基于嵌入式系統的智能車(chē)輛出入管理系統研究

由于現在汽車(chē)越來(lái)越普及，汽車(chē)的增長(cháng)速度已經(jīng)遠遠超過(guò)了道路發(fā)展的速度。截止2012年底數據統計，我國汽車(chē)年生產(chǎn)能力突破1 900萬(wàn)輛，達到了1 927.2萬(wàn)輛，比2010提高了4.6個(gè)百分點(diǎn)。這也標致著(zhù)我國已正式邁入汽車(chē)社會(huì )，汽車(chē)進(jìn)入家庭的速度是十分驚人的，目前多數家庭將擁有汽車(chē)，導致交通狀況、汽車(chē)環(huán)境等管理進(jìn)一步復雜化。中國現在要面臨比發(fā)達國家在交通上更嚴重的問(wèn)題。城市化進(jìn)程和汽車(chē)業(yè)的高速發(fā)展使得現今社會(huì )對智能交通的需求越來(lái)越高。但目前我國汽車(chē)社會(huì )規則不完善、風(fēng)險加劇，許多汽車(chē)問(wèn)題升級為社會(huì )問(wèn)題，停車(chē)困難特別是小區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)常出現停車(chē)困難。因此，如何對生活小區和一些單位的車(chē)輛進(jìn)行智能化管理是目前面臨的新的挑戰。

嵌入式智能車(chē)輛出入管理系統研究就是針對上述的實(shí)際情況，結合現代先進(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、可靠的智能車(chē)輛出入管理系統。開(kāi)發(fā)車(chē)牌的智能識別系統可以實(shí)現對車(chē)輛的智能管理。目前，對于城市的車(chē)輛監控管理上，應用車(chē)牌的智能識別系統非常廣泛，例如：大型的停車(chē)場(chǎng)，現在就用的是智能停車(chē)繳費系統，還可以實(shí)現對被盜竊的汽車(chē)追蹤等。車(chē)牌智能識別系統的開(kāi)發(fā)應用，提高了交通系統的安全，減少了交通堵塞，實(shí)現智能化的交通管理，可以促進(jìn)社會(huì )信息化，促進(jìn)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展。因此，研究開(kāi)發(fā)嵌入式的高性能的車(chē)牌智能識別系統，具有很好的市場(chǎng)前景，有很大的應用空間和潛力，對我國的交通體系的規劃和發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。本研究著(zhù)眼于智能車(chē)輛嵌入式智能車(chē)輛出入管理系統研究。其目的是開(kāi)發(fā)并完成一個(gè)集獨立完成視頻采集、車(chē)輛檢測、車(chē)牌識別、語(yǔ)音報號、識別結果智能分析、自動(dòng)報警、遠程值班、遠程監控為一體的嵌入式智能車(chē)輛出入管理系統。整個(gè)過(guò)程不需要人工處理，最重要的是不需要車(chē)主取磁條或刷卡等操作，這樣既不耽誤車(chē)主的時(shí)間，也提高車(chē)輛出入管理的效率。

1 小區車(chē)輛管理系統需求分析

1.1 系統功能需求分析

要實(shí)現對小區內的車(chē)輛出入管理的信息化、智能化和集成化，就需求有一個(gè)智能化車(chē)輛管理系統對小區內車(chē)輛實(shí)現智能化、自動(dòng)化的管理。管理平臺可以實(shí)現小區內車(chē)輛的出入自動(dòng)智能識別、智能自動(dòng)登記、不需要停車(chē)自動(dòng)放行等功能，智能化車(chē)輛管理系統還可以實(shí)現對小區內出入的車(chē)輛信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，管理員可以對車(chē)輛出入小區的時(shí)間進(jìn)行查詢(xún)，對車(chē)輛繳費記錄進(jìn)行查詢(xún)和及時(shí)的信息提醒等。開(kāi)發(fā)的智能化車(chē)輛管理系統的功能需求如下：

1)車(chē)輛登記

對小區內的車(chē)輛進(jìn)行登記，對登記過(guò)的車(chē)輛發(fā)放一個(gè)有源射頻卡，在系統數據庫中，輸入保存該射頻卡的卡號和對應車(chē)輛的相關(guān)信息。系統中有了這臺車(chē)輛的信息后，車(chē)輛管理系統會(huì )根據射頻卡的卡號來(lái)對車(chē)輛進(jìn)行識別。

對外來(lái)車(chē)輛的出入登記，由于外來(lái)車(chē)輛，系統里沒(méi)有其基本信息，通過(guò)門(mén)閘時(shí)，值班的門(mén)衛要發(fā)放臨時(shí)通行卡，系統通過(guò)射頻讀寫(xiě)器對該車(chē)輛的臨時(shí)卡的識別，放行并記錄該車(chē)輛的進(jìn)出小區的時(shí)間，當外來(lái)車(chē)輛離開(kāi)小區時(shí)對其進(jìn)行適當收取管理費。

