【车辆管理系统的设计与实现10000字（论文）】

VII车辆管理系统的设计与实现摘要本文分析了现有的车辆管理环境，为了达到科学的安全管理要求，利用车牌识别技术来研究车辆管理系统。本课题利用该技术完成车辆信息的自动收集和管理，弥补了传统车辆管理的不足，加强了进出口车辆的安全管理。本文首先对车辆管理系统所使用的关键技术-车牌识别技术进行了更深入的研究，介绍了其分类，工作原理，分析了其关键技术以及实现这些技术的常用算法，然后对这些技术进行了分析。车辆管理系统的应用要求，设计了系统的总体结构，将整个系统分为两个模块化车道监控模块和电子信息管理模块，并介绍了每个模块要实现的功能。然后，完成了车辆管理系统的数据库设计和软件开发。功能模块进行了详细设计。最后，对该系统进行了现场实验，解决了实际调试中存在的问题，使系统性能良好。关键词：车辆管理；自动采集；车牌识别；数据库；监控模块1绪论1.1选题背景我的毕业设计题目是车辆进出管理系统的设计，在整个毕业设计过程中，我将在老师的指导下，严格按照所学单片机的相关知识，设计任务书，认真仔细并独立地完成此项车辆进出管理系统的设计，合理运用专业知识并解决与之相关的问题。相对于其他初具规模的地下车库，基于单片机的车辆进出管理系统能够对车位的数量以及进出车辆的数量得到全面的数据掌握，使车位空间得到最大限度的应用，从而大大缓解了当下车位紧张的问题，为广大市民的出行带来了便利，增加了消费者的购物体验。这些是其他缺乏管理的地下车库所不能比拟的。所以，只要是所需条件具备在未来地下车库进出管理将得到全面的改善。本次课题是为了提高我们在单片机方面的应用熟练程度，检验大学四年对所学的能否熟练运用并且将理论知识变为实践。本次课题我拟定题目为：日照市大型商场安装地下车库车辆进出管理系统的设计。现阶段我国各大城市都存在私家车数量暴增的趋势，我就以日照市为例来就地下车库车辆管理系统做出设计。在日常出行中经常遇到车子无处停放，深夜地下车库灯火通明的现象，通过本专业所学知识发现，就上述问题设置一套基于单片机的管理系统就可以大大改善车位利用率不高和电力能源损耗问题。在智能化发展迅速的当下，中国的基础设施建设还有特别大的发展空间。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外研究比较发现，美国，德国，日本，英国和韩国在停车场软件和硬件设施的研究上投入了更多资金，并且取得了显著成果。近年来，这些发达国家的交通运输系统已经形成了当前社会交通运输系统的重要发展趋势。随着世界汽车工业的飞速发展，私人车辆越来越多，静态交通的管理也越来越复杂，这为整个社会的智能交通系统提出了更大的考验。在中国，近年来，许多公司根据国内行业的现状和特点开发了高科技的停车设备，并且相关技术得到了极大的改进。目前，国内约有200家停车公司和40多家具有一定研发生产力的公司。它们主要分布在经济发达的城市，例如深圳，广州，上海和北京。尽管如此，我国停车场管理系统行业的核心技术和装备水平与国际同行仍存在一定差距。目前，停车场管理理论上可以实现无人值守的进出口，但是在实际应用中，由于结构或设计原因，需要人工编造记录并修改停车位信息，从而影响系统的功能[1]，并且还会给停车场增加不必要的麻烦以及人工和设备成本。周期设计开发设计目前，经过半个多世纪的发展，国外停车场管理系统已基本进入智能收费阶段。它使用的充电介质已从传统的接触式读写类型的充电介质变为非接触式的新型充电介质。国外停车场收费系统一般使用高度智能的专用设备，可以实现收费系统的无人操作。设备制造工艺复杂，系统稳定性和产品技术水平达到较高水平。国外停车场管理系统的显着特点是停车场交易的付款方式非常电子化，基本上没有现金交易。