基于S3C2440A的高速公路收費站人臉識別系統(tǒng)

沈嘉怡， 孫 寧

(南京林業(yè)大學 汽車與交通工程學院， 南京 210037)

0 引 言

高速公路網(wǎng)絡的建設和發(fā)展推動了中國的經(jīng)濟增長和社會發(fā)展，同時也消耗了大量的資源和能源[1]。隨著汽車的快速普及，無證駕駛或處于實習期內的駕駛員上高速的情況頻頻發(fā)生，給駕駛員和其他交通參與者的生命財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅。同時中國新冠肺炎疫情狙擊戰(zhàn)正進入“持久階段”[2]，使得高速公路對出入人員的調查格外重要。目前針對無證駕駛或處于實習期內的駕駛員上高速，主要采用人工攔截和巡查的方式查處。此方法由于時間和人力上的限制，無法從根本上解決無證駕駛或處于實習期內的駕駛員上高速的問題，且具有一定的安全隱患。比如：駕駛員發(fā)現(xiàn)交警后選擇逃跑或者被攔截后拒絕出示駕駛證接受檢查，從而發(fā)生爭吵等問題；針對于常態(tài)化疫情防控期間的車輛出入調查，高杰等提出基于雪亮工程的疫情管控超腦平臺建設，能夠快速、精準的協(xié)助綜治、衛(wèi)健委、公安等進行公共安全事件預警、應急響應、協(xié)同指揮調度。但其使用的邏輯架構較為復雜，數(shù)據(jù)采集較為繁雜，成本較高。

本文設計了基于S3C2440A的高速公路收費站人臉識別系統(tǒng)，通過人臉識別檢測模塊識別駕駛員信息，調查車輛出入地區(qū)分布情況。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，對來自中高風險地區(qū)車輛、人員采取自動報警，并對無證駕駛或處于實習期內的駕駛員與車輛進行阻攔，將駕駛員信息和車輛出入地區(qū)分布上傳至上機位管理系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題即可手動報警。該系統(tǒng)減輕了交通執(zhí)法人員工作強度，同時提高了工作效率，給疫情防控和交通管理帶來了便利。

1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設計如圖1所示。高速公路收費站人臉識別系統(tǒng)由供電模塊、S3C2440A微處理器模塊、人臉識別檢測模塊、無線通信模塊、上位機管理模塊等構成。系統(tǒng)以S3C2440A微處理器為核心，通過數(shù)據(jù)處理完成高速公路收費站對問題人員的報警與攔截。當車輛即將通過收費站時，人臉識別檢測模塊通過攝像頭系統(tǒng)識別駕駛員信息，并調查車輛出入分布情況，處理器經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，自動對無證駕駛或處于實習期內的駕駛員的車輛進行攔截，并對來自中高風險地區(qū)人員采取自動報警，同時將駕駛員信息和車輛出入分布情況上傳至上機位管理系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題即可手動報警。

圖1 系統(tǒng)設計圖

2 硬件電路設計

基于S3C2440A的高速公路收費站人臉識別系統(tǒng)的硬件主要包括：供電模塊、處理器模塊、人臉識別檢測模塊、無線通信模塊等。硬件設備以S3C2440A微處理器模塊為核心，供電模塊作為輔助，通過人臉識別檢測模塊識別信息，無線通信模塊進行信息傳輸，上機位系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)。

2.1 供電模塊

X1117是一款正電壓輸出的低壓降三段線性穩(wěn)壓電路，主要分為固定電壓輸出版本和可調電壓輸出版本[4]。X1117可輸出固定電壓1.2 V、1.5 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V、5.0 V等或者可調節(jié)的電壓。考慮到系統(tǒng)各硬件電路模塊運行需要1.8～5 V電壓，供電模塊采用X1117可調電壓輸出版本芯片來管理電路完成穩(wěn)壓調節(jié)，將電池輸出電壓轉化為各模塊所需求的正常工作電壓值，且X1117具有過熱保護功能，如圖2所示。

