。下面，结合附图和实施例对本发明之一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法的技术特征作进一步的说明。
图I:核心板结构示意 图2-1 :接口底板II a接口结构以及接口底板II a与核心板I a之间通过接口连接器插件连接关系示意 图2-2 :核心板I b直接安装在接口底板II b上的结构示意 图3 :接口底板与外设的连接示意 图4 :嵌入式Linux操作系统与应用软件的连接示意 图5:启停系统流程 图6 :桩考考试流程图
图7 :考试过程监控流程 图8 :考试过程分析与成绩判定流程 图9 :考试人员身份鉴别流程图。图中
I、I a、I b -核心板，I a -带有接口连接器插件的核心板，I b -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；111 -人机界面，IV -组成机器视觉的CXD摄像机与底板的连接口 ；
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；
201-音频输入输出接口，202-多通道输入输出通用接口，203-显示屏接口，204-10/100Μ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接口，209、210-接口底板的接口连接器插件；
外接设备包括
31-场地视频摄像机，32-云镜一体机，33-MMC/SD存储卡，34-打印机输出设备，35-模拟量及开关量输入输出设备，36-环境温湿度传感器，37-优盘等USB设备，38-大容量存储器硬盘，39-IIC及SPI和CAN总线设备接口，40-加热器驱动模块，41-外挂键盘/触摸屏，42-外挂扩音系统，43-外挂显示器，44-以太网设备，45-具有RS-232接口的设备。软件结构包括
51-通讯收发器，52-数字量采集器，53-数据备份器；54_模拟量采集器，55-成绩评分员，56-音频信号采集器，57-视频信号采集器，58-开关量采集器，59-车辆运动信息采集器，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-数据维护器。文中缩略语及其意义
DSP一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一Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列；
CPLD一Complex Programmable Logic Device,即复杂可编程逻辑器件；
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SoC I ；
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SoC II，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SoC III。
具体实施方式
实施例一
一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置，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SoC III (如TMS320DM6446)、稈序存储器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I a，该核心板I a为单独的一块PCB电路板(参见图I)；
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是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，以便能更好地适应不断更正或修改的考试标准和管理标准的要求；
核心板I a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；
在所述接口底板II是接口底板II a，该接口底板II a也为单独的一块PCB电路板，其上设置有包括电器接口元器件电路和机械接口连接器在内的以下接口 可接话筒和外挂扩音系统42的音频输入输出接口 201，为扩展功能用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，接场地视频摄像机31的视频输入B接口 205，接云镜一体机32的视频输入A接口 206，与具有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接口 208，接口底板的接口连接器插件209、210 ；
核心板I a和接口底板II a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);连接到底板接口的设备信号，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I a上；
本装置利用视频输入A接口 206，通过云镜一体机32获取对考生进行身份鉴别时需要的视频图像，利用视频输入B接口 205，通过场地视频摄像机31来对桩考考试过程进行实时跟踪，一方面获取考车的行驶轨迹，另一方面又可获取扣分判定时的一帧现场画面，为考生桩考成绩查询提供影像依据；
通过音频输入输出接口 201和外挂扩音系统42，在桩考考试过程中，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；通过音频输入接口，根据需要随时地与远程联网的PC机进行语音对话，方便现场维护人员与远程PC操作员用语音进行沟通；通过RS-232接口 208或RS-485接口 207获取桩考场地的传感器信号，从而对考试过程中出现的碰擦桩杆、车身出线等现象进行判定；
通过RS-485接口 207或以太网接口 204与上位机联网，适时地向上位机输出考生桩考考试过程中身份鉴别视频、桩考考场视频、考车运动轨迹坐标、扣分判定记录画面、以及考车前进、后退、停止、熄火等状态信息和其它被指定为需要输出的数据；通过所设置的网络接口，还可以接受上位机下达的各种指挥指令，与上位机进行协同工作。本装置还可通过与RS-232接口 208或RS-485接口 207连接的无线通讯模块接收考试车辆上的传感器信息，随时监视考试车辆及考生的操作情况；
