一种机动车驾驶人培训智能机器人系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种机动车驾驶人培训智能机器人系统，包括行业监管平台、公共服务平台以及培训智能机器人，并通过无线网络进行数据交互，实现对驾培行业的监管、在线审批、智能教学、模拟考试和过程分析。本发明提高了驾培行业主管部门的工作效率，降低了驾校的教学成本，规范了培训教学过程，提高了教学质量，可以快速提升学员的学习效率，提高培训过程的安全性，落实教学大纲，从而降低交通安全隐患，保障社会和公众生命财产安全。
【专利说明】一种机动车驾驶人培训智能机器人系统【技术领域】
[0001]本发明涉及机动车驾驶人培训领域，尤其涉及一种机动车驾驶人培训智能机器人系统。
【背景技术】
[0002]据国家统计数据库统计，截至2011年底全国私人汽车拥有量为7326万辆，并呈现不断增长的趋势。随着汽车保有量的增长，驾驶技能培训的需求和对培训机构管理的需求也日益增长。驾驶技能培训主要是市场化的运营，已成为一个庞大的产业，该市场的快速发展给政府主管部门带来了很多监管上的问题，在工作量急剧增长情况下机构编制有限，致使能力有限，做不到监管到位。因此出现了一些驾校克扣学员培训学时、弄虚作假、不良执教等违规行为，培训机构与学员的矛盾不断的增加，投诉量越来越多，处理成本越来越高。造成的恶果是，一些没有得到应有的驾驶技能培训，通过弄虚作假被允许驾车上路的驾驶员成为潜在的“马路杀手”，我国是全球交通事故高发国家，与此不无关系。人的生命安全是最重要的，因此堵住驾驶技能培训过程中违规行为、规范培训过程、提高驾驶技能教学质量的势在必行。2012年I月20日公安部、交通运输部联合发出公通字5号文《关于进一步加强客货运驾驶人安全管理工作的意见》。文件里要求各地严格按照交通运输部、公安部的规定，全面推广应用计算机计时培训管理系统，落实驾驶人员培训和考试各项工作要求。
[0003]随着该政策的落实到位，各地主管部门纷纷安装了《机动车驾驶人计时计程系统》来加强对驾培市场的监管，该系统的建立提升了政府主管部门对本地驾培行业进行监督了管理，维护了驾培行业健康有序的发展。但同时也带来以下几个问题:一、虽能保障学员培训学时，但增加了驾培机构的运营成本，导致驾校积极性不高。二、功能单一仅能验证学员身份，记录学员的培训学时，记录车辆位置信息，无法实质性的提高培训质量，帮助学员快速掌握实际操作要领。三、无法帮助驾培机构和教练发现教学过程中的缺陷，改善教学过程，提高考试通过率。四、无法对不同的学员实现差异性的教学计划，浪费教学资源和成本。综上所述，该系统在推进的过程中阻力重重，驾培机构为了降低运营成本采取了不配合、抵制、或者作弊的手段，导致系统推进、部署陷入停滞状态。甚至于有些系统完全成了摆饰。造成的后果是，一方面影响了政府主管部门的威信，加剧了主管部门和驾培机构的矛盾，另一方面浪费运维企业的财力物力，使得政策无法落实，现状没有得到很好的改善。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于通过一种机动车驾驶人培训智能机器人系统，来解决以上【背景技术】部分提到的问题。
[0005]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种机动车驾驶人培训智能机器人系统，其特征在于，包括行业监管平台、公共服务平台以及培训智能机器人；
[0007] 所述行业监管平台用于向驾培行业主管部门和驾培机构提供在线服务，通过分配不同的角色和权限实现行业主管部门和驾培机构在线协同工作；
[0008]所述公共服务平台用于向教练员和社会公众提供在线公共服务；
[0009]所述培训智能机器人安装在培训车辆上，用于培训数据记录和传输、智能教学、模拟考试以及3G视频监控，并通过无线网络与行业监管平台数据库进行数据交互。
