基于樹莓派3B+的車輛識(shí)別與監(jiān)控系統(tǒng)

白 濤，高海超，楊文峰，常祎雯

（延安大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 延安 716000）

0 引 言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，居民生活水平持續(xù)提高，我國(guó)私人汽車擁有量直線上升，智能化和自動(dòng)化的交通管理方式作為信息化時(shí)代的重要成果，吸引了更多人的關(guān)注。傳統(tǒng)的人工記錄或IC卡身份識(shí)別等車輛管理手段難以滿足現(xiàn)在城鎮(zhèn)化的發(fā)展，所以很有必要開發(fā)智能車輛檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)適應(yīng)當(dāng)下信息化的管理，通過(guò)以計(jì)算機(jī)為主體的智能化工具完成可靠又高效的車輛管理[1-3]。車牌識(shí)別是車輛檢測(cè)系統(tǒng)必不可少的組成部分，關(guān)于車牌識(shí)別技術(shù)的探索已成為促進(jìn)交通管理智能化的必要方式，為此本文提出一種基于樹莓派3B+的車牌識(shí)別系統(tǒng)，采用一種無(wú)線WiFi視頻采集傳輸方法遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛的狀態(tài)，可應(yīng)用于停車管理，緩解當(dāng)下車輛管理的難處[4-10]。

1 車輛識(shí)別和監(jiān)控系統(tǒng)

本文將ARM架構(gòu)的樹莓派3B+作為主控芯片，通過(guò)采集終端完成對(duì)車輛的圖像采集功能，通過(guò)感知終端完成對(duì)車輛的實(shí)時(shí)感知功能。主控系統(tǒng)將采集的圖像上傳到阿里云AI服務(wù)平臺(tái)，完成車牌識(shí)別，利用MJPG-streamer采集視頻流，利用RTMP實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議將采集的視頻流上傳到OneNET物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)，完成車輛的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)的檢測(cè)和可視化顯示。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文采用CPU型號(hào)為BCM2835的樹莓派3B+，是一款體積小、功能全并且搭載Linux操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力的平臺(tái)。樹莓派外接采集終端和感知終端，采集終端選用CSI接口的攝像頭模塊，相比USB攝像頭，CSI接口的攝像頭價(jià)格低廉，同時(shí)500萬(wàn)像素已經(jīng)能夠精準(zhǔn)識(shí)別獲取到的車牌圖片，在網(wǎng)絡(luò)流暢的情況下也能夠?qū)崟r(shí)捕獲視頻流。感知終端采用HC-SR04系列超聲波模塊，該模塊性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高，盲區(qū)小。樹莓派的GPIO2和GPIO3引腳分別外接超聲波模塊的TRIG和ECHO引腳，樹莓派處理器IO口向超聲波模塊的TRIG引腳發(fā)送10 μs的高電平后，返回給超聲波模塊的ECHO管腳一定時(shí)間的高電平，因此利用TRIG發(fā)送信號(hào)到ECHO接收信號(hào)的時(shí)間間隔完成對(duì)距離的測(cè)量，進(jìn)而通過(guò)距離的檢測(cè)完成對(duì)車輛的感知。硬件系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬件系統(tǒng)架構(gòu)

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文軟件系統(tǒng)主要在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下，采用并行線程處理方式對(duì)視頻流進(jìn)行處理。并行線程處理方式會(huì)保證系統(tǒng)的穩(wěn)健性，并且能夠充分利用系統(tǒng)資源，高效地處理視頻流信息。由于樹莓派內(nèi)集成的WiFi模塊無(wú)需外接，因此樹莓派上電后會(huì)自動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行免費(fèi)基于IP地址的視頻流服務(wù)器MMJPG-streamer采集視頻流，利用輸入插件和輸出插件采集和處理視頻數(shù)據(jù)。本文采用input_raspicam.so輸入插件將樹莓派攝像頭產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)存中，并利用output_http.so輸出插件將視頻流以IP地址的形式保存下來(lái)并上傳到Web瀏覽器。由于目前樹莓派的無(wú)線WiFi視頻采集傳輸方法存在實(shí)時(shí)性差和傳輸速率慢等問(wèn)題，因此利用RTMP協(xié)議將IP地址形式保存下來(lái)的視頻流上傳至OneNET物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控并有效解決傳統(tǒng)無(wú)線WiFi視頻采集傳輸方法的問(wèn)題。

利用基于TCP/IP協(xié)議的HTTP編程方法，將攝像頭采集的圖片轉(zhuǎn)化為完整的消息頭和消息尾的JSON數(shù)據(jù)格式，通過(guò)POST請(qǐng)求將攝像頭獲取的車牌圖片上傳到阿里云平臺(tái)，完成精準(zhǔn)的車牌識(shí)別。軟件系統(tǒng)采用的車輛識(shí)別和監(jiān)控系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 車輛識(shí)別和監(jiān)控系統(tǒng)流程圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

為驗(yàn)證本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果，對(duì)其進(jìn)行功能測(cè)試，根據(jù)以上理論分析可以完成系統(tǒng)模型構(gòu)建，系統(tǒng)測(cè)試圖如圖4所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)與識(shí)別車輛。

圖4 系統(tǒng)測(cè)試圖

5 結(jié) 論

本文基于樹莓派3B+車輛檢測(cè)與識(shí)別，并采用阿里云AI服務(wù)平臺(tái)的車牌識(shí)別API接口實(shí)現(xiàn)車輛信息識(shí)別，監(jiān)測(cè)并可視化顯示車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)。未來(lái)可基于樹莓派3B+強(qiáng)大的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)智能停車樁和共享車位系統(tǒng)，不僅能識(shí)別與監(jiān)測(cè)車輛信息，還能實(shí)現(xiàn)智能化和網(wǎng)絡(luò)化的交通車輛管理。