本装置通过为扩展功能用的多通道输入输出通用接口 202连接的外部设备包括外挂键盘/触摸屏41，加热器驱动模块40，大容量存储器硬盘38，优盘37，环境温湿度传感器36，模拟量及开关量输入输出设备35，打印机输出设备34和/或MMC/SD存储卡33，上述外部设备根据需要选择其中的I种、2种或多种；例如根据环境温湿度传感器36的实测值，通过加热器驱动模块40进行除湿工作，保证高湿度环境下仍能正常工作；此外，该多通道 输入输出通用接口 202是为了适应多种功能扩展而设置的，当不需要扩展某些功能时，可以不预留其相应的接口。本装置还可在本地通过显示屏接口 203连接附加设置的外挂显示器43和通过多通道输入输出通用接口 202连接外挂键盘/触摸屏41，接受本地操作员通过外挂键盘/触摸屏41进行各种相应的设置、查询等基本操作；
本装置还可通过与RS-232输入输出接口 208或RS-485输入输出接口 207连接的无线通讯模块接收考试车辆上的传感器信息，随时监视考试车辆及考生的操作情况；所述通过与RS-232输入输出接口 208或RS-485输入输出接口 207连接的无线通讯模块接收考试车辆上的车载传感器信息，是与车载传感器之间通过简称为无线数传设备的无线数据传输调制解调器来实现或是都经过以太网转换模块后再采用无线以太网这种方式来实现；这两者可互为备份或只采用其中之一。所述通过以太网接口 204与上位机联网，是采用通过无线以太网或以太网民用电力线调制解调器两者之中的一种方式或是同时采用两种互为备份这种方式来实现；所述通过RS-485接口 207与上位机联网，是采用串行总线或无线数传设备来实现的。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SoC I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一片上系统SoC II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SoC I或片上系统SoC II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I构成的片上系统SoC IIK如TMS320DM6446)、程序存储器103、数据存储器104直接焊接到接口底板II b上形成单张PCB板(参见图2-2)，此时，连接到接口底板II b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I b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ARMll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。为了不依赖上位机而独立工作，通过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”等按钮连接的接口，通过外挂的无线数传设备，还可以与车上安装的无线“开始/结束”等按钮连接，方便考生训练与考试；通常情况下，这个“开始/结束”等按钮信号，是由机器视觉系统通过观察考试车辆进出考试区的过程来自动产生的，也就是说可以不要人工手动操作也行。 以太网接口 204可以连接的以太网设备44 一般是指具有以太网接口的以下设备之一路由器、交换机、ADSL调制解调器、民用电力线调制解调器、无线收发器、无线以太网设备、个人电脑。大容量存储器主要是指硬盘和优盘，主要用来存储多媒体文件和一些初始化参数文件，如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、考试区域画面轮廓设置参数、考试评判标准、语音文件和语音库等，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；类似地，当可以连接的那些外部设备在不需要的时候，可以省略掉而不必安装到本自动评分装置上。实施例二
一种实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，是利用实施例一所述任意车辆桩考过程自动监考评分装置来实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，它是通过多媒体数字处理器DSP和CCD摄像机构成的机器视觉并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人场地驾驶技能考试的场地桩考的训练和考试过程进行自动监考与评分判定，是通过运行嵌入式Linux操作系统的硬件与在嵌入式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，数据备份器53，模拟量采集器54，成绩评分员55，音频信号采集器56，视频信号采集器57，开关量采集器58，车辆运动信息采集器59，操作员人机界面60，字符语音解码器61，开关设备驱动器62，数字设备驱动器63，数据传输器64和数据维护器65，各模块均装在嵌入式Linux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；
所述数据备份器53用于保存驾驶人考试成绩和考试过程的其它认为需要保留的信
息；
所述模拟量采集器54通过模数转换接口而采集模拟量；
所述成绩评分员55对来自考试车辆和考场的信息进行分析与判定，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；所述视频信号采集器57通过视频输入接口获取数字视频数据并传给车辆运动信息采集器59 ；
所述开关量采集器58通过并行输入接口直接读取开关量状态信息；
所述车辆运动信息采集器59通过对数字视频数据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；
所述操作员人机界面60接受现场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；
所述字符语音解码器61完成把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62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63分别与嵌入式Linux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64分别与嵌入式Linux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；