此外，国外许多停车场管理系统还配备了智能化设备，如车位引导系统，车位查询系统等，使车位管理系统的功能更加完善和丰富。目前，一些国外的停车设备制造商正在研究可以实现“网络停车”的停车场管理系统[2]。管理系统可以统一分配停车位资源，统一进行交易结算。停车用户可以在家里通过互联网[3]预约停车位，支付停车费并查询目的地的各种停车信息。当然，虽然停车场管理系统采用了大量的先进技术，但系统的成本并不高，技术难度越来越大，系统的维护成本也很高。1.2.2国外研究现状国内停车场管理系统是伴随着国内公用停车场的大量出现而产生并逐步发展起来的。最初的国内停车场管理系统是在引进和消化吸收国外同类系统的基础上逐步发展起来的,并在此基础上不断改进提高[4]。发展初期,由于有许多关键设备国内无法生产,因此停车场管理系统硬件大多采用国外产品,所以这一阶段的国内停车场管理系统带有更多“集成”的意味。目前,我国新型停车场管理系统还处在应用的初级阶段,许多管理系统在实际使用中暴露了出一些问题。其表现有:一些管理系统的系统设计不够合理完善,未能充分考虑我国的实际国情,使新型停车场管理技术不但未能在实际应用中发挥出应有的作用,相反有些停车场采用的新的技术设备却成为制约管理系统发挥管理功能的瓶颈[5]。例如有些管理系统采用非常先进的车牌自动识别技术,意图实现车辆存取过程的无人无实物收费介质的工作方式。但在实际应用过程中,这种新型技术却经常因无法克服目前有些车牌污损、锈蚀及安装位置不规范等原因使管理系统无法自动识别,造成系统经常出现非正常的停顿[6]。为了使系统能够正常工作,往往还是需要配备管理人员来辅助实现车辆的识别,这对停车场管理者来说,就得不偿失了。随着大量国内公共停车场的出现，国内停车场管理系统已经产生并逐步发展起来。最初的国内停车场管理系统是在引进和吸收相似的国外系统的基础上逐步发展起来的，并在此基础上不断完善[4]。在发展的初期，由于中国无法生产很多关键设备，因此停车场管理系统的硬件大多采用国外产品，因此现阶段的国内停车场管理系统具有更“整合”的意义。目前，我国新的停车场管理系统仍处于应用初期，许多管理系统在实际使用中暴露出一些问题。其性能如下：某些管理系统的系统设计不合理，不完整，没有充分考虑我国的实际国情，因此新的停车场管理技术不仅不能发挥应有的作用。实际应用，但是相反，一些停车场采用了新的停车场。但是，技术设备已成为限制管理系统的管理功能的瓶颈[5]。例如，某些管理系统采用了非常先进的自动车牌识别技术，旨在在车辆进入过程中实现无人驾驶且无物理充电介质的工作模式。但是，在实际应用过程中，这项新技术通常无法克服当前的车牌污染，腐蚀和不规则安装位置的数量，因此管理系统无法自动识别它，从而导致系统经常异常停止[6]。。为了使系统正常工作，通常需要配备管理人员来协助实现车辆识别，这对于停车场管理员来说是不值得的。当前实际使用的大多数停车管理系统都是相对独立的管理系统，只有少数可以实现联网功能，并且整个系统缺乏必要的可扩展性[7]。也就是说，如果将一进一出管理系统扩展为多进多出计费系统，它将经常替换所有原始设备和软件，从而浪费了原始投资[8]。]。一些停车场管理系统只能使用制造商指定的充电介质类型，而不能达到“一张卡多用”的目的。停车场收费系统配套设备中的大部分核心设备，如读卡器，车辆检测器和其他设备组件，都是进口的。它的优点是提高系统的可靠性，但缺点是它增加了系统的成本，并且这些设备的核心技术尚不可用。完全掌握之后，设备维护会遇到更大的困难[9]。一些制造商选择的停车场设备，例如发卡机，读卡器，电子栏杆等，并不是为停车场专门设计的产品，很难适应停车场。目前，实际使用的大多数停车场管理系统都是相对独立的管理。只有少数几个系统可以实现联网功能，并且整个系统缺乏必要的可伸缩性。