基于LabWindows/CVI的車輛違章檢測系統的分析與設計

梁云杰，陳明淑，高心愿，李佳浩

（西京學院，陜西西安，710123）

基于LabWindows/CVI的車輛違章檢測系統的分析與設計

梁云杰，陳明淑，高心愿，李佳浩

（西京學院，陜西西安，710123）

本文主要是基于LabWindows/CVI的車輛位置違章檢測系統。應用地感線圈檢測技術檢測車輛是否有位置違章，然后通過USB-4711A-AE數據采集卡采集車輛違章的電信號，用來檢測車輛是否違章，如果有車輛違章則在LabWindows/CVI采集界面上就會有波形出現。這種檢測方法只采集違章信號，在一定程度上，減少了人工的工作壓力。經過實驗仿真表明，該系統能夠實現車輛違章檢測數據的采集。

LabWindows/CVI；車輛違章檢測；USB-4711A-AE

1　引言

1.1題目背景及其意義

如今，隨著城市的發展和國民經濟的增長，汽車已成為現代人生活中不可或缺的部分。大量的私家車的出現使得城市的交通壓力不斷增大，由此引發的交通擁擠、交通事故頻發，嚴重影響到社會經濟的發展和社會秩序的穩定，也是影響城市交通的安全、通暢的主要原因。因此需要設計一套準確的行之有效的車輛位置違章智能檢測系統來有效地預防交通事故的發生，以便促進人們樹立自覺維護公共交通安全的意識。

本課題是應用LabWindows/CVI軟件設計一個車輛違章檢測系統，主要是檢測十字路口的壓黃實線、十字路口橫向停止線等，利用其設計的檢測系統，相比之前的基于視頻的違章檢測系統，減少人工的視覺疲勞，也減少了交通執法人員人力的投入。它可以幫助管理人員對交通狀況進行及時、準確的分析和處理最大限度地降低處理信息的勞動強度。

1.2國內外相關研究情況

在20世紀60年代，美國就將信息技術與計算機處理技術相結合應用在交通管理領域。世界上最早研發并獲得專利的是Image Sening System開發的大區域視頻檢測技術Autoscope2004TM，它在世界上的30多個智能交通中得到了運用。美國思泰瑞研發的Vantage系統用于處理較大難度交通視頻及相關精確數據的采集。由于其自身攜帶報警處理功能，在各國的視頻檢測領域中基本都采用這款視頻檢測器。此外由加利福尼亞大學分校的“計算機視覺與機器人研究實驗室”開發的由復雜分布式的多傳感器組成的ATON系統，用于對交通流及道路事故檢測的管理，它還將陰影檢測技術與之相結合，取得了良好的效果。日本在2001年提出了通過世界最先進的信息通訊技術，實現人—車輛—道路的一體化，即“e-Japan”戰略。

智能交通系統在我國起步較晚。直到20世紀90年代，我國才開始對智能交通系統有了基礎性研究工作，主要涉及的領域有道路交通管理的優化、交通信息的采集、駕駛員考試系統以及車輛動態識別等。在網絡技術與信息技術快速發展的影響下，我國在智能交通系統的研究也很快步入了快速發展的道路。我國的交通發展經歷了：（1）利用黑白照相和線圈檢測的物理方法；（2）利用計算機控制抓拍，所使用的設備為黑白攝像機；（3）利用視頻的圖像處理和模式識別對車輛檢測。

2　車輛位置違章控制系統的總體方案設計

本課題主要研究的是基于LabWindows/CVI的道路車輛位置違章檢測系統，可以對壓實車道線、雙黃線等縱向線，紅燈時壓路口橫向停止線，停車時壓停車位的4條邊線等情況進行實時地監控，對違章的數據可以進行實時的采集保存。為了實現對車輛位置違章數據的采集，選用USB-4711A-AE數據采集卡，建立基于LabWindows/CVI的數據采集系統。

