基于GIS和邊緣計(jì)算的智能交通管理平臺(tái)

摘 要：交通安全問(wèn)題時(shí)刻關(guān)系到我們的生活便利與生命安全，而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，交通管理平臺(tái)也需要不斷的更新?lián)Q代，以達(dá)到更加便捷、高效、安全的維護(hù)交通安全的目的。基于此目的，本文依據(jù)GIS和邊緣計(jì)算，設(shè)計(jì)出了一款智能交通管理平臺(tái)，該平臺(tái)結(jié)構(gòu)整體可分為三層，每層的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分別覆蓋一個(gè)城市網(wǎng)絡(luò)、縣級(jí)行政區(qū)域和市級(jí)行政區(qū)域，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)都包括高清攝像裝置和圖像處理裝置，通過(guò)識(shí)別后圖像與車輛登記數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)分析交通現(xiàn)狀，車輛有無(wú)違反交通規(guī)則問(wèn)題，同時(shí)該系統(tǒng)還具有識(shí)別套牌車的功能，并且能夠通過(guò)高清攝像裝置和圖像處理裝置追溯套牌車駕駛者。

關(guān)鍵詞：GIS；邊緣計(jì)算；監(jiān)控節(jié)點(diǎn)；Lora網(wǎng)絡(luò)

傳統(tǒng)的交通管理平臺(tái)，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)法滿足城市交通統(tǒng)一管理的需要。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本平臺(tái)的目的在于提供一種基于GIS和邊緣計(jì)算的智能交通管理平臺(tái)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)利用GIS圖形和地理信息處理功能，通過(guò)人機(jī)交互界面和后臺(tái)處理數(shù)據(jù)庫(kù)，使交通指揮管理更高效；網(wǎng)絡(luò)容量大，能夠滿足城市交通統(tǒng)一管理的需要，運(yùn)用邊緣計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載小、延遲低。

本文設(shè)計(jì)了一種基于GIS和邊緣計(jì)算的智能交通管理平臺(tái)。包括三層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)監(jiān)控終端。第一層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)覆蓋一個(gè)城市網(wǎng)格，包括在一個(gè)城市網(wǎng)格內(nèi)的多個(gè)交通監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和一個(gè)網(wǎng)關(guān)，任意交通監(jiān)控節(jié)點(diǎn)均與網(wǎng)關(guān)連接。第二層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)覆蓋一個(gè)縣級(jí)行政區(qū)域，包括多個(gè)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)之間采用Lora網(wǎng)絡(luò)，任意網(wǎng)關(guān)層級(jí)相同，同時(shí)任意網(wǎng)關(guān)定期將自己的計(jì)算資源情況廣播給該區(qū)域內(nèi)的所有其他網(wǎng)關(guān)。第三層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)覆蓋一個(gè)市級(jí)行政區(qū)域，包括上述所有網(wǎng)關(guān)和后臺(tái)服務(wù)器，任意網(wǎng)關(guān)均與后臺(tái)服務(wù)器連接，后臺(tái)服務(wù)器與移動(dòng)監(jiān)控終端連接。后臺(tái)服務(wù)器包括中央處理系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)庫(kù)、交通信息數(shù)據(jù)分析與處理模塊、無(wú)線模塊和報(bào)警模塊。監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的輸出端通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接信息數(shù)據(jù)庫(kù)的輸入端。信息數(shù)據(jù)庫(kù)的輸出端連接著交通信息綜合數(shù)據(jù)分析與處理模塊的輸入端。交通信息綜合數(shù)據(jù)分析與處理模塊連接著中央處理系統(tǒng)。報(bào)警模塊連接著中央處理系統(tǒng)。無(wú)線模塊連接著中央處理系統(tǒng)。顯示模塊通過(guò)無(wú)線模塊進(jìn)行連接。移動(dòng)監(jiān)控終端通過(guò)無(wú)線模塊進(jìn)行連接。信息數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置有城市交通規(guī)劃信息、GIS地理信息、橋梁建設(shè)參數(shù)信息、交通信號(hào)燈系統(tǒng)信息、地鐵建設(shè)參數(shù)信息、公路建設(shè)參數(shù)信息。

第一層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)之間采用Lora網(wǎng)絡(luò)。

在第三層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)關(guān)與后臺(tái)服務(wù)器之間采用LTE網(wǎng)絡(luò)。

監(jiān)控節(jié)點(diǎn)包括高清攝像裝置和圖像處理裝置。高清攝像裝置和圖像處理裝置連接，高清攝像裝置安裝于十字路口、公路收費(fèi)站卡口或停車場(chǎng)卡口處。高清攝像裝置用于采集汽車圖像信息、汽車車牌圖像信息和駕駛?cè)藞D像信息。高清攝像裝置與網(wǎng)關(guān)連接，用于向網(wǎng)關(guān)發(fā)送汽車圖像信息、汽車車牌圖像信息和駕駛?cè)藞D像信息。

