基于嵌入式系統(tǒng)的智能車輛出入管理系統(tǒng)研究

由于現(xiàn)在汽車越來越普及，汽車的增長速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了道路發(fā)展的速度。截止2012年底數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國汽車年生產(chǎn)能力突破1 900萬輛，達(dá)到了1 927.2萬輛，比2010提高了4.6個百分點(diǎn)。這也標(biāo)致著我國已正式邁入汽車社會，汽車進(jìn)入家庭的速度是十分驚人的，目前多數(shù)家庭將擁有汽車，導(dǎo)致交通狀況、汽車環(huán)境等管理進(jìn)一步復(fù)雜化。中國現(xiàn)在要面臨比發(fā)達(dá)國家在交通上更嚴(yán)重的問題。城市化進(jìn)程和汽車業(yè)的高速發(fā)展使得現(xiàn)今社會對智能交通的需求越來越高。但目前我國汽車社會規(guī)則不完善、風(fēng)險加劇，許多汽車問題升級為社會問題，停車?yán)щy特別是小區(qū)和一些單位尤其明顯。特別突出的是一些大型事業(yè)單位，位于城市相對繁華的地段，基本都是面向主干道，經(jīng)常出現(xiàn)停車?yán)щy。因此，如何對生活小區(qū)和一些單位的車輛進(jìn)行智能化管理是目前面臨的新的挑戰(zhàn)。

嵌入式智能車輛出入管理系統(tǒng)研究就是針對上述的實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)高科技技術(shù)和產(chǎn)品，研發(fā)出一套先進(jìn)、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠的智能車輛出入管理系統(tǒng)。開發(fā)車牌的智能識別系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對車輛的智能管理。目前，對于城市的車輛監(jiān)控管理上，應(yīng)用車牌的智能識別系統(tǒng)非常廣泛，例如：大型的停車場，現(xiàn)在就用的是智能停車?yán)U費(fèi)系統(tǒng)，還可以實(shí)現(xiàn)對被盜竊的汽車追蹤等。車牌智能識別系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，提高了交通系統(tǒng)的安全，減少了交通堵塞，實(shí)現(xiàn)智能化的交通管理，可以促進(jìn)社會信息化，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，研究開發(fā)嵌入式的高性能的車牌智能識別系統(tǒng)，具有很好的市場前景，有很大的應(yīng)用空間和潛力，對我國的交通體系的規(guī)劃和發(fā)展起到積極的推動作用。本研究著眼于智能車輛嵌入式智能車輛出入管理系統(tǒng)研究。其目的是開發(fā)并完成一個集獨(dú)立完成視頻采集、車輛檢測、車牌識別、語音報號、識別結(jié)果智能分析、自動報警、遠(yuǎn)程值班、遠(yuǎn)程監(jiān)控為一體的嵌入式智能車輛出入管理系統(tǒng)。整個過程不需要人工處理，最重要的是不需要車主取磁條或刷卡等操作，這樣既不耽誤車主的時間，也提高車輛出入管理的效率。

1 小區(qū)車輛管理系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)功能需求分析

要實(shí)現(xiàn)對小區(qū)內(nèi)的車輛出入管理的信息化、智能化和集成化，就需求有一個智能化車輛管理系統(tǒng)對小區(qū)內(nèi)車輛實(shí)現(xiàn)智能化、自動化的管理。管理平臺可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)車輛的出入自動智能識別、智能自動登記、不需要停車自動放行等功能，智能化車輛管理系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)對小區(qū)內(nèi)出入的車輛信息進(jìn)行實(shí)時查看，管理員可以對車輛出入小區(qū)的時間進(jìn)行查詢，對車輛繳費(fèi)記錄進(jìn)行查詢和及時的信息提醒等。開發(fā)的智能化車輛管理系統(tǒng)的功能需求如下：

1)車輛登記

對小區(qū)內(nèi)的車輛進(jìn)行登記，對登記過的車輛發(fā)放一個有源射頻卡，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，輸入保存該射頻卡的卡號和對應(yīng)車輛的相關(guān)信息。系統(tǒng)中有了這臺車輛的信息后，車輛管理系統(tǒng)會根據(jù)射頻卡的卡號來對車輛進(jìn)行識別。

對外來車輛的出入登記，由于外來車輛，系統(tǒng)里沒有其基本信息，通過門閘時，值班的門衛(wèi)要發(fā)放臨時通行卡，系統(tǒng)通過射頻讀寫器對該車輛的臨時卡的識別，放行并記錄該車輛的進(jìn)出小區(qū)的時間，當(dāng)外來車輛離開小區(qū)時對其進(jìn)行適當(dāng)收取管理費(fèi)。

2)實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)車輛智能識別、記錄進(jìn)出車輛

由于車輛智能管理系統(tǒng)運(yùn)用射頻識別技術(shù)，對登記過信息的車輛進(jìn)出閘門的，具有自動識別、智能控制的功能，并對進(jìn)出信息進(jìn)行記錄，保存到數(shù)據(jù)庫。實(shí)現(xiàn)當(dāng)其通過門閘時，識別系統(tǒng)會自動識別車輛的信息、通過對比數(shù)據(jù)庫保存的該車的資料信息、道閘欄桿和交通信號燈自動控制等步驟，實(shí)時控制車輛通行，實(shí)現(xiàn)車輛以20～30 km/h的速度不停車進(jìn)出。

