基于物聯(lián)網(wǎng)的交通標(biāo)識牌管理系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

王 鋒, 陳媛媛

(1 海南工商職業(yè)學(xué)院, ?？?70000； 2 海口經(jīng)濟學(xué)院, ?？?70000)

0 引 言

加強對道路交通指示牌的管理,保障道路交通安全和公眾出行便利,維護良好的市容市貌是各市交委部門的責(zé)任與目的,而解決的途徑之一是準(zhǔn)確、有效地設(shè)立道路交通標(biāo)志。

目前國內(nèi)道路交通標(biāo)識牌的巡檢管理存在諸多問題,每年都要投入大量的人力和經(jīng)費用于交通標(biāo)志牌的更新和維護,不僅效率低下而且準(zhǔn)確率也不高,迫切的需要一種新的解決方案來實現(xiàn)道路交通標(biāo)識牌巡檢工作的智能化、高效性與低成本化。 本系統(tǒng)基于這樣的背景下產(chǎn)生。

1 系統(tǒng)技術(shù)路線

如圖1 所示,本系統(tǒng)包括3 部分內(nèi)容：帶有交通信息的RFID 標(biāo)簽交通標(biāo)識牌、帶有電子標(biāo)簽讀寫功能的終端系統(tǒng)、PC 端ioT 交通標(biāo)識牌管理軟件。

帶有交通信息的RFID 標(biāo)簽交通標(biāo)識牌,采用有源主動式電子標(biāo)簽,識別更遠。

車載終端系統(tǒng)部分,通過軟硬結(jié)合來設(shè)計的功能：

硬件部分：讀寫器采用超高頻Pr9200 芯片：性價比高、性能穩(wěn)定、功耗極低。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)路線Fig. 1 System technology roadmap

終端系統(tǒng)采用fresscale 的iMX6 嵌入式ARM 芯片,功能強大,接口可擴展。

終端系統(tǒng)加入GPS 模塊,可以準(zhǔn)確記載車載接收終端所在位置,識別準(zhǔn)確率更高。

加入tw9912 視頻編解碼芯片,連接攝像頭,當(dāng)車載終端識別到標(biāo)簽時觸發(fā)攝像頭拍攝標(biāo)識牌,用于識別標(biāo)識牌的完整性。

終端系統(tǒng)軟件部分采用多項編程技術(shù)：多線程、消息隊列、socket 編程、sql 數(shù)據(jù)庫等,代碼執(zhí)行效率更高。

PC 端管理軟件采用B／S 系統(tǒng)架構(gòu)、MySQL 開源數(shù)據(jù)庫,Java ＋Hibernate 技術(shù)框架,MyEclipse 開發(fā)工具,Java 語言開發(fā)。 具有隨時隨地進行查詢、瀏覽、部署和維護,易于擴展等優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的工作流程如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)工作指示圖Fig. 2 System flow chart

首先,在交通道路標(biāo)識牌上安裝RFID 標(biāo)簽,預(yù)存儲該標(biāo)識牌的相關(guān)信息,包括標(biāo)識牌創(chuàng)建時間及期限、所在路段名稱、經(jīng)緯度坐標(biāo)、標(biāo)識牌材質(zhì)、使用類別、用途等。

其次,將具有電子標(biāo)簽讀寫功能的終端系統(tǒng)安裝在巡檢車輛上,當(dāng)車輛靠近交通標(biāo)識牌時,標(biāo)識牌上的RFID 標(biāo)簽發(fā)送交通標(biāo)志信息到車載終端,車載終端將對標(biāo)志信息與預(yù)設(shè)標(biāo)志信息進行比較后存儲。

最后,車載終端系統(tǒng)將采集信息發(fā)送到PC 端ioT 交通標(biāo)識牌管理軟件。 軟件系統(tǒng)將對每個標(biāo)識牌的信息進行記錄存儲并顯示。

2.1 預(yù)設(shè)RFID 標(biāo)簽信息

在交通標(biāo)識牌尚未安裝RFID 之前,需要根據(jù)標(biāo)識牌的道路信息,為安裝在該標(biāo)識牌上的RFID標(biāo)簽預(yù)設(shè)相關(guān)信息,內(nèi)容包含：標(biāo)識牌創(chuàng)建時間期限、所在路段名稱、經(jīng)緯度坐標(biāo)、標(biāo)識牌材質(zhì)、使用類別、用途等內(nèi)容。

標(biāo)簽寫入完成,就可以安裝在標(biāo)識牌上。

2.2 終端讀取RFID 電子標(biāo)簽信息

在巡檢車輛上安裝帶有RFID 讀寫功能的終端系統(tǒng),巡檢車輛行駛過程中,車載RFID 讀寫器一直在開啟狀態(tài)。 當(dāng)帶有讀寫器的車輛靠近交通標(biāo)識牌時,它所發(fā)射的信號磁場自然覆蓋交通標(biāo)識牌上的RFID 標(biāo)簽,車輛越靠近標(biāo)簽,信號越強。 隨后讀寫器讀取標(biāo)簽信息,并對讀取到的信息進行解碼,同時觸發(fā)攝像頭模塊和GPS 模塊,進行圖像采集與車輛定位。

2.3 終端對接收到的數(shù)據(jù)進行處理

讀寫器讀取到電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)并解碼后,通過RS232 串口傳輸?shù)浇K端系統(tǒng),終端采用嵌入式Linux系統(tǒng),對接收到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、GPS 定位信息進行解析,嵌入式Linux 系統(tǒng)中將建立一個SQLite 數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行存儲,建立數(shù)據(jù)庫的目的是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、共享、關(guān)聯(lián),方便用戶對數(shù)據(jù)的查詢與讀取,保持?jǐn)?shù)據(jù)的可用性。

