CN102708693A - 一种智能交通数据采集系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种及时、准确的实现数据采集的智能交通数据采集系统及其工作方法，该系统包括设置在不同道路监控基座上的车牌识别设备，与车牌识别设备连接的数据采集终端，与各数据采集终端连接的数据中心，在监控基座上设有与车辆上安装的环保电子卡相配套的RFID射频设备，在获取车辆视频识别数据的同时向数据中心提供与该数据匹配的车辆电子信息。在车辆身份识别中采用车牌识别和电子信息识别，增加了识别的准确性。工作方法是：当车辆触发车牌识别设备的同时，RFID射频设备读取环保电子卡的信息，实时产生视频和射频的匹配数据后，打包上传给数据中心，期间通过密钥定时与数据中心进行双向认证，确保设备身份安全受控。

Description

一种智能交通数据采集系统及其工作方法

 

技术领域

本发明涉及一种交通数据采集系统，具体涉及基于物联网的道路交通数据采集领域，包括自由流道路车辆信息的采集、整合及实时发送。

背景技术

随着物联网技术在交通管理上的应用，愈发成熟的智能交通管理技术为提高交通管理水平、改善交通拥堵状况作出了卓越的贡献。这其中，及时、准确的数据采集与现场数据实时处理、分析成为智能交通技术重要的前提与基础。传统的数据采集主要有线圈、视频、红外线等方法，大多都存在数据单一，难以个体识别，无法提供数据预处理等缺点。而环保RFID电子标签的应用作为现代车辆的识别手段，其大范围的应用给数据采集提供了更加方便、快捷、准确的新思路，弥补了传统数据采集技术的不足，也为涉车管理应用明确了新的方向，射频数据与传统交通行业数据的融入也为我们提出了新的课题。

从行业内建设发展的需求看，伴随着智能交通基础建设步伐的加快，各类数据采集、融合工作陆续的展开，基站建设的投入越来越多，维护的工作量越来越大，以后会经常遇到如下的情况：

l        数据采集中转设备功能单一，外场工作环境下稳定性差；

l        数据采集基站建设时间长，成本投入大，建设进度缓慢；

l        采集预处理能力、容错机制欠缺，采集到异常数据，进入分析系统后影响分析结果；

l        数据采集系统的安全机制不健全，攻击者可以尝试通过现场的采集网络进入系统，通过病毒、网络攻击等手段影响采集基站数据采集工作；

根据长期的现场经验积累及相关的调查数据表明，大多数行业应用虽然已经能够在数据采集方面采用一定的技术手段来实现功能和简单的管理措施，但是当设备数量迅速增多，应用场景订制化、个性化，尤其是发生涉及维护管理和系统安全方面的事件后，却仍然无法进行及时告警响应、准确定位事件源头，给应用带来极大的困扰和严重的信息安全隐患。如何将系统实现产品化集中式管理的同时，快速适应某几种具有代表性的应用场景，如何有效监控采集系统的采集数据，准确掌握其运行状态，如何发现异常事件并实时告警、记录，同时进行异常事件定位分析，事后追查，是行业迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种及时、准确的实现数据采集的智能交通数据采集系统及其工作方法，该系统数据采集采用了图像设别和电子车辆信息相结合的形式，大大提高了准确率。此外，由于采用了低成本的数据采集终端，降低了基站成本，并且引入了安全芯片，提高了系统的安全性。

本发明的一种智能交通数据采集系统，包括设置在不同道路监控基座上的车牌识别设备，与车牌识别设备连接的数据采集终端，与各数据采集终端连接的数据中心，其特征在于，在监控基座上设有与车辆上安装的环保电子卡相配套的RFID射频设备，在获取车辆视频识别数据的同时向数据中心提供与该数据匹配的车辆电子信息。

所述数据采集终端采用ARM11处理器及其主板，板载接口提供包括以太网、无线网络、3G、RS485、USB、SD、VGA接口的扩展接入。终端提供标准的设备接入协议支持各种外围设备的网络接入；系统提供过数据的采集和多元信息的融合匹配以及数据的实时转发和缓存等功能，与现有的终端相比，节约了成本。

