城市交通高清卡口系统设计交通

..WORD资料可编辑专业整理分享智能交通信息系统课程设计设计题目：城市道路交通高清卡口系统设计系〔部：交通与物流工程学院专业：交通工程班级：交通112班学生姓名：王志伟符元绪李亚男张敏学号：110511209110511208110511234110511233指导教师：蔡志理2013年12月原创声明本人郑重声明：所呈交的说明书"城市道路交通高清卡口系统设计",是本组成员在导师蔡志理的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外,文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果,对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明,本人完全意识到本声明的法律后果,尊重知识产权,并愿为此承担一切法律责任。说明书作者<签字>：日期：年月日.PAGE611111.摘要〔王志伟随着我国经济的发展,城市化程度也越来越高,对交通管理的需求也越来越高,各种应用自动化的交通管理系统层出不穷,智能交通管系统逐渐成为交通管理不可替代的一部分。卡口监控系统是利用计算机技术对指定路口进行全天候监控,通过图像识别和软件提取过往机动车辆的特征信息,远程布控指定车牌,为公安部抓捕犯罪份子,打击车辆犯罪行为提供有力的技术支持。本文的主要内容为提出一套高清卡口系统的设计方案,介绍了卡口监控系统能够完成的各种任务,具体描述了系统各个部分的工作原理。从多个方面对卡口系统做了详细的设计。整个系统分为前台监控,车牌识别,后台数据管理三个部分。本系统涉及到了各种监控的硬件设备和应用技术,在实现过程中充分考虑了实际物理环境,做到了软硬件的合理结合。论文最后介绍了对整个开发过程进行了总结,与其他市场上常用智能系统做了比较,同时提出了卡口监控系统未来需要进一步改进的地方。关键词：智能交通,卡口设计,车牌识别Abstract〔王志伟Thedemandfortrafficmanagementisbecomingstrongerandstronger,andvariousautomatictrafficmanagementsystemsareemerging,whichmakesintelligenttrafficmanagementsystemsturnintoanirreplaceablepartoftrafficmanagement.Thebayonetmonitoringsystemadoptscomputertechniquetomonitorspecifiedintersectionsaroundtheclock,andextractscharacteristicinformationofpassingmotorvehiclesbymeansofimagerecognitionandrelevantsoftware,accordinglyrealizesremotesupervisionofappointedvehicles.Soitcanprovidethepolicewithapowerfultechnicalsupportasfarasarrestingcriminalsandactingagainstvehiclescrimeareconcered.Basedonthisapplication,thispaperputsforwardasetofdesignschemeforHDmonitoringsystem.Thewholesystemisdividedintothreeparts:thefrontmonitoring,licenseplaterecognitionandbackgrounddatamanagement.Thetheoreticalbasesandrealizedprinciplesofeachfunctionalmodulearedetailed,andthecorrespondingprogramdesignisfulfilled.Thissysteminvolvesvariousmonitoringhardwareequipmentandapplicationtechnology,soweconsiderfullytheactualphysicalenvironmentintheimplementationprocedure,andachievethetargetthathardwareandsoftwareiscombinatedreasonablyandthesystemisutility.Keywords：automatictraffic,bayonetmonitoring,licenseplaterecognition目录摘要〔王志伟第一章绪论〔李亚男11.1课题的研究背景11.2、研究的难点21.3系统的建设原则3第二章系统整体设计〔符元绪张敏王志伟52.1系统概述52.2系统的整体框架5总体框架5子系统框架图82.3需求分析92.4功能分析102.5整体系统结构132.6系统工作原理142.6.1抓拍原理142.6.2传输原理162.7系统硬件结构17系统硬件结构17信息传递方式及后台服务器选定172.8系统软件设计17设计原则18设计依据192.9优化设计192.10系统安全性设计19第三章前端抓拍子系统设计〔符元绪张敏213.1软件结构设计213.2软件实现方式213.2前端系统工作流程22消息定义22系统工作线程控制233.3系统串口通信设计243.4系统附加功能设计24第四章车牌识别软件设计〔符元绪张敏254.1车牌识别软件的关键问题254.1.1车牌校正25字符分割264.2车牌识别软件关键算法27车牌定位算法27车牌校正算法27字符分割算法28字符识别算法284.3车牌识别软件结构设计294.4车牌识别软件模块设计29第五章后台管理子系统设计〔符元绪张敏王志伟315.1后台数据库系统设计315.2后台界面设计33第六章系统涉及到的关键技术〔符元绪张敏38第七章总结与展望〔王志伟437.1总结437.2展望43致谢〔王志伟44参考文献45论文作者：论文中文题目.PAGEII.WORD资料可编辑专业整理分享第一章绪论〔李亚男1.1课题的研究背景随着我国综合实力和国民收入水平的提高,机动车保有量每年以15%~20%的速度在迅猛增长,道路建设步伐不断加快,全国城市化水平也在不断提高,交通管理现状和需求的矛盾进一步加剧,与交通相关的刑事和治安案件也逐年上升,特别是像肇事或做案后驾车沿公路逃逸、盗抢机动车辆、车辆违章行驶等。针对上述问题,公安部相继开展了创建平安大道活动和实施畅通工程,其目的是提高交通管理水平,向科技要警力,适应我国现代化建设需要。在现代智能交通管理中,利用视频技术获取各种交通数据和对违章车辆进行检测和监控,具有快速、准确、直观等优点,便于交通指挥管理部门和道路使用者及时了解道路交通状况,准确做出决策进行道路交通指挥管理和合理行车路径选择。