[NI技术]基于NISingleBoardRIO实现停车场诱导与管理

[NI技术]基于NISingleBoardRIO实现停车场诱导与管理SingleBoardRIO是基于NIRIO架构的嵌入式工业测控平台，不仅具备工业级的可靠性，还拥有丰富的模块连接各种现场信号，借助于灵活开放的LabVIEW开发环境，可以快速方便的实现车牌识别。基于LabVIEW的开发环境不但简化了FPGA开发的复杂度，并确保在硬件平台上通过交互式的调试实现最优性能。-于守元,中科院深圳先进技术研究院山东大学TheChallenge:图二目前的停车场一般采用进出道闸刷卡计时系统进行管理，需要司机在进出道闸时开车窗进行取卡、刷卡，需要停车场管理人员人工收费，车辆进入停车场后，有的停车场是人工引导车辆泊车，有的停车场需要车内配置信息收发装置，这些过程繁琐耗时，很多地方如取卡、刷卡需要司机进行额外操作，且司机无法实施掌握停车场的泊位信息。TheSolution:项目使用NIsbRIO-9631硬件和LabVIEW2011软件开发工具实现停车场停车诱导与管理。针对现有停车场存在的一些不足，系统提供一种新的停车场管理系统，力图解决现有停车场管理系统中的不足之处。Author(s):于守元-中科院深圳先进技术研究院山东大学一、【项目应用背景】项目使用NIsbRIO-9631硬件和LabVIEW2011软件开发工具实现停车场停车诱导与管理。目前的停车场一般采用进出道闸刷卡计时系统进行管理，需要司机在进出道闸时开车窗进行取卡、刷卡，需要停车场管理人员人工收费，车辆进入停车场后，有的停车场是人工引导车辆泊车，有的停车场需要车内配置信息收发装置，由停车场内与车内配置收发装置对应的无线收发装置引导车辆泊车，这两种方法引导的泊位一般是随机的，有些泊位往往是司机不喜欢的泊位。这些过程繁琐耗时，很多地方如取卡、刷卡需要司机进行额外操作，且司机无法实施掌握停车场的泊位信息，如果缩短用户在进出道闸和到达泊位的时间，让司机自己在停车前就能掌握停车场信息，减少停车场工作人员数量，乃至达到无人监管，将大大提高停车场的使用效率。针对现有停车场存在的一些不足，系统提供一种新的停车场管理系统，力图解决现有停车场管理系统中的不足之处，并达到如下目标：在布线简单的情况下找到一种比较理想的传感器进行泊位检测；在不需要司机配置额外的车载装置下自动引导车辆泊车，引导过程可以对应到单个车辆，且根据对司机停车喜好的观察，引导司机到司机比较喜欢的泊位泊车，司机在体验停车的过程中，基本不需要额外的操作；系统自动统计车辆停车时间，自动扣费，杜绝人工收费透明度不高的弊端。二、【项目创新点】(1)系统使用的检测泊位状态的传感器为磁阻传感器。(2)车辆进入停车场前进行车牌采集，根据采集的车牌号引导车辆泊车和费用管理。(3)引导车辆到达的泊位为根据司机习惯选择的最优泊位。三、【作品功能简介及图片说明】（一）、系统总体结构整个系统运行的流程如图一所示。图一系统框架（二）、系统功能该系统主要有以下几个功能：实时监测停车场内所有泊位使用情况；根据当前停车场使用情况寻找最优泊位并引导当前用户快速到达最优泊位；车辆自动记录以及费用自动管理；将停车场使用情况发布供司机停车前预定泊位。1.管理中心1/10管理中心采用LabVIEW软件开发，其主要功能包括管理无线传感网络传来的泊位信息，实时统计停车场内剩余泊位数量，通过建立停车场泊位选择模型及最优泊位选择算法，实时计算最优泊位，并将最优泊位及其对应的引导信息通过无线传感网络发送到停车场中，帮助司机最快选择到最优泊位；根据sbRIO识别出车辆车牌号，对车辆出入进行记录，并进行费用管理；同时，对停车场的使用情况进行总结，记录当天整点剩余泊位整数，当天停车场总吞吐量，当天泊位最高使用率出现时间段等信息，从而帮助停车场管理人员分析该系统的有效性，并利用LabVIEW的报表生成工具ReportGenerationToolkitforMicrosoftOffice以报表形式体现，另外，还可以设定一个提示值，当停车场剩余泊位低于提示值时，会提示停车场管理人员；建立管理中心与城市停车诱导系统之间的信息交互，可以将停车场泊位情况发送到城市停车诱导中心；接收用户泊位预订。