为了提高安全性，在主板上集成有用于存储数据解析密钥及设备安全认证密钥数据的安全芯片。

此外，本发明还提供了该智能交通数据采集系统的工作方法，其工作步骤为：

1）当行驶的车辆触发车牌识别设备工作时，车牌识别设备抓拍车辆图像并得到车牌识别结果；同时RFID射频设备工作，读取车辆中环保电子卡的车辆电子信息；

2）车牌识别设备、RFID射频设备通过局域网接入数据采集终端，数据采集终端获得车牌识别结果和车辆电子信息；

3）数据采集终端将车牌识别结果和车辆电子信息实时匹配并进行数据融合；

4）数据采集终端获取自身安全芯片里的密钥，通过密钥定时进行设备身份认证，与数据中心进行双向认证，判断数据采集终端是否允许接入；

5）一旦获得许可，数据采集终端将采集到的车牌识别结果、车辆电子信息、设备运行状态封装后打包实时上传给数据中心，否则解除当前操作，返回待机状态。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种稳定可靠的嵌入式系统、配备无线通信、交通信息预处理及多元数据的融合匹配功能、支持RFID及其他采集外设动态接入，该系统可实时稳定的将采集到的各类型的数据发送到数据中心；提供离线缓存，设备状态监控、操纵及远程升级等高效的日常运维功能；同时，采集设备的接入授权需通过安全模块的安全认证，保证系统安全可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是本发明的数据采集流程图，

图3是过车信息采集示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的智能交通数据采集系统，其主要包括： 

数据采集终端：嵌入式设备，采用ARM11处理器及其主板，板载接口提供包括以太网、无线网络、3G、RS485、USB、SD、VGA等接口的扩展接入；终端提供标准的设备接入协议支持各种外围设备的网络接入；系统提供过车数据的采集和多元信息的融合匹配，以及将数据的实时转发和缓存等功能。

环保电子卡：车载RFID电子标签，通过射频可以捕获到标签数据通过数据密钥进而解析得到当前车辆的车辆信息。

车牌识别设备：传统交通行业的数据采集设备，通过地感线圈触发抓拍识别车辆，以标准通讯协议接入数据采集终端。

RFID射频设备：无源超高频电子标签读卡器，用于获得车载电子标签数据。

安全芯片：集成于主板上，用于存储数据解析密钥及设备安全认证密钥数据的芯片。

数据中心：用于存储、汇聚各终端的采集数据。

因为车牌视频识别是以地感信号作为触发条件，时间非常精确，并且经过多年的实践检验，应用已经非常成熟，识别成功率在90%以上，而车辆电子信息作为车辆信息的新型载体，具有响应速度快，信息量丰富等优点。下面将对这两种信息实时的计算匹配过程和工作原理进行表述。

如图2，该智能交通数据采集系统的工作步骤为：

1）当行驶的车辆触发车牌识别设备工作时，车牌识别设备抓拍车辆图像并得到车牌识别结果；同时RFID射频设备工作，读取车辆中环保电子卡的车辆电子信息；

2）车牌识别设备、RFID射频设备通过局域网接入数据采集终端，数据采集终端获得车牌识别结果和车辆电子信息；

3）数据采集终端将车牌识别结果和车辆电子信息实时匹配并进行数据融合；

4）数据采集终端获取自身安全芯片里的密钥，通过密钥定时进行设备身份认证，与数据中心的数据存储及处理服务器进行双向认证，判断数据采集终端是否允许接入；

5）一旦获得许可，数据采集终端将采集到的车牌识别结果、车辆电子信息、设备运行状态封装后打包实时上传给数据中心，否则解除当前操作，返回待机状态。

本发明中车牌识别结果和车辆电子信息实时匹配并进行数据融合的过程为：设车辆以基本相同均匀的车速通过基站，如图3过车信息采集示意图。

车牌视频识别结果形成一个按时间先后顺序排列的队列 List，队列里的元素包含过车时间（Ta）和车牌号码等识别结果信息。

RFID射频识别结果形成一个哈希表 Map，表里的元素包含首次读到时间（T1），最后读到时间（T2），非常准确的车牌号码等信息。

进行匹配时首先取List中的第一个元素，即最早通过路口的车辆，如果当前时间（T0）和过车时间（Ta）满足以下条件，开始进入匹配逻辑。

1)      T0 – Ta > C0

C0为一常数，此常数值和车辆速度相关，此值代表车辆在正常行驶情况下，此时间后，已离开射频识别区，故后续的RFID识别结果均不会与该车辆有匹配的可能性。此值可在实际应用时根据正常车速来测定，也可采集车辆速度，通过计算得到。