所述数据维护器65分别与嵌入式Linux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定等初始化数据。本发明以Linux操作系统为运行平台的应用软件，即桩考程序的主要作用是
I、对身份鉴别视频图像进行分析和处理，自动跟踪考生头像，形成大头贴，并将附有大头贴的视频图像输出到PC机中，以便于工作人员对考生更快速进行身份鉴别。2、对桩考场地视频图像进行分析和处理，自动跟踪考车行驶轨迹，记录轨迹坐标，确定行驶方向是否为倒车，同时结合场地信号，实时地对考试结果进行判定，一旦出现考试不合格，则即时记录一帧现场画面。3、在练习时，根据桩考场地视频图像，通过机器视觉功能模块，自动对练习车辆进出起点位置进行实时监视并识别，以便于在脱离计算机和无任何人员操作按钮的情况下仍然不影响学员进行模拟考试训练。4、与CCD摄像机及视频图像数字化采集系统相结合，构成数字化机器视觉系统，实现对在场地的考试或训练车辆进行准确跟踪，获取车辆运行方向及位置坐标，形成车辆行驶轨迹曲线，并识别是开始考试或为考试结束，给考试过程监控模块提供一个开始和结束等必须的信号。5、为桩考系统提供必需的人机界面，使本评分装置能很好地与包括上位计算机在内的外部设备实现联网与通讯，为现场维护提供方便，能友好地接受现场人员的操作，通过语音模块，使驾驶人能及时地了解自己目前的驾驶技能与过程状态。所述实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法之总的工作流程(参见图5)是
SlOl :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；
sl02 :从程序存储器103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;
sl03 :应用程序运行后，并在进行桩考前不断地判断是否需要桩考？如果需要桩考，则进入步骤sl04，如果不需要桩考，直接进入sl05 ；S104 :开始桩考考试后进入S105 ；
sl05 :在桩考前或结束后，进入等待执行下列几种维护操作
进入操作系统环境，
场地信号自检，
设置考试区域画面轮廓，
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1C、语音文件或语音库之中的一种；
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 ；
sl07 :关闭系统。本发明实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法之总的工作流程中，所述的sl04桩考考试流程(参见图6)包括
5201:调入考试时必须的初始化数据；
5202: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人 S205,
5203:考试开始前先进行考生身份鉴别；
5204:确认身份鉴定是否通过？若通过则进入S205，否则返回S202 ；
5205: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204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 ；
5206:考试过程监控，监控完成后进入S207 ；
5207:有无退出信息？若有进入S208，否则返回S202 ；
5208:退出桩考程序。所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法之桩考考试流程中，所述的
S206:考试过程监控程序(参见图7)包括
5301:语音提示考试开始；
5302:实时地进行场地信号和考场视频采集并传送给上位机；
S303:考试过程分析与成绩判定，利用采集到的场地信号和视频数据，对考试过程进行分析，并作出成绩判定；
5304:传送分析与判定结果给上位机；
5305: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 ；
5306确认是否是练习？若是练习，则进入S308，否则进入S307 ；
5307: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 ；
5308:退出考试过程监控。
在所述的考试过程监控程序中，所述S303 :考试过程分析与成绩判定流程(参见图8)包括
5401:获取场地信号和考场视频图像数据；
5402:确定车辆的行驶轨迹及方向；
5403:判断车辆的行驶轨迹及方向是否合格？若合格进入S405，若不合格，则进入S404 ；
5404:记录不合格判定时的一巾贞画面和判定结果；
5405:用语音提示考试的判定结果后进入S406 ；
5406:输出分析与判定结果。
本发明实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法之总的工作流程中，所述的
S203考生身份鉴别流程(参见图9)包括
5501: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；
5502自动跟踪考生头像；
5503:形成大头贴；
5504:输出附大头贴的身份鉴别视频。
权利要求