管理中心包括一个数据库系统，该系统记录已登记车辆的信息，如车牌号、有效时间等信息；还包括车辆进出停车场的时间信息，以便管理中心计算停车时间进行自动扣费。图二车辆记录图三车辆统计1.停车场泊位使用情况监测主要包括两个部分：无线传感网络和泊位检测传感器。其中无线传感网络包括三种节点：泊位检测节点、路由器节点和协调器节点。泊位检测节点的主要功能为：检测泊位信息和向协调器节点发送检测到的信息；路由器节点的主要功能为：协助协调器节点建立无线网络、寻径及作为检测节点到协调器节点信息传输的中继节点、接受协调器发来的停车引导信息并通过LED显示；协调器的主要功能为建立无线网络、接收检测节点发来的信息通过RS232传送到管理中心以及通过串口接受管理中心发来的信息并发送到路由器节点。泊位检测传感器用来检测泊位状态的变化，将泊位状态变化转化为电压变化，进而将该变化传输到管理中心以便进一步处理。管理中心在管理泊位时，除了需要知道泊位的状态，还需要知道泊位的具体位置。检测节点在向协调器发送泊位状态信息时，同时将其自身的物理地址发送到协调器，物理地址是在烧写程序时烧写进去的，所以在使用的过程中是固定且唯一的，不同的检测节点的物理地址不同，且节点的物理地址为64位的IEEE地址，其有效地址数量远大于一个停车场内可用泊位数量，这样一个检测节点的物理地址对应停车场内一个泊位，上位机在收到泊位状态的时候，也可以通过分析物理地址知道泊位的具体位置，进而在后续最优泊位选择的过程中使用。2/10图四检测节点1.最优泊位寻找假设停车场中有N个可用车位，每个车位有若干属性，这些属性是司机在选择车位时会关心的问题，如车位距离停车场入口的距离，车位离电梯或停车场出口的距离，车位的安全性，车位的遮阴时间、车道占用情况以及泊位两侧是否有车停放等几个属性。安全性可以用车辆距离车库监控的距离来衡量，泊位位置分为泊位两侧均有车辆停放，一侧有车辆停放，两侧均无车辆停放，有效泊位位于边侧几种情况。我们根据司机对这些属性的偏好，利用基于组合权重的多属性决策方法来寻找停车场最优车位。最优泊位寻找是基于对司机在寻找泊位习惯的观察，找到司机关心的问题，并根据司机的喜好程度构造决策矩阵，比较各个泊位的合适程度，然后根据各个泊位自身特点对比较进行修正，从而找到最适合司机的泊位。当管理中心找到最优泊位后，便通过搜索数据库找到该泊位对应的引导信息，然后通过无线传感网络系统将引导信息发布到停车场中。1.车辆记录与费用管理车辆记录与费用管理属于管理中心的一部分，包括车牌识别与数据库系统。车牌识别是由SingleBoardRIO-9631实现的，sbRIO控制摄像头采集车牌图像，然后由sbRIO快速自动识别出车辆车牌号码。数据库系统记录对应车辆出入时间和车辆登记信息，自动计算停车费用，自动扣取费用，整个过程基本实现无人值守式管理，另外识别出的车牌号与上面计算出的最优泊位结合，真正达到一对一的指引。该部分使用的硬件包括摄像头、sbRIO-9631和测距传感器，使用的软件有LabVIEW2011，FPGAModule，Real-TimeModule，VisionDevelopmentModule。车牌识别部分的程序分为三个部分：1.FPGA上的VI：该VI用于控制测距传感器，测量是否有车辆到达。