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交通违法信息管理系统的设计与实现随着社会的发展，交通违法行为也在悄然增加，为了加强对交通违法行为的管理，交通违法信息管理系统应运而生。
交通违法信息管理系统是一种以实现对交通违法信息的采集、管理、统计、分析、查询、交流和控制为目标的信息化系统。
本文将从系统架构、功能设计和实现方面，来介绍交通违法信息管理系统的设计与实现。
一、系统架构交通违法信息管理系统是一个复杂的信息化系统，其开发需要遵循系统分层设计原则。
整个系统可分为四层：表现层、应用层、业务层和数据层。
表现层：表现层是用户交互和信息展示的界面。
用户可以通过表现层完成对系统的操作，包括输入查询条件、提交违法信息、查看违法记录等。
表现层要求具有良好的交互界面和友好的用户体验, 可以使用网页或客户端进行设计。
应用层：应用层主要负责处理表现层传递过来的请求，并对请求进行处理，完成对数据库的CRUD操作。
应用层的实现可以使用MVC或三层架构。
业务层：业务层是整个系统的核心部分，主要负责业务逻辑的处理。
包括违法信息的采集、管理、统计、分析、查询、交流和控制等。
业务层设计要满足系统的可扩展性和可维护性。
数据层：数据层是系统的底层，主要用于处理数据和数据存储。
包括数据库的设计、数据访问等。
数据层的设计要注意数据的安全性和稳定性。
二、功能设计交通违法信息管理系统主要分为以下几个功能模块：1、用户管理模块：对用户的增删改查，主要包括用户注册、登陆、修改密码等。
该模块需要进行身份验证，确保信息的安全性。
2、违法信息采集模块：该模块对违法信息的采集进行管理，主要包括对驾驶员和车辆的信息采集以及违法时间、地点、违法行为等信息的录入。
3、违法信息管理模块：该模块对违法信息的管理功能进行设计，包括对违法信息的增删改查、批量导入导出、图片上传和售后服务等。
4、违法信息统计模块：该模块对违法信息进行统计分析，并输出统计报表，提供给相关部门进行分析和决策支持。
5、违法信息查询模块：该模块可供公众、警察、交通部门、保险公司等进行信息查询，为管理各类交通违法行为提供便利。
基于数据库技术的车辆违规行为检测系统研究与开发随着城市交通的不断发展和车辆数量的不断增加，车辆违规行为对交通安全和秩序产生了严重的影响。
为了有效地监测和管理车辆的违规行为，基于数据库技术的车辆违规行为检测系统应运而生。
本文将研究和开发这样一个系统。
一、问题描述车辆违规行为检测系统的主要目标是准确识别和记录车辆违规行为，例如闯红灯、逆行、超速等。
系统需要实时监测交通流量，并能够对车辆违规行为进行自动检测和分类。
同时，系统还需要具备数据存储、查询和分析功能，以便进行历史违规行为的统计和分析。
二、系统结构基于数据库技术的车辆违规行为检测系统主要包含以下几个模块：1. 数据采集模块：这个模块负责采集交通场景中的视频数据，并提取出关键的特征，如车辆位置、车速、车牌等。
2. 数据存储模块：采用数据库技术来存储和管理采集到的数据，包括交通场景的视频数据和提取的特征数据。
可以使用关系型数据库或者非关系型数据库，根据实际需求选择。
3. 数据预处理模块：为了提高违规行为检测的准确性，需要对采集到的数据进行预处理，包括背景建模、目标检测和跟踪等。
4. 违规行为检测模块：这个模块负责根据预处理过的数据，通过计算机视觉和机器学习算法来检测和分类车辆的违规行为。
可以使用深度学习算法，如卷积神经网络 (Convolutional Neural Networks, CNN) 来训练模型。
5. 数据管理模块：这个模块负责对检测到的违规行为进行记录和存储，以便后续的数据查询和分析。
需要设计合适的数据结构和索引，以提高数据查询的性能。
6. 数据查询和分析模块：这个模块负责对存储的数据进行查询和分析，例如统计某个时间段内的违规行为数量、分析违规行为的空间分布等。
可以通过编写SQL查询语句或者使用数据分析工具来进行。
三、系统开发在进行系统开发时，需要根据上述模块的需求和功能设计相应的算法和数据结构。
以下是一些关键步骤：1. 数据采集和预处理：选择适当的采集设备，并通过合适的算法进行数据预处理，如背景建模、目标检测和跟踪算法。
交通违章抓拍系统的开发作者：沈森，吴景艳，王士豪，胡超，董海清来源：《科技视界》 2015年第30期沈森吴景艳王士豪胡超董海清（河南科技大学信息工程学院，河南洛阳 471000）【摘要】智能交通逐渐出现在人们的生活当中，文中介绍的基于ARM的交通违章抓拍系统就是智能交通的一种，本文研究了交通违章抓拍系统的硬件检测部分，分析了软件设计流程。
该交通违章抓拍系统具有简单可靠，灵敏度高的的优点。
【关键词】线圈检测；红灯转换；软件设计基金项目：河南省自然科学基金项目(基础与前沿技术研究计划项目)“多小区协作通信系统最优资源分配”（142300410343）。
作者简介：沈森（1968—），47岁，男，硕士，河南科技大学信息工程学院，讲师，主要从事通信器件和子系统的研究与开发工作。
０引言嵌入式系统就是嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
嵌入式系统无处不在，在很多行业中都得到了广泛的应用，并且逐步改变着这些行业，包括工业自动化、国防、运输和航天领域，日常生活中也有很多嵌入式家电产品，如 MP3、手机等。
其中基于ARM的嵌入式系统凭借着其优势，发展迅速，交通违法抓拍系统(又称电子警察系统) 作为违章取证系统对交通行为起到了积极的规范作用。
尤其是在交通法实施的今天，对交通违法行为的有效取证更为重要。
目前交通违法抓拍系统控制设备大多采用工控机，由于其体积大、成本高及对道路恶劣的工作环境适应差，已不能完全满足需求；而嵌入式系统具有体积小、功耗低、可靠性高、剪裁性好、软硬件集成度高等特点，可以解决上述问题。
本文设计提出一种基于ARM 车辆交通违法抓拍系统，并对其关键技术进行了研究和开发。
1 系统构成交通违章抓拍系统主要是有两部分组成，分别是硬件设计和软件设计，检测单元负责检测在红灯信号灯下是否有车辆通过路口以及把抓拍命令发送给控制中心，红灯转换电路负责把红灯信号转换成可以识别的TTL电平，抓拍模块接收命令负责抓拍并对图片进行存储。