[0010]特别地，所述培训智能机器人内置有北斗/GPS双模定位、陀螺仪、指纹验证、RFID射频卡识别、2G/3G无线网络支持，可实时记录学员的培训科目、学时、里程、费用、培训过程音、视频、行车轨迹、实操动作数据、车辆姿态数据、车辆实时状态数据，并通过无线网络上传到行业监管平台数据库，完成培训数据记录和传输；所述智能教学具体包括:一、学员签到时下载学员的信息、所学车型的教学大纲、学员培训的进度、本学员的动作行为特征数据，针对本学员的当天训练个性化教学计划以及驾校训练场地精确坐标系数据组成当前的培训数据模型；二、在学员培训过程中采集车辆定位坐标、载波差分数据、车辆姿态和加速度，通过内置算法进行车辆和学员的动作行为识别，车辆姿态确定、车辆各部分位置精确定位、车辆运动轨迹预判；三、在培训过程中，通过液晶或语音提示训练结果，指出训练过程错误动作；所述培训智能机器人采用GPS载波相位差分定位技术进行定位，通过陀螺仪掌握车辆的姿态，为驾培机构对学员的培训情况进行模拟考试提供数据支持。
[0011]特别地，所述培训智能机器人具有抗点火干扰、抗电流冲击功能，其具体实现为:培训智能机器人的电源输入接口有大容量的电容、π型电源滤波电路、限流电路，抗击包括点火、熄火、过压，过流在内的电气干扰；当遇到超强过压、过流冲击时，自恢复保险丝自身融断，强干扰消除后，保险丝恢复正常导通；所述培训智能机器人还具有车辆异常阻断功能，其具体实现为:培训智能机器人通过陀螺仪、加速度传感器和外接车辆传感器实时监测车辆状态，检测学员由于驾驶技术不熟练导致的误操作，通过控制电路阻断异常。
[0012]特别地，所述培训智能机器人还可以进行违规报警，其包括电子围栏越界报警，超时训练报警，超速训练报警，危险路段培训报警，设备自检异常状态报警，并将违规信息将通过无线网络上传到行业监管平台数据库。
[0013]特别地，所述行业监管平台包括公共事务模块、设备管理模块、在线审核模块、业务办理模块、驾校管理模块、教练管理模块、车辆管理模块、学员管理模块、预约管理模块、档案管理模块、审计中心模块、实时监管模块以及系统设置模块；所述公共服务平台包括信息动态模块、择校指南模块、信息查询模块、在线教学模块、培训预约模块、培训过程综合管理模块、模拟考试模块以及增值服务模块。
[0014]本发明提供的机动车驾驶人培训智能机器人系统是涉及人工智能、计算机科学、教育学、心理学和行为科学的综合性系统，通过人工智能算法、GPS载波相位差分定位、车辆姿态监控、行为分析、智能评判和纠错、超远距离无线互联、音、视频监控等技术手段实现对驾培过程进行全程跟踪和记录，智能化教学，对学员操控动作行为智能分析和纠正，对车辆状态进行监控，以及对异常状态报警，在某些极端情况下对车辆进行行为阻断，防止培训过程中突发事件的发生，保障学员的安全。本发明提高了驾培行业主管部门的工作效率，降低了驾校的教学成本，规范了培训教学过程，提高了教学质量，可以快速提升学员的学习效率，提高培训过程的安全性，落实教学大纲，从而降低交通安全隐患，保障社会和公众生命财产安全。【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例提供的机动车驾驶人培训智能机器人系统结构框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0017]请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的机动车驾驶人培训智能机器人103系统结构框图。
[0018]本实施例中机动车驾驶人培训智能机器人103系统具体包括行业监管平台101、公共服务平台102以及培训智能机器人103。
