嵌入式處理系統(tǒng)在智能高清卡口中的應(yīng)用

摘要：針對(duì)目前交通管理的現(xiàn)狀，闡述了對(duì)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(wù)器的需求和所應(yīng)研究的內(nèi)容，給出了系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，描述了終端服務(wù)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?cè)岁P(guān)聯(lián)排查等公安業(yè)務(wù)提供高質(zhì)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(guān)鍵詞：嵌入式；處理系統(tǒng)；智能高清卡口；終端服務(wù)器；數(shù)據(jù)源；道路交通

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車數(shù)量迅速增長(zhǎng)，交通管理現(xiàn)狀和需求的矛盾進(jìn)一步加劇，與交通相關(guān)的刑事和治安案件也逐年上升。在此情況下，如何利用先進(jìn)的科技手段，增強(qiáng)公安管理部門對(duì)機(jī)動(dòng)車和駕駛?cè)说牟榭亓Χ龋瑸榇驌舾黝愡`法犯罪行為提供科技手段，是公安管理部門亟待解決的問(wèn)題。我們對(duì)現(xiàn)有的智能卡口系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，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(wù)器，與前端的智能數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)及后端的應(yīng)用服務(wù)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(shè)計(jì)使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，降低了系統(tǒng)的實(shí)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?cè)岁P(guān)聯(lián)排查等公安業(yè)務(wù)提供高質(zhì)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(hù)社會(huì)穩(wěn)定，更好地提升道路動(dòng)態(tài)管控和滿足治安、刑偵、交通管理新形勢(shì)的業(yè)務(wù)需求。

1 智能高清卡口系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

通常，傳統(tǒng)的模擬智能卡口系統(tǒng)中，工控機(jī)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(nèi)存容量等種種硬件方面的限制，最多只能實(shí)時(shí)處理4路視頻信號(hào)；而普通的高清卡口系統(tǒng)，前端數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)在車輛經(jīng)過(guò)時(shí)將所拍的圖片發(fā)送給處理系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別處理和存儲(chǔ)等操作，當(dāng)車道數(shù)多于1個(gè)車道時(shí)，由于系統(tǒng)對(duì)傳輸和處理的要求非常高，普通的工控機(jī)受性能的限制很難達(dá)到系統(tǒng)的處理能力要求。

我們所設(shè)計(jì)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(jī)以彌補(bǔ)傳統(tǒng)模擬相機(jī)在清晰度和覆蓋視角范圍等方面的不足，每個(gè)車道配置一臺(tái)，負(fù)責(zé)車輛圖片的捕獲及牌照、車身顏色、車輛駕駛室內(nèi)司乘人員面部特征等的自動(dòng)采集等工作；安裝了嵌入式處理系統(tǒng)后的終端服務(wù)器負(fù)責(zé)車輛通行信息的接收、存儲(chǔ)、處理和上傳，同時(shí)還可通過(guò)終端服務(wù)器查看并管理所有下屬的前端設(shè)備，每臺(tái)終端服務(wù)器可同時(shí)連接多達(dá)l0臺(tái)智能數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)，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(dāng)系統(tǒng)在與后端的應(yīng)用服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接不暢的情況下，卡口的終端服務(wù)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(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)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(wù)器采用多個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)端口，前端設(shè)備和后端設(shè)備可以分別處于不同的網(wǎng)絡(luò)中，提高了系統(tǒng)可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)集中式封閉管理和配置，使前端設(shè)備的數(shù)量和復(fù)雜性大大降低，易于安裝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，減少了施工和維護(hù)成本。系統(tǒng)的通訊數(shù)據(jù)在發(fā)送前進(jìn)行了數(shù)據(jù)的加密并打包，這樣系統(tǒng)在保證易于擴(kuò)展的同時(shí)，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(chǔ)處理軟件、數(shù)據(jù)上傳軟件、設(shè)備管理軟件等組成，系統(tǒng)對(duì)智能數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)發(fā)送的車輛信息進(jìn)行接收、判斷、存儲(chǔ)、處理和數(shù)據(jù)上傳等工作，同時(shí)管理所有與其連接的智能數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)。該嵌入式處理系統(tǒng)具體解決如下問(wèn)題：①車輛通行數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、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(chǔ)和上傳；④對(duì)智能數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)請(qǐng)求命令的接收和響應(yīng)；⑤發(fā)送請(qǐng)求命令給后端應(yīng)用服務(wù)器，同時(shí)接收來(lái)自后端應(yīng)用服務(wù)器的響應(yīng)；⑥對(duì)智能數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)狀態(tài)的獲取和上傳；⑦對(duì)終端服務(wù)器自身狀態(tài)的獲取和上傳；⑧基于Web方式對(duì)智能數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)和終端服務(wù)器狀態(tài)的查詢；⑨對(duì)智能數(shù)字高清工業(yè)相機(jī)控制命令的轉(zhuǎn)發(fā)和反饋接收；⑩解析用戶對(duì)終端服務(wù)器的控制命令。

