[发明专利]一种面向智能互联的多CPU硬隔离的辅助驾驶车载网关

摘要

本发明公开一种面向智能互联的多CPU硬隔离的辅助驾驶车载网关，包括车载安全通信系统和车载信息分析与控制系统，车载安全通信系统包括：由车际无线通信模块与车域无线通信模块构成的车载网关双无线网卡结构以及车主移动终端，车载安全通信系统通过I.MX6Q处理器进行CPU控制；所述车载信息分析与控制系统通过Exynos4412处理器进行CPU控制，且包括行车路线识别模块、驾驶行为分析模块、车辆信息采集模块和车辆智能控制。本发明能够实现车载网关的通信安全，并通过基于OpenCV人脸识别的驾驶员疲劳状态分析、行车路线识别与分析实现驾驶安全，还能从硬件层次上有效地抵御Sybil攻击等多类型攻击，防止黑客入侵车载网关获取车辆信息并控制车辆。

主权项

1.一种面向智能互联的多CPU硬隔离的辅助驾驶车载网关，其特征在于：包括车载安全通信系统和车载信息分析与控制系统；所述车载安全通信系统包括：由车际无线通信模块与车域无线通信模块构成的车载网关双无线网卡结构和车主移动终端，车载安全通信系统通过I.MX6Q处理器进行CPU1控制；所述车载信息分析与控制系统通过Exynos4412处理器进行CPU2控制，且包括行车路线识别模块、驾驶行为分析模块、车辆信息采集模块和车辆智能控制模块；上述两个系统组成双系统多CPU架构的车载网关，且该车载网关的硬件底板上设有两个嵌入式CPU核心板和外设电路；所述车载网关硬件底板上还设有两个MINI PCI‑E接口、两个单向开关、两个监控串口、两个USB接口、两个外扩GPIO蜂鸣器接口、一个RS232接口、TF卡接口以及电源接口与开关；所述外设电路包括双MINI PCI‑E驱动电路、车载网关串口通信电路、车载网关TF卡外扩存储电路、车载网关双摄像头USB驱动电路、车载网关蜂鸣器预警驱动电路以及车载网关电源电路；所述I.MX6Q处理器和Exynos4412处理器实施多CPU控制，并且CPU1和CPU2之间使用COM口相互通信，通过板载的两个监控串口分别对相应的CPU内核程序进行操作；所述车际无线通信模块实施车与车的自组网通信并在通信之前进行车辆身份的双向认证有效地抵御Sybil攻击，具体包括以下步骤：步骤一：车辆进入车辆自组网覆盖区域时，I.MX6Q处理器驱动DCMA‑86P2无线网卡根据TCP/IP协议与RSU建立通信机制，将车辆身份信息和IP地址信息发送至RSU，RSU与远程可信的车辆管理中心通信对车辆进行注册，然后向车辆反馈注册信息、动态地分配会话密钥和假名；I.MX6Q处理器将会话密钥和假名存储在内存中，并使用动态分配的假名在该车辆自组网通信；步骤二：I.MX6Q处理器驱动无线网卡实时检测并及时发现临近的车辆；如果检测到邻近车辆需要通信或者本车需要主动与邻近车辆通信时，待通信车辆通过车辆自组网的通信链路发送经过私钥加密的假名和时间戳信息，本车载网关利用RSU广播的公开密钥解密信息，验证签名和时间戳，并利用RSU分发的会话密钥加密消息，发送至RSU；步骤三：RSU利用会话密钥解密消息并根据假名信息对应的注册表验证车辆身份信息，并反馈利用会话密钥加密的验证消息；步骤四：如果步骤三所述的身份验证成功，则按照步骤二通过RSU向待通信车辆验证本车辆的身份，从而实施车辆身份的双向认证，否则拒绝通信；步骤五：当上述双向身份认证成功后，正式建立邻近车辆之间可信的车辆自组网并进行音视频通信；所述CPU2采用的Exynos4412处理器通过嵌入Linux操作系统，并在该系统中移植OpenCV，通过双USB驱动车内摄像头和车外摄像头分别对驾驶员的疲劳状态和行车路线偏移状况进行识别与分析，实现安全驾驶，其中基于OpenCV的驾驶员的疲劳状态检测与预警流程如下：(1)驾驶员人脸图像获取与认证：Exynos4412处理器驱动车内摄像头获取驾驶员脸部状态的视频流，然后对视频流进行认证，并在认证通过的视频流中定时抓取一组图像帧序列，存储在TF卡中；(2)人脸检测：基于Haar特征的AdaBoost算法，通过计算存储在TF卡中图像的Haar特征、人脸分类器筛选、确定人脸区域过程识别人脸；(3)图像预处理：通过灰度化、求直方图、直方图均衡化、中值滤波过程对图形预处理从而获取RGB人脸图像的灰度图；(4)人眼定位：对灰度图通过OTSU算法进行自适应的二值化处理，并基于灰度积分投影和Susan算子确定眼睛的精确位置；(5)疲劳状态分析：提取人眼的PERCLOS参数，将该参数与设定的阀值进行对比，根据超过该阀值的大小确定疲劳状态的程度；(6)预警：根据疲劳状态的程度由Exynos4412处理器驱动蜂鸣器进行驾驶安全预警，通过COM口向I.MX6Q处理器发送预警信息，I.MX6Q处理器将具体的预警信息通过车内无线wifi局域网传输至移动终端显示；基于OpenCV的行车路线偏移状况识别与预警流程如下：(I)车道图像获取与认证：通过安装在车外的摄像头获取前方的道路状况视频流，然后Exynos4412处理器对其实施认证，并在认证通过的视频流中定时抓取一组图像帧，存储在内存中；(II)车道图像预处理：先后对车道图像实施灰度化、高斯模糊、连通域滤波步骤，从而降低车道图像中的噪点和干扰点；(III)车道提取：车道的提取首先经过基于Canny算子运算提取边缘，然后利用霍夫变换对车道信息进行提取，最后进行车道拟合；(IV)行车路线偏移判断：Exynos4412处理器将车辆行驶的方向与步骤三中提取的车道中心线的偏移距离进行计算分析；(V)偏移预警：将计算得到的偏移距离与预先设定的阀值进行对比，当超过阀值时，Exynos4412处理器驱动蜂鸣器进行驾驶安全预警，将预警信息通过COM口的TX管脚发送到I.MX6Q处理器，并将具体的预警信息通过车内无线wifi局域网显示在移动终端。