[0019]所述行业监管平台101包括公共事务模块、设备管理模块、在线审核模块、业务办理模块、驾校管理模块、教练管理模块、车辆管理模块、学员管理模块、预约管理模块、档案管理模块、审计中心模块、实时监管模块以及系统设置模块，用于向驾培行业主管部门和驾培机构提供在线服务，通过分配不同的角色和权限实现行业主管部门和驾培机构在线协同工作。
[0020]于本实施例，所述行业监管平台101为B/S构架。所述公共事务模块具体用于发布新闻、公告，管理电子邮件、在线短信、待办事宜。所述设备管理模块具体用于对已安装到教学车辆上的培训智能机器人103进行管理，该管理包括车辆设备绑定、设备远程锁定、数据推送、在线升级。所述在线审核模块具体用于行业主管部门对驾培机构业务请求进行在线审批，对驾校信息、车辆信息、教练信息、学员培训记录信息进行在线审核。所述业务办理模块具体用于驾培机构在线业务办理申请，包括对驾校信息、教学车辆新增和报废、教练信息以及学员培训记录进行在线审核申请。所述驾校管理模块具体用于对驾校信息、办学特色、学员在线咨询信息及评价和投诉进行管理。所述教练管理模块具体用于对教练基本信息、劳动合同签到、教学质量考核进行管理。所述车辆管理模块具体用于对教学车辆的基本信息、道路运输许可信息、车辆二级维护信息进行管理。所述学员管理模块具体用于对学员报名、培训进度和培训记录进行管理，其中，培训进度和培训记录包括培训科目、时长、里程、实操动作、训练质量、行车轨迹、违规报警、音、视频录像。所述预约管理模块具体用于对预约收费的学员预约时段和收费、教练和车辆的排班进行管理。学员可以通过平台在线自主预约，也可以通过电话由驾校管理员进行电话预约。所述档案管理模块具体用于对教练、车辆、培训结业学员的档案进行管理。所述审计中心模块具体用于对系统操作日志、教学车辆、教练、学员进行统计。所述实时监管模块具体用于通过无线网络对培训车辆进行实时监管，包含当前培训科目、时长、里程、实操动作、训练质量、行车轨迹、违规报警、音、视频实时视频。所述系统设置模块具体用于系统参数设置、培训车型参数设置及系统角色和权限分配。
[0021]行业监管平台101可辅助政府主管部门加强对驾驶员培训机构以及培训过程的监管。驾培行业主管部门通过行业监管平台101可以对驾校培训驾驶员过程中落实《中华人民共和国机动车驾驶员培训大纲》进行全程的实时监控，能够快速、准确地掌握驾培训信息，及时发现和解决问题。行业监管平台101可自动生成教练员的教学计划、教学日志和学员培训记录，使工作效率倍增。此为，还够封堵驾驶员培训中各种违规行为，维护培训和考试的公正性、真实性和权威性，使培训质量得到保证、保障驾培行业健康有序的发展。
[0022]所述公共服务平台102包括信息动态模块、择校指南模块、信息查询模块、在线教学模块、培训预约模块、培训过程综合管理模块、模拟考试模块以及增值服务模块，用于向教练员和社会公众提供在线公共服务。
[0023]于本实施例，所述公共服务平台102为B/S构架。所述信息动态模块具体用于新闻、公告、政策法规、考试公共、考试成绩的发布。所述择校指南模块具体用于查询驾校信息、班车线路、教学车辆、场地、驾校评价、学车价格、考试合格率及地理位置信息、并提供在线咨询。所述信息查询模块具体用于查看教练信息、教学评价、学员考试成绩查询、从业资格考试成绩查询；所述在线教学模块具体用于在线理论教学、在线视频实操教学；所述培训预约模块具体用于学员自主预约培训的时段、教练及车辆；所述培训过程综合管理模块具体用于供学员查询自己的培训过程，对过程进行回放，根据教学大纲可对学员培训过程中的行为动作进行智能分析，指出缺陷，并根据学员的特性，提供下一步教学计划意见；所述模拟考试模块具体用于进行学员在线模拟考试和教练员从业资格在线模拟考试；所述增值服务模块具体用于提供后续的增值服务。