道路交通卡口系统是安装在公路任意断面上,包括的城市的出入口、收费站、省际和市际卡口等处。卡口系统对过往车辆进行自动实时拍摄与记录,并由计算机进行车牌识别以及对车辆进行行驶速度和各类违章的检测、数据采集与报警,必将进一步加大对交通违章、涉案车辆和公路干线交通状况的监控力度,为侦破肇事逃逸案件和治安、刑事案件以及交通违章处理提供有力的线索和证据。有效地遏制交通违章现象,消除交通隐患,降低机动车肇事逃逸和车辆盗抢案件,提高道路交通管理的智能化、现代化水平。系统把先进的计算机技术、图像处理技术、通信技术、自动化控制技术等进行有机结合,通过对动态的视频图像数据实时处理,实现对车辆违章行为自动识别以及对车辆进行行驶速度和各类违章的检测、数据采集与报警。近些年尤其是最近二、三年来,国内不少地方特别是华东、华南部分省市的卡口系统建设力度在不断加强,其应用面也在逐步拓展。卡口系统的数量、功能及其应用水平也有大幅度的增长与提高,其地位、作用与功效等日益受到关注。卡口系统的建设工作已越来越多地摆上了重要的议事日程,并在不断地推广应用中。卡口系统建设已取得了较大的成效。高清卡口系统是采用先进的光电技术、图像处理技术、模式识别技术对过往的每一辆汽车均拍下车辆的图像,并自动识别出车辆的牌照,所采集到的车辆的信息数据均保存在服务器数据库中。采用高清卡口系统对道路的建设非常有意义,它可以很迅速地捕捉到肇事车辆、违章车辆、黑名单车辆等,对公路运行车辆的构成、流量分布、违章情况进行常年不间断的自动记录,为交通规划,交通管理,道路养护部门提供重要的基础和运行数据,为快速纠正交通违章行为,快速侦破交通事故逃逸和机动车盗抢案件提供重要的技术手段和证据,对道路的平安运行和提高公路交通管理的快速反应能力有着十分重要的意义。以往的高清卡口系统大都是同时记录经过车辆的车头部份特写图像和车辆的全景图像两张照片,分辨率最大768*576,尽管对于车辆的管理来讲是已经足够用了,但对于套牌车辆、黑名单车辆、以及肇事车辆来讲就稍显不足,因为需要更清楚地看清驾驶人员的面部特征和尽可能多的车辆的细节等等。为此,开发出高达200万像素甚至更高记录车辆图像的公路高清卡口系统,车辆图像的分辨率达1600*1200像素及更高像素,在同一时刻采集一张照片,既可以很清楚的看清司乘人员的面部特征,又可以高质量的分辨车辆的牌照,并具有很高的车牌自动识别率,识别率实测可达98%以上,经过国内多个卡口成功应用,获得了良好的效果。在应用系统设计中,需对经过公路车道的所有车辆进行图像记录,并实时识别出车辆的牌照,将识别结果与公安黑名单车辆库、交警违章车辆库的车牌号码进行比对,并有实时报警功能；系统记录的图像应可以清楚地分辨司乘人员〔前排的面部特征,图像的分辨率达到1600*1200像素；系统必须同时兼顾：既能清楚的分辨司乘人员的面部特征,且具有尽可能高的车牌自动识别率；系统应可以适应各种天气光照环境,对于白天的强光和夜间的补光应有有效的解决方法；系统应有较快的拍摄速度、识别速度、查询速度、报警速度；系统应具有友好的接口,可以与其它系统方便的共享信息。目前,国内现有卡口系统绝大多数是采用感应线圈〔部分采用视频或超声波等作为车辆感应方式,通过彩色摄像机拍摄,由普通或长效录像机或者硬盘录像机进行车辆图像记录的。其中有一部分卡口系统还具有车辆类型〔大、小车和车辆号牌自动识别和车辆行驶速度自动监测的功能。1.2、研究的难点纵观国内已有的卡口系统,几乎都是各自相对独立设置的卡口点,彼此之间并不相互关联或互联互通；而且基本上多限于拍摄并记录通过卡口点的机动车辆图像信息,供事件或案件发生后追查用,其对于协助公安机关交通、治安、刑侦等部门监控与打击道路交通违章、肇事逃逸和盗抢机动车辆等违规违法行为,发挥了重要的作用,取得了一定成效。然而,卡口系统建设过程中也存在有不少问题,有些问题还相当突出,必须引起足够的重视,认真花大力气予以解决。〔一组织协调不严密。卡口系统建设基本上都没有组成一个统一又强有力的领导、组织与统筹机构,部门之间、地区之间、上下级之间的重视、沟通、投入与做法不一,发展极不平衡；政令警令不畅通,条块分割,各自为政,自行其是,低水平重复建设的现象屡见不鲜,资金、人力、物力、信息等资源浪费的情况时有发生,严重地影响着卡口系统整体效能的充分发挥。〔二规划论证欠周全。卡口系统建设往往缺乏一整套科学、规范、统一的总体规划和详尽合理的实施计划,其调研论证不够充分、深入、具体,方案不够周详,布点不尽合理,可操作性较差,不能形成有效的监控网络,大大地削弱了卡口系统应有作用的有效发挥。〔三规范标准不统一。国内至今尚没有一系列规范、完善、配套齐全的有关卡口系统建设各个层面的法律、法规与标准体系。卡口系统设计不规范,标准各异,功能不同,要求不一,系统林立,相互之间不能直接兼容或互联互通,信息无法共享,极大地妨碍了卡口系统规范、健康、有序和可持续地发展与提高。〔四应用技术水平低。现有卡口系统尤其是设在道路路段上用于行驶车辆监控的卡口系统,其车辆特别是不按道行驶车辆的抓拍率不高,存在不低的漏拍现象；车辆类型〔大、小、客、货、车身颜色和车辆号牌〔含汉字、数字、字母和号牌颜色等车辆关键特征的准确识别率不够高；卡口系统的远程监控、远程维护与远程报警〔含防盗报警以及其它网络管理功能也不够完善；全天侯特别是夜间、雨天、雾天、白天强逆光和高速尤其是严重超速行驶等诸多情形下的系统适应性与正常工作能力都有待于大大改善和提高；卡口系统的工程设计、施工、检验、运行、维护和培训等诸多环节的质量和管理水平不高,与国际上通行的ISO9000系列质量保证体系的要求还有相当大的差距。卡口系统的应用技术水平与相关业务工作的实际需求差异较大,不能较好地满足其现状与今后发展的客观需要。此外,卡口系统建设过程中人员、资金和使用管理等方面也存在不少问题,限于篇幅,不再赘述。简而言之,当前卡口系统建设无法实现"实时监视,联网布控,自动报警,快速响应,科学高效,信息共享,监控、威慑、防范和打击并重"的综合管理效能,越来越不能满足现实业务工作当前及其今后发展的需要。面对以上这些问题,为了搞好卡口系统建设,下面拟着重就卡口系统的建设原则和建设要求〔技术层面进行探讨并阐述。1.3系统的建设原则〔一指导思想：坚持从实际出发,因地制宜,近期目标与长远发展相结合,立足于成熟、经济、适用、先进又可靠的智能交通监控与管理技术和业务工作紧密结合,注重系统的实用性和实战性,合理配置资源,服务、服从于业务需要,统筹规划、统一标准、规范设计、周密计划、合理实施的原则；采用开放性、模块化、智能化的体系结构,依托现有的信息网络系统和监控指挥中心管理系统,将各卡口系统融合成一个有机的整体,实现整个系统科学、高效、可靠、协调的管理与运行,达到实时监视,联网布控,自动报警,快速响应,信息共享,监控、威慑、防范与打击并重的综合管理效能与目标。