测试过程为采用FPGA上的一个数字I/O发送与接收测量数据，并将测到的数据转换为距离，若测得的距离满足一定要求则认为有车辆到达，然后由FPGA控制摄像头采集一帧车辆图像，将采集到的图像数据完整的送入DMAFIFIO，用于后续图像处理。FPGA上的VI可以先设置为ExecuteVIonDevelopmentComputerwithSimulatedI/O，通过仿真查找错误，功能验证良好后再下载到FPGA硬件上。这样可以节约很多编译的时间。2.RT上的VI：车牌识别的功能由该部分VI实现。该VI首先接收读取FIFO中的图像数据，然后经过图像预处理、车牌定位、倾斜校正、字符分割和字符识别几步完成车牌识别。图像预处理包括直方图均衡化和高斯滤波，可以提高车牌识别的正确率，减少光线的影响。车牌定位实用小波变换和EMD分析实现，其余几步的实现由LabVIEW的机器视觉工具包中函数完成，字符识别前需要先使用机器视觉工具包中OCR函数进行字库训练。在使用机器视觉工具包中函数识别车牌前，可以先用VisionAssistant进行验证再自己编写，也可以直接由视觉助手生成所需程序。程序软件架构如图五所示。3.PC上的VI：在数据库中检索识别出的车牌号，若车牌号为已记录车牌号则记录车辆进入时间后放行车辆，在车辆离开时可进行自动扣费操作；若车牌号为未记录号码，则将车牌号记入临时数据库中，车辆离开时由人工进行收费。同时管理中心找出当前最优泊位，引导当前车牌号车辆快速到达该泊位。图五车牌识别流程图六车牌识别3/10四、【运行实例】整个停车场管理系统硬件分为停车场内泊位检测节点，ZigBee无线网络，用于显示诱导信息的LED显示屏，停车场出入口车牌识别系统。以图七为例说明系统运行过程图七停车场平面图(a)当车辆到达停车场入口在距离摄像头固定距离处，超声传感器检测到车辆到达并触发摄像头采集车辆图像，经过一系列快速处理分析出车牌号后送管理中心，对于个别识别失败的车辆，管理室的工作人员可以在管理软件方便看到车辆图像，人工记录车牌号，同时系统会自动记录车辆到达时刻。(b)管理系统计算出当前最优泊位如C1，将C1对应的引导信息从数据库中检索出，然后通过ZigBee无线网络将对应的引导信息发布到对应LED引导屏中，司机在各个主要路口均可看到有自己车辆号码对应的引导信息，快速找到泊位。(c)当司机到达C1，或司机没有遵循引导自己停泊在另一处如B3泊位，位于该泊位处的磁阻传感器可以检测到泊位被占用，并将该信息通过ZigBee无线网络传送到管理系统，以便管理系统计算最优泊位。(d)当车辆从C1离开时，位于C1处的磁阻传感器可以再次检测的泊位状态的变化，同步骤c将信息发送到管理系统。(e)当车辆到达出口时，同步骤a车牌号再次被检测到，并检索数据库找到车辆入库时间，计算此次停车费用，若车辆已登记，则自动扣费，若为临时车辆，提示管理人员进行人工扣费。至此完成一次停车管理。五、【结论】SingleBoardRIO是基于NIRIO架构的嵌入式工业测控平台，不仅具备工业级的可靠性，还拥有丰富的模块连接各种现场信号，借助于灵活开放的LabVIEW开发环境，可以快速方便的实现车牌识别。基于LabVIEW的开发环境不但简化了FPGA开发的复杂度，并确保在硬件平台上通过交互式的调试实现最优性能。FPGA和LabVIEW都具有极好的并行运行能力，可以最大化的降低车牌识别所需的时间，从而达到实时识别的程度。同时NI公司提供的用于在LabVIEW进行图像处理的机器视觉开发模块，软件包包括大量适用图像处理函数，方便对采集到的车辆图像进行处理从而识别出车牌号。AuthorInformation:于守元中科院深圳先进技术研究院山东大学China4/10图二5/10