列車臥鋪車票信息識別與應用系統設計

摘 要：針對目前鐵路列車臥鋪車廂乘務員人工檢票、換票和到站提醒的現狀，設計了一種可自動檢驗車票、進行到站提醒的車票信息識別與應用系統，本系統包括車票識別終端和到站提醒終端。其中，車票識別終端基于圖像識別技術對車票信息進行采集和識別，并通過GPRS進行信息傳輸;到站提醒終端基于CAN總線技術對各個鋪位進行到站提醒。本系統可實現對乘客信息的高效管理、減少乘務員工作量、改進旅客乘車體驗。

關鍵詞：檢票、圖像識別、GPRS、CAN總線

0引言

我國地域遼闊，鐵路列車運載力強、票價便宜，目前仍是人們出門遠行的主要交通方式，乘坐臥鋪是遠途旅客的首要選擇，尤其是高速臥鋪列車的投入運行，更加方便了人們出行。目前，旅客乘坐臥鋪列車，由乘務員人工檢票，為防止旅客旅途中睡覺錯過車站，乘務員會用臥鋪證換取旅客車票并根據車票信息對乘客進行到站提醒。這種列車臥鋪的管理方式效率較低，增加了乘務員的工作量，車票容易丟失，而且到站換票會影響到其他乘客[1]。針對目前乘務員人工檢票、人工提醒的管理現狀，以及乘務員不允許使用手機的管理規定，并從經濟性角度考慮，本文設計了一種臥鋪車票信息識別與應用系統，本系統具有自動檢票、到站提醒功能。

1系統結構設計

系統總體結構設計如圖1所示。該系統主要分為車票識別終端和到站提醒終端，車票識別終端設計為手持設備，每位乘務員人手一臺;到站提醒終端設計為固定設備，主要由中央處理單元和聲光提醒裝置組成，中央處理單元可安置于列車長室，聲光報警裝置安裝在每個臥鋪床頭;考慮到臥鋪車廂內隔間對無線信號的影響，中央處理器與聲光報警裝置通過CAN總線進行通信，CAN總線傳輸距離可達千米，而且每個CAN中繼節點下可連接110個通信節點，完全可以滿足設計需求[2]。

本系統使用流程如下：車票識別終端的GPRS模塊可與鐵路售票系統聯網以獲取本次列車的已售車票信息，并把信息存放在存儲模塊中;乘務員在列車門口使用車票識別終端掃描車票，中央處理單元把掃描到的信息與存儲模塊內的信息進行比對，若車票信息與已售車票信息不一致，液晶顯示模塊可進行報錯提示;若車票信息正確，則由中央處理單元對數據進行處理后通過GPRS模塊傳給到站提醒終端;到站提醒終端收到數據后進行存儲，顯示模塊可現顯示相關信息，GPS模塊可進行車站定位，在即將到達某一站前20-30分鐘內，中央處理單元通過CAN總線給對應的鋪位發送提醒指令，聲光提醒裝置收到指令后對乘客進行提醒。聲光提醒裝置設置有關閉按鈕，乘客按下關閉按鈕后會有反饋指令傳回中央處理器，顯示模塊可顯示乘客已接收到提醒。

3車票信息識別

車票信息識別主要是依靠掃描模塊攝取車票圖像并提取圖像信息，包括車次、車站、姓名、日期、車號及臥鋪號，提取圖像信息需要對圖像進行預處理、文字識別及存儲應用[3、4]。

3.1圖像預處理

（1）圖像定位

為了能準確快速地攝取車票圖像，首先需要對圖像進行定位校正，可通過提取車票二維碼的3個角點來實現本功能[5]。以二維碼圖形的坐下角點開始按順時針方向定義三個角點的坐標為（Z1（x，y），Z2（x，y），Z3（x，y）），這三個坐標的特征是Z1（x，y）、Z2（x，y）和Z2（x，y）、Z3（x，y）之間距離相等，通過這個特征可實現圖像定位，表達式為：

（2）圖像灰度化

由于攝取的車票圖像是彩色的，由紅綠藍三種顏色組成，為了提高處理速度和節省內存空間，需要把圖像進行灰度化處理，即把圖像的灰度值限定在0-255之間，表達式為：

（3）字符區域提取

為了提取圖像中的字符，需要把車次、姓名、車站、身份證號等文字所在區域從整張圖像中分割出來，這些文字區域可視為一個矩形。以提取身份證號矩形區域為例，根據圖像定位（1）中二維碼圖形的坐標位置可以確定該矩形位置，若該矩形區域左上角點和右下角點坐標分別為L（x，y）、R（x，y），則其位置表達式為：