车辆抓拍监控系统设计方案概述车辆抓拍监控系统是一种基于视频监控技术的交通安全监控系统，可以对路口、路段等场所进行车辆抓拍监控，实现对违规驾驶等交通违法行为的监控和管理，从而提高交通安全保障水平。
本文将从系统架构、功能模块、技术方案等角度，对车辆抓拍监控系统的设计方案进行详细阐述。
系统架构车辆抓拍监控系统是由前端监控设备、后端数据管理服务器和业务管理平台三个部分组成。
前端监控设备前端监控设备是车辆抓拍监控系统的核心组成部分，包括监控摄像头、图像处理器等设备。
监控摄像头负责对交通场所进行实时视频监控，将采集到的视频信号传送到图像处理器进行图像分割、目标检测、行为分析等处理。
后端数据管理服务器后端数据管理服务器是车辆抓拍监控系统的数据处理和存储中心，负责接收、存储、处理前端监控设备传来的视频数据和实时监控信息，对数据进行分析、处理、统计和管理。
业务管理平台业务管理平台是车辆抓拍监控系统的用户界面，包括Web管理界面和移动端APP。
通过管理平台，用户可以进行实时监控、系统设置、数据查询和报警处理等操作。
功能模块车辆抓拍监控系统的功能模块主要包括视频监控、车辆识别、车道占用检测、违规停车监测、实时报警等。
视频监控车辆抓拍监控系统的核心功能之一是视频监控，通过监控设备对路口、路段等场所进行实时视频监控，对行驶中的车辆进行实时拍摄，提供可视化监控。
车辆识别车辆识别是车辆抓拍监控系统中的另一个重要功能模块。
通过图像处理技术，对视频中的车辆进行识别和分析。
识别率高、速度快，可以自动识别车辆类型和车牌号码信息。
车道占用检测车道占用检测是车辆抓拍监控系统中的一个重要安全保障模块。
当车辆在车道内停留超过规定时间或者车道内车辆数超过规定数量时，系统会自动报警。
通过车道占用监测，可以避免拥堵和车祸的发生。
违规停车监测违规停车监测是车辆抓拍监控系统中的一个重要防范模块，可以实现对违规停车行为的监控和管理，有效提高交通治理效率。
违停抓拍系统方案摘要：随着城市交通流量的增加，违停问题越来越成为一个令人头痛的社会问题。
为了解决这一问题，许多城市引入了违停抓拍系统。
本文将详细介绍违停抓拍系统的工作原理、技术特点以及其在城市管理中的应用。
通过该系统，可以有效减少违停现象的发生，提高城市交通秩序。
一、引言违停行为给城市交通管理带来了很多困扰。
违停车辆不仅占用道路资源，还会引发交通拥堵，妨碍正常交通秩序。
传统的人工执法方式方法效率低下，无法满足城市交通管理的需求。
因此，引入自动化的违停抓拍系统成为一个必要的选择。
二、系统工作原理违停抓拍系统采用视频监控及图像识别技术，通过摄像头实时监测道路情况，当发现违停车辆时，系统会自动进行抓拍，并记录车辆信息及违规时间。
系统会通过图像处理和车牌识别算法对抓拍的图像进行处理，并与车辆数据库中的信息进行比对，以确定违停车辆的身份。
系统还可以将违停车辆信息与交通管理部门的数据库进行关联，以实现自动发放罚单等功能。
三、技术特点1.高精度的图像识别技术：系统采用先进的图像处理和车牌识别算法，能够对车辆图像进行准确的识别，大大提高了违停抓拍的精度。
2.实时监控功能：系统能够实时监控道路情况，及时发现违停车辆，并进行抓拍和记录。
3.多车道同时检测：系统支持多个摄像头同时监测多个车道，提高了抓拍的效率。
4.自动化处理流程：系统可以自动进行图像处理、车牌识别、违停车辆信息记录等流程，减轻了工作人员的负担，提高了工作效率。
5.数据关联功能：系统可以与交通管理部门的数据库进行关联，实现自动发放罚单、关停违停车辆等功能。
四、应用场景违停抓拍系统可以广泛应用于城市交通管理中，以下是一些典型的应用场景：1.道路交通管理：通过违停抓拍系统，交通管理部门可以实时掌握道路上的违停情况，及时采取措施疏导交通，提高道路通行效率。
2.社区管理：违停抓拍系统可以安装在小区或住宅区的入口出口处，及时发现违停车辆，并进行抓拍和记录，保障小区交通秩序。
基于深度学习的违章车辆识别研究第一章前言随着交通运输的日益发达，道路的交通量也在逐年攀升。
然而，随之而来的违章情况也同样呈逐年上升趋势。
与此同时，交通执法部门工作量也不断增加。
传统的交通违章处理流程包括人工巡逻、实地查处和数据录入，耗费人力、物力和时间。
为了更高效、更精准地执法，深度学习被引入到了违章车辆识别领域。
本文将从原理、应用、实验等多个方面对基于深度学习的违章车辆识别研究做出系统性总结。
第二章基于深度学习的违章车辆识别原理传统的违章车辆识别技术主要是基于图像识别和特征提取技术。
然而，这种方法存在着许多固有性的问题。
例如，多种违章车辆造型和颜色种类，以及复杂的道路环境都会影响识别结果。
此外，人们对于道路上交通信号标志和行车证件的要求和限制也会导致无法准确识别。
深度学习则是一种基于自主训练和神经网络的模型，它能够识别和过滤每个图像中的数据，并以全球最优准确率实现准确的分类和预测。
具体而言，深度网络将图像输入到人工神经网络中，执行不断的“前向传递”和“反向传递”操作，以识别每个特征。
与传统的特征提取方法不同，深度学习可以同时识别实用的特征和用户指定的特征，提高了违章车辆识别的准确率和效率。
第三章基于深度学习的违章车辆识别应用深度学习技术已经成为交通违章识别领域的宝贵工具。
该技术可以应用于AI智能监控、智能交通管理和智能设备等领域。
下面将详细介绍应用场景。
3.1 AI智能监控基于深度学习的AI智能监控可以实现对道路上交通状况的实时监测。
一旦发现违规行为，该监控系统会立即报警，并将车辆信息同步上传到数据库中，省去了大量的筛查和录入工作。
此外，监控系统还可以自动为违章车辆拍照、录像，留下有力证据。
3.2 智能交通管理深度学习技术可以用于改善交通安全管理，防止管辖区内发生交通事故。
例如，监控站点的相机可以用于识别超速、逆行、闯红灯等违章行为。
同时，基于深度学习的交通事故侦查技术可以实现对事故现场和车辆的复杂识别，从而提高痕迹的分析精度。
基于C的智能交通监控系统开发智能交通监控系统是利用先进的技术手段对道路交通进行实时监控和管理的系统，旨在提高交通效率、减少交通事故、改善交通环境。
本文将介绍基于C语言开发智能交通监控系统的相关内容。
