嵌入式處理系統(tǒng)在智能高清卡口中的應用

摘要：針對目前交通管理的現(xiàn)狀，闡述了對于智能高清卡口中采用嵌入式處理系統(tǒng)的卡口終端服務器的需求和所應研究的內容，給出了系統(tǒng)的拓撲結構，介紹了系統(tǒng)設計方案，描述了終端服務器軟件的主要功能。該系統(tǒng)能為車輛超速處罰、車輛布控、車輛及駕駛人關聯(lián)排查等公安業(yè)務提供高質量的數(shù)據(jù)源，有效遏制車輛超速等違章行為，控制并減少道路交通事故。

關鍵詞：嵌入式；處理系統(tǒng)；智能高清卡口；終端服務器；數(shù)據(jù)源；道路交通

0 引言

隨著社會經濟的快速發(fā)展，機動車數(shù)量迅速增長，交通管理現(xiàn)狀和需求的矛盾進一步加劇，與交通相關的刑事和治安案件也逐年上升。在此情況下，如何利用先進的科技手段，增強公安管理部門對機動車和駕駛人的查控力度，為打擊各類違法犯罪行為提供科技手段，是公安管理部門亟待解決的問題。我們對現(xiàn)有的智能卡口系統(tǒng)進行了改進，自主研發(fā)了一套采用嵌入式處理系統(tǒng)的卡口終端服務器，與前端的智能數(shù)字高清工業(yè)相機及后端的應用服務器一起形成一套高性能的智能數(shù)字高清卡口系統(tǒng)。嵌入式處理系統(tǒng)的設計使系統(tǒng)的結構得到了簡化，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，降低了系統(tǒng)的實施成本。本卡口系統(tǒng)可為車輛超速處罰、車輛布控、車輛及駕駛人關聯(lián)排查等公安業(yè)務提供高質量的數(shù)據(jù)源，以有效遏制車輛超速違章行為，控制、減少道路交通事故，維護社會穩(wěn)定，更好地提升道路動態(tài)管控和滿足治安、刑偵、交通管理新形勢的業(yè)務需求。

1 智能高清卡口系統(tǒng)設計概述

通常，傳統(tǒng)的模擬智能卡口系統(tǒng)中，工控機和圖像采集卡方式由于受系統(tǒng)底板的帶寬、處理器性能、內存容量等種種硬件方面的限制，最多只能實時處理4路視頻信號；而普通的高清卡口系統(tǒng)，前端數(shù)字高清工業(yè)相機在車輛經過時將所拍的圖片發(fā)送給處理系統(tǒng)進行識別處理和存儲等操作，當車道數(shù)多于1個車道時，由于系統(tǒng)對傳輸和處理的要求非常高，普通的工控機受性能的限制很難達到系統(tǒng)的處理能力要求。

我們所設計的智能高清卡口系統(tǒng)采用了智能數(shù)字高清工業(yè)相機以彌補傳統(tǒng)模擬相機在清晰度和覆蓋視角范圍等方面的不足，每個車道配置一臺，負責車輛圖片的捕獲及牌照、車身顏色、車輛駕駛室內司乘人員面部特征等的自動采集等工作；安裝了嵌入式處理系統(tǒng)后的終端服務器負責車輛通行信息的接收、存儲、處理和上傳，同時還可通過終端服務器查看并管理所有下屬的前端設備，每臺終端服務器可同時連接多達l0臺智能數(shù)字高清工業(yè)相機，極大地提高了系統(tǒng)的處理性能。采用嵌入式處理系統(tǒng)后，當系統(tǒng)在與后端的應用服務器網絡聯(lián)接不暢的情況下，卡口的終端服務器還可以暫存車輛通行數(shù)據(jù)，保證了所有車輛通行信息不會因為網絡狀況的不正常而丟失。安裝了嵌入式處理系統(tǒng)的終端服務器采用多個獨立的網絡端口，前端設備和后端設備可以分別處于不同的網絡中，提高了系統(tǒng)可用的網絡帶寬，增強了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。系統(tǒng)將實現(xiàn)集中式封閉管理和配置，使前端設備的數(shù)量和復雜性大大降低，易于安裝，結構簡潔，減少了施工和維護成本。系統(tǒng)的通訊數(shù)據(jù)在發(fā)送前進行了數(shù)據(jù)的加密并打包，這樣系統(tǒng)在保證易于擴展的同時，也確保了數(shù)據(jù)的安全性。嵌入式處理系統(tǒng)由控制單元、車輛信息存儲處理軟件、數(shù)據(jù)上傳軟件、設備管理軟件等組成，系統(tǒng)對智能數(shù)字高清工業(yè)相機發(fā)送的車輛信息進行接收、判斷、存儲、處理和數(shù)據(jù)上傳等工作，同時管理所有與其連接的智能數(shù)字高清工業(yè)相機。該嵌入式處理系統(tǒng)具體解決如下問題：①車輛通行數(shù)據(jù)的接收、存儲、處理與上傳；②基于Web方式的數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽；③日志記錄的加密存儲和上傳；④對智能數(shù)字高清工業(yè)相機請求命令的接收和響應；⑤發(fā)送請求命令給后端應用服務器，同時接收來自后端應用服務器的響應；⑥對智能數(shù)字高清工業(yè)相機狀態(tài)的獲取和上傳；⑦對終端服務器自身狀態(tài)的獲取和上傳；⑧基于Web方式對智能數(shù)字高清工業(yè)相機和終端服務器狀態(tài)的查詢；⑨對智能數(shù)字高清工業(yè)相機控制命令的轉發(fā)和反饋接收；⑩解析用戶對終端服務器的控制命令。