也就是说，如果一进一出管理系统扩展了温差较大的领域（南北和北部，夏季和冬季），高湿度（地下停车场），多尘（露天停车场），以及严重的电磁干扰（汽车开启），频繁关机）和其他恶劣环境，导致系统可靠性降低，设备频繁发生故障，并且整个系统难以正常使用[10]。由于系统本身的系统设计问题，不适当的设备选择等原因，相当一部分停车场管理系统在投入使用后的短时间内就会导致管理系统投入使用后经常发生故障。用。需要说明的是，国内停车场管理系统和国外同类系统的核心技术在设计水平和装备制造水平上还存在一定差距。[11]国内停车场管理系统中使用的某些核心技术，例如长途读卡技术，仍然是外国公司的技术专利。如何提高停车管理系统的核心技术水平，如何提高停车管理系统设备的制造水平，是国内停车管理系统企业普遍面临的两个问题。停车场管理系统的下一个技术发展方向是智能化和网络化[12]。1.3研究内容本文将车牌识别技术引入到进出口车辆管理系统中，对整个车牌识别系统进行了更全面的基础研究，并在此基础上设计了整个车牌管理系统。本文的工作集中在车辆管理系统的研究和具体设计上，涉及以下几个方面：选择车牌识别技术作为车辆管理系统的主要应用技术，分析了车牌识别系统的分类，组成，工作原理和关键技术。，困难和应用情况。分析了基于车牌识别技术的车辆管理系统，并在此基础上设计了车辆管理系统的工作流程。根据车辆管理的现状，分析了安全监控的要求，设计了系统的总体结构框架。根据功能，该系统分为两个模块：安全监控系统和电子文件管理系统。详细设计了车辆管理系统的应用方案，重点研究了车辆管理系统的软件结构。首先，设计系统数据库，其次是安全监视子系统模块。最后，对电子档案管理子系统进行了详细的研究和设计。2.车牌自动识别系统2.1车牌自动识别系统关键技术牌自动识别系统主要由前端图像采集装置和后端识别装置组成。前端图像获取装置包括照相机和辅助光源。计算机通过视频采集接口采集摄像机拍摄的视频图像，并通过微处理器的处理和识别获得车牌号。当昏暗的自然光影响识别效果时，辅助照明设备将提供照相机光源。在实际工作中，图像采集前端接收车辆触发信号。该设备可以使用纯视频车辆检测技术来逐帧处理视频图像，因此无需外部信号触发，无需埋入地面感应线圈等来建立外部触发源，从而避免损坏路面，节省了成本。项目投资，降低维护成本。图2-1图车牌识别系统总体流程图2.2车牌定位图像特征是指图像的原始特征或属性。其中一些是视觉直接感觉到的自然特征，例如区域亮度，边缘轮廓，纹理或颜色等。有些是需要变换或测量的人造特征，例如变换光谱，直方图，矩，常见的图像特征可以分为灰度浓度，颜色特征，纹理特征和几何形状特征。其中，灰色特征和纹理特征是内部特征，需要借助分割图像从原始图像进行测量。几何形状特征是外部特征，可以从分割的图像进行测量。在目标识别中，特征的提取和选择，即如何表示目标是一个至关重要的问题，一直是这些领域研究的热点之一。只有获得更好的特征信息，分类和识别才能顺利进行。下面主要介绍边界特征和区域特征的常用提取方法。目前，这些方法已广泛用于车牌定位算法中。2.3边界特征的提取图像中两个相邻特征区域之间的分界线称为边界，图像中区域特征的差异发生在边界处。经验指出，图像边界通常对应于场景中对象的边缘，而人类视觉系统通常会识别出对象的边缘。车牌图像的边缘信息丰富并且具有自己的特征。研究人员经常将此功能用作查找车牌的基础之一。车牌识别系统中最常用的边界特征提取方法主要包括微分算子方法和小波变换方法。下面主要介绍几种常用的微分运算符。2.4Canny算法Canny算法是高斯函数的一阶导数，并且是信噪比与定位乘积的最佳逼近算子。该算法的步骤是使用高斯滤波器对图像进行平滑处理，设置高斯平滑滤波器以及数字图像以获取高斯滤波器的平滑结果，该结果是高斯函数的色散参数，指的是其平滑度。