基于FPGA的智能營(yíng)區防沖擊系統設計

摘要：為提高安防措施，延緩不法分子動(dòng)作，確保營(yíng)區安全，提出一種營(yíng)區智能防沖擊系統解決方案。該方案以移動(dòng)物體的外形形狀、車(chē)牌信息、車(chē)輛速度為輸入特征，采用虛擬線(xiàn)圈感應、車(chē)牌識別、車(chē)輛測速、系統控制等方法來(lái)實(shí)現預警警告和阻車(chē)釘的自動(dòng)彈出，阻止不法車(chē)輛的通行。重點(diǎn)闡述該方案的系統構成及各模塊的工作原理，設計并實(shí)現了基于Virtex 5系列XC5VSX50T芯片的硬件平臺。
關(guān)鍵詞：Virtex 5；虛擬線(xiàn)圈；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )；車(chē)牌識別；車(chē)輛測速；防沖擊系統

0 引言
近年來(lái)，國際國內安全形勢不容樂(lè )觀(guān)，恐怖活動(dòng)呈上升趨勢。因種種問(wèn)題沖擊政府、軍隊、企業(yè)的事件逐年增多，其中就有恐怖分子利用汽車(chē)為作案工具攜帶爆炸裝置沖入目標單位引爆，造成傷亡的案例。如何才能對犯罪嫌疑車(chē)輛實(shí)施迅速有效的設卡攔截，給公安、武警提出了新的課題，提高智能攔截性已經(jīng)是當務(wù)之急。通過(guò)調研發(fā)現，國內大多數營(yíng)區的營(yíng)門(mén)安防措施較為單一，防御車(chē)輛沖擊設備基本為減速帶、阻車(chē)釘等，而且阻車(chē)釘均為有線(xiàn)、或無(wú)線(xiàn)遙控式觸發(fā)。由于恐怖活動(dòng)事發(fā)突然，汽車(chē)快速闖入營(yíng)區，值守人員來(lái)不及做出反應，阻車(chē)釘不能在適當時(shí)機彈出。因此，為確保政府、軍隊、企業(yè)等目標單位安全，設計一種營(yíng)區防沖擊系統，通過(guò)模擬線(xiàn)圈感應、車(chē)牌識別、車(chē)輛測速、系統控制、預警警告等技術(shù)使阻車(chē)釘自動(dòng)彈出，可以對恐怖分子駕車(chē)沖擊營(yíng)區實(shí)施有效的攔截。

1 系統實(shí)現框圖及各部分工作原理
1．1 智能營(yíng)區防沖擊管理系統方案
政府、軍隊、企業(yè)等單位一般都設有車(chē)輛出入專(zhuān)用車(chē)道，且都有警衛人員，如圖1所示。

當車(chē)輛行駛至營(yíng)門(mén)出入口處10 m，即圖1中的虛擬線(xiàn)圈感應區時(shí)，攝像機自動(dòng)檢測車(chē)輛的車(chē)牌信息。其基本流程為：車(chē)輛是否為本單位車(chē)輛→阻車(chē)釘是否彈出。經(jīng)判斷后，對出入營(yíng)區的車(chē)輛分以下三種情況來(lái)處理：
(1)本單位車(chē)輛
當車(chē)輛到達虛擬線(xiàn)圈感應區時(shí)，系統即自動(dòng)識別該車(chē)車(chē)牌，并判斷是否為本單位車(chē)輛，若是本單位車(chē)輛，系統清零，攝像機復位，測速設備不工作，系統處閑置狀態(tài)。
(2)臨時(shí)車(chē)輛
當車(chē)輛到達虛擬線(xiàn)圈感應區時(shí)，系統判斷非本單位車(chē)輛，自動(dòng)抓拍，營(yíng)區值班員招停，并作好信息登記后，向駕駛員發(fā)出慢速駛入營(yíng)區指令。如果該車(chē)未聽(tīng)指令加速行駛，系統設有兩道測速線(xiàn)，車(chē)輛駛過(guò)第一道測速線(xiàn)，若超過(guò)限速，系統迅速彈出立即減速警示牌并警鈴報警，提示駕駛員減速；車(chē)輛駛過(guò)第二道測速線(xiàn)，若未減速仍超過(guò)限速，阻車(chē)釘彈出，示為危險車(chē)輛。
(3)特殊車(chē)輛
特殊車(chē)輛包括軍車(chē)、警車(chē)、救護車(chē)等，營(yíng)門(mén)值班人員可根據實(shí)際情況做出相應處理。
1．2 智能營(yíng)區防沖擊系統的基本框圖
本文所論述的營(yíng)區防沖擊系統理論上主要是基于FPGA和DSP系統設計的。利用FPGA來(lái)實(shí)現圖像及速度信號的采集與傳輸，系統的整體控制等操作。利用DSP的快速運算能力來(lái)實(shí)現車(chē)牌的識別。該系統的基本框圖如圖2所示。

攝像機不斷地往視頻解碼芯片A／D里傳輸監控視頻流。當車(chē)輛經(jīng)過(guò)觸發(fā)線(xiàn)時(shí)，觸發(fā)車(chē)輛檢測器，檢測器給FPGA一個(gè)檢測脈沖，觸發(fā)FPGA從視頻流中截取一幀圖像。FPGA緩存一行的圖像數據，行滿(mǎn)時(shí)利用中斷通知DSP獲取圖像。DSP利用EDMA從FPGA中獲取圖像數據，當接收完一幀的圖像數據后，以幀為單位，啟動(dòng)算法開(kāi)始對圖像進(jìn)行處理。獲得結果被寫(xiě)入FPGA中與存儲數據對比。測速信號由測速傳感器發(fā)送至FPGA中，在FPGA內部直接處理，后根據判斷結果，發(fā)出控制信號決定警報器是否報警或阻車(chē)釘是否彈出。