〔二设计原则：必须符合有关国际通用标准、协议和规范,国家与部颁标准及规定的要求；要从技术和机制上保证信息共享和综合利用,卡口系统的操作平台、数据格式、通讯接口与协议等应是开放〔标准或公开的,可实现互联互通并支持二次开发或功能调整,保证系统具有良好的可靠性、可扩展性和可维护性；同时要充分发挥现有资源的作用。〔三布点原则：1、国道、省道的省际间、地区间的交界路段；2、城市出入口干道；3、高速公路重点路段；4、区内重要交通路段；5、交通违章、交通事故或治安案件多发、肇事逃逸现象多的路段；6、其它复杂路段或部位；7、卡口点必备条件：①220V交流电源；②数据通讯线路；③便于架设施工；④有可依托的特定场所如办公场所、交通或治安检查站或者收费站,便于管理维护。社会治安防范不仅仅是人防,合理科学的技防已经是科技强警发展的趋势,对于人、车等流动性强的个体如何进行有效的管理,成为了公安部门,特别是区县级实战性公安部门迫切想解决的问题。一辆快速移动的车,如何对它进行精密侦查呢？是否能做到车辆车牌信息捕获、前排驾乘人员面部信息、以及车辆车体特征等信息呢？如果早期的道路上的卡口能解决以上信息的收集,但是这样的信息收集对于实战机关到底存在的价值有多少呢？一辆逃逸车辆,从卡口以时速80KM通过,这些信息被捕获传输至后端平台后,经过对比处理,系统发现并提示需要至少10分钟,此时车辆在四通八达的道路上已经行驶出14、5公里之外,对于堵截车辆来讲,此时的信息已经失去了实战价值。如何将卡口的使用更加趋于科学,更加趋于实战,将治安事件从之前的事后确证提前到事前预防、事中控制,这正是需要我们共同研发的工作。第二章系统整体设计〔符元绪张敏王志伟2.1系统概述高清卡口系统的任务是抓拍所有通过指定路口的所有机动车辆,对抓拍到的机动车辆采集机动车数据,包括行驶车速、车牌号码、车辆长度等等,采集完成后实时将数据和图像传输给后台管理系统。本系统分为三部分前台抓拍系统,车牌识别软件和后台管理系统。前台抓拍系统的主要任务为控制高清相机对通过的机动车辆进行抓拍得到车辆特征数据,处理后通过网络传输给后台数据库。车牌识别软件主要任务为协助前台抓拍系统识别抓拍图像中的车牌号码并记录。后台主要任务是访问数据库得到实时信息,包括所有前台的数据传输情况,目标车辆出现后立即报警。前台运行的硬件为工控机,采用裁减后的windowsXP操作系统,后台直接面对操作使用人员,同样使用windows操作系统,前台包含了工控机,线圈板,高清相机。后台为服务器主机。卡口系统工作过程如下：通过安装在路边的监测设备,实时抓拍该卡点监控范围内通过车辆的图像〔包括该车辆车牌和全景图像,通过图像处理和模式识别等先进技术自动识别其号牌及号牌颜色,并分析判断车型,分析识别后保存其完整号牌,车辆号牌颜色,车辆车型和抓拍到的图像以及通过时间,车速,行驶方向,地点等信息。同时将识别的结果与数据库中信息进行比对,若为"黑名单"中车辆,则自动报警。同时监测超速、逆行、跨压双实线、不按道行驶等违章行为,除保存上述数据外〔逆行车辆不进行号牌识别,还将记录行驶方向,车速以及违章原因等信息,为处罚提供依据,并自动报警。安装在工控机中的交通统计分析软件对采集的数据进行处理,得到所需交通信息并保存。将来联网后报警信息与相应车辆图像等数据将实时上传到中心系统,其余数据可采用定时发送的方式。系统提供远程控制功能,接收到远端中心系统的指令,进行有效性检验后,能实时响应。包括数据更新,数据查询,指定数据上传等。另外,公安专网上其它合法的电脑用户〔未通过中心系统转发而直接发送请求也可访问卡口系统,系统将检验该用户的身份,并根据其权限对通过检验的合法用户提供相应服务。2.2系统的整体框架总体框架查询导出打印统计用户管理黑名单管理卡口前端抓拍系统后台查询管理系统服务器数据库查询导出打印统计用户管理黑名单管理卡口前端抓拍系统后台查询管理系统服务器数据库车牌识别系统车牌识别系统上传下载进程上传下载进程图1逻辑总体框架图卡口前端监控系统后台查询管理系统车牌识别系统服务器数据库图2物理总体框架图子系统框架图卡口监控系统卡口监控系统信息管理查询软件车牌识别软件机动车抓拍软件信息管理查询软件车牌识别软件机动车抓拍软件图3前端抓拍系统软件模块结构图4车牌识别系统软件客户端管理查询系统服务器数据库客户端管理查询系统服务器数据库SQL请求图5数据库基本结构数据库接收模块监听接收数据数据库接收模块监听接收数据卡口数据库管理系统卡口数据库管理系统用户管理模块用户管理模块黑名单录入路口分类查询黑名单录入路口分类查询数据管理模块数据管理模块数据查询号牌模糊查询数据查询号牌模糊查询时间统计查询时间统计查询路口参数路口参数参数管理模块参数管理模块系统参数系统参数打印管理模块打印管理模块图6后台管理系统数据库结构2.3需求分析治安卡口监控系统具备机动车图像记录,速度检测,车牌识别,目标报警等功能,其设计目的就是通过检测过往车辆来实现对城市主要路段进行长期监控,做到反应迅速,信息真实,运行稳定。以便及时查获堵截3违法犯罪份子。整个系统应该具备车辆抓拍,车牌识别,后台数据管理三个方面,其具体要求如下:1>车辆抓拍。车辆抓拍是卡口系统的重点,其主要要求有:车辆抓拍率尽可能高,理论上应达到100%;抓拍的照片要清晰,能够看清车辆的外部特征和车牌信息;抓拍的角度要正确,能够看到驾驶室内人员情况;信息上传的速度要足够快,以保证做到实时上传,及时报警;当网络传输出现故障时,本地图像的存储要可靠,做到图像数据不会丢失。系统要稳定,能够长时间运行,不能因为软件原因死机。2>车牌识别。车牌识别要做到识别正确率的尽可能高,不能低于85.95%<国际识别率技术标准>;识别速度应尽可能快,如果识别速度慢,会影响系统整体速度,在高速公路的出入口这样关键地段不能出现漏车现象,理论上从车辆照片抓拍,识别车牌,到存储图片的整个工作过程最慢不能超过lso3>后台管理系统。后台管理系统兼顾数据库的使用来存储前台传输的车辆信息,系统主要功能有查询、统计、打印、导出、系统界面要做到简洁大方,操作方便。前台传输过来的数据要求可靠存储,至少保留3个月。在查询方面要做到自动对比,缺省查询,查询速度快,目标车辆出现报警迅速。系统要做到稳定可靠,不能死机,同时带有对所有前台的监控功能,能够实时知道各个前台系统的运行情况。要保证前后台系统时间同步。2.4功能分析实时抓拍车辆图像为保证较高的车辆捕获率,方案仍然采用目前最可靠最有效的地感线圈检测车辆的方法来检测车辆,当车辆经过地感线圈时,系统自动实时捕获壹幅车辆图像,所拍摄的车辆图像的分辨率为1600*1200像素,图像中可以用肉眼清楚的分辨车辆的颜色、特征、车牌的号码、颜色、司乘人员的面部特征,白天能清晰识别车辆牌照及整个车身的特征情况,晚上能克服车辆迎头拍摄的前大灯眩光问题,夜间车辆牌照及整个车身特征同样清晰。1自动保存车辆信息系统主控机能自动保存所捕获车辆的信息,包括车辆的图像、车牌号码、车辆经过时的时间、经过地点等,所保存的图像为24位真彩色图像,图像分辨率为1600*1200像素,JPEG压缩格式；保存图像均为循环覆盖方式自动覆盖上个月的旧图像；车牌号码为系统自动识别的结果,所有车辆的信息包括图像路径均保存在INI文件中,这样可与其它中心应用系统很好的接口。