1.一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于该装置包括核心板(I )和接口底板(II ); 所述核心板(I )包括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)以及接口连接器插件(105)、(106)； 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； 在所述接口底板(II )上设置有包括电器接口元器件电路和机械接口连接器在内的以下接口 可接话筒和外挂扩音系统(42)的音频输入输出接口(201)，为扩展功能用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)，接场地视频摄像机(31)的视频输入B接口(205)，接云镜一体机(32)的视频输入A接口(206)，与具有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接口 (208)； 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时，连接到底板接口的设备信号，经过相应的接口处理电路进行处理后，直接传送到核心板上；当核心板和接口底板之间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(105、106)与接口底板的接口连接器插件(209、210)对应装配在一起；连接到底板接口的设备信号，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)传送到核心板上； 本装置利用视频输入A接口(206)，通过云镜一体机(32)获取对考生进行身份鉴别的视频图像，利用视频输入B接口(205)，通过场地视频摄像机(31)来对桩考考试过程进行实时跟踪，一方面记录考车的行驶轨迹，另一方面又记录扣分判定时的一帧现场画面，为考生桩考成绩查询提供影像依据； 通过音频输入输出接口(201)和外挂扩音系统(42)，在桩考考试过程中，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)，根据需要随时地与远程联网的的PC机进行语音对话，方便现场维护人员与远程PC操作员用语音进行沟通； 通过RS-232接口(208)或RS-485接口(207)获取桩考场地的传感器信号，从而对考试过程中出现的碰擦桩杆、车身出线等现象进行判定； 通过RS-485接口(207)或以太网接口(204)与上位机联网，适时地向上位机输出考生桩考考试过程中身份鉴别视频，桩考考场视频，考车运动轨迹坐标，扣分判定记录画面，以及考车前进、后退、停止、熄火等状态信息和其它被指定为需要输出的数据；通过所设置的网络接口，还可以接受上位机下达的各种指挥指令，与上位机进行协同工作； 本装置还通过与RS-232接口(208)或RS-485接口(207)连接的无线通讯模块接收考试车辆上的传感器信息，随时监视考试车辆及考生的操作情况。
2.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于所述核心板(I )或是由分别封装的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SoC I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SoC II构成，还可以是由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SoC III、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。
3.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于所述通过以太网接口(204)与上位机联网，是采用通过无线以太网或以太网民用电力线调制解调器两者之中的一种方式或是同时采用两种互为备份这种方式来实现；所述通过RS-485接口(207)与上位机联网，是采用串行总线或无线数传设备来实现。
4.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于所述通过与RS-232输入输出接口(208)或RS-485输入输出接口(207)连接的无线通讯模块接收考试车辆上的车载传感器信息，是与车载传感器之间通过简称为无线数传设备的无线数据传输调制解调器来实现或是都经过以太网转换模块后再采用无线以太网这种方式来实现；这两者可互为备份或只采用其中之一。
5.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于本装置利用为扩展功能用的多通道输入输出通用接口(202)连接的外部设备包括外挂键盘/触摸屏(41)，加热器驱动模块(40)，大容量存储器硬盘(38)，优盘(37)，环境温湿度传感器(36)，模拟量及开关量输入输出设备(35)，打印机输出设备(34)和/或MMC/SD存储卡(33)，上述外部设备根据需要选择其中的I种、2种或多种。
6.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于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”等按钮连接的接口，通过外挂的无线数传设备，还可以与车上安装的无线“开始/结束”等按钮连接。
7.根据权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，其特征在于本装置在本地通过显示屏接口(203)连接附加设置的外挂显示器(43)和通过多通道输入输出通用接口(202)连接外挂键盘/触摸屏(41)，接受本地操作员通过外挂键盘/触摸屏(41)进行各种相应的设置、查询等基本操作。
8.一种实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于它是利用权利要求I所述的任意车辆桩考过程自动监考评分装置，通过多媒体数字处理器DSP和CCD摄像机构成的机器视觉并结合数字化开关量采集器，对机动车驾驶人场地驾驶技能考试的场地桩考的训练和考试过程进行自动监考与评分判定，是通过运行嵌入式Linux操作系统的硬件与在嵌入式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)，数据备份器(53)，模拟量采集器(54)，成绩评分员(55 )，音频信号采集器(56 )，视频信号采集器(57 )，开关量采集器(58 )，车辆运动信息采集器(59)，操作员人机界面(60)，字符语音解码器(61)，开关设备驱动器(62)，数字设备驱动器(63 )，数据传输器(64 )和数据维护器(65 )，各模块均装在嵌入式Linux操作系统上； 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； 所述数据备份器(53)用于保存驾驶人考试成绩和考试过程的其它认为需要保留的信息； 所述模拟量采集器(54)通过模数转换接口而采集模拟量； 