圖2 供電模塊電路

2.2 處理器模塊

本系統(tǒng)處理器使用S3C2440A微處理器，通過對MT9T001圖像傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分析處理，完成高速公路收費站對問題人員的報警與攔截。如圖3所示，S3C2440A是一種16/32位嵌入式RISC結構微處理器芯片，擁有先進的采用高速緩存結構的ARM920T內核，0.13μm的CMOS標準宏單位和存儲器單元，總線采用最新的AMBA架構，具有獨立的8字長16kB指令緩存器、16kB數(shù)據(jù)緩存器以及通用的外設接口[5]。S3C2440A微處理器具有功耗低、體積小、簡單方便、全靜態(tài)設計的特點，且有一套完整的通用系統(tǒng)外設，在使用時無需再配置額外的外圍器件[6]。模塊上具有很多接口：SD卡接口、RS232接口、JTAG接口、USB接口、Ethemet接口等。

圖3 S3C2440A電路

2.3 無線通信模塊

無線通訊模塊采用無線傳感網(wǎng)絡，將MT9T001圖像傳感器識別的信息傳輸至上機位系統(tǒng)。如圖4所示，無線傳感網(wǎng)絡采用CC2530芯片，其內部集成了高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標準增強型8051MCU內核，可支持5種工作模式，能滿足系統(tǒng)低功耗的要求，而且硬件設計簡單、封裝小。

2.4 人臉識別檢測模塊

人臉識別檢測模塊采用CMOS圖像采集傳感器獲取駕駛員信息和車輛出入分布情況信息，信息將在上機位管理系統(tǒng)上實時顯示，以便管理人員管理。

圖4 無線通訊模塊電路

CMOS圖像傳感器具有集成度高、功耗低、價格低的特點，其采集到的數(shù)據(jù)格式，系統(tǒng)可以直接運用[7]。如圖5所示，人臉識別檢測模塊CMOS圖像傳感器選用的是具有300萬像素的MT9T001傳感器，其使用5 V供電，可在低信噪比和低感光敏感度條件下，獲得和CCD質量相同的圖像，同時還保持CMOS尺寸小、成本低和集成度高的優(yōu)勢，分辨率可達到2048×1536[8]。

圖5 人臉識別檢測模塊電路

3 系統(tǒng)軟件設計

選用 Visual Basic 6.0搭建高速公路收費站人臉識別系統(tǒng)的界面。如圖6所示，軟件主界面由駕駛員信息、車輛出入地區(qū)分布、歷史記錄、監(jiān)控設備管理、個性化設置5個部分組成。

其中，駕駛員信息界面如圖7所示。通過人臉識別系統(tǒng)的檢測，準確的調查出駕駛員基礎信息以及駕齡、準駕車型、駕駛證檔案號等駕駛信息，用戶和管理員發(fā)現(xiàn)問題，即可選擇一鍵報警。

出入地區(qū)分布可查看到駕駛員所駕駛車輛在不同日期所出入的地區(qū)情況，選擇日期后可以查看具體通行情況。同時通過折線圖可了解到駕駛員所駕駛車輛出入地區(qū)的風險程度，如圖8所示。

圖6 軟件主界面 圖7 駕駛員信息界面

監(jiān)控設備管理界面如圖9所示，通過日期、高速公路、機位的選擇，可查看到當天不同時間段監(jiān)控設備的運行狀態(tài)、通過車輛數(shù)以及攔截車輛數(shù)。用戶和管理員通過刷新獲得實時監(jiān)控狀態(tài)以及系統(tǒng)自檢和故障報修，保證系統(tǒng)的正常運行。

選擇日期范圍，可以查看到這段時間內所有高速公路收費站車輛出入地區(qū)的風險程度分布情況柱狀圖，如圖10所示。

4 結束語

本文以S3C2440A微處理器為核心，通過人臉識別檢測進行數(shù)據(jù)采集、分析后，對無證駕駛或處于實習期內駕駛員以及來自于中高風險地區(qū)車輛人員進行攔截報警，并通過無線通訊將數(shù)據(jù)傳輸至上機位，方便用戶和管理員查看和報警。該設計系統(tǒng)結構簡單，功能明確，一定程度上解決了高速公路無證駕駛或處于實習期內駕駛員上高速的問題，同時也有效的促進了疫情防控的開展，具有實踐可行性。