[0024]通过公共服务平台102，教练、学员以及社会公众可以方便快捷的了解本地区驾培行业的相关信息，提高行业透明度。公共服务平台102提供的在线教学、智能分析、模拟考试可以帮助驾培机构提高教学质量、降低教学成本、提高知名度，提升驾校品牌，及时发现培训过程中存在的问题；帮助教练提高自身职业素质、规范教学过程，可根据学员特点，合理制定个性化的教学计划；通过培训过程的回放和智能分析功能，可以帮助学员及时发现自身问题、巩固实操动作技巧，提高学习效率。
[0025]所述培训智能机器人103安装在培训车辆上，用于培训数据记录和传输、智能教学、模拟考试及3G视频监控，并通过无线网络与行业监管平台101数据库进行数据交互。
[0026]于本实施例，所述培训智能机器人103采用ARM+UCos构架，支持实时多任务。培训数据记录和传输:培训智能机器人103内置有北斗/GPS双模定位、陀螺仪、指纹验证、RFID射频卡识别、2G/3G无线网络支持，可实时记录学员的培训科目、学时、里程、费用、培训过程音、视频、行车轨迹、实操动作数据、车辆姿态数据、车辆实时状态数据，并通过无线网络上传到行业监管平台101数据库，完成培训数据记录和传输。所述智能教学具体包括:一、学员签到时下载学员的信息、所学车型的教学大纲、学员培训的进度、本学员的动作行为特征数据，针对本学员的当天训练个性化教学计划以及驾校训练场地精确坐标系数据组成当前的培训数据模型；二、在学员培训过程中采集车辆定位坐标、载波差分数据、车辆姿态和加速度，通过内置算法进行车辆和学员的动作行为识别，车辆姿态确定、车辆各部分位置精确定位、车辆运动轨迹预判；三、在培训过程中，通过液晶或语音提示训练结果，指出训练过程错误动作，帮助学员快熟掌握操作要领。实现智能化教学。模拟考试:培训智能机器人103采用GPS载波相位差分定位技术实现厘米级的精确定位，通过陀螺仪准确掌握车辆的姿态，为驾培机构对学员的培训情况进行模拟考试提供数据支持，方便培训机构对学员的培训情况进行阶段性的模拟考试，提高考试通过率。3G视频监控:车载视频监控是专为车载视频监控和行业定点远程监控开发的一款高性价比、功能可扩展性好的设备；它采用高性能处理器和linuX2.6操作系统，涵盖了视频监控领域最成熟的H.264视频压缩/解压缩、无线拨号、GPS定位、无线数据传输等技术。H3225支持2.5寸硬盘，可实现CIF、HDl和Dl分辨率的录像、RTU无线数据上传，配合视频中心软件可实现报警联动的中央监控、远程管理及基于中心数据库的录像数据回放分析。培训智能机器人103通过串口 3G视频模块进行连接，进行数据交互和指令下发。另外，所述培训智能机器人103具有抗点火干扰、抗电流冲击功能，其具体实现为:培训智能机器人103的电源输入接口有大容量的电容、型电源滤波电路、限流电路，抗击包括点火、熄火、过压，过流在内的电气干扰；当遇到超强过压、过流冲击时，自恢复保险丝自身融断，强干扰消除后，保险丝恢复正常导通，设备进入正常工作状态，保证了设备的自身安全和正常运行。所述培训智能机器人103还具有车辆异常阻断功能，其具体实现为:培训智能机器人103通过陀螺仪、加速度传感器和外接车辆传感器实时监测车辆状态，检测学员由于驾驶技术不熟练导致的误操作，通过控制电路阻断异常，例如当学员误踩油门时，通过控制电路控制车辆油路，防止突发事件的发生。所述培训智能机器人103还可以进行违规报警，其包括电子围栏越界报警，超时训练报警，超速训练报警，危险路段培训报警，设备自检异常状态报警，并将违规信息将通过无线网络上传到行业监管平台101数据库。
[0027]下面对本发明的几个核心点着重说明。
[0028]一、智能教学