2.1數據采集卡的設計

USB-4711A-AE是12位的多功能USB模塊。它有16路模擬輸入通道、8路DI， 8路DO， 2路AO和1路32位計數器、采樣速度高達150kS/s。它支持USB 2.0使用，使用簡單，便攜設計，總線供電，帶有接線端子，鎖緊式USB電纜用于緊固式連接。

本論文中設計采取有8種模擬信號，需要8路的模擬信號輸入通道，用來采集車輛違章的信號采集，在采集過程中連接地感線圈所發出的信號，采集該模擬量的信號，采用所輸入的模擬量的信號來完成車輛的檢測，若車輛違章，可以檢測到信號的變化量，通過信號波形的變化來判定車輛是否違章。

2.2地感線圈的設計

地感線圈其本身就是振蕩回路。通常，在地上先鑿出一個大約直徑為1米的圓形的溝槽，或面積相當的矩形溝槽，在溝槽中埋入兩到三匝導線，這就構成了一個埋于地表的電感線圈。但地感線圈只是振蕩電路的一部分，電容和地感線圈組成振蕩回路。振蕩信號通過變換送到單片機組成的頻率測量電路，單片機便可以測量這個振蕩器的頻率。當汽車經過時，會引起振蕩頻率的變化，振蕩頻率升高，能就感知有汽車經過。

2.3硬件電路的設計

本論文的地感線圈是以矩形的實行預埋的，當車輛經過的時候，所產生的電感信號，通過數據采集卡來采集模擬量信號和模擬量信號的輸入輸出，所得到的模擬量的信號通過A/D轉化，轉化成為數字量的信號，并在車輛違章系統的界面輸入。

電壓輸入通過示波器來調試，要求電壓的檔位分為3個檔位，根據所調試的電壓值，來實時在線的采集車輛的違章信息。

3　車輛位置違章檢測系統的軟件設計

3.1車輛位置違章檢測系統軟件功能模塊設計

軟件功能模塊采用自上而下的模塊化的設計方法，把各模塊通過檢測系統結合在一起，使得各模塊之間既相互獨立又存在內在聯系。功能模塊主要包括初始化模塊、數據采集模塊、A/D轉換模塊、信號提取模塊和數據顯示及存儲模塊。

圖1　數據采集過程圖

車輛位置違章檢測系統的流程圖如圖1所示，首先，當程序啟動后，調用初始化模塊完成對數據采集系統內各模塊的初始化工作，設置好各個參數以及變量模塊，調用采集卡函數。然后顯示各個設備名稱，選擇好通道號及電壓的參數范圍，開始數據采集。當對數據采集完畢后，對采集到的數據進行數據處理。當采集完一個階段的數據后，選擇是否繼續，如若繼續，創建數據庫并顯示；若不繼續，則繪制實驗曲線，對該階段的數據進行分析。最后完成了數據采集后，對數據進行存儲，關閉存儲卡。

3.2車輛位置違章檢測控制系統的軟件設計

車輛位置違章的信號是通過數據采集卡進行采集的，采集車輛位置違章時的信號，根據所采集到模擬量信號進行數據檢測，由于輸入的是模擬量信號，所以要進行A/D信號轉換，將其轉換為數據量進行輸出，最終轉換為模擬量輸出。

3.2.1車輛位置違章檢測信號模擬量的輸入系統設計

當車輛通過十字路口的時候，車輛壓實車道線、雙黃線等縱向線，紅燈時壓路口橫向停止線，停車時壓停車位的4條邊線等情況都會產生一個模擬量的信號，采集這個模擬量的信號，用來檢測車輛的違章。部分主函數如下所示：