1. 智能交通监控系统概述智能交通监控系统是一种集成了计算机视觉、图像处理、数据分析等技术的智能化系统，通过摄像头、传感器等设备采集道路信息，实现对车辆、行人等交通参与者的监测和识别，从而实现对交通流量、拥堵情况等的实时监控和分析。
2. C语言在智能交通监控系统中的应用C语言作为一种高效、灵活的编程语言，在智能交通监控系统的开发中具有重要作用。
通过C语言编程，可以实现对硬件设备的底层控制和数据处理，保证系统的稳定性和高效性。
同时，C语言具有良好的跨平台性，适用于不同操作系统下的开发。
3. 智能交通监控系统的功能需求实时视频监控：通过摄像头采集道路信息，实现对车辆、行人等的实时监测。
车辆识别：利用图像处理技术对车辆进行识别和分类。
交通流量统计：统计车辆通过道路的数量和速度，分析道路拥堵情况。
事件检测：检测交通事故、违章行为等异常事件，并及时报警。
数据存储与分析：将采集到的数据进行存储和分析，生成报表和统计图表。
4. 智能交通监控系统的技术实现4.1 硬件设备智能交通监控系统需要配备摄像头、传感器、服务器等硬件设备，用于数据采集、处理和存储。
4.2 软件模块4.2.1 数据采集模块利用C语言编程实现数据采集模块，包括对摄像头、传感器等设备的控制和数据获取。
4.2.2 图像处理模块通过C语言编程实现图像处理算法，包括车辆识别、行人检测等功能。
4.2.3 数据分析模块利用C语言编程实现数据分析算法，对采集到的数据进行统计分析，并生成报表和统计图表。
5. 智能交通监控系统的优势实时性强：可以及时监测道路情况，减少交通拥堵。
自动化程度高：通过算法自动识别车辆、行人等信息。
数据准确性高：通过数据分析模块对采集到的数据进行准确分析。
基于YOLO的车辆行人闯红灯检测系统
周杰;王鸿宇;熊朝松
【期刊名称】《长江信息通信》
【年(卷),期】2022(35)6
【摘要】文章针对现有的交通管理部门闯红灯检测系统进行改进,目的在于弥补传统电子眼系统只能对机动车辆进行闯红灯自动识别的缺陷,探究将深度学习技术应用到交管部门闯红灯抓拍系统的可行性。
首先,面向交通路口复杂的环境,文章运用轻量化的微型计算机Jetson Nano进行车辆和行人闯红灯检测,并向交通管理部门发送相关信息,帮助交警进行查证闯红灯行为。
其次,系统通过多种方式采集数据集,运用快速、灵活的YOLOv5算法进行模型训练。
最后,将模型部署到内置Linux系统的微型计算机上,完成系统检测的核心功能。
【总页数】4页(P28-31)
【作者】周杰;王鸿宇;熊朝松
【作者单位】江西科技师范大学通信与电子学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.基于背景差分和均值漂移的闯红灯车辆视频自动检测系统
2.基于视频分析的行人闯红灯违法行为检测系统
3.基于YOLO_v3的车辆和行人检测方法
4.基于轻量级YOLO的行人和车辆检测
5.基于YOLO的街景影像中行人车辆检测方法
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基于图像处理的道路交通违规行为自动检测系统随着城市交通的日益拥堵和道路交通安全问题的日益突出，开发一种基于图像处理的道路交通违规行为自动检测系统变得尤为重要。
这种系统利用计算机视觉技术和图像处理算法，能够自动监测道路上发生的交通违规行为，并及时生成报警或处罚通知，以提高道路交通的安全性，减少交通事故的发生。
一. 系统设计原理1.1 图像采集与传输基于图像处理的道路交通违规行为自动检测系统首先需要采集道路交通的图像数据。
这可以通过架设监控摄像头或使用移动相机等设备实现。
采集到的图像数据需要传输至图像处理系统进行进一步处理。
1.2 图像预处理在图像进入图像处理系统之前，通常需要进行一些预处理工作以提高图像的质量和准确性。
这些预处理工作包括图像去噪、增强对比度、图像校正等，以确保系统后续处理的准确性和稳定性。
1.3 物体检测与跟踪在图像处理系统中使用物体检测技术，通过检测和跟踪视频中的交通参与者（如车辆、行人等），以获得道路交通的状态。
这可以使用机器学习算法或深度学习网络进行实现，例如使用卷积神经网络（CNN）进行车辆检测。
1.4 违规行为检测系统需要通过图像处理算法来检测交通违规行为，如闯红灯、逆行、超速等。
这可以通过分析车辆的行为、速度、运动轨迹和交通规则来实现。
例如，当车辆经过红灯区域时，系统可以识别并触发报警机制。
1.5 结果分析与输出检测到交通违规行为后，系统将分析检测结果并生成相应的报警或处罚通知。
这可以通过与交通管理部门的数据库进行比对，以识别车辆的所有者和相关的违规信息，并生成相应的处罚通知。
二. 技术挑战与解决方案2.1 复杂环境下的图像处理道路上的光线、天气、车辆稀疏或密集等因素都会对图像处理产生影响，增加图像识别的困难。
解决该问题的方法包括使用高质量的摄像设备、开发鲁棒的图像处理算法、利用多个角度和视角的摄像头来增加图像的可靠性。
2.2 违规行为检测算法不同类型的交通违规行为需要不同的检测算法和模型。
毕业设计论文：基于嵌入式Linux远程监控系统的设计与实现摘要可编程逻辑控制器（PLC）不仅在工业控制中应用越来越广泛，而且在其他领域的应用也逐渐扩大，例如：电力、化工、能源、水利等。
由于它的功能比较强大、使用安全可靠、维护简单方便的优点，在很多地方已经取代了继电器电路的逻辑控制。
在对水中泥沙搅拌的处理过程中，需要速度控制比较稳定，而且能够进行不同速度的操作；在拖动的处理过程中更加要求精确性。
因此，PLC控制电机逐渐被人们运用到搅拌和拖动控制系统中。
本文讲述了基于PLC的电动机控制系统设计和实现过程。
本系统将PLC、变频器、编码器、电动机、搅拌器、传感器有机地结合起来，组成一个简单完整的自动控制系统。
通过台达WPLSoft软件平台编写程序并写入PLC后，控制电动机实现多段速的运行。
在本文中还有一个值得介绍的就是高速计数的实现。
通过高速计数器可以对拖动系统进行精确的控制，并且把计数值存放于固定的寄存器，以方便其他设备完成对系统的操作和监控。