2)實(shí)現小區內車(chē)輛智能識別、記錄進(jìn)出車(chē)輛

由于車(chē)輛智能管理系統運用射頻識別技術(shù)，對登記過(guò)信息的車(chē)輛進(jìn)出閘門(mén)的，具有自動(dòng)識別、智能控制的功能，并對進(jìn)出信息進(jìn)行記錄，保存到數據庫。實(shí)現當其通過(guò)門(mén)閘時(shí)，識別系統會(huì )自動(dòng)識別車(chē)輛的信息、通過(guò)對比數據庫保存的該車(chē)的資料信息、道閘欄桿和交通信號燈自動(dòng)控制等步驟，實(shí)時(shí)控制車(chē)輛通行，實(shí)現車(chē)輛以20～30 km/h的速度不停車(chē)進(jìn)出。

3)自動(dòng)生成數據報表

系統可以實(shí)現小區內出入車(chē)輛的信息統計和分析，具可以實(shí)時(shí)進(jìn)行外來(lái)車(chē)輛的進(jìn)出記錄信息查詢(xún)、統計和分析的功能。

4)保證數據的安全

系統要有車(chē)輛數據信息的自動(dòng)備份和恢復功能，要保證當系統運行過(guò)程中，如果出現數據丟失或者損壞的情況，系統要能夠恢復數據，保證系統的安全運行。

1.2 系統的具體工作流程

通過(guò)對車(chē)輛管理的實(shí)際調查情況分析，小區內的車(chē)輛智能管理系統工作的基本流程如圖1所示。

在小區內使用本系統時(shí)，首先要統計小區內的車(chē)輛，按照車(chē)輛牌照進(jìn)行分類(lèi)登記，對小區內登記過(guò)的車(chē)輛，給每一臺車(chē)發(fā)放有源標簽作為該車(chē)的標識。登記后的車(chē)輛擁有一個(gè)唯一的標簽，在交費管理上車(chē)輛可以實(shí)現智能交費，對于按時(shí)交納管理費用的車(chē)輛，在進(jìn)出路過(guò)門(mén)閘時(shí)不需要在停車(chē)即可以自由通過(guò)。而對于非登記的外來(lái)車(chē)輛，在進(jìn)入小區時(shí)，需要門(mén)衛給發(fā)放一張臨時(shí)通行卡才能通過(guò)，當外來(lái)車(chē)輛需要離開(kāi)小區時(shí)，智能系統會(huì )自動(dòng)根據該車(chē)在小區內停留時(shí)間的長(cháng)短計算出應收取的管理費用，車(chē)主交納管理費用和歸還臨時(shí)通行卡后，方可放行通過(guò)。值班的人員通過(guò)監控視頻可以實(shí)時(shí)監控，對出入小區的車(chē)輛情況及時(shí)觀(guān)察和了解。物業(yè)管理處人員可以通過(guò)車(chē)輛智能管理系統的查詢(xún)和統計功能來(lái)了解出入小區內車(chē)輛的情況。

在智能車(chē)輛管理系統的運行過(guò)程中，為了保證系統數據的安全性，要對系統的數據庫進(jìn)行備份，系統要有數據自動(dòng)備份和還原功能。另外，對于不同的用戶(hù)，要分別設置一定的權限，以防止系統的數據被惡意修改和刪除。因此，依據對車(chē)輛智能管理系統的實(shí)際工作流程的分析，開(kāi)發(fā)的系統管理要包括用戶(hù)管理和數據庫的備份與還原兩大部分，對開(kāi)發(fā)的小區車(chē)輛管理系統應實(shí)現以下功能：

1)車(chē)輛的智能管理：對小區的車(chē)輛實(shí)現登記、繳費、發(fā)卡等功能。對外來(lái)車(chē)輛實(shí)現臨時(shí)通行卡的發(fā)放和管理費的收取等。

2)對小區實(shí)時(shí)監控：在小區內安裝攝像頭，通過(guò)攝像頭可以對出入小區的車(chē)輛進(jìn)行智能抓拍，值班人員通過(guò)監控設備可以觀(guān)察出入小區的車(chē)輛情況。

3)實(shí)現對小區車(chē)輛的查詢(xún)與統計：通過(guò)查詢(xún)和統計功能，可以實(shí)現對出入小區的車(chē)輛進(jìn)行信息統計。在系統中管理員可以對小區內車(chē)輛信息進(jìn)行統計、修改和刪除功能。

2 系統設計與實(shí)現

2.1 系統設計

由于車(chē)牌自動(dòng)識別系統的特點(diǎn)是信號數字化，處理過(guò)程全是數字信號處理，涉及多種圖像算法的結合，人為干預較少，高度自動(dòng)化要求較高。本文設計的車(chē)牌識別系統以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)現圖像的采集和視頻信息格式的轉換。用CCD攝像機采集圖像，通過(guò)專(zhuān)用的低功耗視頻信號模數轉換芯片將攝像機采集到的視頻信號轉換成DSP視頻前端接口可以識別的數字信號。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(guò)來(lái)的數字信號，通過(guò)圖像預處理，定位，分割，識別等算法將識別結構存儲在指定內存區域。DSP處理模塊將識別好的車(chē)牌信息以字符串的形式通過(guò)以太網(wǎng)接口發(fā)送到指定IP的上位機，上位機再將結果保存到數據庫以便后期查詢(xún)。本文設計的車(chē)牌識別系統模塊框圖如圖2所示。