車輛識別系統(tǒng)研究

 ——車輛識別系統(tǒng)研究——

                  
                  一、前言
                   隨著市場經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，在人們已經(jīng)接受了對某些道路、橋梁征收通行費這一事實后，傳統(tǒng)收費方法的缺點(
                  如效率低下、漏洞大等)就顯得越來越突出。
                  實現(xiàn)車輛收費管理的自動化，解決路橋擁擠的狀況，建立有效、可靠的車輛自動收費管理系統(tǒng)已成為交通管理的新課題。我國現(xiàn)行的路橋收費方式有：

                  1.人工判別車型，人工收費。這種早期的收費方式?jīng)]有監(jiān)督，漏洞
                    大，而且平均收費時間在10～15秒左右，車輛通行速率受到很大
                    限制；

                  2.儀器判別車型，人工收費，計算機管理。這種收費方式的關鍵取
                    決于儀器判別車型的準確性，對免費車輛(如軍車、警車等)經(jīng)過
                    時系統(tǒng)無法識別。另外，計算機管理程度不高，效率低下； 
                   3.磁卡或IC卡自動收費。這種收費方式只要讀卡器質量穩(wěn)定可靠，則是目前一種較好的收費方式。其
                    缺點是無法核對車、卡是否一致，卡的物理損傷現(xiàn)象嚴重；

                  4.非接觸IC卡(感應卡)收費。該收費方式利用電磁感應原理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)非接觸傳輸，可大大提高卡的
                    使用壽命，是一種較理想的收費方式。但還不是真正的不停車自動收費，且傳輸距離一般在10cm～
                    50cm左右，范圍小。

                  上述幾種收費方式，存在的問題有：收費沒有監(jiān)督、漏洞大；收費時間長，車輛通行速度無法提高；車、卡不一致；某些車輛非法逃票等。為了克服這些問題，以滿足市場發(fā)展的需求，業(yè)內(nèi)商家開發(fā)出了一種不停車電子收費系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用無線射頻技術，實現(xiàn)移動車輛與收費站間的數(shù)據(jù)傳輸，從而完成整個收費過程。

                  
                  
                  
                  二、不停車自動收費系統(tǒng)概述
                  
                  所謂不停車自動收費，就是指車輛通過收費站時，能自動地完成移動車輛與收費站之間所有信息的傳遞，完成車輛的收費、登記及建檔的過程。信息的傳遞是在車輛不停車的情況下實現(xiàn)的。傳遞的信息包括車輛號碼、車型類別、車輛顏色、車牌顏色、銀行帳號、單位名稱及用戶姓名。因此，不停車自動收費系統(tǒng)應具有車輛自動識別功能和自動收費、登記、建檔功能。

                  為實現(xiàn)全國或某地區(qū)的自動收費，可采用兩種付款方式，即預付方式和后付方式。但無論是哪一種付款方式，都必須通過銀行定期或不定期結算。

                  
                  三、自動車輛識別AVI技術
                   1.自動車輛識別原理及組成
                    自動車輛識別是實現(xiàn)不停車自動收費的核心技術。所謂自動車輛識別是當車輛通過特殊點( 如收費
                    站)時，不需駕駛員和收費者采取任何措施，就能精確、快速地識別車輛身份的一種技術。 它一般
                    可由三個功能部分組成：

                    其識別車輛的過程如下：當車輛通過收費站收發(fā)信機時，車載收發(fā)信機被觸發(fā)，發(fā)射出能唯一表明
                    通過車輛身份的代碼信息( 如車牌號碼、車型類別、車輛顏色、車牌顏色、銀行帳號、單位名稱及
                    用戶姓名等 )，收費站收發(fā)信機接收信號后，經(jīng)處理傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)管理及存檔，以
                    備查詢。