关键词：PLC 电动机高速计数器ABSTRACTProgrammable Logic Controller (PLC), not only in the application of industrial control more and more widely, but in the application of other fields have also gradually expanded, such as: electric power, chemical, energy, water and so on.。
Because of its powerful features, the safety and reliability of use, easy to maintain , it has replaced the circuits logic control in many places. In the sediment of water mixing process,speed controling is more stable, and it can be operated at different speeds; in the processing of dragging,it needs more reliability . Thus, PLC controlling motor is applied to mixing and dragging control system gradully.This article describes design and implementation process of the PLC-based motor controlling system . PLC,Inverter, encoders, motors, mixers and sensors are combined to form a simple, complete automatic control system.Programs are designed and wrote into PLC through the software platform of Delta WPLSoft, then control multi-speed motor operation.In this paper the realization of high-speed counting is described valuablely. High-speed counter can control the dragging systems precisely, and keep the data in the fixed register in order to make other equipments operate and monitor the system convientely.Key words: PLC motor high-speed counter目录第一章绪论 (1)1．1 题目来源及课题意义 (1)1．2 文章概述 (1)1．3 设计思路 (2)第二章电动机篇 (3)2．1 电动机概述及分类 (3)2．2 交流异步电动机 (4)2．3 电动机变频调速 (5)2．4 变频调速的控制原理 (7)第三章编码器篇 (9)3．1 编码器杂谈 (9)3．1．1 编码器的发展史 (9)3．1．2 编码器的分类 (9)3．2 旋转编码器 (10)3．2．1 旋转编码器的工作原理 (10)3．2．2 旋转编码器的分辨率和精度 (11)3．3 台达编码器ES3-02CN6941 (12)第四章PLC篇 (14)4．1 PLC的定义及其功能 (14)4．2 PLC的优缺点 (14)4．3 PLC工作方式 (15)4．4 PLC的工作过程 (15)4．5 台达PLC：DVP32ES00R2 (16)4．5．1 DVP ES 常用指令介绍 (16)4．5．2各种装置的功能 (18)4．6 高速计数的方法 (20)4．6．1 概述 (20)4．6．2 计数模式：递增模式、递减模式 (22)4．6．3 高速计数器指令 (22)第五章综合篇 (25)5．1 总体程序设想 (25)5．1．1 流程图 (25)5．1．2 各个开关设置 (25)5．1．3 系统分析 (25)5．2 梯形图详解 (26)总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)1 系统流程图 (33)2 程序 (34)3 English information (36)第一章绪论1．1 题目来源及课题意义黄河泥沙含量的测试，顾名思意，是专为测试黄河泥沙含量的而设计的。
华中科技大学硕士学位论文基于GNU/Linux交通违章抓拍系统设计与开发姓名：刘飏申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：周纯杰20050511摘要随着微电子智能交通领域的视频监控技术及其设备产品也不断推陈出新数字化小型化和智能化已经成为当前监控产品的主要发展趋势我们提出了一种基于Linux操作系统和x86体系结构的前端软硬件设计实现方案与基于Windows的后端服务器软件方案通过标准并口将现场数据传输入主机根据本系统要求并在厂商提供的图像采集卡的Linux驱动基础上重新编写了该驱动使用Linux多线程技术设计了前端控制软件保证了软件各个子功能模块的互不干扰和各功能块间数据交换的便捷具体实现采用了Socket套接字程序接口编写应用层软件应用软件部分延续传统继续采用Windows操作系统最后针对论文所做的工作进行了总结本文完整的论述了视频交通违章抓拍系统的设计思想与实现方法关键词Linux³µÁ¾¼ì²âϵͳAbstractWith the rapid development in microelectronics, telecommunications, and computer science, new surveillance technology and produ cts are presented quickly and continuously in the ITS (Intelligence Transport Systems) field. Traditional surveillance methods can not meet the increasing requirements of the ITS