2清晰分辨面部特征由于图像的分辨率较高,达到可以达到1600*1200像素,因此拍摄下来的车辆图像中,驾驶人员的面部特征比用普通监控像机所拍摄的图像清晰。3汽车牌照自动识别对捕获的车辆图像可实时进行汽车牌照自动识别,车牌识别采用先进的电脑视觉识别技术,能够识别0-9十个阿拉数字,A-Z二十六个大写英文字母及相关汉字,并且可识别黑、白、黄、蓝车牌颜色。系统能够识别符合"GA36-92”〔92式牌照和"GA36.1-2001”〔02式新牌照标准的民用车牌照和军车、警车等特殊牌照的汉字、字母、数字、颜色等信息。由于采用独有的高速摄像技术,精确的曝光算法使得牌照自动识别准确率超过4实时报警功能针对超速及被盗抢车辆和交通肇事逃逸车辆能实时报警。对于预交费车辆,可实时进行查询确认。当通过车辆与用户事先输入的被盗抢车辆或交通肇事逃逸等车辆的牌照号码及车型等信息特征相符合时,系统在现场可以立即以声音进行报警,提醒值班人员有可疑车辆通过；同时系统将报警信息传输到监控中心,与110或122系统结合进行抓逃。报警信息中包括车牌号码、车速、车型、车辆通过时间、车辆图片等。具备与交警或公安数据中心进行数据交换功能,并可实时将报警车辆的有关信息上传。5车辆数据管理系统记录经过卡口的每一辆车的信息,包括车牌号码、车速、车型、经过时间、车辆图像等,并保存在数据库中,对过往卡口车辆的流量信息进行统计,并提供方便的数据搜索与浏览、报警设置等操作手段。能够按时间、速度、车型、车辆牌照、行驶方向等条件查找、列表显示、回放历史记录；具有车辆查询统计信息、流量统计曲线打印功能；具有模糊查询和精确查询功能,为指挥中心提供管理与指挥的数据资料。6全天候不间断工作系统可设定数据保存时间,并能自动对图像数据循环覆盖,系统可存储不少于100万辆车辆图像。系统按无人职守方式设计,当系统遇故障死机时,可自动重启。可远程对各站点进行嫌疑车辆参数设置,对各站点数据进行维护。7实时上传数据系统具备实时上传功能,上传协议采用FTP方式,具断点续传功能,当网络出现故障时,所有记录仍保存在本地,网络连通时,系统自动继续上传记录。系统完成的功能很多,分类后主要可以分为"黑名单"数据库的管理、轨迹分析、布控管理、报警管理、出城车辆Web信息查询、公安业务信息查询系统、出租车出城管理系统、系统管理、违章处罚等八大功能。8黑名单"数据库管理由于"黑名单"数据库在整个系统中的意义,在系统设计中把"黑名单"数据库的详细资料保存在指挥中心的数据服务器上。具体的功能有："黑名单"数据库的建立和维护、管理功能。对"黑名单"的输入、输出、定期删除、打印、查询、检查等日常事务进行管理。定期和人工两种方式进行"黑名单"数据库的刷新。"黑名单"数据库的自动分发到高清卡口系统服器。在"黑名单"数据库的表中规定了对车辆记录的刷新条件的一个时间属性,若该属性不为空,则说明在对车辆布控时规定了布控的有效期,在到了有效期时,系统自动进行删除。反之,需要进行人为的撤销布控。撤销布控只能由布控人员进行,不可以越级执行。9布控管理布控管理布控过程就是把嫌疑车辆或嫌疑人的特征写入"黑名单"数据库,是一类特殊的"黑名单"数据库,可以分为三种类型,即长期、定期和临时布控,如国家公安部的"黑名单"数据库就是一种长期的布控,定期布控就是在一定的时间里,就像对违章但过期没有接受处罚的车辆,而临时布控就是在城市中发生了突发事件而进行的布控。一旦布控成功后,系统自动进行信息的用户返回。若没有成功的化,可以用文字的方式进行解释。其主要的功能有集中布控,集中布控是指采用市支队指挥中心集中布控,其余的公安分局不能进行布控,主要原因就是要集中管理,支队指挥中心本身就是全市治安信息的汇集点,可以在全市范围内确定布控的预案,统一调度。10模糊匹配布控在嫌疑车辆布控时往往会发生牌照号码不全、或者位置定位不准确等,因此系统必须提供允许任意情况的布控,即可以给出连续的几位,也可以给出任意位置的几位,如苏N??67?说明在经过的车辆是的车辆,首位是L,第五、六为为67的车辆,在接收到车辆信息时能进行相应的处理。11布控查询原则上是指挥中心管理人员或系统管理人员可以进行的布控情况和报警的情况,并且查询的结果以Web方式发布到用户界面,查询结果可以保存到文件、输出到打印机上打印。12撤销布控布控的撤销分为人工和自动两种方式,人工撤销布控仅限于同级的指挥中心来完成,自动由系统根据定义的有效期进行删除,撤销布控的记录保存在指挥中13布控确认在高清卡口系统的执勤民警接受到来自指挥中心布控和预案指令后,系统提供确认信息的机制,一旦布控指令被确认,指挥中心就实时反应是谁在值班和接收指令。14报警管理报警是远程布控的逆向过程,把在高清卡口系统判断的违章车辆或犯罪嫌疑人信息传回支队指挥中心,为指挥中心的决策提供依据。但实现的过程是有区别的,报警是直接把报警信息发挥到指挥中心,而不是通过每一级进行信息的传递。其主要的功能有：系统报警实现两级制,即高清卡口系统的报警和指挥中心进行报警,警示可以采用声音、图像闪动等明显的方式进行,不同的报警内容对应与不同的声音。报警内容,包括车辆图片和文字信息可以打印、下载保存。报警记录与"黑名单"数据库一样,可以分为三类进行保存,保存时间可以根据不同需要进行配置,保存在卡口的数据库中。而对于布控单位,仅保存相应的布控所产生的报警信息,信息保存在指挥中心的数据服务器上,便于用户的网络查询。15报警查询报警查询可以查看报警的情况和报警图片,并且查询的结果以Web方式发布到用户界面或者本地查询,查询结果可以保存到文件、输出到打印机上打印。16报警比对简单的数据库比对,把车牌号码分别与"黑名单"数据库中进行比对,发现相吻合的车辆牌照,把信息写入数据库的临时表中,在高清卡口系统进行报警。但布控时往往发生车牌号码不全、车牌自动识别进行识别时产生的个别字符的误判所产生的问题,系统提供单个字符的模糊查询,弥补车牌自动识别率的不足,同时在车辆布控时可以采用通配符形式记入"黑名单"数据库,有通配符的布控信息另立数据表,加快"黑名单"数据库的正常查询。对于超速违章或逆行车辆,系统根据车辆检测系统判断的车牌号码加以区分是本地车辆还是外地车辆,若是本地车辆,则把违章信息写入交警支队的违章数据库中,若是本地车辆,系统自动在高清卡口系统进行报警,同时在LED上显示。系统在接收到任何一辆过往车辆的信息时,调用假牌假证的分析工具进行数据的分析,若发现是假牌假证车辆,系统也实时进行报警,同时在LED上显示。17报警统计和报表无论是网络用户,还是各级指挥中心,系统可以对所管辖区域内的报警情况进行统计,生成月报表、图表,即可作为对工作人员的考核、同时可以为打击犯罪提供理论依据。18特殊报警就是在一定范围内的车速或者某种违章记录的车辆经过时进行报警,一方面可以动态地了解临时违章车辆的信息,另一方面也可以为今后的处罚系统提供二次接口。