基于物聯網的交通標識牌管理系統開發與實現

王 鋒, 陳媛媛

(1 海南工商職業學院, 海口570000； 2 海口經濟學院, 海口570000)

0 引 言

加強對道路交通指示牌的管理,保障道路交通安全和公眾出行便利,維護良好的市容市貌是各市交委部門的責任與目的,而解決的途徑之一是準確、有效地設立道路交通標志。

目前國內道路交通標識牌的巡檢管理存在諸多問題,每年都要投入大量的人力和經費用于交通標志牌的更新和維護,不僅效率低下而且準確率也不高,迫切的需要一種新的解決方案來實現道路交通標識牌巡檢工作的智能化、高效性與低成本化。 本系統基于這樣的背景下產生。

1 系統技術路線

如圖1 所示,本系統包括3 部分內容：帶有交通信息的RFID 標簽交通標識牌、帶有電子標簽讀寫功能的終端系統、PC 端ioT 交通標識牌管理軟件。

帶有交通信息的RFID 標簽交通標識牌,采用有源主動式電子標簽,識別更遠。

車載終端系統部分,通過軟硬結合來設計的功能：

硬件部分：讀寫器采用超高頻Pr9200 芯片：性價比高、性能穩定、功耗極低。

圖1 系統技術路線Fig. 1 System technology roadmap

終端系統采用fresscale 的iMX6 嵌入式ARM 芯片,功能強大,接口可擴展。

終端系統加入GPS 模塊,可以準確記載車載接收終端所在位置,識別準確率更高。

加入tw9912 視頻編解碼芯片,連接攝像頭,當車載終端識別到標簽時觸發攝像頭拍攝標識牌,用于識別標識牌的完整性。

終端系統軟件部分采用多項編程技術：多線程、消息隊列、socket 編程、sql 數據庫等,代碼執行效率更高。

PC 端管理軟件采用B／S 系統架構、MySQL 開源數據庫,Java ＋Hibernate 技術框架,MyEclipse 開發工具,Java 語言開發。 具有隨時隨地進行查詢、瀏覽、部署和維護,易于擴展等優勢。

2 系統工作流程

系統的工作流程如圖2 所示。

圖2 系統工作指示圖Fig. 2 System flow chart

首先,在交通道路標識牌上安裝RFID 標簽,預存儲該標識牌的相關信息,包括標識牌創建時間及期限、所在路段名稱、經緯度坐標、標識牌材質、使用類別、用途等。

其次,將具有電子標簽讀寫功能的終端系統安裝在巡檢車輛上,當車輛靠近交通標識牌時,標識牌上的RFID 標簽發送交通標志信息到車載終端,車載終端將對標志信息與預設標志信息進行比較后存儲。

最后,車載終端系統將采集信息發送到PC 端ioT 交通標識牌管理軟件。 軟件系統將對每個標識牌的信息進行記錄存儲并顯示。

2.1 預設RFID 標簽信息

在交通標識牌尚未安裝RFID 之前,需要根據標識牌的道路信息,為安裝在該標識牌上的RFID標簽預設相關信息,內容包含：標識牌創建時間期限、所在路段名稱、經緯度坐標、標識牌材質、使用類別、用途等內容。

標簽寫入完成,就可以安裝在標識牌上。

2.2 終端讀取RFID 電子標簽信息

在巡檢車輛上安裝帶有RFID 讀寫功能的終端系統,巡檢車輛行駛過程中,車載RFID 讀寫器一直在開啟狀態。 當帶有讀寫器的車輛靠近交通標識牌時,它所發射的信號磁場自然覆蓋交通標識牌上的RFID 標簽,車輛越靠近標簽,信號越強。 隨后讀寫器讀取標簽信息,并對讀取到的信息進行解碼,同時觸發攝像頭模塊和GPS 模塊,進行圖像采集與車輛定位。

2.3 終端對接收到的數據進行處理

讀寫器讀取到電子標簽數據并解碼后,通過RS232 串口傳輸到終端系統,終端采用嵌入式Linux系統,對接收到的標簽數據、圖像數據、GPS 定位信息進行解析,嵌入式Linux 系統中將建立一個SQLite 數據庫對數據進行存儲,建立數據庫的目的是實現數據的存儲、共享、關聯,方便用戶對數據的查詢與讀取,保持數據的可用性。

