基于LabWindows/CVI的車輛違章檢測系統(tǒng)的分析與設(shè)計

梁云杰，陳明淑，高心愿，李佳浩

（西京學(xué)院，陜西西安，710123）

基于LabWindows/CVI的車輛違章檢測系統(tǒng)的分析與設(shè)計

梁云杰，陳明淑，高心愿，李佳浩

（西京學(xué)院，陜西西安，710123）

本文主要是基于LabWindows/CVI的車輛位置違章檢測系統(tǒng)。應(yīng)用地感線圈檢測技術(shù)檢測車輛是否有位置違章，然后通過USB-4711A-AE數(shù)據(jù)采集卡采集車輛違章的電信號，用來檢測車輛是否違章，如果有車輛違章則在LabWindows/CVI采集界面上就會有波形出現(xiàn)。這種檢測方法只采集違章信號，在一定程度上，減少了人工的工作壓力。經(jīng)過實驗仿真表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛違章檢測數(shù)據(jù)的采集。

LabWindows/CVI；車輛違章檢測；USB-4711A-AE

1　引言

1.1題目背景及其意義

如今，隨著城市的發(fā)展和國民經(jīng)濟的增長，汽車已成為現(xiàn)代人生活中不可或缺的部分。大量的私家車的出現(xiàn)使得城市的交通壓力不斷增大，由此引發(fā)的交通擁擠、交通事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響到社會經(jīng)濟的發(fā)展和社會秩序的穩(wěn)定，也是影響城市交通的安全、通暢的主要原因。因此需要設(shè)計一套準(zhǔn)確的行之有效的車輛位置違章智能檢測系統(tǒng)來有效地預(yù)防交通事故的發(fā)生，以便促進人們樹立自覺維護公共交通安全的意識。

本課題是應(yīng)用LabWindows/CVI軟件設(shè)計一個車輛違章檢測系統(tǒng)，主要是檢測十字路口的壓黃實線、十字路口橫向停止線等，利用其設(shè)計的檢測系統(tǒng)，相比之前的基于視頻的違章檢測系統(tǒng)，減少人工的視覺疲勞，也減少了交通執(zhí)法人員人力的投入。它可以幫助管理人員對交通狀況進行及時、準(zhǔn)確的分析和處理最大限度地降低處理信息的勞動強度。

1.2國內(nèi)外相關(guān)研究情況

在20世紀(jì)60年代，美國就將信息技術(shù)與計算機處理技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用在交通管理領(lǐng)域。世界上最早研發(fā)并獲得專利的是Image Sening System開發(fā)的大區(qū)域視頻檢測技術(shù)Autoscope2004TM，它在世界上的30多個智能交通中得到了運用。美國思泰瑞研發(fā)的Vantage系統(tǒng)用于處理較大難度交通視頻及相關(guān)精確數(shù)據(jù)的采集。由于其自身攜帶報警處理功能，在各國的視頻檢測領(lǐng)域中基本都采用這款視頻檢測器。此外由加利福尼亞大學(xué)分校的“計算機視覺與機器人研究實驗室”開發(fā)的由復(fù)雜分布式的多傳感器組成的ATON系統(tǒng)，用于對交通流及道路事故檢測的管理，它還將陰影檢測技術(shù)與之相結(jié)合，取得了良好的效果。日本在2001年提出了通過世界最先進的信息通訊技術(shù)，實現(xiàn)人—車輛—道路的一體化，即“e-Japan”戰(zhàn)略。

智能交通系統(tǒng)在我國起步較晚。直到20世紀(jì)90年代，我國才開始對智能交通系統(tǒng)有了基礎(chǔ)性研究工作，主要涉及的領(lǐng)域有道路交通管理的優(yōu)化、交通信息的采集、駕駛員考試系統(tǒng)以及車輛動態(tài)識別等。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息技術(shù)快速發(fā)展的影響下，我國在智能交通系統(tǒng)的研究也很快步入了快速發(fā)展的道路。我國的交通發(fā)展經(jīng)歷了：（1）利用黑白照相和線圈檢測的物理方法；（2）利用計算機控制抓拍，所使用的設(shè)備為黑白攝像機；（3）利用視頻的圖像處理和模式識別對車輛檢測。