[0029]培训智能机器人103通过2G或3G无线网络与行业监管平台101数据库进行数据交互。学员签到时下载学员的信息、所学车型的教学大纲、学员培训的进度、本学员的动作行为特征数据，针对本学员的当天训练个性化教学计划以及驾校训练场地精确坐标系数据组成当前的培训数据模型。培训智能机器人103根据教学计划，通过液晶显示和语音提示的方式提醒学员训练的科目和培训场地，操作规范讲解。在学员训练的过程中，多个任务协同工作:1)计时任务。实时记录学员训练的科目、时间、里程、费用，音、视频、行车轨迹、违规信息，定时存储在本地存储器中(视频数据存储在外联视频设备的本地硬盘)。2)智能教学任务。根据采集的GPS数据，通过GPS载波进行精确定位，实时采集陀螺仪、加速度计积分数据和传感器数据，分析当前的车辆姿态、速度、惯性导航数据和车辆状态，对车辆运行轨迹预判，结合当前的车型、训练场地坐标系、训练科目和学员动作特征库进行智能化分析，并可通过液晶或语音提示的方式进行播报。3)网络通信任务。定时上传培训过程的车辆轨迹、违规报警信息、车辆姿态数据、学员操作动作数据到行业监管平台101数据库。4)异常处理任务。监控车辆状态，如有异常进行提醒和动作阻断。
[0030]二、GPS载波相位差分定位技术
[0031]载波相位观测是目前最精确最高的观测方法，它对精密定位上作具有极为重要的意义，本发明通过一个已知点(GPS基站，该基站的GPS已知)定时发送差分数据至车载移动监测站的方式，消除车辆移动接收机的GPS误差，实现载波相位差分定位。仅对GPS载波相位差分定位技术本身而言，其为已知技术，技术原理在此不再赘述。
[0032]三、车辆姿态检测
[0033]本发明通过GPS载波相位差分定位技术来实现精确定位，在此基础上，通过对车辆顶部前后安装2个GPS接受天线。以该两点作为基准点，测量出车身各部分与基准点的实际距离，来建立车辆的数据模型。在车辆实际运动过程中，实时检测两个基准点的精确坐标，再根据车辆数据模型，计算出车辆在当前时间的姿态。[0034]四、学员动作检测和行为分析和评估
[0035]本发明内置9轴运动处理传感器，它集成了 3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器DMP等，为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000° /秒(dps)，加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。
[0036]通过陀螺仪输出数据积分，计算出车辆在陀螺仪移动目标坐标系内的航向角、俯仰角和翻转角(在本发明中，翻转角不用)，通过加速度计在χ、y、z轴的瞬时加速度积分计算出车辆在移动目标坐标系内的运行方向和行驶距离。集合GPS定位坐标系，将传感器运动目标坐标系的数据调整到GPS坐标系统。
[0037]在此基础上，根据不同的车型特征数据建立参数模型，从而检测出学员的当前操作行为。对学员训练实操动作进行滤波以后，结合训练场地坐标参数(此坐标参数为GPS坐标系中的坐标标识)和教学大纲数学模型，就可以实现对当前操作正确性有效评估。
[0038]五、整合各种资源，建立完整生态链的在线服务平台
[0039]培训智能机器人103通过无线网络和行业监管平台101数据库进行数据交互，驾培机构和行业监管部门可以通过监管平台对培训过程进行有效监管通，能够快速、准确地掌握驾陪信息，及时发现和解决问题，并能够封堵驾驶员培训中各种违规行为，维护培训和考试的公正性、真实性和权威性，使培训质量得到保证、保障驾培行业健康有序的发展。通过公共服务平台102可以整合政府主管部门、驾驶员培训机构、机动车培训学员、汽车驾驶员以及相关的汽车销售及服务企业多方资源，形成具有完整生态环境的公共服务平台102。 [0040]六、干扰信息识别，实现培训过程的精确计时、计程、计费
[0041]车载学时记录仪设备具有独特的信号过滤电路，可以灵活设置工作的电压、电流、频率阀值，从而可以识别正常信号，过滤干扰信号。保障设备工作的精确性。培训智能机器人103采用了经优化和精简的UCOS操作系统来提高设备的处理速度和灵敏度，对UCOS操作系统的任务调度队列算法进行优化，在最大程度上保障重要培训数据(计时、计程、计费)的处理优先级，减少延时和误差。