所述成绩评分员(55)对来自考试车辆和考场的信息进行分析与判定，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；所述视频信号采集器(57)通过视频输入接口获取数字视频数据并传给车辆运动信息采集器(59)； 所述开关量采集器(58)通过并行输入接口直接读取开关量状态信息； 所述车辆运动信息采集器(59)通过对数字视频数据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； 所述操作员人机界面(60)接受现场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； 所述字符语音解码器(61)完成把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(62)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(63)分别与嵌入式Linux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(64)分别与嵌入式Linux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； 所述数据维护器(65)分别与嵌入式Linux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定等初始化数据。
9.根据权利要求8所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于其总的工作流程是 SlOl :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；sl02 :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；sl03 :应用程序运行后，并在进行桩考前不断地判断是否需要桩考？如果需要桩考，则进入步骤sl04，如果不需要桩考，直接进入sl05 ；s 104 :开始桩考考试后进入s 105 ； sl05 :在桩考前或结束后，进入等待执行下列几种维护操作 进入操作系统环境， 场地信号自检， 设置考试区域画面轮廓， 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1C、语音文件或语音库之中的一种；sl06 :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sl03，若退出，则进入sl07 ； sl07 :关闭系统。
10.根据权利要求9所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于 所述的sl04桩考考试流程包括 5201:调入考试时必须的初始化数据； 5202: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人 S205, 5203:考试开始前先进行考生身份鉴别； 5204:确认身份鉴定是否通过？若通过则进入S205，否则返回S202 ； 5205: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 ； 5206:考试过程监控，监控完成后进入S207 ； 5207:有无退出信息？若有进入S208，否则返回S202 ； 5208:退出桩考程序。
11.根据权利要求10所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于所述S206 :考试过程监控程序包括 5301:语音提示考试开始； 5302:实时地进行场地信号和考场视频采集并传送给上位机； 5303:考试过程分析与成绩判定，利用采集到的场地信号和视频数据，对考试过程进行分析，并作出成绩判定； 5304:传送分析与判定结果给上位机； 5305: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 ； 5306确认是否是练习？若是练习，则进入S308，否则进入S307 ； 5307: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 ； 5308:退出考试过程监控。
12.根据权利要求11所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于所述S303 :考试过程分析与成绩判定流程包括 S401:获取场地信号和考场视频图像数据； S402:确定车辆的行驶轨迹及方向；S403:判断车辆的行驶轨迹及方向是否合格？若合格进入S405，若不合格，则进入S404； S404:记录不合格判定时的一巾贞画面和判定结果；5405:用语音提示考试的判定结果后进入S406 ； 5406:输出分析与判定结果。
13.根据权利要求10所述的实现对任意车辆桩考过程自动监考评分的方法，其特征在于所述S203考生身份鉴别流程包括 5501: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； 5502自动跟踪考生头像； 5503:形成大头贴； 5504:输出附大头贴的身份鉴别视频。
全文摘要
一种任意车辆桩考过程自动监考评分装置及实现方法，所述装置包括由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构成的核心板和接口底板；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；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；在所述接口底板上设置有包括电器接口元器件电路和机械接口连接器在内的多个接口；利用该装置，通过运行嵌入式Linux操作系统的硬件与在嵌入式操作系统上运行的软件的协同工作，即可实现对任意车辆桩考过程自动监考评分。
文档编号G09B19/16GK102789718SQ20111014620
公开日2012年11月21日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年5月20日
发明者吴金, 康正海, 朱江平, 李方飞, 李海涛, 罗海鹰, 阳昌珠 申请人:柳州桂通科技有限公司
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