19出城车辆Web信息查询车辆查询随意查询指定高清卡口系统的的通行车辆的记录。查询条件由车辆通过的时间、速度、行驶方向、车型、车牌号等组合形式,其中车牌号码可以只给出少数几位,从而进行模糊匹配查询。如需要查询在某个路口的某个方向,且速度大于80的车辆,可以通过地图上的站点位置进行选择,通过输入车辆速度就可以查询,查询结果以列表方式显示。流量统计可以统计高清卡口系统路口的交通流量,统计条件由时间范围、车型、车辆行驶方向等条件组合。查询系统能查看实时路口车辆图像。车辆的详细情况系统通过输入车辆牌照,可以直接连接车辆管理数据库,把显示相应的车辆的详细信息,方便用户通过牌照号码再使用其它的系统。系统报警信息对于系统的所有报警,包括嫌疑车辆和嫌疑人员的报警进行信息查询。20Web站点管理中心管理中心只有具有管理员权限的用户才能进入,使用管理员登陆以后,直接进入管理中心,有以下几部分组成：高清卡口系统设置：添加各个高清卡口系统,并进行参数设置。子中心设置：添加各个子中心,并进行参数设置。用户管理：设置用户账号密码。车管所连接设置：与机动车辆数据。浏览站点：进入查询地图的页面。2.5整体系统结构卡口系统的整体结构可以分为三个部分:前台抓拍系统<城市路口>,车牌识别软件<前台工控机>,后台管理查询系统<110指挥中心>。前台抓拍系统负责车辆信息的采集,处理并将数据通过以太网发送给后台,前台抓拍软件在工控机上运行。车牌识别软件主要将采集的照片文件进行进一步处理,得到机动车的车牌信息,在前台工控机上运行。后台管理系统通过以太网接收各个前台传来的数据并存储,处理和显示给用户。后台管理系统同时具备监控各个前台的运行情况,更改前台的参数,对各个前台进行远程维护的功能。在本系统中,后台管理系统直接面向用户,为此系统界面要有充分的友好性,易于操作。因为大部分用户都习惯于windows操作系统,因此后台的开发环境仍然选用windows系统。通过对卡口系统的分析确定了本系统的设计方案。前台抓拍系统选用windows操作系统;工控机需要有RS232串口,线圈信号经过线圈检测板处理后由串口传输给工控机,工控机使用以太网将图片传输给后台管理系统服务器。2.6系统工作原理抓拍原理抓拍系统的核心之一为检测机动车。检测机动车的方法有很多种,目前比较常用的有:地感应线圈检测、激光检测、视频检测和雷达检测。以下是各个检测方式的简单介绍:1>地感应线圈检测。利用电磁感应原理,在道路上埋设线圈并通电,通过检测金属车体切割线圈电磁场产生的磁感应变化来判断是否有车辆通过。优点是工作稳定,检测率高,理论上能达到100%,缺点是线圈不可移动,安装时需要切开路面铺设线圈。2>激光检测。使用激光反射的原理对通过车辆进行检测。优点是检测率高,缺点是使用过程中激光可能会对驾驶员的眼睛造成伤害。3视频检测。使用摄像机拍摄路面,通过对视频图像的分析处理来判断是否有车辆经过。优点是安装方便,可以实时调整检测区域。缺点是视频检测算法尚不成熟,容易受到路面行人和非机动车的干扰。4>雷达检测。雷达检测的原理是多普勒效应,在实际工作中由于路面环境复杂,一旦有多车辆通过时会严重干扰检测结果。通过对上面多种检测方式的比较分析,结合卡口系统的实际需求,为保证机动车的检测率,本系统采用地感应线圈的检测方式。地感应线圈检测方式基于电磁感应原理,由感应线圈和信号检测器组成,机动车通过线圈时金属车体切割线圈磁通线使得线圈电感变化,继而影响了电路频率,通过观测电路频率的变化来判断是否有机动车通过线圈上方。下面简单介绍实际检测方法。地感线圈为双线圈,前后埋放在公路上,当机动车进入第一个感应线圈的区域时,金属车体切割感应线圈的电磁场,引发了磁感应变化,线圈检测板读取这个变化就能得知有机动车进入目标区域,检测板通过RS232串口将此信号发送给工控机,工控机得到信号后记录时间t1同时发送拍摄指令给相机,相机启动抓拍,当机动车通过第二个感应线圈时,同样工控机也可得到信号并记录时间t2,当机动车离开第一个线圈区域时记录第三个时间t3,设两个线圈之间距离为S,则机动车车速v为:V=S/<T2-T1><2.1>机动车车身长度L为:L=V*<T3-T1><2.2>通过车身长度与数据库中标准车身长度进行比较即可判断机动车的大概型号为大型车还是小型车。具体过程如图<2.2>。线圈信号逻辑表见表2.1进一步分析,同时结合道路实际情况,发现当出现摩托车触发线圈,或者有机动车逆向行驶时,本逻辑表存在漏洞,不仅无法判断当前车辆情况,还会影响后面所有的车辆拍摄,因此对逻辑进行了以下改进:1>使用计时器,对每一次动作都有限时要求,一旦发现后续信号未在规定时间内出现,立刻回复初始状态。本改进用于消除车辆停在线圈上的影响2>设置变量用于存储前一次信号状态,用于消除摩托车和逆向行驶机动车的干扰。改进后的逻辑表见表2.2.状态一号线圈二号线圈车辆情况110车辆进入1号线圈211车辆进入22号线圈301车辆进入1号线圈400车辆进入2号线圈表2-1原始线圈逻辑信号表状态一号线圈二号线圈前一状态车辆实际情况0000或3初始化状态1100车辆正向行驶进入1号线圈2113车辆正向行驶进入2号线圈3012车辆正向行驶进入1号线圈3010车辆正向行驶进入2号线圈2113车辆正向行驶进入1号线圈1102车辆正向行驶进入2号线圈0001车辆正向行驶进入1号线圈3011判断车辆为摩托车正向行驶3010判断车辆为摩托车曲线行驶表2-2改进后线圈逻辑信号表以上方法综合考虑了摩托车和逆向行驶机动车对抓拍的影响,理论抓拍率达到了100%.传输原理抓拍到得图像信息存储在前台工控机硬盘内,信息传输有两种,一种是通过以太网与后台服务器建立丁CP/IP连接,将信息实时发送给后台服务器,发送成功的信息不再保存于工控机的硬盘,第二种方式是备用方式,既当以太网络出现故障无法与后台服务器通信时,前台系统支持USB上传,维修人员可将U盘或移动硬盘等移动存储设备通过USB端口连接到工控机上,抓拍信息将自动上传到移动存储设备中。本文综合使用了以上两种传输方式,其中丁CP/IP通信采用的C/S结构,即前台工控机为Client,后台服务器为Server,每台工控机启动后,通过读取参数配置表以获得后台服务器的IP地址和通信端口,使用套接字建立丁CP/IP连接,此连接保证图片等信息的有效发送,当网络断开后,工控机内软件会持续重新连接后台服务器,同时将抓拍信息保存在本地,监控USB端口设备情况,windows系统中,当USB口识别出外接闪存盘或者移动硬盘时会产生特定消息WMDEVICECHANGE,本软件捕获该消息后立即将本地存储的抓拍信息全部上传到外接移动设备中。2.7系统硬件结构系统硬件结构前台硬件部分包含工控机,线圈板,高清相机,具体设计见图2.3.信号采集卡信息采集卡高清录像机高清相机红绿灯信号采集卡信息采集卡高清录像机高清相机红绿灯交换机交换机工业控制计算机工业控制计算机卡口系统网络卡口系统网络图2.3前端抓拍系统硬件结构信息传递方式及后台服务器选定前台抓拍系统需要将抓拍到的图片信息上传到后台服务器,由于传输数据量很大,所以采用光纤通信方式。