3)自動生成數(shù)據(jù)報表

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)出入車輛的信息統(tǒng)計和分析，具可以實(shí)時進(jìn)行外來車輛的進(jìn)出記錄信息查詢、統(tǒng)計和分析的功能。

4)保證數(shù)據(jù)的安全

系統(tǒng)要有車輛數(shù)據(jù)信息的自動備份和恢復(fù)功能，要保證當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或者損壞的情況，系統(tǒng)要能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1.2 系統(tǒng)的具體工作流程

通過對車輛管理的實(shí)際調(diào)查情況分析，小區(qū)內(nèi)的車輛智能管理系統(tǒng)工作的基本流程如圖1所示。

在小區(qū)內(nèi)使用本系統(tǒng)時，首先要統(tǒng)計小區(qū)內(nèi)的車輛，按照車輛牌照進(jìn)行分類登記，對小區(qū)內(nèi)登記過的車輛，給每一臺車發(fā)放有源標(biāo)簽作為該車的標(biāo)識。登記后的車輛擁有一個唯一的標(biāo)簽，在交費(fèi)管理上車輛可以實(shí)現(xiàn)智能交費(fèi)，對于按時交納管理費(fèi)用的車輛，在進(jìn)出路過門閘時不需要在停車即可以自由通過。而對于非登記的外來車輛，在進(jìn)入小區(qū)時，需要門衛(wèi)給發(fā)放一張臨時通行卡才能通過，當(dāng)外來車輛需要離開小區(qū)時，智能系統(tǒng)會自動根據(jù)該車在小區(qū)內(nèi)停留時間的長短計算出應(yīng)收取的管理費(fèi)用，車主交納管理費(fèi)用和歸還臨時通行卡后，方可放行通過。值班的人員通過監(jiān)控視頻可以實(shí)時監(jiān)控，對出入小區(qū)的車輛情況及時觀察和了解。物業(yè)管理處人員可以通過車輛智能管理系統(tǒng)的查詢和統(tǒng)計功能來了解出入小區(qū)內(nèi)車輛的情況。

在智能車輛管理系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，要對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份，系統(tǒng)要有數(shù)據(jù)自動備份和還原功能。另外，對于不同的用戶，要分別設(shè)置一定的權(quán)限，以防止系統(tǒng)的數(shù)據(jù)被惡意修改和刪除。因此，依據(jù)對車輛智能管理系統(tǒng)的實(shí)際工作流程的分析，開發(fā)的系統(tǒng)管理要包括用戶管理和數(shù)據(jù)庫的備份與還原兩大部分，對開發(fā)的小區(qū)車輛管理系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：

1)車輛的智能管理：對小區(qū)的車輛實(shí)現(xiàn)登記、繳費(fèi)、發(fā)卡等功能。對外來車輛實(shí)現(xiàn)臨時通行卡的發(fā)放和管理費(fèi)的收取等。

2)對小區(qū)實(shí)時監(jiān)控：在小區(qū)內(nèi)安裝攝像頭，通過攝像頭可以對出入小區(qū)的車輛進(jìn)行智能抓拍，值班人員通過監(jiān)控設(shè)備可以觀察出入小區(qū)的車輛情況。

3)實(shí)現(xiàn)對小區(qū)車輛的查詢與統(tǒng)計：通過查詢和統(tǒng)計功能，可以實(shí)現(xiàn)對出入小區(qū)的車輛進(jìn)行信息統(tǒng)計。在系統(tǒng)中管理員可以對小區(qū)內(nèi)車輛信息進(jìn)行統(tǒng)計、修改和刪除功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

由于車牌自動識別系統(tǒng)的特點(diǎn)是信號數(shù)字化，處理過程全是數(shù)字信號處理，涉及多種圖像算法的結(jié)合，人為干預(yù)較少，高度自動化要求較高。本文設(shè)計的車牌識別系統(tǒng)以TMS320DM6437DSP處理模塊為核心功能模塊，前端連接圖像采集模塊，主要實(shí)現(xiàn)圖像的采集和視頻信息格式的轉(zhuǎn)換。用CCD攝像機(jī)采集圖像，通過專用的低功耗視頻信號模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將攝像機(jī)采集到的視頻信號轉(zhuǎn)換成DSP視頻前端接口可以識別的數(shù)字信號。DSP處理模塊，主要功能是DSP處理器接收存儲圖像采集模塊傳輸過來的數(shù)字信號，通過圖像預(yù)處理，定位，分割，識別等算法將識別結(jié)構(gòu)存儲在指定內(nèi)存區(qū)域。DSP處理模塊將識別好的車牌信息以字符串的形式通過以太網(wǎng)接口發(fā)送到指定IP的上位機(jī)，上位機(jī)再將結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫以便后期查詢。本文設(shè)計的車牌識別系統(tǒng)模塊框圖如圖2所示。