圖像處理裝置包括圖像處理模塊、車型識(shí)別模塊、車牌識(shí)別模塊、圖像比對(duì)模塊。圖像處理模塊，用于汽車圖像信息的處理。車型識(shí)別模塊，用于識(shí)別車型，得到汽車車型信息。車牌識(shí)別模塊，用于識(shí)別車牌。圖像比對(duì)模塊，用于識(shí)別后圖像與車輛登記數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。圖像處理模塊分別與車型識(shí)別模塊的輸入端和車牌識(shí)別模塊的輸入端連接。還包括分別與車型識(shí)別模塊的輸出端和車牌識(shí)別模塊的輸出端連接的圖像比對(duì)模塊。圖像比對(duì)模塊與網(wǎng)關(guān)連接，將比對(duì)結(jié)果發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。

汽車圖像信息包括汽車的前后輪軸距、車標(biāo)、天窗、長(zhǎng)、寬、高、車身顏色信息。汽車車型信息包括汽車的品牌、型號(hào)、配置、顏色信息。

無(wú)線模塊采用4G模塊或者GPRS模塊或者GSM模塊。

圖像比對(duì)模塊將獲取的車牌信息、車型信息和車輛顏色與車輛登記數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。圖像處理模塊對(duì)圖像進(jìn)行去噪平滑處理，采用中值濾波去除圖像噪聲。

該系統(tǒng)是以GIS公用平臺(tái)作為整個(gè)交通管理系統(tǒng)的樞紐，系統(tǒng)利用基于GIS的數(shù)字電子地圖把才采集到的套牌車信息經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合后生成的實(shí)時(shí)信息動(dòng)態(tài)的顯示在電子地圖上。

由于在遠(yuǎn)離后臺(tái)服務(wù)器端的邊緣區(qū)域圖像處理裝置、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的計(jì)算能力參差不齊，各種設(shè)備通信質(zhì)量也會(huì)實(shí)時(shí)變化，因此實(shí)施例提出了采用上述的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)完成整個(gè)智能交通管理平臺(tái)中所有邊緣設(shè)備的組網(wǎng)。這種分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以使得所有處于邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都能夠共享出自己的計(jì)算資源。但并不是所有的邊緣任務(wù)都能在邊緣設(shè)備處理，當(dāng)在當(dāng)前層的設(shè)備中無(wú)法完成時(shí)，則可以上傳到下一層進(jìn)行處理。首先，每個(gè)網(wǎng)關(guān)下覆蓋的所有監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和該網(wǎng)關(guān)組成第一層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，其次一定范圍內(nèi)的所有網(wǎng)關(guān)組成了第二層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，最后后臺(tái)服務(wù)器作為云端處理器構(gòu)成第三層邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。

套牌車的識(shí)別方法，包括以下步驟：

（1）公路收費(fèi)站卡口或停車場(chǎng)卡口安裝前端高清攝像裝置和圖像處理裝置，當(dāng)汽車行駛通過(guò)時(shí)，前端高清攝像裝置采集汽車圖像數(shù)據(jù)。

（2）前端高清攝像裝置將采集的圖像傳送至圖像處理裝置，圖像處理模塊對(duì)圖像進(jìn)行去噪平滑處理。

（3）將處理后的圖像送入圖像識(shí)別模塊處理，圖像識(shí)別模塊包括車型識(shí)別模塊和車牌識(shí)別模塊。

（4）將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的汽車品牌、型號(hào)、配置結(jié)合汽車顏色、車牌信息傳輸?shù)綀D像比對(duì)模塊，與車輛登記數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果信息不一致，則向交通管理部門報(bào)警，如果信息一致，則進(jìn)行下一輛車輛識(shí)別。

（5）交通管理部門根據(jù)報(bào)警信息，可實(shí)時(shí)追蹤套牌車輛，第一時(shí)間對(duì)套牌車輛進(jìn)行查處。

圖像比對(duì)模塊將獲取的車牌信息、車型信息和車輛顏色與車輛登記數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。圖像處理模塊對(duì)圖像進(jìn)行去噪平滑處理，采用中值濾波去除圖像噪聲。

車型識(shí)別模塊采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別車輛型號(hào)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)有7個(gè)輸入神經(jīng)元和4個(gè)輸出神經(jīng)元。采集的前后輪軸距、車標(biāo)、天窗、長(zhǎng)、寬、高、車身顏色作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入神經(jīng)元。品牌、型號(hào)、配置、顏色作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出神經(jīng)元，從而構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)汽車具體型號(hào)進(jìn)行識(shí)別，獲取汽車品牌、型號(hào)、配置、顏色。

該平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)在于：

（1）通過(guò)設(shè)置邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，一方面擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量，增加組網(wǎng)范圍，

滿足城市交通統(tǒng)一管理的需要，另一方面利用邊緣計(jì)算優(yōu)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載小、延遲低；

（2）系統(tǒng)利用GIS圖形和地理信息處理功能，通過(guò)人機(jī)交互界面和后

臺(tái)處理數(shù)據(jù)庫(kù)，使交通指揮管理更高效；

（3）具有套牌汽車識(shí)別功能，不僅可以比對(duì)車標(biāo)、車牌、車顏色等信息，并且可以具體到車輛型號(hào)和配置，提高了查處套牌的精確性；并且可以對(duì)駕駛?cè)藬z像，方便追溯套牌車駕駛者。

作者簡(jiǎn)介：

楊曉藝，出生年月：1997.10.30，性別：女，民族：漢籍貫：山東省濟(jì)南市，學(xué)歷：本科，研究方向：通信工程.