2.4 PC 端管理系統(tǒng)獲取終端數(shù)據(jù)

終端采集的標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送到PC 端管理系統(tǒng),有兩種方式,一種是通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)庫文件的方式,另外一種是通過網(wǎng)絡(luò)TCP／IP 協(xié)議逐條發(fā)送數(shù)據(jù),通過遍歷數(shù)據(jù)庫,把所有數(shù)據(jù)逐條發(fā)送到PC 端管理系統(tǒng),PC 系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后保存到自己的數(shù)據(jù)庫中并在界面上顯示出來。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 終端系統(tǒng)功能設(shè)計與實現(xiàn)

終端系統(tǒng)基于嵌入式ARM 平臺,操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux 內(nèi)核,要實現(xiàn)各個模塊功能首先需要搭建好軟硬件平臺。

硬件方面選用了freescale 的imx6 四核嵌入式工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心平臺,內(nèi)嵌了tw9912 視頻編解碼芯片,tw9912 的作用是實現(xiàn)視頻圖像的采集。 同時通過串口與讀寫器板以及GPS 模塊連接,GPS 模塊選用ublox 的NEO-M8T 模塊,終端通過串口讀取GPS模塊信息,通過字符串解析的方式把需要的數(shù)據(jù)分離出來就可以得到GPS 定位數(shù)據(jù)。 平臺同時具有網(wǎng)絡(luò)接口功能,可通過網(wǎng)絡(luò)進行程序的燒寫和文件傳輸。

在終端軟件方面,采用了嵌入式Linux 4.9.88內(nèi)核,對各個功能模塊的讀寫,以及對數(shù)據(jù)的存儲等均是使用Linux 下的C 語言編程。

(1)讀寫功能的設(shè)計與實現(xiàn)。 讀寫器芯片采用基于PR9200 芯片的超高頻RFID 讀寫模塊,該模塊通過串口與ARM 板串口相連接,軟件上通過ARM 板嵌入式Linux 控制程序?qū)ζ鋵崿F(xiàn)各項操作,該控制協(xié)議是RCP(Reader ControlProtocol)協(xié)議。讀寫核心模塊接收到RCP 包后對應(yīng)RCP 協(xié)議執(zhí)行解析操作,并將操作結(jié)果組包后通過串口反饋給應(yīng)用程序,應(yīng)用程序通過串口接收到據(jù)包后由RFID中間控制程序進行分析和處理,將關(guān)鍵信息存儲或進一步處理。

(2)終端數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實現(xiàn)。 終端數(shù)據(jù)庫選擇嵌入式SQLite 數(shù)據(jù)庫,將SQL 語句直接寫入C 語言的數(shù)據(jù)庫編程,SQLite 數(shù)據(jù)庫暫用空間小,操作方便,在終端中通過語句創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫文件reader＿rfid.db,包含3 個數(shù)據(jù)表。 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計如下：

表1 讀卡器表Tab. 1 Card reader

表2 終端設(shè)備Tab. 2 Terminal device

表3 標(biāo)簽卡表Tab. 3 label card table

表4 授權(quán)表Tab. 4 Authorization table

3.2 軟件管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

PC 端軟件管理系統(tǒng)的設(shè)計主要是為了方便用戶管理者查詢各個路段標(biāo)識牌信息。 系統(tǒng)采取登錄的方式進行查詢。 “用戶登錄”界面用于系統(tǒng)管理員登錄,需輸入用戶名、密碼、驗證碼。 添加登錄驗證主要用于防止外人進入修改數(shù)據(jù)。

用戶登錄系統(tǒng)后,點擊標(biāo)識牌管理欄,有如圖3 所示3 個欄,其中添加標(biāo)識牌界面為手動添加標(biāo)識牌信息。有如下信息：標(biāo)識牌編碼、路段名稱、標(biāo)識牌創(chuàng)建時間、經(jīng)緯度、標(biāo)識牌材質(zhì)、使用類別、用途、標(biāo)識牌現(xiàn)場圖片等。

“導(dǎo)入標(biāo)識牌”界面用于標(biāo)識牌數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)入,將終端采集到的標(biāo)識牌信息存儲在終端數(shù)據(jù)庫中,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C端,以數(shù)據(jù)庫文件的形式存在的,在iot 交通標(biāo)識牌管理系統(tǒng)中,通過導(dǎo)入文件的方式把標(biāo)識牌數(shù)據(jù)導(dǎo)入到系統(tǒng)中。

圖3 系統(tǒng)管理軟件界面Fig. 3 Interface of system management software

“同步標(biāo)識牌”界面用于與終端系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的同步,點擊同步按鍵,數(shù)據(jù)將通過網(wǎng)絡(luò)從終端系統(tǒng)中發(fā)送,管理軟件進行存儲,同步成功,數(shù)據(jù)就保存在PC 端管理軟件數(shù)據(jù)庫中,供系統(tǒng)調(diào)用。

“瀏覽標(biāo)識牌”界面用于對道路的標(biāo)識牌進行瀏覽,可以修改,同時可根據(jù)關(guān)鍵字進行查詢。

4 結(jié)束語

本文闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)的交通標(biāo)識牌管理系統(tǒng)的技術(shù)路線及實現(xiàn)過程,是一套完整的道路交通標(biāo)識牌物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目,涉及RFID 無線射頻技術(shù)應(yīng)用開發(fā),嵌入式Linux 系統(tǒng)應(yīng)用程序編寫,BS 系統(tǒng)架構(gòu)、Java ＋Hibernate 技術(shù)框架,具有一定的開發(fā)難度。 該系統(tǒng)可為未來無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)輔助,具有很高的創(chuàng)新性和應(yīng)用價值。