基于車牌識(shí)別技術(shù)的車輛管理系統(tǒng)應(yīng)用

引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，居民私家車的擁有量不斷增加，同時(shí)高校校園也面臨著車輛管理的難題。如何科學(xué)、高效、規(guī)范、安全地對(duì)校園車輛進(jìn)出實(shí)現(xiàn)智能管理己成為校園安全建設(shè)重點(diǎn)研究的問題。

大連理工大學(xué)師生眾多、車流量大，并且早晚高峰期還有很多借道穿越校園的外來(lái)車輛，給校園交通帶來(lái)了壓力和不安全因素，為了保證校內(nèi)安全和交通順暢，經(jīng)過(guò)多次調(diào)研論證， 決定采用自動(dòng)化程度高、方便快捷的基于車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的車輛智能管理系統(tǒng)。

1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

當(dāng)前現(xiàn)有車輛管理系統(tǒng)中，在車輛管理的介質(zhì)上，有傳統(tǒng)的接觸式介質(zhì)（如磁卡、條碼卡等），也有新型的非接觸式管理介質(zhì)，如RFID 技術(shù)和車牌圖像識(shí)別技術(shù)等。

目前國(guó)內(nèi)在車輛識(shí)別技術(shù)里面，主要有表 1 所列的三種主流識(shí)別技術(shù)：

(1) 卡識(shí)別技術(shù)。接觸式 IC卡通過(guò)觸點(diǎn)與讀寫器聯(lián)接以獲取能量并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，它在功能、信息保密性與存儲(chǔ)容量方面具有優(yōu)勢(shì)，適合在人流密集的公共場(chǎng)所，可以有車輛進(jìn)出、門禁、考勤、消費(fèi)等多領(lǐng)域的應(yīng)用。但是用戶需要每次進(jìn)出時(shí)，都要停車、刷卡，所以效率比較低。而且IC卡存在使用壽命短，易折損等缺點(diǎn)。

(2) 射頻識(shí)別技術(shù)。通過(guò)發(fā)射無(wú)線射頻信號(hào)進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)包括射頻卡，讀卡器和數(shù)據(jù)處理終端三大部分。用戶可以不停車、不搖窗的快速通過(guò)實(shí)現(xiàn)識(shí)別。在各種惡劣環(huán)境下也可以正常工作，提高車輛通行效率，降低人工管理費(fèi)用。但該技術(shù)所需射頻基站和射頻卡費(fèi)用較高，不能實(shí)現(xiàn)核對(duì)車、卡是否一致，會(huì)出現(xiàn)漏收、誤收等現(xiàn)象[1]。

(3) 車牌識(shí)別技術(shù)。利用車輛的動(dòng)態(tài)視頻或靜態(tài)圖像， 能夠檢測(cè)到受監(jiān)控路面的車輛并自動(dòng)提取車輛牌照信息（含漢字字符、英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及牌照顏色）進(jìn)行處理的技術(shù)。車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)具有自動(dòng)化程度高，人工干預(yù)少，通行效率高，靈活性好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。此外，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)自定義車輛進(jìn)出權(quán)限，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)車輛的智能管理、集中管理和監(jiān)控。而且車輛在進(jìn)出時(shí)都會(huì)抓拍圖像并存檔， 這樣，不僅杜絕“一卡多車”的行為，也記錄了車輛的運(yùn)行軌跡， 更加安全可靠。但是，由于受自然條件影響，識(shí)別率一般為97％左右，車牌識(shí)別不出來(lái)的車輛，需要人為干預(yù)進(jìn)出[2]。

2 車牌識(shí)別技術(shù)的基本原理

車牌自動(dòng)識(shí)別以數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)攝像機(jī)所拍攝的車輛圖像或者視頻序列進(jìn)行圖像采集分析，從而確定牌照在圖像中的位置，并進(jìn)一步提取和識(shí)別出文本字符，在顯示屏直觀地給出識(shí)別結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)出的智能管理。其硬件基礎(chǔ)一般包括觸發(fā)設(shè)備（監(jiān)測(cè)車輛是否進(jìn)入視野）、攝像設(shè)備、照明設(shè)備、圖像采集設(shè)備、識(shí)別車牌號(hào)碼的處理機(jī)（如計(jì)算機(jī)）等，其軟件核心包括車牌定位算法、車牌字符分割算法和光學(xué)字符識(shí)別算法等[3]。