后台服务器为工业级PC服务器,由于需要存储和查询大量信息,所以采用硬盘容量至少5006,同时服务器也需要有超过1G的内存,安装100M以太网卡,操作系统选取windows,数据库采用SQLserver数据库,管理软件运行在此服务器上,为使用者提供查询和打印等功能。2.8系统软件设计整个系统的软件分为3个部分,机动车抓拍软件,车牌识别软件,信息管理查询软件。软件框图见图2.4.前端工控机上运行的抓拍软件功能相对复杂,接收线圈板传来的串口数据,判断是否有机动车通过,同时计算出通过的机动车车速与车长,对车辆进行抓拍。车牌识别软件主要功能是将抓拍到的照片做进一步处理,得到车牌信息。后台管理软件主要作用是接收各个前台发送过来的抓拍信息,存储到数据库中并且与数据库中的黑名单车辆进行比对,发现目标车辆后及时报警通知使用者,同时兼有查询和统计功能。本系统软件使用MicrosoftVC++6.0开发,前台抓拍系统运行在嵌入式windowsXP环境下。嵌入式XP为裁减后的windowsXP系统,具有以下特点:1>支持所有在windowsXP下运行的软件,由于大部分高清相机只提供了支持windowsXP的SDK开发包,使用嵌入式XP能够节约开发时间。2>裁减后的XP系统只有300MB大小,大大节约了硬件成本。3>嵌入式XP系统保留了windowsXP组件中的硬件部分,支持所有能运行windowsXP的主板芯片。设计原则高清卡口系统严格按照公安部颁标准《GAT497-2009公路车辆监测记录系统通用技术条件》规定的技术要求进行设计,同时,在采用高清摄像技术方面又进行了功能和性能上的扩展。1.可拓展性、可兼容性由于用户以后的需求会不断发展,系统建设的数量将随之扩大,在设计上,即要在功能上推陈出新,又要兼容旧的系统,以保护用户的投资,因此我们采用模块化设计,模块间数据传输均采用标准的传输协议,任何一个模块的升级短期内都不会影响到其它模块的正常应用。2.应用性高清卡口系统采用嵌入式工业控制主机,模块化的设计使安装使用非常方便。用户只需简单的接线,并按相应的调试程序进行安装调试就可达到最佳的应用效果。所有实时监控、牌照识别、实时上传等工作,均为完全智能控制,不用单独设置。3.合理性严格以系统工程学及其它先进理论指导设计,使系统的各部分合理配置,有机融合并尽可能的发挥设备潜力和软件功能,最大限度地提高性能价格比。4.先进性充分利用科技进步成果,采用先进设备和软件,使系统具有完备的功能,并且易于升级换代,在保证其先进性的前提下具有较长的生命周期。5.可行性系统设计、选材、选型符合国家和地方政府的法规政策,与用户及上级管理部门的管理制度相适应,与用户在经济能力方面的实际情况相吻合。6.可靠性采取选用高集成设备,采用自动检测、自动报警、自动监控和容错等技术来保证可靠性。7.安全性系统具有防病毒,防误操作特性,有较强的抗干扰、抗静电能力,同时提供数据备份、恢复措施。系统还将提供用户等级权限保护,有效排除人为因素的干扰。设计依据1、《道路交通科技发展"十一五"计划和20XX规划》2、《全国城市实施道路畅通工程总体方案》《建筑电气设计技术规范》〔GBJ163、《建筑物防雷设计规范》〔GB5005720XX版4、《公安部GA/T497-2009《公路车辆监测记录系统通用技术条件》5、《工业企业通用设计规范》〔GBT42-816、《电气装置安装工程施工及验收规范》〔7、《民用闭路监视电视系统工程技术规范》〔GB50198-948、《民用工业建筑电气设计规范》〔GJT16-929、《电视系统视频指标》〔CCTRRECOMMENDATION472-310、《工业企业通讯接地设计规范》11、《安防系统工程验收规范》GA308－20012.9优化设计1、系统优化治安卡口建设的真正挑战,并不在于局部是否能实现卡口功能,而晨大规模应用之下的整体性能和稳定性,系统要求包括:系统结构至少能达到总队、支队、大队联网管理,并且可以扩展形成区域、城市、省际或更大规模的中心管理系统;工程适用性,能满足各种现场环境和施工条件,能够对新系统建设和老系统改造都具有足够的适应性;系统开放性、可扩展性及与第三方系统如110指挥中心等的集成;成本合理,包括建设成本、使用成本、维护成本、更新成本;系统升级,包括对原有系统的升级和将来系统的扩展能力。2、技术优化<1>提高车辆照识别率车辆自动识别的识别率指标的重要性在于,只有达到实用识别技术指标的卡口系统才一能有效实现自动比对报警,否则会出现大量误报。同时,识别率高,系统需要调用图像、人工介入的可能性就小,系统网络的运行负担就小。一个中等城市的卡口系统,如果识别率不够高,选择4位或S位比对正确报警的频率大约是1分钟报警一次,现场值班警员几乎无法用报警信息正常工作。<2>强化图像管理随着卡口数量的增加以及卡口运行时间增长,卡口应用系统和中心联网系统必须能够承受大数据量图像传输、存储、查询的压力。2.10系统安全性设计为了系统长期安全、可靠、稳定运行,系统设计时采取下列安全保护措施:〔1选用工业级控制主机。<2>安装防病毒防火墙,保证系统不受病毒、和其它恶意攻击的破坏。<3>监控应用软件具有防死机自检功能,一旦发现出错自动复位计算机。<4>系统配备电子调压式净化稳压电源,对整个系统集中供电;而工控机、摄像机、车辆检测器等重要设备均采用UPS不间断电源供电,UPS及其电池选用主流品牌产品。<5>通过UPS进行停电自恢复启动,保障系统在恢复供电时保持正常启动。<6>摄像机防护罩选用室外型产品,具有雨刷、加热、风扇等设施。雨刷的开关还经过时间继电器保护,长时间工作时会自动切断电源,经适当延时后再自动打开,防止电机烧毁。<7>加装防雷保护装置由于本系统设备分布的面积较广,且均处于野外,因此为防止受到雷电侵袭,造成设备破坏,本系统必须采用防雷措施。外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等,其主要的功能是为了确保露天高大物体免受直击雷的侵袭,将可能击中露天高大物体的雷电泄放入大地。内部防雷系统是为保护室内设备而设置的。在需要保护设备的前端安装合适的避雷器,使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外,将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地,确保后接设备的安全。本项目工程可列为第二类防雷建筑物,并按第二类防雷建筑物相关标准要求进行防雷设计,防雷的基本思路是重点保护主控设备。由于主控设备受感应雷和雷电波的侵入主要来自两个方面:其一是交流电源线路;其二是各种信号传输线路;因此需要在其电源进线端和信号进线端安装相应的防雷器。室外摄像机的防雷采用在设备安装支架上安装避雷针,并直接利用摄像机的立杆作为避雷针的引下线来实现。