2　車輛位置違章控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

本課題主要研究的是基于LabWindows/CVI的道路車輛位置違章檢測系統(tǒng)，可以對壓實車道線、雙黃線等縱向線，紅燈時壓路口橫向停止線，停車時壓停車位的4條邊線等情況進行實時地監(jiān)控，對違章的數(shù)據(jù)可以進行實時的采集保存。為了實現(xiàn)對車輛位置違章數(shù)據(jù)的采集，選用USB-4711A-AE數(shù)據(jù)采集卡，建立基于LabWindows/CVI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2.1數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計

USB-4711A-AE是12位的多功能USB模塊。它有16路模擬輸入通道、8路DI， 8路DO， 2路AO和1路32位計數(shù)器、采樣速度高達150kS/s。它支持USB 2.0使用，使用簡單，便攜設(shè)計，總線供電，帶有接線端子，鎖緊式USB電纜用于緊固式連接。

本論文中設(shè)計采取有8種模擬信號，需要8路的模擬信號輸入通道，用來采集車輛違章的信號采集，在采集過程中連接地感線圈所發(fā)出的信號，采集該模擬量的信號，采用所輸入的模擬量的信號來完成車輛的檢測，若車輛違章，可以檢測到信號的變化量，通過信號波形的變化來判定車輛是否違章。

2.2地感線圈的設(shè)計

地感線圈其本身就是振蕩回路。通常，在地上先鑿出一個大約直徑為1米的圓形的溝槽，或面積相當(dāng)?shù)木匦螠喜郏跍喜壑新袢雰傻饺褜?dǎo)線，這就構(gòu)成了一個埋于地表的電感線圈。但地感線圈只是振蕩電路的一部分，電容和地感線圈組成振蕩回路。振蕩信號通過變換送到單片機組成的頻率測量電路，單片機便可以測量這個振蕩器的頻率。當(dāng)汽車經(jīng)過時，會引起振蕩頻率的變化，振蕩頻率升高，能就感知有汽車經(jīng)過。

2.3硬件電路的設(shè)計

本論文的地感線圈是以矩形的實行預(yù)埋的，當(dāng)車輛經(jīng)過的時候，所產(chǎn)生的電感信號，通過數(shù)據(jù)采集卡來采集模擬量信號和模擬量信號的輸入輸出，所得到的模擬量的信號通過A/D轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成為數(shù)字量的信號，并在車輛違章系統(tǒng)的界面輸入。

電壓輸入通過示波器來調(diào)試，要求電壓的檔位分為3個檔位，根據(jù)所調(diào)試的電壓值，來實時在線的采集車輛的違章信息。

3　車輛位置違章檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1車輛位置違章檢測系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計

軟件功能模塊采用自上而下的模塊化的設(shè)計方法，把各模塊通過檢測系統(tǒng)結(jié)合在一起，使得各模塊之間既相互獨立又存在內(nèi)在聯(lián)系。功能模塊主要包括初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號提取模塊和數(shù)據(jù)顯示及存儲模塊。

圖1　數(shù)據(jù)采集過程圖

車輛位置違章檢測系統(tǒng)的流程圖如圖1所示，首先，當(dāng)程序啟動后，調(diào)用初始化模塊完成對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)各模塊的初始化工作，設(shè)置好各個參數(shù)以及變量模塊，調(diào)用采集卡函數(shù)。然后顯示各個設(shè)備名稱，選擇好通道號及電壓的參數(shù)范圍，開始數(shù)據(jù)采集。當(dāng)對數(shù)據(jù)采集完畢后，對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)采集完一個階段的數(shù)據(jù)后，選擇是否繼續(xù)，如若繼續(xù)，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫并顯示；若不繼續(xù)，則繪制實驗曲線，對該階段的數(shù)據(jù)進行分析。最后完成了數(shù)據(jù)采集后，對數(shù)據(jù)進行存儲，關(guān)閉存儲卡。

3.2車輛位置違章檢測控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

車輛位置違章的信號是通過數(shù)據(jù)采集卡進行采集的，采集車輛位置違章時的信號，根據(jù)所采集到模擬量信號進行數(shù)據(jù)檢測，由于輸入的是模擬量信號，所以要進行A/D信號轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量進行輸出，最終轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。

3.2.1車輛位置違章檢測信號模擬量的輸入系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)車輛通過十字路口的時候，車輛壓實車道線、雙黃線等縱向線，紅燈時壓路口橫向停止線，停車時壓停車位的4條邊線等情況都會產(chǎn)生一個模擬量的信號，采集這個模擬量的信號，用來檢測車輛的違章。部分主函數(shù)如下所示：

int main （intargc， char *argv［］）

｛

if （initCVIRTE （0， argv，0） == 0）

return-1；

if （（panelHandle = LoadPanel （0， “AI.uir”，PANEL））＜ 0）

return-1；

DisplayPanel（panelHandle）；

｝

3.2.2違章檢測信號模擬量的輸出系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)檢測到車輛違章的信號以后，為了及時的傳送出車輛違章信號的信息，以便于交警能夠及時的查看車輛的違章信息。