車牌識(shí)別過(guò)程包括車輛檢測(cè)、圖像采集、車牌定位、字符分割、字符識(shí)別、結(jié)果輸出等幾部分（如圖 1 所示）。車牌識(shí)別通過(guò)對(duì)圖像的采集和處理，來(lái)完成車牌自動(dòng)識(shí)別功能。

當(dāng)車輛檢測(cè)部分檢測(cè)到車輛到達(dá)時(shí)觸發(fā)圖像采集單元， 采集當(dāng)前的視頻圖像。車牌識(shí)別單元對(duì)圖像進(jìn)行處理，定位出牌照位置，再將牌照中的字符分割出來(lái)進(jìn)行識(shí)別，然后將車牌識(shí)別的結(jié)果輸出[4]。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 功能需求

針對(duì)大連理工大學(xué)校園進(jìn)出車輛管理的功能需求，決定 采用車牌識(shí)別技術(shù)的車輛智能管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)校園車 道入口及出口管理設(shè)備自動(dòng)控制，通過(guò)計(jì)算機(jī)的圖象處理和自 動(dòng)識(shí)別，對(duì)車輛進(jìn)出的安全和管理等進(jìn)行全方位監(jiān)控，可有 效地控制學(xué)校外閑雜人員進(jìn)入，更好地維護(hù)校園的教學(xué)科研 環(huán)境。

其功能需求示意圖如圖 2 所示。設(shè)計(jì)功能包括 ： （1）基于車牌識(shí)別技術(shù)進(jìn)行車輛進(jìn)出管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛 管理中的各種控制參數(shù)的設(shè)置、并可以進(jìn)行分類查詢和打印統(tǒng) 計(jì)報(bào)表 ；

（2）具有收費(fèi)管理功能，具有按時(shí)、按次、分時(shí)段、分時(shí)、 不收費(fèi)等多種計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，并具備出口收費(fèi)模式、中央收費(fèi)模式、 自助繳費(fèi)管理 ； 

（3）所有車輛進(jìn)出時(shí)間、狀態(tài)等詳細(xì)信息，均形成系統(tǒng) 日志記錄，便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、問題查證 ； 

（4）支持異常處理，支持脫網(wǎng)運(yùn)行，斷電處于常開狀態(tài)； 

（5）支持電子語(yǔ)音和 LED 顯示。

3.2 硬件系統(tǒng)

在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，主體采用 TCP/IP 以太網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng) 結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、遠(yuǎn)距離讀卡器、車輛檢測(cè)器 （地感線圈）、自動(dòng)道閘、出入口控制機(jī)、高清攝像機(jī)、LED 顯示屏、B/S 終端管理計(jì)算機(jī)、LED 顯示屏信息提示等設(shè)備。 其中數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主要安裝車輛管理軟件，覆蓋師生的基本信息及車輛信息，并和公共數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，自動(dòng)更新 師生變更信息，校園車輛管理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 

校園車輛管理的需求示意圖如圖 3 所示，師生駕車靠近 位于校園大門出入口處的區(qū)域時(shí)，當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)地感線圈后，高 速攝像機(jī)啟動(dòng)圖像抓拍，對(duì)車牌進(jìn)行自動(dòng)分析識(shí)別，并與數(shù) 據(jù)庫(kù)中登記的學(xué)校教師車輛車牌數(shù)據(jù)比對(duì)，若屬于內(nèi)部有效 車牌，LED 顯示屏提示進(jìn)場(chǎng)車輛的車牌信息，道閘自動(dòng)抬起 放行車輛，系統(tǒng)記錄入場(chǎng)時(shí)間、地點(diǎn)、狀態(tài) ；若使用權(quán)限過(guò) 期時(shí)，LED 顯示屏顯示過(guò)期車輛提示，道閘處于禁行狀態(tài)， 系統(tǒng)記錄入場(chǎng)時(shí)間、地點(diǎn)、狀態(tài)，由崗?fù)す芾砣藛T開閘放行 ； 若不是內(nèi)部有效車牌時(shí)，LED 顯示屏提示外來(lái)車輛，道閘處 于禁行狀態(tài)，系統(tǒng)記錄入場(chǎng)時(shí)間、地點(diǎn)、狀態(tài)，再由崗?fù)す?理人員開閘放行。如需收費(fèi)管理，出口處的攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)提取 車牌，按照設(shè)定的計(jì)費(fèi)規(guī)則自動(dòng)計(jì)費(fèi)，進(jìn)行費(fèi)用收取 [4]。

