基于Ethernet的智能车辆安检系统设计

[摘 要]：本文设计了一种新的基于Ethernet的智能车辆安检系统，给出了系统网络结构、硬件和软件的设计方案，提高了车辆安检的效率和可靠性，具有广阔的应用前景。 1 前言 在海关、机场等安全要求高的场所，如何对出入车辆进行可靠性好、自动化程度高的安全检查成为一个亟需解决的问题。而汽车的底盘由于其隐蔽性高、可携带性好成为很多不法分子藏匿危险物品的首选，因此对汽车底盘的检查成为车辆安检的一个重要部分。 由于科技水平的限制，目前国内普遍采用人工手持安检镜的方法对底盘进行检查，不但效率低，可靠性也与检查人员的主观条件相关而不能得到保证。本文提出了一种基于Ethernet的新型智能车辆安检系统，为解决这一难题提供了可行的方案，大大提高了车辆安全检查的效率和可靠性。 2 系统组成 Ethernet即以太网，因其具有成本相对较低，通信速度不断提高，硬件、软件资源的广泛支持等优点，日前世界上应用最多的网络。Ethernet一般是指基于TCP／IP协议的Ethernet，即Ethernet／IP。 在基于Ethernet的网络系统中，所有连接在以太网分配了唯一地址的工作站都可以同时收到发送到网上的信息帧。每个作站都要确认该信息是不是发送给自己的，一旦确认就将信息转发到高一层的协议层。 在采用CSMA／CD传输介质访问的以太网中，任何一个工作站在任何时刻都可以访问网络。发送数据前，工作站要侦听网络是否堵塞，只有检测到网络空闲时，工作站才能发送数据。当两个工作站发现网络空闲而同时发出数据时，就会发生冲突。此时，两个传送操作都会遭到破坏，工作站必须在一定时间后重发，何时重发由延时算法决定。 当某台电脑要发送信息时，必须遵守以下规则： （1）开始：如果线路空闲，则启动传输，否则转到第4步； （2）发送：如果检测到冲突，继续发送数据直到达到最小报文时间（保证所有其他转发器和终端检测到冲突），再转到第4步； （3）成功传输：向更高层的网络协议报告发送成功，退出传输模式； （4）线路忙：等待，直到线路空闲； （5）线路进入空闲状态：等待一个随机的时间，转到第1步，除非超过最大尝试次数； （6）超过最大尝试传输次数：向更高层的网络协议报告发送失败，退出传输模式； 就像在没有主持人的座谈会中，所有的参加者都通过一个共同的媒介（空气）来相互交谈。每个参加者在讲话前，都礼貌地等待别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他们都停下来，分别随机等待一段时间再开始讲话。这时，如果两个参加者等待的时间不同，冲突就不会出现。 本文提出的智能车辆安检系统就是基于Ethernet网络的，其整体结构图如图1所示。远端的总控服务器和现场的工控机分别构成本系统的服务器端和客户端，二者通过以太网进行连接，通常一个系统由一个服务器相多个客户端组成。任何一个客户端都可以向服务器发送数据，如果传输失败超过一次，将采用退避指数增长时间的方法避免再次发生冲突。 3 硬件构成 硬件分主要由客户端、服务器端和连接二者的Ethernet通信网络组成。其中客户端用于实现车型检测、触发采集、车底成像和车牌识别等功能，车辆经过安检系统后客户端将采集到的车底图像和车牌数据一一对应，通过以太网传送到服务器端，而服务器端则实现数据存储、图像检索等功能。 3.1 车型检测装置 车型检测采用德国产的SICK-LMS221户外型激光测量装置，其设计为户外使用，运行环境温度为-30～+50°C。它装备有内部加热和内部的雾气矫正，其扫描角度达到180°，是国内外比较流行并且广泛应用于高速公路电子警察的车型检测装置。技术参数见表1。 通过激光测距，能在车辆经过检测装置时触发车底成像，并将车型参数回馈到现场的工控机，用一个激光检测装置就能实现触发成像系统采集车底图像和车型检测的功能，提高了系统的集成度。数据接口采用RS-232串口通信，在实时性和准确性上能够完全满足系统的需要。 3.2 车底成像 传统的图像检测系统采用面扫描（Area scan）摄像机对被检对象进行图像的采集及分析，可以用于一般的监控系统中。但是在车底图像扫描系统中车底离地面的高度即被测目标的采集距离（摄像机镜头到车底的距离）很小，最小的距离只有10～15cm，同时汽车是以一定的速度前进的。在拍摄对象距离小而运动速度大的情况下，如果采用传统的面扫描摄像机，则采集速度不能达到快速移动车辆的要求。若车速过快则只能采集到车辆一闪而过的画面，甚至出现画面丢失的情况。同时，被检测车辆的类型不同，目标车辆到摄像机的距离会随之变化，加上目标车体的长度跨度也很大，使得面扫描摄像机在采集速度及其后续处理尤其是图像拼接很难达到车底图像获取的要求。因此我们选择采用加拿大DALSA公司的SPYDER2线扫描（Linescan）摄像机，它具有实时性好、采集频率高、处理速度快等优点，其线扫描技术，在对运动图像的采集上有得天独厚的优势。与之对应的加拿大Matrox公司的图像采集卡，其丰富的函数库可以大大减少软件编写的工作量。车底成像系统的工作原理图如图2所示。 当车辆从装有摄像机的路面经过时，由激光传感器触发线摄像机和光源进行拍摄，同时将图像数据传送至现场的工控机，而工控机上的车底图像扫描系统软件对采集卡采集到的图像数据进行拼接、整合等工作，车辆行驶过后立刻可以得到车底的图像。 3.3网络传输 网络结构如图3所示，客户端由现场工控机和成像装置组成，通过以太网与服务器连接，且可以通过拓展无线通信功能实现超远程数据传输。系统采用的Ethernet网络具有组网方便、软硬件支持广泛、性能可靠、兼容性好等特点，是整个智能车辆安检系统的基础。在以太网不能到达的区域还可以采用无线通信的方式，将以太网上的数据通过GPS网络发送到服务器端。 4 软件设计 系统软件由客户端软件和服务器端软件组成，主要用VC++编程。 客户端软件主要由车底图像采集模块和车牌识别模块组成，其中车牌识别技术在国内交通行业应用广泛、技术较为成熟。图4是其工作流程图，当车辆尚未经过检测系统时，检测装置处于等待状态；当汽车进入检测范围时，传感器触发车底图像采集系统进行拍摄，同时车牌识别模块对车辆的车牌进行识别，牌号码与车底图像整合后，存入数据库，并利用以太网传输到远程服务器存档，利于日后的查询检索。 服务器端软件主要由通信模块、数据库存储和查询模块组成。通信模块用于接收各个客户端通过以太网传输到服务器的数据，设计的数据库可以存储客户端传输来的图像数据，存储时间可根据数据库存储量进行适当调整，在需要调用图像数据时可以根据日期或车牌号码对数据库进行快速检索，实现了车辆安检系统的自动化。 5结论 本系统利用Ethernet网络组网方便，成本相对较低，通信速度高，硬件、软件资源的广泛支持等特点提出了—种新型智能车辆安检系统，解决了国内车辆人工安检效率低、可靠性差这一难题，大大提高了车辆安全检查的效率和可靠性。