<8>设备可靠接地按国标GB50057-94,GB14050-93和工业企业通信接地设计规范的要求把设备接地。一般采用直埋式接地体,有条件的地方将直埋式接地体与地网相联接;不联地网的直埋式接地体施工后如果不符合接地电阻要求,则要采取深埋、改换接地体周围的土壤、甚至灌降阻剂等措施确保接地电阻达到要求。<9>采用T杆或F杆作为设备安装支架,能够抵御12级以上台风袭击和行驶车辆的碰撞。第三章前端抓拍子系统设计〔符元绪张敏3.1软件结构设计前端抓拍软件可分为以下几个模块:图片抓拍模块;串口通信模块、数据传输模块、参数设置模块见图<3.1>。图3-1前端系统软件结构图各个模块的功能如下:图片抓拍模块。主要功能为控制相机抓拍机动车照片并保存在本地硬盘。串口通信模块。主要功能为接收线圈板传输过来的串口信号,从中判断是否有机动车通过,车速及车长数据。数据传输模块。功能为将本地保存的抓拍信息通过以太网传输给后台服务器,兼有监控网络是否畅通。参数设置模块。功能为根据口期和时间变化来实时修改相机的拍摄参数以保证拍摄的照片质量,同时支持实时USB上传和下载。前台抓拍软件的工作流程见图<3.2>.3.2软件实现方式前台抓拍软件最重要功能有两个:1>图片抓拍:抓拍机动车图片。2>串口通信:监控串口实时得到线圈板发来的串口数据。在软件运行过程中会一直使用这两个功能,本软件采用消息映射方式有以下因素1>相机拍摄一张照片平均需要50ms时间,为了使系统达到足够的灵敏性,需要使用消息映射的方式来处理抓拍动作2>使用消息驱动方式完成串口通信的特点是灵活,占用CPU时间少。前台抓拍系统需要长时间工作,对软件要求较高,需要尽量节约系统资源,因此采用消息驱动方式。3-2前端系统工作流程消息定义通过分析软件需求前台抓拍系统定义了如下基本消息:1>抓拍消息WM_CAPTURE2>定时器消息WM_TIMER3>串口接收消息WM_COMMesRXCHAR4>删除照片消息WM_DELETEPIC5>删除所有照片消息WM_DELETEALLPIC各个消息对应的响应函数如下1>OnCapture<intcamIndex>:主要功能为控制相机抓拍照片,传入参数为相机序号,本程序支持多路网络相机。2>voidTimerFunc<intidt>:程序中创建了多路定时器,主要有控制后续抓拍定时器;控制相机数量定时器;重启系统定时器;重设相机参数定时器;修改系统参数定时器。由传入idt值判断使用哪路定时器功能。3>voidOnCom<unsignedcharch>:传入参数为得到的串口数据,通过逻辑比较可以得到此时线圈状态变化。4>voidOnDeletePic<intindex>:本函数主要功能为删除内存中最新的一张照片。5>voidOnDeleteAllPic<intindex>:本函数主要功能为删除内存中所有照片。系统工作线程控制前台抓拍系统主要创建了以下三个线程:1>程序主界面线程<主线程>2>图片合成线程3>图片上传线程各个线程的功能如下:1>本软件开发过程中使用win32工程,在主线程中重写WndProc过程函数以获取系统消息,在函数中添加了上述消息响应函数,通过消息队列的方式来控制前台软件的各个函数的调用以实现软件功能。2>图片合成线程主要功能为对相机拍摄的照片进行合成处理,添加水印,口期,路口点,时间,根据用户的要求对图片做进一步的拼接和裁剪。本线程中关于图片处理主要借助于GDI图像处理库,利用GDI中的各种AP工函数来拼接压缩照片。在软件开发过程中所用到的各个函数都进行了二次封装3>图片上传线程主要功能为与后台服务器建立网络连接。连接超时时间设置为3s,连接中断后自动重连。连接方式选用了TCP方式,因为相比UDP方式,TCP保证接收方能收到信息,更加符合实际需求,经过测试前台的平均发送速度达到1Mb/s,足够满足本系统的需求。线程通信所涉及到的两个基本要素就是同步与互斥,同步是指线程中具有的条件关系,一个线程的运行需要另一个线程的消息,当得不到另一个线程的消息时就处于等待状态,直到消息出现才会开始工作。互斥是指在使用公共系统资源<一般指全局变量>时,同一时间只能允许一个线程访问,而其他有同样需求的线程必须等待,直到资源被释放。互斥也是同步的一种。本前台软件中的线程通信主要有以下两种情况1>多个线程需要访问同一资源而资源不能被破坏。2>一个线程做完某项任务后通知其他线程完成剩下的任务。同步的方式主要有以下几种:事件、信号量、互斥量、临界区。在前台抓拍软件中采用事件的方式进行线程同步。事件<event>是win32线程同步方式中最灵活的一种,事件分为有信号和无信号两种状态。根据状态的变化方式可分为两类事件:1>自动恢复:事件激发并被处理后会自动变回为无信号状态,不需要重新设置。2>手动恢复:事件激发处理后需要程序手动复位,具体函数为SetEvent<>与ResEvent<>.在前台抓拍软件中采用的是手动恢复事件。具体定义了5种事件,分别为软件初始化成功事件,照片抓拍成功事件,照片合成成功事件,照片上传成功事件,软件关闭事件。使用WaitForSingle0bject<>函数判断事件是否成功触发,由此来控制前台软件的运行过程。3.3系统串口通信设计前台抓拍软件与地感应线圈检测板的通信是通过串口完成的,抓拍软件中对应编写了串口通信代码,由于VC++能够直接灵活的操作底层硬件,所以使用VC++进行串口通信编程更加方便。常用的串口通信编程有以下几种方式:1>在工程中添加并使用串口通信控件;2>单线程中创建串口通信类;3>多线程下使用系统提供的AP工函数实现串口通信;以上三种方法中控件方式实现最容易,但是只能在对话框中使用,不够灵活。单线程中创建串口类只适用于结构简单的系统。多线程AP工方式难以做到线程同步。本文综合考虑了以上三种方法,采用了第二种与第三种方法的结合,即封装系统提供的AP工函数创建串口通信类。本软件用到的AP工串口函数包含以下几个1>CreatFile函数,打开指定物理地址或序号的串口2>SetCommState函数,用于初始化串口,包含数据传输速度、数据传输单位、起始位与停止位、校验位。3>CreatEvent函数,用于创建事件以控制同步通信。4>ReadFile函数,读取串口数据5>WriteFile函数、写入串口数据在实现串口通信过程中创建CSerialPort类封装了上面的AP工函数,建立了对应的串口监听线程用于实时接收串口数据,使用事件的方式来实现与其他线程的同步。3.4系统附加功能设计系统设计的一个重要方面就是方便用户使用,好的软件界面简单易操作,各种功能全面,系统健壮度强。本系统设计过程中也从用户角度充分考虑,做到用户友好。由于本软件自动运行在路口工控机内,平时无需人来操作,因此日常的各种操作都设置为自动运行,对界面要求也相对较低。本软件设计了如下功能方便用户使用。1>利用windows注册表设置了软件开机自启动功能以保证系统断电恢复后软件能自动恢复工作。2>使用日志模式来记录软件的运行情况,口志中包含抓拍动作,与后台连接状况等等,方便日常维护。