基于物联网的交通标识牌管理系统开发与实现

王 锋, 陈媛媛

(1 海南工商职业学院, 海口570000； 2 海口经济学院, 海口570000)

0 引 言

加强对道路交通指示牌的管理,保障道路交通安全和公众出行便利,维护良好的市容市貌是各市交委部门的责任与目的,而解决的途径之一是准确、有效地设立道路交通标志。

目前国内道路交通标识牌的巡检管理存在诸多问题,每年都要投入大量的人力和经费用于交通标志牌的更新和维护,不仅效率低下而且准确率也不高,迫切的需要一种新的解决方案来实现道路交通标识牌巡检工作的智能化、高效性与低成本化。 本系统基于这样的背景下产生。

1 系统技术路线

如图1 所示,本系统包括3 部分内容：带有交通信息的RFID 标签交通标识牌、带有电子标签读写功能的终端系统、PC 端ioT 交通标识牌管理软件。

带有交通信息的RFID 标签交通标识牌,采用有源主动式电子标签,识别更远。

车载终端系统部分,通过软硬结合来设计的功能：

硬件部分：读写器采用超高频Pr9200 芯片：性价比高、性能稳定、功耗极低。

图1 系统技术路线Fig. 1 System technology roadmap

终端系统采用fresscale 的iMX6 嵌入式ARM 芯片,功能强大,接口可扩展。

终端系统加入GPS 模块,可以准确记载车载接收终端所在位置,识别准确率更高。

加入tw9912 视频编解码芯片,连接摄像头,当车载终端识别到标签时触发摄像头拍摄标识牌,用于识别标识牌的完整性。

终端系统软件部分采用多项编程技术：多线程、消息队列、socket 编程、sql 数据库等,代码执行效率更高。

PC 端管理软件采用B／S 系统架构、MySQL 开源数据库,Java ＋Hibernate 技术框架,MyEclipse 开发工具,Java 语言开发。 具有随时随地进行查询、浏览、部署和维护,易于扩展等优势。

2 系统工作流程

系统的工作流程如图2 所示。

图2 系统工作指示图Fig. 2 System flow chart

首先,在交通道路标识牌上安装RFID 标签,预存储该标识牌的相关信息,包括标识牌创建时间及期限、所在路段名称、经纬度坐标、标识牌材质、使用类别、用途等。

其次,将具有电子标签读写功能的终端系统安装在巡检车辆上,当车辆靠近交通标识牌时,标识牌上的RFID 标签发送交通标志信息到车载终端,车载终端将对标志信息与预设标志信息进行比较后存储。

最后,车载终端系统将采集信息发送到PC 端ioT 交通标识牌管理软件。 软件系统将对每个标识牌的信息进行记录存储并显示。

2.1 预设RFID 标签信息

在交通标识牌尚未安装RFID 之前,需要根据标识牌的道路信息,为安装在该标识牌上的RFID标签预设相关信息,内容包含：标识牌创建时间期限、所在路段名称、经纬度坐标、标识牌材质、使用类别、用途等内容。

标签写入完成,就可以安装在标识牌上。

2.2 终端读取RFID 电子标签信息

在巡检车辆上安装带有RFID 读写功能的终端系统,巡检车辆行驶过程中,车载RFID 读写器一直在开启状态。 当带有读写器的车辆靠近交通标识牌时,它所发射的信号磁场自然覆盖交通标识牌上的RFID 标签,车辆越靠近标签,信号越强。 随后读写器读取标签信息,并对读取到的信息进行解码,同时触发摄像头模块和GPS 模块,进行图像采集与车辆定位。

2.3 终端对接收到的数据进行处理

读写器读取到电子标签数据并解码后,通过RS232 串口传输到终端系统,终端采用嵌入式Linux系统,对接收到的标签数据、图像数据、GPS 定位信息进行解析,嵌入式Linux 系统中将建立一个SQLite 数据库对数据进行存储,建立数据库的目的是实现数据的存储、共享、关联,方便用户对数据的查询与读取,保持数据的可用性。