，使用一阶偏导数的有限差分来计算梯度的大小和方向角，即对于平滑图像，使用的一阶有限差分近似得到和的偏导数，同时得到梯度的幅值和方向角分别为对梯度幅度执行非最大抑制，即，由于梯度值不足以确定边缘，因此非最大抑制是找到局部最大值。使用双封闭值算法检测和连接边缘在许多车牌定位算法中使用了上面介绍的四个运算符，并且边缘提取效果有其自身的重点。具体的运算符主要是基于算法的需要。用Canny算子进行边缘检测，然后搜索符合牌照几何特征的牌照边缘区域，最后用颜色信息对牌照进行过滤。2.5字符识别最近几年来，字符识别越来越成为模式识别领域中的重要部分。像其他模式识别应用程序一样，匹配判断是字符识别的基本思想，也是将提取的样本提取的特征与机器中存储的已知标准字符的特征一一对应，并使用某些标准进行区分，并从机器中存储的一组标准字符模式表达式中找到最接近的输入字符。模式的表达形式，与表达相对应的字符是识别结果。字符识别方法基本上可以分为模板匹配方法，统计模式识别方法和神经网络识别方法三类。2.6车牌自动识别系统中的难点（1）车牌本身的特征无法保证许可证的质量。一些车牌被弄脏和损坏，并且一些车牌的字符难以辨认，并且光散射不好。这些不确定性极大地影响了识别的准确性。（2）外部环境的特征和外部照明条件不同，白天和晚上的照明也不同。（3）车牌识别系统应用方案的特点不同的实际项目具有不同的相机方向和角度。在实际工程中，摄像头相对于车辆方向的方向通常直接位于上方，左侧和右侧。相对而言，摄像机角度越小，车牌在平面图像中的畸变越小，识别效果越好。2.7本章小结本章首先介绍了车牌自动识别系统基本算法，分析了车牌识别系统在应用中，应该注意的难点，并对该系统在实际生活中的应用情况举例说明。3车辆管理系统总体方案3.1系统需求分析随着中国经济的快速发展，个人和社会车辆的数量迅速增加，这对单位和部门进出口车辆的管理提出了更高的要求。要求对各种车辆进行实时严格管理，严格监控出入时间，并对包括内部车辆和外部车辆在内的各类车辆进行登记。其施工质量是至关重要的一步。3.2系统设计目标该系统结合了信息管理的特点，着眼于科学研究的需要，并根据现有条件进行科学论证和设计。实现车辆的自动识别，有效增强进出口车辆的安全管理能力。系统设计的目标是（1）加快速度。当车辆以超高速行驶时或车辆以超低速行驶时，可以准确地识别车辆。拍摄车牌号图片。（2）安全性。自动识别和手动识别的结合进一步提高了车辆安全检查环节的可靠性性与安全。（3）自动化。自动数据收集，自动识别，提高效率并避免流量阻塞。（4）多元化。在车身，牌照和车辆底部提供各种车辆外部轮廓图像信息，以提供用于安全管理的可靠信息。3.3系统实现功能设计3.3.1系统硬件结构该系统的运行包括两部分：人员操作和自动车辆识别。人员操作包括保安室管理员对来访车辆的登记，车辆信息管理查询以及紧急启动和拦截。底部检查设备，显示屏和交通信号灯指示器是收集信息和控制车辆交通的辅助手段。3.3.2系统网络结构基于数据库安全等方面考虑,本文车辆管理系统通过局域网建立客户机用及务器结构。客户机服务器结构主要是指将一个数据库应用系统分成前端的客户应用程序和后台的服务器部分,通过网络将客户机与服务器相连接。3.3.3系统工作流程本文中的车辆管理系统的运行过程是（1）安装在入口和出口处的摄像机通过视频电缆将视频监视图像发送到位于警卫室的车道工业计算机。值班人员通过计算机显示屏监视进出口动态。（2）当来访车辆进入识别范围时，识别系统开始工作。车辆识别系统自动收集包括牌照号，牌照颜色，车辆大图像，牌照小图像在内的车辆信息，并且车辆底部检查仪器扫描车辆的底部图像。同时，车道工业计算机接收这些信息，并在存档系统数据库中查询包括内部车辆信息，免检车辆信息和预留车辆信息的注册信息，以确认来访车辆是否已注册。