market any more. In the near future, it is the main trends that the surveillance systems become more digital, miniature, and intelligent. In this paper, we present a new scheme that names imaging snapshot system of traffic violation, which includes some imaging snapshot systems that based on x86-structure and Linux operation system as the front-end and a database server as the back-end. A new vehicle detect system has been designed, which can work more stable than before. For adopting the Linux 2.6.8 and the producer of the imaging card only provides the driver on the Linux 2.4, the driver of imaging card has been needed to code ourselves, which fully utilizes the V4L2(Video for Linux 2) that is a new kernel interfaces for video card. The application software is written in the multi-thread mode in the parts of front-end. Every function block is as a separated child thread, which share a public data buffer. The Linux Operating System can be stored in some small and stable storage devices. Between the front-end and back-end, a communication component is created, which bases on TCP/IP through Ethernet. This component is written by the Socket API, and it can transfers data between the Linux and Windows. The back-end system is coded by C++ on the Windows, which use the Oracle 9i as the data base server.A summary is given at the end of the thesis, and problems to be further improved or continuously researched are discussed.The system structure and design method of Video Snapshot System of Traffic Violation is discussed in this thesis, and implementation is given. It can be a good reference in the research of the similar field.Key words: ITS Imaging Snapshot System of Traffic Violation独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果除文中已标明引用的内容外对本文的研究做出贡献的个人和集体本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担刘飏日期使用学位论文的规定学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本论文属于不保密请在以上方框内打学位论文作者签名周纯杰日期2005年5月11日1 绪论1.1 智能交通与违章抓拍系统的国内外发展现状1.1.1 ITS发展的时代背景近年来交通事故频发无论是发达国家还是发展中国家都承受着不断恶化的交通的困扰但是城市人均居住面积日益减少同时单独从道路或车辆的角度来考虑在这种背景下这就是智能交通系统(Intelligence Transport SystemsITS在早期曾被称为智能车辆道路系统(Intelligent Vehicle-Highway Systems)是目前世界各国交通运输领域竞相研究和开发的热点电子通讯技术计算机技术以及网络技术等有效地而建立起的一种在大范围内实时高效的交通运输综合管理和控制系统通过系统集成将道路加强了三者之间的联系驾驶员可以实时了解道路交通以及车辆的状况同时驾驶员和道路实时信息的采集来提高其管理效率ITS带来的这场1. 汽车发展社会化事故增多难以实现可持续交通运输的发展目标工业化国家在工业化这一问题同样在发展中国家存在20世纪中后期将人类带人了信息化社会ITS是以信息技术为先导工业化国家和民营企业纷纷投人到这一新兴产业ITS是以现代信息技术为基础其最终目的是建立便捷准时国外专家学者的研究从五方面概括ITS的技术经济优势减少阻塞减少交通运输对环境的影响4. 提高交通运输生产率和经济效益影响开发和普及并创造出新的市场[2][3]ÈÕÒæÑÏÖصĽ»Í¨ÎÊÌâÓëÈËÀàÉç»á¿É³ÖÐø·¢Õ¹Ö®¼äµÄì¶Ü´ÙʹÒÔÅ·ÖÞתÒƵ½Óøßм¼ÊõÀ´¸ÄÔìÏÖÓеÀ·ÔËÊäÌåϵ¼°Æä¹ÜÀí·½Ê½ITS在这些国家的发展比较典型这些工业化国家的ITS开发工作进展迅速周期越来越短各国ITS产品种类繁多把先进的检测遥感和计算机技术综合应用于交通运输系统3. 