2.4 PC 端管理系統獲取終端數據

終端采集的標簽數據發送到PC 端管理系統,有兩種方式,一種是通過網絡發送數據庫文件的方式,另外一種是通過網絡TCP／IP 協議逐條發送數據,通過遍歷數據庫,把所有數據逐條發送到PC 端管理系統,PC 系統接收到數據后保存到自己的數據庫中并在界面上顯示出來。

3 系統功能設計與實現

3.1 終端系統功能設計與實現

終端系統基于嵌入式ARM 平臺,操作系統采用嵌入式Linux 內核,要實現各個模塊功能首先需要搭建好軟硬件平臺。

硬件方面選用了freescale 的imx6 四核嵌入式工業互聯網核心平臺,內嵌了tw9912 視頻編解碼芯片,tw9912 的作用是實現視頻圖像的采集。 同時通過串口與讀寫器板以及GPS 模塊連接,GPS 模塊選用ublox 的NEO-M8T 模塊,終端通過串口讀取GPS模塊信息,通過字符串解析的方式把需要的數據分離出來就可以得到GPS 定位數據。 平臺同時具有網絡接口功能,可通過網絡進行程序的燒寫和文件傳輸。

在終端軟件方面,采用了嵌入式Linux 4.9.88內核,對各個功能模塊的讀寫,以及對數據的存儲等均是使用Linux 下的C 語言編程。

(1)讀寫功能的設計與實現。 讀寫器芯片采用基于PR9200 芯片的超高頻RFID 讀寫模塊,該模塊通過串口與ARM 板串口相連接,軟件上通過ARM 板嵌入式Linux 控制程序對其實現各項操作,該控制協議是RCP(Reader ControlProtocol)協議。讀寫核心模塊接收到RCP 包后對應RCP 協議執行解析操作,并將操作結果組包后通過串口反饋給應用程序,應用程序通過串口接收到據包后由RFID中間控制程序進行分析和處理,將關鍵信息存儲或進一步處理。

(2)終端數據庫設計與實現。 終端數據庫選擇嵌入式SQLite 數據庫,將SQL 語句直接寫入C 語言的數據庫編程,SQLite 數據庫暫用空間小,操作方便,在終端中通過語句創建數據庫文件reader＿rfid.db,包含3 個數據表。 數據庫表設計如下：

表1 讀卡器表Tab. 1 Card reader

表2 終端設備Tab. 2 Terminal device

表3 標簽卡表Tab. 3 label card table

表4 授權表Tab. 4 Authorization table

3.2 軟件管理系統的設計與實現

PC 端軟件管理系統的設計主要是為了方便用戶管理者查詢各個路段標識牌信息。 系統采取登錄的方式進行查詢。 “用戶登錄”界面用于系統管理員登錄,需輸入用戶名、密碼、驗證碼。 添加登錄驗證主要用于防止外人進入修改數據。

用戶登錄系統后,點擊標識牌管理欄,有如圖3 所示3 個欄,其中添加標識牌界面為手動添加標識牌信息。有如下信息：標識牌編碼、路段名稱、標識牌創建時間、經緯度、標識牌材質、使用類別、用途、標識牌現場圖片等。

“導入標識牌”界面用于標識牌數據庫的導入,將終端采集到的標識牌信息存儲在終端數據庫中,通過網絡傳輸到PC端,以數據庫文件的形式存在的,在iot 交通標識牌管理系統中,通過導入文件的方式把標識牌數據導入到系統中。

圖3 系統管理軟件界面Fig. 3 Interface of system management software

“同步標識牌”界面用于與終端系統進行數據的同步,點擊同步按鍵,數據將通過網絡從終端系統中發送,管理軟件進行存儲,同步成功,數據就保存在PC 端管理軟件數據庫中,供系統調用。

“瀏覽標識牌”界面用于對道路的標識牌進行瀏覽,可以修改,同時可根據關鍵字進行查詢。

4 結束語

本文闡述了基于物聯網的交通標識牌管理系統的技術路線及實現過程,是一套完整的道路交通標識牌物聯網應用項目,涉及RFID 無線射頻技術應用開發,嵌入式Linux 系統應用程序編寫,BS 系統架構、Java ＋Hibernate 技術框架,具有一定的開發難度。 該系統可為未來無人駕駛、車聯網的發展提供數據輔助,具有很高的創新性和應用價值。