基于树莓派3B+的车辆识别与监控系统

白 涛，高海超，杨文峰，常祎雯

（延安大学 数学与计算机科学学院，陕西 延安 716000）

0 引 言

随着中国经济的高速增长，居民生活水平持续提高，我国私人汽车拥有量直线上升，智能化和自动化的交通管理方式作为信息化时代的重要成果，吸引了更多人的关注。传统的人工记录或IC卡身份识别等车辆管理手段难以满足现在城镇化的发展，所以很有必要开发智能车辆检测系统来适应当下信息化的管理，通过以计算机为主体的智能化工具完成可靠又高效的车辆管理[1-3]。车牌识别是车辆检测系统必不可少的组成部分，关于车牌识别技术的探索已成为促进交通管理智能化的必要方式，为此本文提出一种基于树莓派3B+的车牌识别系统，采用一种无线WiFi视频采集传输方法远程实时监控车辆的状态，可应用于停车管理，缓解当下车辆管理的难处[4-10]。

1 车辆识别和监控系统

本文将ARM架构的树莓派3B+作为主控芯片，通过采集终端完成对车辆的图像采集功能，通过感知终端完成对车辆的实时感知功能。主控系统将采集的图像上传到阿里云AI服务平台，完成车牌识别，利用MJPG-streamer采集视频流，利用RTMP实时消息传输协议将采集的视频流上传到OneNET物联网开放平台，完成车辆的远程实时监控，实现车辆实时状态的检测和可视化显示。系统架构如图1所示。

图1 系统架构图

2 硬件系统设计

本文采用CPU型号为BCM2835的树莓派3B+，是一款体积小、功能全并且搭载Linux操作系统，具有强大数据处理能力的平台。树莓派外接采集终端和感知终端，采集终端选用CSI接口的摄像头模块，相比USB摄像头，CSI接口的摄像头价格低廉，同时500万像素已经能够精准识别获取到的车牌图片，在网络流畅的情况下也能够实时捕获视频流。感知终端采用HC-SR04系列超声波模块，该模块性能稳定，测量精度高，盲区小。树莓派的GPIO2和GPIO3引脚分别外接超声波模块的TRIG和ECHO引脚，树莓派处理器IO口向超声波模块的TRIG引脚发送10 μs的高电平后，返回给超声波模块的ECHO管脚一定时间的高电平，因此利用TRIG发送信号到ECHO接收信号的时间间隔完成对距离的测量，进而通过距离的检测完成对车辆的感知。硬件系统架构如图2所示。

图2 硬件系统架构

3 软件系统设计

本文软件系统主要在Linux操作系统环境下，采用并行线程处理方式对视频流进行处理。并行线程处理方式会保证系统的稳健性，并且能够充分利用系统资源，高效地处理视频流信息。由于树莓派内集成的WiFi模块无需外接，因此树莓派上电后会自动接入网络，运行免费基于IP地址的视频流服务器MMJPG-streamer采集视频流，利用输入插件和输出插件采集和处理视频数据。本文采用input_raspicam.so输入插件将树莓派摄像头产生的视频数据复制到内存中，并利用output_http.so输出插件将视频流以IP地址的形式保存下来并上传到Web浏览器。由于目前树莓派的无线WiFi视频采集传输方法存在实时性差和传输速率慢等问题，因此利用RTMP协议将IP地址形式保存下来的视频流上传至OneNET物联网开放平台，实现远程可视化监控并有效解决传统无线WiFi视频采集传输方法的问题。

利用基于TCP/IP协议的HTTP编程方法，将摄像头采集的图片转化为完整的消息头和消息尾的JSON数据格式，通过POST请求将摄像头获取的车牌图片上传到阿里云平台，完成精准的车牌识别。软件系统采用的车辆识别和监控系统流程如图3所示。

图3 车辆识别和监控系统流程图

4 系统测试

为验证本系统的实现效果，对其进行功能测试，根据以上理论分析可以完成系统模型构建，系统测试图如图4所示，实验结果表明该系统能够精准地监测与识别车辆。

图4 系统测试图

5 结 论

本文基于树莓派3B+车辆检测与识别，并采用阿里云AI服务平台的车牌识别API接口实现车辆信息识别，监测并可视化显示车辆实时状态。未来可基于树莓派3B+强大的系统，设计智能停车桩和共享车位系统，不仅能识别与监测车辆信息，还能实现智能化和网络化的交通车辆管理。