规模空前规模巨大ITS在国外得到迅猛发展的同时也存在很多问题1. ITS正从初创期向发展期过渡2. 目前ITS仍以信息技术为主理论研究仍不完善应用面较窄即使如此ITS仍不失为新世纪交通运输发展的必由之路目前的研究和应用尚处于起步阶段当前完善ITS框架研究和标准规范等基础工作并作为未来交通建设与发展的优先领域给予重点支持但存在的问题也很多1. 研发力量小产业化水平低也难以适应市场需求缺乏立足本国国情开发的有特色的产品管理系统各个运作实体与行业内外的信息交换缺乏有机的纵横向联系铁路等基础设施建设速度最快的国家运输效率低下未来十年因此以实现交通运输的可持续发展目标在我国的综合交通体系发展规划中指出以市场经济为导向建立客运快速化和货运物流化的智能型综合交通运输体系智能型综合交通运输体系也即我们常提到的ITSÊý¾ÝͨÐÅ´«Êä¼¼Êõ¼ÆËã»ú´¦Àí¼¼ÊõµÈÓ¦ÓÃÓÚ½»Í¨ÔËÊä近年以来机动车的年增长率却在10%以上同时必然带动道路附近经济的发展从而导致更高的车辆增长率为了解决这一系列的问题但更重要的是要充分合理科学地使用现有的道路交通设施发挥它们最大的作用采用ITS是根本的措施之一实行ITS可以使道路的通行能力提高二至三倍可以说在ITS体系框架中大到交通理论的研究小到一条交通控制措施的推出只有在掌握大量的交通数据的前提下因此准确的采集和分析近年来交通流信息采集系统也飞速发展在选择采集方式时应从其性能使用寿命发展方向和系统兼容等方面进行综合考虑成本合理的前提下1.1.3 交通违章抓拍系统国内发展现状在ITS中很重要的一个关键系统就是交通违章抓拍系统我国交通违章抓拍技术的研发工作起步较晚就推出了低成本和低技术含量的简单硬件或软件式违章检测器稳定性较差据某市交管局透露一周内能传送一次以上违章图像的路口不到30%ÕâÑùµÄºó¹ûÊÇÑÏÖصÄÓû§µÄ´óÁ¿Í¶ÈëºÍÐÄѪûÓлر¨¼ÝʻԱ¶à´ÎÎ¥ÕÂȴûÓÐÊܵ½´¦·£Í¶Èë¾Þ×ʽ¨Á¢µÄϵͳÐÎͬÐéÉè1.2 课题研究的目的和意义目前交通违章信息采集和图像处理技术为目标同时售价不菲由于视频检测技术本身发展程度的局限性所以另一方面又没有适合的产品在进行随机的交通调查时如果应用现有的视频检测系统操作复杂同时价格昂贵所以其次这种操作对于用户尤其是非专业用户而言将引入新的误差大多产品的处理算法用硬件实现但是鉴于以上原因就是旨在探索用最小的系统规模实现交通流信息采集的可能性视频采集和预处理设备+应用软件将不需要进行视场的复杂标定数字图像的处理用软件实现在更多的应用场合灵活高效的优势同时1.3 本文主要内容本文是作者在硕士研究生期间开发的数码相机交通违章抓拍系统基础上的通过安装在道路旁边或者中间隔离带的支架上的摄像机和图像采集设备将实时的视频信息采集然后通过网络将所得到的交通信息实时地传输给控制中心本章介绍智能交通领域视频抓拍系统的一般结构和发展概况第二章给出了视频交通违章抓拍系统整体软硬件框架与功能设计在此基础上提出了本文的实现方案通信以图像采集卡的驱动为例第五章讨论了Linux环境下视频交通违章抓拍控制软件的前端设计对前端软件系统的整体结构和各个模块的具体实现做了较为详细的探讨介绍了TCP/IP协议和Socket编程接口的使用方法具体说明客户-服务器通讯软件的编写过程第七章针对已实现的系统不足提出下一步改进的方案2 视频交通违章抓拍系统的体系结构2.1 整体系统结构目前国内普遍采用的视频交通违章抓拍系统大都采用工业控制计算机加图像采集卡加数码摄像机并将模拟的视频信号传送至采集卡整体系统示意图如下传输介质CCͨ¹ýÍøÂç´«Êäµ½¿ØÖÆÖÐÐÄÕûÌåϵͳ×ÜÌåÉÏ¿ÉÒÔ·Ö³ÉÁ½²¿·ÖλÓÚ½»Í¨Â·¿ÚλÓÚ¿ØÖÆÖÐÐÄÇ°¶Ë¸ºÔðÊÓƵÐÅÏ¢µÄ²É¼¯Í¬Ê±Ç°¶Ë¿ÉÒÔÔËÐÐÓÚ¹¤¿Ø»ú»òµ¥°å»úǶÈëʽL inux 系统上处理与显示在本系统中使用人员考虑到当前大部分操作使用人员都习惯于Windows操作系统目前国内比较多的视频交通违章抓拍系统都是采用这种方案前端由三部分组成图像处理设备和安装有处理软件工控机2.2 系统硬件设计方案硬件设计总体框图如下2.2.1 前端硬件设计采用工业级数码摄像机等可以记录和输出连续视频图像的设备采集视频信号PAL¿ÉÒÔ½«Í¼ÏñʵʱË͵½Í¼Ïñ´¦Àí¼ÆËã»úµÄÆÁÄ»½øÐÐÏÔʾͼÏñ²É¼¯¿¨Ñ¡Óñ±¾©´óºãͼÏñ¹«Ë¾µÄQP300Ö§³ÖPAL²É¼¯ËÙÂÊÔÚNSTC 制式下每路可以达到30帧/秒作为现场图像采集的计算机又能至少控制两块该类图像采集卡从浮点运算性能与兼容性考虑选择Intel系列的主板芯片与CPUÖ÷ƵΪ2G以上2.2.2 传输介质与后端服务器选择传输介质使用以太网一般为工业级ＰＣ服务器建议使用硬盘ＲＡＩＤ阵列安装有１００Ｍ以太网卡装Ｏｒａｃｌｅ ９ｉ客户端与服务器端软件负责接收现场数据 2.3 软件设计概要2.3.1 软件功能描述表2-1 软件功能模块概述功能 描述备注 视频采集播放视频图像采集参数设置能对采集方式的重要参数进行设置 用户手动设置图像处理功能图像处理与压缩能有效的去除图像中的嗓声采用JPEG 压缩模式网络通讯客户端模块能够实现网络通信车数等交通信息后端软件功能模块网络通讯服务器端能够实现网络通信采用前后端模块化设计每个子线程完成独立的功能使用Linux2.6.8的内核gcc3.0为编译器后端应用软件在Windows操作系统采用Borland公司的C++builder为开发环境3 前端系统现场信息检测部分3.1 引言交通违章抓拍系统是在某行车道禁止通行的情况下此时该车构成交通违章将车辆违章的完整过程记录下来的系统一个检测系统是采集交通指挥灯信号另一个检测系统是检测车辆位置信号也可有多盏指挥灯共同决定后一种情况称为组合灯组而一般工控机并口或I/O板输入是标准的5V TTL电平交通指挥灯信号检测部分采用一个光隔隔离内外电路 图3-1 交通指挥灯信号检测电路从交通指挥灯信号机输入至检测板的是220V/50Hz的交流电得到大约200V的直流信号接着使用100uF的电容平波加到4N25光隔输入端为了适应一般路口可能出现的多种交通指挥灯组合情况包含4组同样的该电路3.3 车辆检测系统3.3.1 车辆检测系统概述车辆检测系统是公路交通管理与控制系统的主要组成部分之一,是视频交通违章抓拍信息的重要现场采集设备车辆速度检测系统检测到的数据,通过通信系统传送到本地控制器或是直接上传至监控中心计算机,作为监控中心分析发出信息和提出控制方案的主要依据当前用于交通违章抓拍系统的车辆检测系统的技术手段也有很多激光/红外线检测压电薄膜感应检测系统他们的原理和主要特点有 [71. 