2.4 PC 端管理系统获取终端数据

终端采集的标签数据发送到PC 端管理系统,有两种方式,一种是通过网络发送数据库文件的方式,另外一种是通过网络TCP／IP 协议逐条发送数据,通过遍历数据库,把所有数据逐条发送到PC 端管理系统,PC 系统接收到数据后保存到自己的数据库中并在界面上显示出来。

3 系统功能设计与实现

3.1 终端系统功能设计与实现

终端系统基于嵌入式ARM 平台,操作系统采用嵌入式Linux 内核,要实现各个模块功能首先需要搭建好软硬件平台。

硬件方面选用了freescale 的imx6 四核嵌入式工业互联网核心平台,内嵌了tw9912 视频编解码芯片,tw9912 的作用是实现视频图像的采集。 同时通过串口与读写器板以及GPS 模块连接,GPS 模块选用ublox 的NEO-M8T 模块,终端通过串口读取GPS模块信息,通过字符串解析的方式把需要的数据分离出来就可以得到GPS 定位数据。 平台同时具有网络接口功能,可通过网络进行程序的烧写和文件传输。

在终端软件方面,采用了嵌入式Linux 4.9.88内核,对各个功能模块的读写,以及对数据的存储等均是使用Linux 下的C 语言编程。

(1)读写功能的设计与实现。 读写器芯片采用基于PR9200 芯片的超高频RFID 读写模块,该模块通过串口与ARM 板串口相连接,软件上通过ARM 板嵌入式Linux 控制程序对其实现各项操作,该控制协议是RCP(Reader ControlProtocol)协议。读写核心模块接收到RCP 包后对应RCP 协议执行解析操作,并将操作结果组包后通过串口反馈给应用程序,应用程序通过串口接收到据包后由RFID中间控制程序进行分析和处理,将关键信息存储或进一步处理。

(2)终端数据库设计与实现。 终端数据库选择嵌入式SQLite 数据库,将SQL 语句直接写入C 语言的数据库编程,SQLite 数据库暂用空间小,操作方便,在终端中通过语句创建数据库文件reader＿rfid.db,包含3 个数据表。 数据库表设计如下：

表1 读卡器表Tab. 1 Card reader

表2 终端设备Tab. 2 Terminal device

表3 标签卡表Tab. 3 label card table

表4 授权表Tab. 4 Authorization table

3.2 软件管理系统的设计与实现

PC 端软件管理系统的设计主要是为了方便用户管理者查询各个路段标识牌信息。 系统采取登录的方式进行查询。 “用户登录”界面用于系统管理员登录,需输入用户名、密码、验证码。 添加登录验证主要用于防止外人进入修改数据。

用户登录系统后,点击标识牌管理栏,有如图3 所示3 个栏,其中添加标识牌界面为手动添加标识牌信息。有如下信息：标识牌编码、路段名称、标识牌创建时间、经纬度、标识牌材质、使用类别、用途、标识牌现场图片等。

“导入标识牌”界面用于标识牌数据库的导入,将终端采集到的标识牌信息存储在终端数据库中,通过网络传输到PC端,以数据库文件的形式存在的,在iot 交通标识牌管理系统中,通过导入文件的方式把标识牌数据导入到系统中。

图3 系统管理软件界面Fig. 3 Interface of system management software

“同步标识牌”界面用于与终端系统进行数据的同步,点击同步按键,数据将通过网络从终端系统中发送,管理软件进行存储,同步成功,数据就保存在PC 端管理软件数据库中,供系统调用。

“浏览标识牌”界面用于对道路的标识牌进行浏览,可以修改,同时可根据关键字进行查询。

4 结束语

本文阐述了基于物联网的交通标识牌管理系统的技术路线及实现过程,是一套完整的道路交通标识牌物联网应用项目,涉及RFID 无线射频技术应用开发,嵌入式Linux 系统应用程序编写,BS 系统架构、Java ＋Hibernate 技术框架,具有一定的开发难度。 该系统可为未来无人驾驶、车联网的发展提供数据辅助,具有很高的创新性和应用价值。