以下进入匹配逻辑

查找M1中是否有精确匹配的元素（车牌号码相等），如果有，匹配成功，List、Map中分别删除匹配成功的元素，相应信息写入数据库。

如果没有找到精确匹配，在Map种查找时间符合下列规则的标签进行非精确匹配

2)      Ta – T1 < C1、T2 – Ta < C2

C1、C2为常量，实际应用中得到的常量值。在车辆匀速行驶时此二常量和射频识别区范围与地感线圈的距离相关。可以近似的理解为Ta到T1的距离为C1，T2到Ta的距离为C2,T0到Ta的距离为C0。因此，在实际应用中：C0 总是大于 C2

无论是否找到合适RFID射频匹配，从List中删除视频识别结果元素，因为此车辆已经离开射频识别区，后面的识别结果已经不可能与它相匹配。相应信息写入数据库。

扫描Map中所有元素，如果当前时间T0，Map中的元素最后读到时间T2 

3)      T0 – T2 > C3

C3 为一常量，最极端的情况是车辆一进入射频识别区，RFID结果即被读出，且只读到这一次。因此T2 = T1，为保证该结果能被匹配到，至少要等该车辆行驶到T0位置才能被删除。因此C3 应该大于 C0 + C2。满足这个条件表明已经没有车辆记录可能与该标签匹配了，从Map中删除此元素。

匹配可信度计算说明：

每个英文字母和数字占据的分数为16分，车牌6个字符共 90分

省区汉字因为重复的几率很大，且识别成功的机率相对较小，因此占据的比重为5分，车牌颜色占的分值比重为5分，三者相加最高分为100分

因为每个字符占据15分，因此85分相当于车牌至少5个字符识别成功，仅识别错误一个字符，因此二者对应的几率是非常大的，因此大于85分的得分可以认为是精确匹配。

如果得分在30分之下，可以认为是没有能够成功识别，例如两辆“苏A”开头的蓝牌车匹配得分最少已经是25分。对此类不能有效识别的车辆，使用时间相似度进行模糊匹配。以上得分阈值与缓冲时间为参考值，可以根据实际情况设定。

安全方案介绍：

在整个解密过程中，芯片中存储的私钥始终不出安全芯片，避免了私钥的泄露，同时安全芯片本身提供了对私钥的保护，包括不可复制性、Flash加密、防攻击，安全芯片作为终端设备电路的一部分，集成在终端的电路板上，具有防拆防破坏的作用。设备可以通过安全模块的支持库，通过RSA算法配合密钥获得数据密钥用来对数据进行解析。

本发明解决了目前常见交通数据采集系统的中设备订制扩展差、数据接口非标，数据采集接入混乱，采集终端接入复杂度高、数据采集设备安全级别低、运行稳定性差的问题，终端自身可以做到轻便、灵活的匹配协议标准内的各种外部设备。

Claims (4)

1.一种智能交通数据采集系统，包括设置在不同道路监控基座上的车牌识别设备，与车牌识别设备连接的数据采集终端，与各数据采集终端连接的数据中心，其特征在于，在监控基座上设有与车辆上安装的环保电子卡相配套的RFID射频设备，在获取车辆视频识别数据的同时向数据中心提供与该数据匹配的车辆电子信息。

2.根据权利要求1所述的智能交通数据采集系统，其特征在于，所述数据采集终端采用ARM11处理器及其主板，板载接口提供包括以太网、无线网络、3G、RS485、USB、SD、VGA接口的扩展接入。

3.根据权利要求1或2所述的智能交通数据采集系统，其特征在于，在主板上集成有用于存储数据解析密钥及设备安全认证密钥数据的安全芯片。

4.一种权利要求1所述的智能交通数据采集系统的工作方法，其特征在于工作步骤为：

1）当行驶的车辆触发车牌识别设备工作时，车牌识别设备抓拍车辆图像并得到车牌识别结果；同时RFID射频设备工作，读取车辆中环保电子卡的车辆电子信息；

2）车牌识别设备、RFID射频设备通过局域网接入数据采集终端，数据采集终端获得车牌识别结果和车辆电子信息；

3）数据采集终端将车牌识别结果和车辆电子信息实时匹配并进行数据融合；

4）数据采集终端获取自身安全芯片里的密钥，通过密钥定时进行设备身份认证，与数据中心进行双向认证，判断数据采集终端是否允许接入；

5）一旦获得许可，数据采集终端将采集到的车牌识别结果、车辆电子信息、设备运行状态封装后打包实时上传给数据中心，否则解除当前操作，返回待机状态。

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