环形线圈检测系统目前国内外使用最广泛的车辆检测系统,它由3部分组成:埋设在路面下的环形线圈传感器数据处理单元和通信接口)及馈线检测单元由环形线圈与馈线线路组成一个调谐电路当电流通过环形线圈时,在其周围形成一个电磁场,当车辆行至线圈上方时,在金属车体中感应出涡流电流,涡流电流又产生与环路相藕合因而引起电路谐振频率的上升(2) 特点检测精度较高施工和安装过程中会干扰交通线圈易损坏等缺点统反射式检测系统探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成由调制脉冲发生器产生调制脉冲,经红外探头向道路上辐射,当有车辆通过时,红外线脉冲从车体反射回来,被探头的接收管接收,经红外解调器解调,再通过选通整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号这种检测器具有快速准确其缺点是工作现场的灰尘最后的成品设备较复杂3. 超声波检测器是一种在公路上应用较多的检测器,它是利用反射回波原理制成的(1) 检测原理由于探头与地面的距离是一定的,所以探头发出超声波并接收反射波的时间也是固定的若超声波探头距地面高度为H,车辆高度为h,波速为v,发自探头的超声波脉冲的反射波从路面和车辆返回的时间分别为t和t t=2H/v=2(H-h)/v与车辆高度h相对应超声波检测器既可以检测车辆的存在和通过检测出车的数量和车的时间占有率９ｍ３条车道１．６ｍ的车辆也可以安装在路侧(2) 特点这与路面埋设式检测器(如环形线圈)相比有许多优点也不受路面变形的影响可移动不足之处是其检测范围呈锥形车高变化的影响特别是车流严重拥挤的情况下尤其是大风探头下方通过的人或物也会产生反射波从架设路面埋设式检测器都不如超声波检测器4. 地磁检测系统是属于磁频车辆检测系统(1) 检测原理里面填满非导电的防水材料在路上垂直于交通流的方向开一个0.2°Ñ´Å°ôÂñÔÚ·ÃæÏÂͨ¹ýÏßȦµÄ´ÅͨÁ¿·¢Éú±ä»¯Õâ¸öµç¶¯Êƾ-¹ý·Å´óÆ÷·Å´óºóÈ¥Íƶ¯¼ÌµçÆ÷(2) 特点:这种检测系统只能检测以相当车速通过的车辆不适用于需要检测车辆存在的地方不易损坏缺点是对慢速车辆不能检测且材料容易老化5. 压电薄膜感应检测系统一种新型的车辆检测手段由于压电薄膜具有压电效应传感器检测压过传感器的轮胎输出信号的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同传感器就会产生一个电脉冲信号不能检测停止在传感器上的车辆速度范围从0.6公里/小时至200公里/小时可检测从自行车到重型货车相对相邻车道１只需开一条槽6. 视频检测系统基于视频图像处理的交通检测技术是近年来逐步发展起来的一种新型的车辆检测方法可一次检测多参数和检测较大范围的特点预计将有很好的应用前景视频交通检测系统通常由摄像机摄像机对道路的一定区域范围摄像处理机对图像信号进行模数转换再由微处理器处理图像背景判别车型图像处理机还可以根据需要给监控系统的主控机控制中心可根据这些信号确定控制方式在图像处理系统中图像处理程序必须考虑到对多种干扰因素补偿阴影等由于图像处理方法是在摄像机摄取的图像的基础上实现识别和检测的无线检测的能力排队规模以及常规检测器很难测到的停车次数和车辆尺寸等重要交通参数不须破坏路面在很多场合可以代替现有的环形线圈检测器但目前的问题是图像处理的实时性较差硬件的限制随着图像信号处理技术的进步和微电子技术的发展3.3.2 环形线圈感应检测系统系统选用当前车辆检测领域使用率最高的环形线圈车辆感应检测系统检测范围较大成本较低常用的是3m每车道埋设一个2%4%6%½èÖúÓÚÔ¤¶¨µÄƽ¾ùÓÐЧ³¤¶È¼´¿É¹À¼Æ³öÃܶÈÓëƽ¾ùËÙ¶ÈΪÁ˽Ï׼ȷµØÖ±½Ó²âÁ¿Ëٶȼä¾àÔ¼3mËٶȲâÁ¿Öµ¿É¾«È·µ½但检测器投资及施工费用较高环形线圈检测器可测参数较多使用的适应性较大,安装不太复杂,所以在国内外得到广泛的应用裂缝另外环境的变化和环形线圈的正常老化对检测器的工作性有较大的影响,可使检测器材谐振回路失谐而不能判断车辆存在产生的频率变化具体电路中环形线圈与馈线线路共同组成一个LC调谐电路环形线圈是此电路的电感元件当电流通过环形线圈时,在其周围形成一个电磁场,当车辆行至线圈上方时,在金属车体中感应出涡流电流,涡流电流又产生与环路相藕合因而引起电路谐振频率的上升就可检测出是否有车辆通过一部分是震荡脉冲产生电路震荡脉冲产生电路电路图如图3-2所示经放大后单片机通过74LS138分时控制每路震荡信号输出至计数电路谐振电路频率将发生变化计数原理图如图３－３所示当输入计数电路计满64个震荡脉冲信号后触发单片机外部中断基准时基电路产生50ns的方波脉冲每次产生外部中断后作为本次线圈震荡频率确定是否有车经过线圈最后输出至I/O口控制每路震荡脉冲信号的采集与输出在算法中加入了对元器件温漂自适应而采用每过一段时间重新确定一次周期基准值图3-3 计数原理图4 前端控制系统的Linux图像采集卡驱动程序开发4.1 引言Linux 是一种在网络上产生的操作系统Linux属于类UNIX操作系统是一个真正支持多用户多线程它支持为数众多的硬件平台遵循公共版权许可证(GPL)±ÈÈçLinux系统上用于实现POSIX.2标准的工具几乎都是GNU项目开发的Linux带有UNIX用户熟悉的完善的开发工具Linux还提供了强大的网络功能其强大的语言编译器gcc核心Linux操作系统本身的微内核体系结构相当简单驱动程序和其它部件可在运行时作为可加载模块编译到或者是添加到内核而在典型情况下该系统需结合定制的驱动程序和应用程序以提供附加功能[9,10,11]½«¾ßÌåÉæ¼°µ½Linux内核中的进程管理中断的处理等方面下面将分别介绍相关各个部分标志的定义进程可以看作执行中的计算机程序在处理执行机器代码时不断改变每一个进程都运行在自己的虚拟地址空间安全的核心管理机制外无法影响其他的进程在Linux内核中有一个Task向量表每个进程用一个task_struct的数据结构来表示其中状态域描述了进程当前所处的状态进程在某一时刻只能处在其中的一种状态进程在执行了相应的进程调度操作后下面是进程可能的状态TASK_RUNNING进程要么在CPU上执行l 