2 設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示

2.1圖像抓拍系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)車輛檢測(cè)、車速測(cè)定、觸發(fā)判斷、補(bǔ)光控制、圖像拍攝、數(shù)據(jù)輸出等功能。車輛檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到車輛之后，測(cè)出車速值，并發(fā)出抓拍觸發(fā)信號(hào)給相機(jī)。相機(jī)接收到抓拍觸發(fā)信號(hào)之后控制補(bǔ)光系統(tǒng)與相機(jī)進(jìn)行同步，然后拍攝車輛的圖像。相機(jī)把原始圖像數(shù)據(jù)、拍攝點(diǎn)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(shè)備參數(shù)支持遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)配置、現(xiàn)場(chǎng)配置兩種方式。

2.2終端服務(wù)器

終端服務(wù)器(圖2所示)接收從圖像抓拍系統(tǒng)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、上行和下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通道維護(hù)等功能，并提供當(dāng)前車輛信息數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)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(gòu)，終端服務(wù)器性能指標(biāo)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(duì)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，疊加字符信息，對(duì)圖像進(jìn)行車牌識(shí)別，將識(shí)別后得到的車牌圖像疊加到圖片上，對(duì)圖像進(jìn)行防篡改加密；并將識(shí)別后的車牌相關(guān)信息保存到本地存儲(chǔ)介質(zhì)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(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不可用時(shí)等到網(wǎng)絡(luò)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(biāo)設(shè)備，對(duì)該目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行命令下發(fā)處理，然后返回執(zhí)行結(jié)果給管理系統(tǒng)。為現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，向其發(fā)送當(dāng)前抓拍到的車輛信息。

終端服務(wù)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(chǔ)車輛通行數(shù)據(jù)；車輛通行數(shù)據(jù)上傳至用戶應(yīng)用服務(wù)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(yīng)用服務(wù)器。

②日志數(shù)據(jù)管理：日志記錄的加密存儲(chǔ)和上傳。

③請(qǐng)求數(shù)據(jù)：接收和響應(yīng)智能工業(yè)相機(jī)請(qǐng)求命令；發(fā)送請(qǐng)求命令給用戶應(yīng)用服務(wù)器，同時(shí)接收來(lái)自用戶應(yīng)用服務(wù)器的響應(yīng)。

④設(shè)備狀態(tài)管理：對(duì)智能工業(yè)相機(jī)狀態(tài)的獲取和上傳；對(duì)終端服務(wù)器自身狀態(tài)的獲取和上傳；基于Web方式對(duì)智能工業(yè)相機(jī)和終端服務(wù)器狀態(tài)的查詢。

⑤控制命令管理：對(duì)智能工業(yè)相機(jī)控制命令的轉(zhuǎn)發(fā)和反饋接收；對(duì)終端服務(wù)器控制命令的解析。

⑥參數(shù)配置管理：基于Web方式的運(yùn)行時(shí)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(hào)、設(shè)備編號(hào)、行車方向等)；基于TCP的運(yùn)行時(shí)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(dòng)更新管理：智能工業(yè)相機(jī)軟件的遠(yuǎn)程自動(dòng)更新；終端服務(wù)器軟件的遠(yuǎn)程自動(dòng)更新。

⑧權(quán)限設(shè)置管理：基于Web方式的用戶權(quán)限設(shè)置和模塊權(quán)限管理。

⑨自動(dòng)恢復(fù)管理：終端服務(wù)器的服務(wù)監(jiān)視和故障自動(dòng)恢復(fù)(包括通過(guò)遠(yuǎn)程控制命令進(jìn)行軟件和系統(tǒng)的自動(dòng)恢復(fù))

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)今，道路交通智能監(jiān)控卡口系統(tǒng)的應(yīng)用正在從傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)轉(zhuǎn)到以嵌入式設(shè)備為中心的數(shù)字系統(tǒng)，因此用嵌入式系統(tǒng)與傳輸網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)智能交通監(jiān)控卡口網(wǎng)絡(luò)化已是一種必然的趨勢(shì)。把前端處理系統(tǒng)集成到采用嵌入式系統(tǒng)的終端服務(wù)器內(nèi)，通過(guò)建立完整的應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，構(gòu)造設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和基本網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，再利用嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)底層硬件和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持，以及對(duì)工控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求的linux內(nèi)核進(jìn)行改造，可保證前端系統(tǒng)控制以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性?？梢灶A(yù)見(jiàn)，這種設(shè)計(jì)方案在智能交通監(jiān)控領(lǐng)域?qū)⒕哂泻芎玫膽?yīng)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(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

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