3.3 軟件系統(tǒng) 

系統(tǒng)采用 B/S 架構(gòu)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 4 所示，主要 包括車輛進(jìn)出控制模塊、數(shù)據(jù)同步接口、用戶車輛管理模塊、 后臺(tái)權(quán)限管理模塊、決策輔助支持模塊 [5]。其中，車輛進(jìn)出 控制模塊通過(guò)車牌識(shí)別技術(shù)來(lái)設(shè)置攝像機(jī)、車牌 識(shí)別設(shè)備、欄桿控制設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)攝像 機(jī)識(shí)別結(jié)果來(lái)控制開關(guān)閥進(jìn)而對(duì)車輛進(jìn)行出入控 制。同時(shí)，崗?fù)す芾砣藛T還通過(guò)終端管理計(jì)算機(jī) 可以手動(dòng)控制車輛進(jìn)出和查詢車輛信息。LED 顯 示控制可以將攝像機(jī)識(shí)別到的車牌和通過(guò)服務(wù)器 查詢到的車輛信息發(fā)送到 LED 屏幕進(jìn)行顯示 [6]。 

數(shù)據(jù)同步接口：與公共數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步， 公共數(shù)據(jù)庫(kù)提供師生的基本信息給車輛管理系統(tǒng)， 車輛管理系統(tǒng)將車輛牌照號(hào)碼、出入時(shí)間等進(jìn)出 記錄提供給公共數(shù)據(jù)庫(kù)。 

用戶車輛管理系統(tǒng) ：主要包括用戶車輛信息 數(shù)據(jù)維護(hù)，由于系統(tǒng)已經(jīng)和公共數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行同步， 師生的基本信息已經(jīng)獲得，所以只需要維護(hù)師生 的車輛信息和單位用車及臨時(shí)用車信息即可。

后臺(tái)權(quán)限管理模塊 ：主要包括定義校門出入口的基本信 息，配置車輛管理信息，備份和管理數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)置操作員權(quán)限， 其中操作員權(quán)限包括操作員系統(tǒng)管理權(quán)限、崗?fù)げ僮鲉T終端權(quán) 限等。系統(tǒng)的權(quán)限分配支持分級(jí)授權(quán)，這樣，即可以給不同 的管理人員管理不同的進(jìn)出入口的權(quán)限，已經(jīng)獲得權(quán)限的管 理人員還可以分配給其他人員不高于自己的權(quán)限 [7]。 決策輔助模塊 ：可以查詢車輛進(jìn)入的記錄，查詢師生的 用車信息，統(tǒng)計(jì)分析校園師生車輛的進(jìn)出情況、外來(lái)車輛進(jìn)出 情況等。根據(jù)車輛進(jìn)出提供的大量數(shù)據(jù)分析，可以為車輛的 管理部門提供輔助決策支持，圖 5 所示為校門車輛進(jìn)出情況 的分析展現(xiàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的車輛管理系統(tǒng)，通過(guò)智能化的 識(shí)別設(shè)備和靈活性的管理軟件實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)識(shí)別和出入管 理，簡(jiǎn)化了車輛進(jìn)出的管理手續(xù)，提高了車輛的通行效率，提 高了校園的安全性。管理人員可以隨時(shí)登陸管理軟件進(jìn)行車 輛管理和信息統(tǒng)計(jì)，為校園有序提供了依據(jù)支持。車牌識(shí)別技 術(shù)未來(lái)也會(huì)是智能化交通管理系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。