如果是，请通知预警系统打开绿色指示灯以释放，同时将身份验证信息（包括车辆信息，驾驶员信息和释放信息）发送到岗亭的显示屏上，并发出语音提示哨兵以进行进一步的人工识别。如果不是，请通知预警系统打开红灯，提示汽车停下并进行检查。（3）停放车辆的安全检查完成后，值班警卫会召集队长是否放行停放的车辆。如果遇到穿过障碍物的车辆，车道工业计算机将立即激活拦截系统以拦截它，同时通知预警系统打开声音警报。（4）如果在识别过程中发现异常，则可以通过手边的控制器立即激活拦截系统。只要有过往车辆，车道工业计算机就会通知文件系统进行数据备份。3.4本章小结本章首先分析了车辆管理系统的要求，并指出了进出口车辆管理中存在的问题。在解决这些问题的基础上，提出了系统要实现的目标。根据功能框架设计要实现的功能以及车辆管理系统的总体结构。最后，详细解释了本文的系统工作流程。本章是系统设计的基础和基础，并为后续系统的详细设计提供了指导，指导意义。4车辆管理系统设计4.1系统硬件设计根据项目应用环境分析可以看出,进出口车辆管理系统的关键在于车辆的自动识别。从车辆流动性高和哨兵疏于检查产生的问题来看,采用车牌识别系统能有效解决这些问题。通过远距离自动识别技术可使车辆保持一定速度通过出入口,既可保证准确检查又可有效解决堵塞问题。在车辆自动识别过程中,虽然车牌识别设备使进出口车辆管理实现自动化,但它不具备对车辆的安全检查,为保证安全性,增加辅助段—车底检测设备,通过车底检查设备来防范车底安全隐患。整个系统硬件主要由车牌识别设备、车底检查设备、通行控制设备组成。下面一来研究这些设备。当停车车辆驶入停车系统工作区域后，车库自动识别该车车牌号并与系统中的数据库进行比对，进而判断车辆类型，从而给该车分配相应的停车位信息，停车用户获得停车车位信息之后，车库停车管理员可通过触摸屏作为输入设备来，完成用户车辆进行存取操作。其电路设计原理图如图4-1所示。图4-1触摸屏电路设计原理图4.2车牌识别设备车牌识别设备是整个系统的核心部分，在整个系统中起着至关重要的作用。它掌握负责收集和识别车辆信息，并为下一步身份确认和安全管理提供必要的准备。牌照识别设备主要由车牌识别仪和图像采集前端组成。这些设备将在下面单独研究。（1）车牌识别仪，它是设备的核心组件，是影响整个系统性能的关键环节之一。因此，我们首先设计了车牌识别仪。车牌识别系统的优缺点主要取决于识别率和识别速度这两个关键性能参数。（2）图像采集前端识别仪器需要其他设备来辅助它，即它由工业相机，镜头和辅助光源组成。图像采集前端。图像采集的前端和识别仪器通过视频电缆连接，以形成车牌识别系统。该系统中使用的相机不需要复杂的后端设备控制，也不需要相机本身的二次开发，以免损坏相机的完整性。在白天，许多摄像机都可以满足要求，因此选择依据主要是基于夜间的性能。在实际使用中，建议使用JVCTK-C148BEC作为用于车牌识别的摄像机。该摄像机具有超宽动态功能，在夜间抑制车灯时效果更好，当车灯更亮时仍能清晰看到车牌。JVCTK-C148BEC相机还具有超级背光补偿功能，可以将其设置为有效避免清晨和傍晚在东西向车道上产生的强背光。因此，请选择JVCTK-C148BEC摄像机。图4-2车牌自动识别系统结构图4.3车底检查设备根据系统设计要求和项目应用环境分析，可以看出，车辆的自动识别是整个进出口车辆管理的关键。为了实现对车辆底侧的安全检查，增加了辅助手段的车辆下检查设备，以提高通过车辆下检查设备的记录的准确性和安全性。（1）车载检查设备主要由控制器和车载扫描仪组成。控制器连接到计算机，车载扫描仪，并为自动照相机和车载扫描仪供电。（2）车载扫描仪已连接至控制器和计算机。它具有光学系统和视频系统。