可中断的等待状态直到一些条件变为真值产生一个硬件中断或传递一个信号即让进程的状态回到TASK_RUNNINGTASK_UNINTERRUPTIBLE与上一个状态类似l 暂停状态当进程收到SIGSTOP SIGTTIN等信号后l 僵死状态但并没有被删除时的状态文件等资源因为父进程可能还会用到它当一个正占有CPU资源的进程如果申请其他资源失败而阻塞时并将CPU资源交给其他可运行进程4.2.2 Linux进程的调用Linux的调度基于分时技术使多个进程能运行Run Queue该队列中的进程都处于TASK_RUNNING状态进程的调度算法采用的变形的轮转法由时钟中断引起新一轮的调度系统从Run Queue队列中选出优先级最高的进程并运行它直到它又重新运行各个进程是不能互相争夺成为当前进程的只能在进行进程切换时同时以提高CPU的利用效率[14]½ø³ÌµÄÔËÐзÖΪÁ½ÖÖ״̬ËùÓеÄÓû§½ø³Ì¶¼ÔËÐÐÓÚÓû§Ì¬Óû§×´Ì¬ÏµĽø³ÌȨÏޱȺËÐÄ̬Ͻø³ÌȨÏÞµÍÁ˺ܶàËü¶¼´ÓÓû§Ì¬Çл»µ½ºËÐÄ̬Æä·½·¨ÊÇÀûÓÃÁËLinux的内核陷阱此时内核会产生一个异常完成了用户态到系统态的切换要实现这逆向的转移其做法是在用户态进程的核心栈压入用户态的SS EFLAGS EIPÖ®ºóͨ¹ýiret返回用户态普通进程和实时进程如果运行队列中存在多个实时进程时RR FIFO在轮转调度策略下而在先进先出策略下这个顺序不会改变调度程序才开始运行普通进程从某种程度上讲是由他的调度优先级决定的priority jiffies用户可以通过下列的系统调用改变一个进程的优先级sched_getscheduler获得一个进程的调度策略sched_setscheduler设置一个进程的调度策略sched_getparam获得一个进程的调度优先级sched_setparam设置一个进程的调度优先级sched_yield没有阻塞的自愿放弃处理器对进程进行调度主要在如下两种时刻内核检查他的动态优先级是否大于当前正在运行进程的优先级currentµÄÖ´Ðб»ÖжÏͨ³£ÊǸոձäΪ¿ÉÔËÐеĽø³ÌÁíÍâ´ËʱÉèÖõ±Ç°½ø³ÌµÄneed_resched域而被其他进程抢占了的进程并没有被挂起在run queue队列中等待下一次的调度[15]ÐèÒª¶Ô½ø³ÌµÄ״̬½øÐжà´ÎµÄ¸Ä±äÀýÈç¾ÍÐèÒª×èÈûcurrent进程1. 把current进程插入到合适的等待队列中３． 调用进程调度程序如果不把current进程从等待队列中删除以上的current进程转换就设计一些用于修改进程状态的函数sleep_on该函数将拥有CPU资源并将进程加入到等待队列interruptible_sleep_on该函数将进程从TASK_RUNNING状态切换到TASK_INTERRUPTIBLE状态实现运行态到可中断态的转换等待队列并将他们都加入到Run QueueÖÐÈ¥¼´»½ÐÑÁËËùÓеĵȴý¶ÓÁÐÉϵĽø³Ì并将他们放到运行队列中去Run Queue¶ø¶ÔÓÚTASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程每一类对应一个特定的事件提出了等待队列的概念如进程同步及定时等希望等待特定事件的进程把自己放进合适的等待队列当某一条件为真时一个wait_queue类型的定义如下等待队列指针或者指向链表中第一个元素的地址在Linux的2.4内核版本中DECLARE_WAITQUE() 声明一个等待队列remove_wait_queue() 在等待队列中删除一个进程等待队列的具体操作和进程状态的改变有非常紧密地联系4.2.4 Linux进程间通讯方式分析关于进程间的通信一般情况下而在进程拥有共同的祖先的情况下而常用的进程通讯方式主要有消息都保存在内核中队列中的消息能够以一定的顺序进行检索所有的队列操作函数都在<sys/msg.h>中声明[14]½ø³ÌµÄÄÚ´æ¿éÐèÒª±»ÆäËü½ø³Ìä¯ÀÀ»òÓÉ´´½¨ËüµÄ½ø³ÌÊÚÓè·ÃÎÊÄÚ´æ¿éµÄȨÏÞ¹²ÏíÄÚ´æ±»Ó³É䵽ʹÓÃËüµÄÿ¸ö½ø³ÌµÄµØÖ·¿Õ¼äËü¿´ÆðÀ´ÏñÁíÒ»¸öÔÚ½ø³ÌÄÚÉùÃ÷µÄ±äÁ¿ËùÓеĽø³Ì¶¼Á¢¼´ÖªµÀдÈëµÄÄÚÈÝÒò´Ë¹²ÏíÄÚ´æÄܱ£Ö¤½ø³Ì¼äͨÐŵÄʵʱÐÔ³ÌÐòÖеÄËùÓк¯Êý¶¼¿ÉÒÔʹÓÃÈ«¾Ö±äÁ¿µÄÖµ¹²ÏíÄÚ´æ¿é¿ÉÒÔ±»ÕýÔÚÖ´ÐеÄËùÓнø³Ì·ÃÎÊÄÚ´æ¿éÒ²¿ÉÄܱ»Ó³Éäµ½Ìض¨µÄÎïÀíÄÚ´æÒ³½ø³Ì¿ÉÄܹ²ÏíÒ»¸öÂß¼-µØÖ·３． 管道 管道是一种数据结构它形成了两个进程问的一种通信渠道那么进程A向管道B入数据进程B必须读取管道也经常用于网络编程中４． 信号灯 信号灯控制对共享资源的访问从一定的角度来说但区别在于信号灯可以用于文件以外的更多资源比如文件时如果信号灯的值为0½ø³Ì×èÈûÖ±ÖÁÄܹ»Ê¹ÓøÃ×ÊԴΪֹ一般信号灯不作为独立使用的进程间通讯工具4.2.5 Linux 线程使用分析线程技术早在60年代就被提出是在80年代中期传统的UNIX也支持线程的概念processÕâÑù¶àÏ߳̾ÍÒâζ×ŶàÏ̶߳àÏ̼߳¼ÊõÒѾ-±»Ðí¶à²Ù×÷ϵͳËùÖ§³Ö当然使用多线程的理由之一是和进程相比节俭多线程编程模型具有以下优点2. 在等待慢速外设I/O操作结束的同时为并发等待提供又有效3. 一种模块化的编程模型在Linux系统下建立众多的数据表来维护它的代码段这是一中的多任务工作方式他们彼此之间使用的相同的地址空间启动一个线程所花费的空间也远远小于一个进程所花费的空间线程简彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间总的来。