[0042]本发明在很多方面都超越了现有的技术，在线现有的驾培车载终端设备上首次突破性引入了精确定位技术、惯性导航技术、陀螺仪和多种传感器，对培训机构和学员提供一种智能教学模式，规范了机动车驾驶人培训过程，提高了培训质量，降低了培训成本，从而减少交通安全隐患。
[0043]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1.一种机动车驾驶人培训智能机器人系统，其特征在于，包括行业监管平台、公共服务平台以及培训智能机器人； 所述行业监管平台用于向驾培行业主管部门和驾培机构提供在线服务，通过分配不同的角色和权限实现行业主管部门和驾培机构在线协同工作； 所述公共服务平台用于向教练员和社会公众提供在线公共服务； 所述培训智能机器人安装在培训车辆上，用于培训数据记录和传输、智能教学、模拟考试以及3G视频监控，并通过无线网络与行业监管平台数据库进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的机动车驾驶人培训智能机器人系统，其特征在于，所述培训智能机器人内置有北斗/GPS双模定位、陀螺仪、指纹验证、RFID射频卡识别、2G/3G无线网络支持，可实时记录学员的培训科目、学时、里程、费用、培训过程音、视频、行车轨迹、实操动作数据、车辆姿态数据、车辆实时状态数据，并通过无线网络上传到行业监管平台数据库，完成培训数据记录和传输；所述智能教学具体包括:一、学员签到时下载学员的信息、所学车型的教学大纲、学员培训的进度、本学员的动作行为特征数据，针对本学员的当天训练个性化教学计划以及驾校训练场地精确坐标系数据组成当前的培训数据模型；二、在学员培训过程中采集车辆定位坐标、载波差分数据、车辆姿态和加速度，通过内置算法进行车辆和学员的动作行为识别，车辆姿态确定、车辆各部分位置精确定位、车辆运动轨迹预判；三、在培训过程中，通过液晶或语音提示训练结果，指出训练过程错误动作；所述培训智能机器人采用GPS载波相位差分定位技术进行定位，通过陀螺仪掌握车辆的姿态，为驾培机构对学员的培训情况进行模拟考试提供数据支持。
3.根据权利要求2所述的机动车驾驶人培训智能机器人系统，其特征在于，所述培训智能机器人具有抗点火干扰、抗电流冲击功能，其具体实现为:培训智能机器人的电源输入接口有大容量的电容、π型电源滤波电路、限流电路，抗击包括点火、熄火、过压，过流在内的电气干扰；当遇到超强过压、过流冲击时，自恢复保险丝自身融断，强干扰消除后，保险丝恢复正常导通；所述培训智能机器人还具有车辆异常阻断功能，其具体实现为:培训智能机器人通过陀螺仪、加速度传感器和外接车辆传感器实时监测车辆状态，检测学员由于驾驶技术不熟练导致的误操作，通过控制电路阻断异常。
4.根据权利要求1至3之一所述的机动车驾驶人培训智能机器人系统，其特征在于，所述培训智能机器人还可以进行违规报警，其包括电子围栏越界报警，超时训练报警，超速训练报警，危险路段培训报警，设备自检异常状态报警，并将违规信息将通过无线网络上传到行业监管平台数据库。
5.根据权利要求4所述的机动车驾驶人培训智能机器人系统，其特征在于，所述行业监管平台包括公共事务模块、设备管理模块、在线审核模块、业务办理模块、驾校管理模块、教练管理模块、车辆管理模块、学员管理模块、预约管理模块、档案管理模块、审计中心模块、实时监管模块及系统设置模块；所述公共服务平台包括信息动态模块、择校指南模块、信息查询模块、在线教学模块、培训预约模块、培训过程综合管理模块、模拟考试模块及增值服务模块。
【文档编号】G09B9/04GK103971558SQ201410210094
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】史建刚, 张建龙, 张春平, 宗华, 张忠强 申请人:无锡海鸿信息技术有限公司