2 設計方案

系統(tǒng)拓撲結構如圖1所示

2.1圖像抓拍系統(tǒng)

實現(xiàn)車輛檢測、車速測定、觸發(fā)判斷、補光控制、圖像拍攝、數(shù)據(jù)輸出等功能。車輛檢測設備檢測到車輛之后，測出車速值，并發(fā)出抓拍觸發(fā)信號給相機。相機接收到抓拍觸發(fā)信號之后控制補光系統(tǒng)與相機進行同步，然后拍攝車輛的圖像。相機把原始圖像數(shù)據(jù)、拍攝點信息、車輛速度等信息一起發(fā)送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。前端設備參數(shù)支持遠程網絡配置、現(xiàn)場配置兩種方式。

2.2終端服務器

終端服務器(圖2所示)接收從圖像抓拍系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)車牌識別、數(shù)據(jù)存儲、上行和下行數(shù)據(jù)轉發(fā)、網絡通道維護等功能，并提供當前車輛信息數(shù)據(jù)訪問接口。系統(tǒng)采用實時嵌入式Linux系統(tǒng)，使用c和c++編程，開發(fā)環(huán)境為gcc，硬件為X86 CPU體系架構，終端服務器性能指標如表1所示。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收到圖像抓拍系統(tǒng)發(fā)送的上行數(shù)據(jù)后，對原始圖像數(shù)據(jù)進行處理，疊加字符信息，對圖像進行車牌識別，將識別后得到的車牌圖像疊加到圖片上，對圖像進行防篡改加密；并將識別后的車牌相關信息保存到本地存儲介質上。選擇合適的通訊通道將上行數(shù)據(jù)發(fā)送到后端系統(tǒng)。檢測網絡狀態(tài)，當網絡不可用時等到網絡可用再繼續(xù)上傳所有未上傳的數(shù)據(jù)。接收管理系統(tǒng)發(fā)送的下行命令數(shù)據(jù)，判斷下行命令的目標設備，對該目標設備進行命令下發(fā)處理，然后返回執(zhí)行結果給管理系統(tǒng)。為現(xiàn)場業(yè)務處理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，向其發(fā)送當前抓拍到的車輛信息。

終端服務器軟件主要包括以下功能。

①車輛通行數(shù)據(jù)管理：接收與存儲車輛通行數(shù)據(jù)；車輛通行數(shù)據(jù)上傳至用戶應用服務器；基于Web方式的歷史數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽；下載歷史數(shù)據(jù)，將歷史數(shù)據(jù)上傳至用戶應用服務器。

②日志數(shù)據(jù)管理：日志記錄的加密存儲和上傳。

③請求數(shù)據(jù)：接收和響應智能工業(yè)相機請求命令；發(fā)送請求命令給用戶應用服務器，同時接收來自用戶應用服務器的響應。

④設備狀態(tài)管理：對智能工業(yè)相機狀態(tài)的獲取和上傳；對終端服務器自身狀態(tài)的獲取和上傳；基于Web方式對智能工業(yè)相機和終端服務器狀態(tài)的查詢。

⑤控制命令管理：對智能工業(yè)相機控制命令的轉發(fā)和反饋接收；對終端服務器控制命令的解析。

⑥參數(shù)配置管理：基于Web方式的運行時參數(shù)配置(最大本地歷史數(shù)據(jù)條目、限速、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)上傳條件、車道號、設備編號、行車方向等)；基于TCP的運行時公用參數(shù)配置(最大本地歷史數(shù)據(jù)條目、限速、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)上傳條件等)。

⑦自動更新管理：智能工業(yè)相機軟件的遠程自動更新；終端服務器軟件的遠程自動更新。

⑧權限設置管理：基于Web方式的用戶權限設置和模塊權限管理。

⑨自動恢復管理：終端服務器的服務監(jiān)視和故障自動恢復(包括通過遠程控制命令進行軟件和系統(tǒng)的自動恢復)

3 結束語

現(xiàn)今，道路交通智能監(jiān)控卡口系統(tǒng)的應用正在從傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)轉到以嵌入式設備為中心的數(shù)字系統(tǒng)，因此用嵌入式系統(tǒng)與傳輸網絡相結合來實現(xiàn)智能交通監(jiān)控卡口網絡化已是一種必然的趨勢。把前端處理系統(tǒng)集成到采用嵌入式系統(tǒng)的終端服務器內，通過建立完整的應用層網絡通訊協(xié)議，構造設備控制網絡協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸網絡協(xié)議和基本網絡通信協(xié)議，再利用嵌入式操作系統(tǒng)對底層硬件和網絡協(xié)議的支持，以及對工控系統(tǒng)實時性要求的linux內核進行改造，可保證前端系統(tǒng)控制以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。可以預見，這種設計方案在智能交通監(jiān)控領域將具有很好的應用前景，而且具有開發(fā)周期短、系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠、適應性強等特點。

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