第四章车牌识别软件设计〔符元绪张敏车牌识别是卡口系统的一项重要技术,也是自动识别机动车的一种方法,本车牌识别软件运行在卡口监控系统的前台,与前台抓拍系统在同一工控机中。整个车牌识别系统的工作流程为读取工控机中指定物理地址的图片或图像,通过图像识别引擎进行识别,识别后的结果保存在指定的位置。前台卡口系统控制高清网络相机抓拍车辆图片,由于相机分辨率高,各种拍摄性能比传统的相机更加优秀,抓拍到的图片质量也更好,车牌识别准确率能达到较高的水平。4.1车牌识别软件的关键问题车牌识别软件在编写过程中遇到的关键问题如下:1>车牌定位。车牌定位是识别软件的关键。车牌定位主要是找到车牌在图片中的坐标点。由于我国车牌没有统一的标准,在识别过程中需要建立多个车牌模型,这样不仅降低了车牌识别速度,也提高了车牌识别难度。2>车牌校正。车牌校正主要是将图片中变形的车牌校正为正常车牌。由于现在机动车的款式多种多样,车身上的各种广告标志,排气窗等等会影响车牌校正的准确度,从而降低车牌识别正确率。3>字符分割。在实际拍照过程中得到的照片里有些车牌上有污泥或其他遮挡物,这样的现象影响了车牌识别的正确率。字符分割实现了对车牌上字符的有效分割,对分割后的单个字符图片分开识别,提高识别率。车牌校正车牌校正要是解决图中车牌可能会发生变形的问题。车牌变形一般有三种情况,见下图。车牌变形会影响识别系统的识别率,为了提高系统的识别能力,需要对车牌进行校正,由于倾斜角度的不可知,在校正之前需要通过数学方法得到车牌的边框。目前车牌校正中采用Hough变换方式提取直线,Hough变化方法如下:平面坐标中直线的方程为y=mx+b,转换为极坐标中表示为:r=xcosθ+ysinθ<4.1>其中<r,θ>为原点到直线的垂直向量。本算法的特点就是通过坐标转换的方式得到平面坐标上每个点对应直线的r值,统计所有r值后得到共线点,而<<r,θ>为直线拟合参数。4.1.2字符分割字符分割指的是将车牌图像分割成为相互独立的字符单元然后分开识别的方式,此方法对完整清晰的车牌图像效果较好。当车牌上字符不清晰而且出现断裂或者粘连情况时会出现分割失败,从而导致车牌识别率降低。本识别软件中的字符分割对以上情况作了相应处理手段以保证能够成功分割车牌字符。字符分割的第一步是对车牌图像二值化处理,将RGB图像转换为黑白色图像,然后通过字符分割算法对图像进行分割。字符分割的算法主要包括图像二值化算法和字符分割算法。常用的图像二值化算法有直方图法、最大差法,中值滤波介绍如下:直方图法。主要使用微分直方图来得到闽值。此方法的缺点是只适用于车牌图像和背景图像灰度值有巨大差别时。对于实际拍摄的图片情况复杂,此方法难以适应。改进方式为在对图像做灰度处理时做灰度拉伸方法来提高图像的对比度,使得抓拍照片中的车牌更加清晰。最大差法。在直方图中,通过预设值将像素点分为两组,调整预设值使得当两组的方差达到最大时便可得到闽值。此方法在实际使用过程中会出现结果与人感官判断结果不同。中值滤波。中值滤波采用的是非线性滤波方式,与线性滤波方式不同的是它在降低噪声的时候能够保证图像细节的完整,不会使得图片灰度处理后边缘模糊不清。在滤波前先确定像素窗口W,W为奇数像素,将窗口的灰度值从小到大排序,使用中间位置的灰度值来代替各个原来的灰度值。设图像在点<x,y>处灰度值为f<x,y>,滤波后为g<x,y>则有:g<x,y>=medium<f<x-k,y-1>,k,1εW>〔4.2W为像素窗口。字符分割算法可以分为直接分割法、以识别为基础的分隔法、自适应分割法。前两种方法的缺点是分割点需要预设,第三种特点是通过得到图像分割线来实现,缺点是当车牌字符出现粘连时分割失败。4.2车牌识别软件关键算法车牌定位算法本软件采用的车牌定位算法为基于车牌颜色的边缘检测算法,主要方法为对抓拍到的图像进行隔行扫描,发现符合车牌背景颜色或车牌字符颜色后对此行的上下一定范围逐行扫描,算法的具体流程如下图。车牌校正算法在本软件中使用随机点方式来检测车牌边框直线,具体方法为通过对车牌图片边缘点做随机选取,使用数学公式来判断选取的随机点是否共线,然后逐点检测所有边缘点是否都在同一直线上以此判断边缘点是否正确,具体流程见下图。字符分割算法在分割字符之前首先对图像做二值化处理。本软件对图像做二值化处理所采用的是全局和局部阈值相结合的二值化算法,此方法保留了全局阈值法抗噪能力,同时还具备局部阈值保留图像细节的优点。二值化处理完成之后进行字符分割,本软件采用直接分割的方式,通过投影法做第一次分割,主要是将不粘连的字符分割出来,然后计算分割后的字符宽度,对可能存在的粘连字符做进一步分割,断裂字符<主要是汉字>做合并处理。字符识别算法对车牌字符串完成分割之后下一步为字符识别,本软件采用的是BP神经网络方法完成字符识别,利用局部投影特征和字符局部灰度为神经网络的输入。1>局部投影特征。局部投影特征可分为水平投影和垂直投影,对于某些字符可以直接通过投影特征来区分。例如数字8和字符B,字符U和字符V等等,2>字符局部灰度特征。通过对待检测的字符做固定网格处理,统计每个网格的灰度或者像素点个数,得到了字符的特征向量。4.3车牌识别软件结构设计车牌识别软件运行在前台工控机中,与前台抓拍系统协同工作,通过对前台抓拍系统提供的机动车照片做车牌定位、倾斜校正、字符分割、字符识别处理来获得抓拍图像中的机动车牌照号。本软件工作流程如下:读取工控机硬盘中的图片信息;将图片信息中的车牌定位,提取车牌照片;对可能变形的车牌照片做校正处理;将处理后的照片做灰度调整和字符分割,提取出单个的字符;对单个字符进行识别,识别结果串联成机动车实际车牌号并保存。本软件的具体工作流程如图4.8。车牌识别系统主要包含以下两层结构:数据层,工作层。数据层:数据层包含未识别照片的读取和识别后照片的存储,主要使用window的文件处理函数来实现。工作层:工作层主要实现本软件的车牌定位、车牌校正、字符分割、字符识别四个基本功能,这些功能统一封装在程序内部,对外部操作用户是透明的。4.4车牌识别软件模块设计本软件与的主要功能模块包括:车牌定位、车牌校正、字符分割、字符识别、图像读取、结果保存。第五章后台管理子系统设计〔符元绪张敏王志伟后台管理子系统的硬件环境为一台服务器,装载windows操作系统。本系统在windows环境下使用VC6.0编译器开发而成,软件界面使用了MFC提供的windows标准窗口类。普通应用系统在结构上分为C/S<Client/Server>结构与B/S<Browser/Server>结构。根据实际需要,本后台管理系统采用C/S结构。C/S结构将数据库安装在特定服务器上,用户通过指定的软件访问数据库来查询数据。客户端也即为用户界面通过网络向服务器发送数据请求,服务器接收到请求后将数据发送给客户端,客户端将数据在用户界面上显示给用户。。系统支持多用户同时访问。后台管理系统软件设计分为两部分:后台数据库系统设计,后台用户界面设计。其具体设计方案如下5.1后台数据库系统设计本系统分为数据接收模块,数