3.2.3AD轉(zhuǎn)化模塊信號的程序設(shè)計

違章車輛所發(fā)出的信號為模擬量信號，但是計算機接受的信號為數(shù)字量信號，因此需要將模擬量的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

3.3車輛違章系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件界面設(shè)計

車輛位置違章檢測系統(tǒng)主要檢測的是車輛位置違章的電信號。數(shù)據(jù)采集的軟件的界面主要分為兩部分，一部分是檢測信號的區(qū)域，另一部分是實時數(shù)據(jù)的顯示界面。檢測人員可以通過控制檢測信號的區(qū)域來實時的控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行，當(dāng)檢測人員選擇實時數(shù)據(jù)的顯示時，程序就會將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)實時地顯示在數(shù)據(jù)采集顯示界面，以便相關(guān)工作人員可以隨時分析和檢測車輛的具體違章情況。車輛違章系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件界面的設(shè)計如圖2所示。

3.4車輛違章檢測系統(tǒng)的仿真

將系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，可以仿真得到車輛違章檢測系統(tǒng)，從圖3中可以看出來，當(dāng)車輛壓實車道線、雙黃線等縱向線，紅燈時壓路口橫向停止線，停車時壓停車位的4條邊線等情況的時候，車輛違章檢測的界面就有波形出現(xiàn)，波形的劇烈程度代表車輛違章的密集程度。

4　總結(jié)

由實驗和綜合驗證可知，所設(shè)計的檢測系統(tǒng)能夠滿足實時采集車輛違章數(shù)據(jù)的功能。USB-4711A-AE數(shù)據(jù)采集卡所采集到的數(shù)據(jù)信號對車輛檢測系統(tǒng)提供了實際可靠的實時數(shù)據(jù)源。工作人員通過所采集到的實時數(shù)據(jù)或所存儲的數(shù)據(jù)，可以判定車輛是否違章。在一定程度上，較之前的傳統(tǒng)判定車輛違章的方法，節(jié)省了大量的人力物力。

［1］程曉東.復(fù)雜場景中車輛違章檢測及跟蹤算法的研究與實現(xiàn)［D］.南京：南京郵電大學(xué).2014（05）

［2］ 王航宇.基于LabWindows/CVI的車輛檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)與傳感器.2009（01）

［3］ 李江全.LabWindows/CVI 數(shù)據(jù)采集與串口通信典型應(yīng)用實例［M］ 北京：電子工業(yè)出版社.2014.（01）

［4］ 王海濤，付鈞，杜向輝等.基于LabWindows/CVI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計［J］.艦船電子工程.2010（05）

Analysis and design of vehicle violation detection system based on LabWindows/CVI

Liang Yunjie，Chen Mingshu，Gao Xinyuan，Li Jiahao
（Xijing University，shaanxi xi’an，710123）

This passage is mainly based on the LabWindows/CVI vehicles violation detection system. Application of ground sense coil detection technology to detect whether the vehicle has a yelloe line violation，then through the USB-4711A-AE data acquisition card to collect the electric signal of the vehicle violation，.Use these signals can detect whether the vehicle violation.If there is a vehicle violation，the collection interface will have the waveform appeared.This detection methods only collect the violation signals.To a certain excent，it reduces the manual work pressure.Simulation experiments show that the system can achieve the collection of vehicles violation detection data.

LabWindows/CVI；Vehicles Violation Detection；USB-4711A-AE

圖 2 數(shù)據(jù)采集軟件界面

圖3　車輛檢測系統(tǒng)的仿真圖

梁云杰（1993-），男，陜西西安人，西京學(xué)院自動化專業(yè)學(xué)生；

陳明淑（1986-），女，陜西西安人，西京學(xué)院助教，研究方向為智能控制；

高心愿（1993-），男，陜西西安人，西京學(xué)院自動化專業(yè)學(xué)生；

李佳浩（1994-），男，陜西西安人，西京學(xué)院自動化專業(yè)學(xué)生。

2015年國家級“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目，項目編號：201512715804 ，項目名稱《基于LabWindows/CVI的車輛違章檢測系統(tǒng)設(shè)計》2015年。