根據車票圖像尺寸，身份證號文字區域的變量取值如下所示。

（4）圖像去噪

在圖像預處理過程中，可能會誤把深色點漬識別為字符區域，為了提高識別精度需要對圖像進行去噪處理，常用方法是均值濾波法，即將每個點視為一個窗口，求該窗口的灰度平均值，其表達式為：

上式求得的結果是以（x，y）為中心的（2d+1）*（2d+1）窗口內的灰度平均值，這樣可提高圖像的識別精度。

3.2文字識別

文字圖像識別需要預先制作一副已知的文字圖像模板，比如把0-9數字的圖像進行灰度化預處理并做好模板后存儲，當在圖像中提取出文字后再與模板中的文字進行對比匹配[6]，即遍歷模板內的文字圖像并計算相似度，其表達式為：

上式中m為文字圖像模板標號，S（i，j）是目標圖像文字在模板中坐標（i，j）處的像素值，Tm（i，j）是m號模板在圖像坐標（i，j）處的像素值。當Tm（i，j）等于0時，將該模板的累計結果COUNTm的總數加1，則最后的文字相似度計算表達式為：

上式中W、H分別為模板的寬度和高度。

4通信數據幀設計

當手持終端獲得車票的車次、姓名、車站、臥鋪號等信息后，需要把信息打包成一幀數據包發送給到站提醒終端，提醒終端也需要把數據打包發送給聲光報警裝置，因此需要設計通信數據幀。以發送姓名、目的站、車號、臥鋪號和高度信息為列，數據幀結構設計如表1所示。

程序設計中為方便調用和賦值，數據幀結構可用一個共用體類型變量進行定義，如下：

typedef union Ticket_info

{? ?unsigned char Ticket_array[30];

struct? Ticket_data

{ unsigned char? head;? ? ? //幀頭

unsigned char? ID[4];? ? ? //標識碼

unsigned char name[8] ;? ? ? ?//姓名

unsigned char destination[10];? //目的站

unsigned char Tnum[2;? ? ? ? //車號

unsigned char bednum[2];? ? ?//臥鋪號

unsigned char bedheight[2];? ? ?//高度

unsigned char tail;? ? ? ? ? ? //幀尾

} ticket_buf;

} TICKET_BUF;

在數據幀結構設計中，標識碼具有非常重要的作用，尤其是提醒終端發送給某一個床位的聲光提醒裝置時起到濾波作用，即終端把一幀數據發送到CAN總線上，總線上所有的提醒裝置都會比對自身的識別碼，只有與這幀數據識別碼一致的裝置才會接受這組數據，這種濾波方式保證了總線數據傳輸的準確性。

5總結

本文基于圖像識別、GPRS無線通信、CAN總線等技術設計的車票識別與應用系統，可實際解決目前列車臥鋪人工管理存在的弊端，改進旅客出行體驗。我國地域遼闊，新興的高速臥鋪列車也正在擴大使用范圍和快速發展，本系統具備一定的發展前景，而且還可以推廣至輪船、大巴車等交通工具上。

參考文獻：

[1]邱建東，張衍會，王自強. 一種列車車載客運信息提取與運用系統：中國，201620030354.5[P].2016-06-15.

[2]徐鎮華，馬殷元.基于CAN總線和GPRS的溫室大棚監控系統設計[J].測控技術，2018，37（01）：78-81+86.

[3]耿興龍. 基于移動智能平臺的車載車票驗票終端的研究[D].北方工業大學，2015.

[4]邱曉歡，陳勇.基于Jetson TK1的普通列車車票識別的設計與實現[J].科技與創新，2018（02）：107-108.

[5]韓雪，粟慧龍.基于Android臥鋪車廂車票識別APP的系統設計[J].數字技術與應用，2017（10）：162-163.

[6]唐琎，李青.一種快速的模板匹配算法[J].計算機應用，2010，30（06）：1559-1561+1564.

作者簡介：

張衍會，山東泰安，碩士，主研領域：智能控制，嵌入式系統.