                  2.自動車輛識別AVI技術
                    根據(jù)自動車輛識別原理，可用于車輛自動識別的技術有：
                    ·圖像處理AVI系統(tǒng)
                      圖像處理AVI系統(tǒng)由視頻攝像機(CCD)、圖像采集設備及計算機處理系統(tǒng)組成。由CCD攝取圖像，經(jīng)
                      A/D采樣轉換后，再輸給計算機系統(tǒng)進行圖像的預處理及識別，識別的內(nèi)容一般包括車牌號碼、車
                      型類別及車輛顏色等。其缺點是可靠性差，受環(huán)境干擾大，數(shù)據(jù)傳輸率不高。

                    ·光學和紅外AVI系統(tǒng)
                      該系統(tǒng)利用裝在車輛外面的一個類似于條形碼的代碼標簽作為車輛識別的唯一標志。 該代碼標簽
                      由一系列寬度或顏色變化的線條組成， 當車輛經(jīng)過收費站時，數(shù)量和顏色變化的光被反射到接收
                      單元上，這些反射光的形式被自動分析后，表明車輛身份的代碼信息被抽取出來。其缺點同前。

                    ·電感耦合AVI系統(tǒng)
                      該系統(tǒng)利用電感耦合來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。收費單元采用傳統(tǒng)的線圈作為天線， 用于傳送信號給車輛
                      或從車輛傳送信號給收費單元。 車輛收發(fā)兩用機使用簡單的線圈或鐵氧體線圈為天線，天線大小
                      與通訊波長有關。該系統(tǒng)可靠性好，環(huán)境適應性強，但數(shù)據(jù)傳輸速率較低。

                    ·射頻AVI系統(tǒng)
                      該系統(tǒng)利用無線射頻技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸。其優(yōu)點就是使用高頻載波時，可實現(xiàn)比電感耦合AVI
                      系統(tǒng)高得多的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外， 由于天線的大小與使用載波波長有關，因此，系統(tǒng)的收發(fā)信
                      機可以做得很小，性能可靠。

                  
                  四、射頻AVI系統(tǒng)實例
                   1.系統(tǒng)組成及原理
                    自行開發(fā)的無線車輛自動識別系統(tǒng)，由收費站和車輛收發(fā)信機、通信接口及計算機管理系統(tǒng)組成。
                    具體包括MC2833、MC3363、MC145162、MC68HC05、EEPROM和計算機管理系統(tǒng)等。

                    MC2833是一片單片調(diào)頻發(fā)射集成芯片， 由話筒放大器、可變電抗器、射頻振蕩器、輸出緩沖器、兩
                    個輔助晶體管構成。系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)字信號采用FSK調(diào)制方式，經(jīng)調(diào)制、內(nèi)部兩級晶體管的放大，送往
                    雙工器，經(jīng)天線發(fā)射出去。發(fā)射功率可達+10dBm。

                    MC3363是一片單片調(diào)頻接收集成芯片， 它由低噪聲高頻放大器、兩個混頻和振蕩器、中頻限幅放大
                    器、頻率解調(diào)器、音頻前置放大器、幅寬比較器等幾部分構成。 經(jīng)它解調(diào)的數(shù)字信號經(jīng)18腳送往微
                    處理器的中斷腳。為了提高通信質量，可利用MC3363的12、13、15、19腳組成一靜噪電路。

                    集成鎖相環(huán)MC145162是用來提供高精度的本機振蕩頻率和發(fā)射載波頻率。它是通用可編程序的雙PLL
                    芯片。

                    微處理器采用MC68HC05系列，采用HCMOS技術制造，執(zhí)行速度快，并有多種型號可供不同的設計目的
                    選用。設計中使用MC68HC05R3，用INT口接收MC3363的數(shù)字信號， 用PB6口輸出要發(fā)射的數(shù)據(jù)代碼，
                    用一般的I/O口，通過軟件編程與EEPROM和計算機系統(tǒng)組成串行通信接口。

                    EEPROM用于存貯車輛的身份代碼。為了提高系統(tǒng)抗干擾能力， 設計中采用了前向糾錯技術，即存在
                    EEPROM中的數(shù)據(jù)是經(jīng)BCH［15，5，7］碼編碼而成。一個碼字的長度為15位， 其中前5位是信息位，
                    后10位是冗余位。設計中選用Microchip公司的24LC02B。