int main （intargc， char *argv［］）

｛

if （initCVIRTE （0， argv，0） == 0）

return-1；

if （（panelHandle = LoadPanel （0， “AI.uir”，PANEL））＜ 0）

return-1；

DisplayPanel（panelHandle）；

｝

3.2.2違章檢測信號模擬量的輸出系統設計

當檢測到車輛違章的信號以后，為了及時的傳送出車輛違章信號的信息，以便于交警能夠及時的查看車輛的違章信息。

3.2.3AD轉化模塊信號的程序設計

違章車輛所發出的信號為模擬量信號，但是計算機接受的信號為數字量信號，因此需要將模擬量的信號轉換為數字量。

3.3車輛違章系統的數據采集軟件界面設計

車輛位置違章檢測系統主要檢測的是車輛位置違章的電信號。數據采集的軟件的界面主要分為兩部分，一部分是檢測信號的區域，另一部分是實時數據的顯示界面。檢測人員可以通過控制檢測信號的區域來實時的控制數據采集系統的運行，當檢測人員選擇實時數據的顯示時，程序就會將經過處理后的數據實時地顯示在數據采集顯示界面，以便相關工作人員可以隨時分析和檢測車輛的具體違章情況。車輛違章系統的數據采集軟件界面的設計如圖2所示。

3.4車輛違章檢測系統的仿真

將系統的軟硬件結合，可以仿真得到車輛違章檢測系統，從圖3中可以看出來，當車輛壓實車道線、雙黃線等縱向線，紅燈時壓路口橫向停止線，停車時壓停車位的4條邊線等情況的時候，車輛違章檢測的界面就有波形出現，波形的劇烈程度代表車輛違章的密集程度。

4　總結

由實驗和綜合驗證可知，所設計的檢測系統能夠滿足實時采集車輛違章數據的功能。USB-4711A-AE數據采集卡所采集到的數據信號對車輛檢測系統提供了實際可靠的實時數據源。工作人員通過所采集到的實時數據或所存儲的數據，可以判定車輛是否違章。在一定程度上，較之前的傳統判定車輛違章的方法，節省了大量的人力物力。

［1］程曉東.復雜場景中車輛違章檢測及跟蹤算法的研究與實現［D］.南京：南京郵電大學.2014（05）

［2］ 王航宇.基于LabWindows/CVI的車輛檢測數據采集系統［J］.儀表技術與傳感器.2009（01）

［3］ 李江全.LabWindows/CVI 數據采集與串口通信典型應用實例［M］ 北京：電子工業出版社.2014.（01）

［4］ 王海濤，付鈞，杜向輝等.基于LabWindows/CVI的數據采集系統軟件設計［J］.艦船電子工程.2010（05）

Analysis and design of vehicle violation detection system based on LabWindows/CVI

Liang Yunjie，Chen Mingshu，Gao Xinyuan，Li Jiahao
（Xijing University，shaanxi xi’an，710123）

This passage is mainly based on the LabWindows/CVI vehicles violation detection system. Application of ground sense coil detection technology to detect whether the vehicle has a yelloe line violation，then through the USB-4711A-AE data acquisition card to collect the electric signal of the vehicle violation，.Use these signals can detect whether the vehicle violation.If there is a vehicle violation，the collection interface will have the waveform appeared.This detection methods only collect the violation signals.To a certain excent，it reduces the manual work pressure.Simulation experiments show that the system can achieve the collection of vehicles violation detection data.

LabWindows/CVI；Vehicles Violation Detection；USB-4711A-AE

圖 2 數據采集軟件界面

圖3　車輛檢測系統的仿真圖

梁云杰（1993-），男，陜西西安人，西京學院自動化專業學生；

陳明淑（1986-），女，陜西西安人，西京學院助教，研究方向為智能控制；

高心愿（1993-），男，陜西西安人，西京學院自動化專業學生；

李佳浩（1994-），男，陜西西安人，西京學院自動化專業學生。

2015年國家級“大學生創新創業訓練計劃”項目，項目編號：201512715804 ，項目名稱《基于LabWindows/CVI的車輛違章檢測系統設計》2015年。