当车辆驶过时，它会自动扫描车辆的底面，并将视频信号传输到后端计算机，这由计算机中的应用程序完成。实时生成，显示和存储车辆底部图像。4.4通行控制设备该系统的交通控制设备主要包括拦截设备和车道工业计算机控制设备。工业控制机是控制系统的最核心的部分。它的基本功能是通过视频采集卡收集进出口车道的视频图像，监视异常情况，通过识别设备收集进出口车道的车辆图像和文本信息，并将其存储在数据库中以备将来查询并建立车辆档案数据库。可以释放或拦截来访车辆的身份。行业必须满足以下要求（1）适应工业现场恶劣，复杂的工作环境，可靠性高。（2）具有实时处理能力，可以满足工业生产过程的实时控制要求。（3）它具有丰富的工业接口，可以连接到工业生产现场信号。（4）具有发展性结构，该系统易于扩展。4.5系统软件设计4.5.1车道监控系统设计本文车辆管理系统的核心工作主要由车道监控子系统来完成,主要完成检测点的信息采集、异常即时处理以及信息上传。实时采集的信息除车牌信息之外还包括车辆的图像信息,所有这些信息都被保存在数据库中。检测点每检测到一条新的记录,都会将它同档案系统数据库表单进行核对,判断该车是否具有通行权限。如果出现异常情况,可依据车道工控机指令进行报警或拦截。上层软件同时运行界面主线程和识别接收线程。界面主线程主要对用户的界面操作消息和其他模块发送的界面更新消息做出不同的响应。识别接收线程是软件的核心。部分,其输入是识别器上报的各种消息,然后根据不同类型的消息,调用其他各模块接口进行控制,同时它和界面主线程之间以TCP的方式实现互通。4.5.2车辆信息管理电子文件系统在整个车辆管理系统中起辅助作用。它为用于车辆身份认证的车道监控系统提供了背景基础，同时为将来的信息查询统计做准备。以下是对系统主要功能的实现的研究。客户端软件主要由车牌识别模块组成。其工作流程图如图4-3所示。当三维车库系统的工作区域内无车辆时，检测系统处于待机状态。车辆进入系统的检测范围后，将其掩埋在其中。触发固定位置传感器，将信号发送到汽车放错位置的识别单元的摄像头，以收集车库的车牌号。车牌识别单元识别收集到的车牌信息，并通过RS232接口将识别结果发送到服务器。供中央管理系统在车辆上执行下一个操作。图4-3客户端软件(1）用户权限管理在进入系统之前，用户必须确认身份，只有用户名和密码匹配的用户可以进入这个系统。为了防止非法用户查看和修改数据，根据访问控制权限，用户可以执行的操作也不同。该系统将用户分为两个级别：系统管理用户和普通用户。系统管理的第一级用户不仅具有查询和修改数据的权限，而且还控制其他用户的使用权限。您可以设置用户名，密码及其权限，还可以执行诸如添加，删除和修改记录的操作。普通二级用户仅具有浏览，查询和打印记录的权限。（2）驾驶员信息管理驾驶员信息管理是基于数据库中驾驶员信息表的结构来添加，修改，删除和其他操作。制成。对于有车辆的人，他们需要填写相关的驾驶信息，以便管理驾驶员信息的备份并为将来的查询提供基础。驾驶员是车辆出入的执行者，他没有访问控制权限。（3）车辆信息管理综合信息查询包括车辆信息查询，驾驶员信息查询，车辆出入境记录查询等。综合信息查询是为了方便报表统计。您可以根据不同的关键词对查询结果进行计数。查询时，可以输入车牌号，单位，颜色等关键词进行查询，并以数据表的形式显示查询结果，根据车牌号，可以得到车辆的大图信息。显示，数据表字段提供绑定功能。单击一行以显示与车牌号相对应的基本车辆信息。显示窗口类似于车辆基本信息添加窗口。（4）数据库维护数据库维护包括图像库维护和库维护。图片库的维护是对识别装置识别出的图片信息进行管理。系统将保存最近三个月可以设置的图片信息，三个月前的图片将被自动清理。数据库维护是定期备份数据库信息，当突然的电源故障或误操作导致数据库错误时，可以