                    計算機管理系統(tǒng)通過RS232接口與微處理器相連，處理接收到的車輛代碼，完成經(jīng)過車輛的收費、登
                    記和建檔等，并通過計算機系統(tǒng)可隨時查詢車輛的資料。

                  2.通信協(xié)議及數(shù)據(jù)類型
                    ·通信協(xié)議
                      車輛收發(fā)信機與收費站收發(fā)信機之間，在正式傳輸車輛信息之前， 雙方應互發(fā)握手信號以確保通
                      信接收數(shù)據(jù)的準確性。首先由收費站收發(fā)信機發(fā)出一握手信號88H，車輛收發(fā)信機接收該數(shù)據(jù)，如
                      果接收正確，則將88H發(fā)回收費站收發(fā)信機。 緊接著再由收費站收發(fā)信機再發(fā)AAH信號，車輛收發(fā)
                      信機再判斷是否收到。 如上述過程準確無誤， 則由車輛收發(fā)信機發(fā)射車輛信息給收費站收發(fā)信
                      機。設計中選用的數(shù)據(jù)速率為1200波特。

                    ·數(shù)據(jù)類型
                      為了把車輛身份代碼通過FSK調(diào)制發(fā)射出去，首先要把車牌號碼、車輛顏色、銀行帳號、車輛類型
                      等變換成相應的二進制表示法。
                      車牌號碼：特征號代表車輛特殊身份。0代表普通收費車；1代表特殊免費車，如軍、警車等。
                      車輛類型：用1字節(jié)代表，最多可表示256種車型。
                      車輛顏色和車牌顏色：用1字節(jié)表示，分別可表示16種不同的車輛顏色和16種車牌顏色。
                      銀行帳號：用10個字節(jié)表示，最多可表示長度為20位的銀行帳號。

                  3.軟件設計
                    軟件設計包括收發(fā)信機中的控制軟件設計和計算機管理軟件設計。
                    ·收發(fā)信機的控制軟件
                      控制軟件主要由通信握手子程序、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序、數(shù)據(jù)接收中斷服務子程序、譯碼糾錯子程
                      序、RS232通信子程序和EEPROM讀數(shù)據(jù)子程序組成。

                    ·計算機管理軟件
                      計算機管理軟件主要有完成數(shù)據(jù)的讀取、數(shù)據(jù)庫的建立以及查詢和設置功能。由讀取數(shù)據(jù)模塊、
                      處理數(shù)據(jù)模塊、查詢及設置模塊組成。

                      讀取數(shù)據(jù)模塊：它由后臺線程完成，線程在程序運行時即創(chuàng)建。它由初始化和讀取數(shù)據(jù)兩部組
                      成。讀數(shù)據(jù)時，每隔一定時間檢查串行口緩沖區(qū)，非定時讀取數(shù)據(jù)并存放在程序緩沖區(qū)中，此緩
                      沖區(qū)已在程序初始化時分配。

                      處理數(shù)據(jù)模塊：定時檢測程序緩沖區(qū)，非定時讀數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后插入數(shù)據(jù)庫Autoinfo.db中。

                      查詢模塊：查詢Autoinfo數(shù)據(jù)庫，可按車牌號碼、車輛類型、車輛顏色和日期查詢。

                      整個程序用Object Pascal語言編寫。

                  4.系統(tǒng)主要特點
                    ·實現(xiàn)真正的不停車收費；
                    ·數(shù)據(jù)通信采用全雙工方式；
                    ·整個收費時間大大縮短，每收發(fā)一次車輛信息，僅需625ms左右，提高車輛流速；
                    ·付款方式由銀行間結算完成，完全杜絕資金流失。但實行難度很大。

                    本系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境下，收發(fā)距離小于5m時，數(shù)據(jù)誤碼率小于10-3，基本能滿足不停車收費的要求。