CN111726585B - 一种大数据信息管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大数据信息管理系统，包括交通流量监测模块、无线传输模块和后台管理服务器，交通流量监测模块包括CCD图像采集单元、模/数转换单元和FPGA芯片，CCD图像采集单元包括用于采集车流量视频图像的CCD图像传感器，CCD图像传感器的检测信号送入跟随滤波电路、信号放大调理电路和暗电流抑制电路中进行处理，模/数转换单元用于将信号放大调理电路的输出信号转换成数字量后再送入FPGA芯片中处理，FPGA芯片将处理后的交通流量图像数据信息通过无线传输模块远程传递到后台管理服务器，本发明很好地抑制图检测信号中的各种噪声或干扰成分，提升图像信号质量，利用大数据处理技术实现对城市道路交通进行智能管控。
Description
技术领域
本发明涉及交通信息管理技术领域，特别是涉及一种大数据信息管理系统。
背景技术
针对城市道路交通系统汽车流量时空分布严重不均且难以预测，极易引发交通拥堵的问题，基于城市交通监控系统中采集到的海量视频数据，结合视频图像识别技术与大数据挖掘技术，建立城市道路交通大数据信息管理系统来指挥调动车辆的日常出行模式。现有的对交通流量进行监测方法主要通过在监测主机前端设置CCD图像传感器来采集车流量视频图像，采集的视频图像通过图像采集单元处理后传输至数据处理器中。由于CCD图像传感器受到外界天气和光照环境的影响因素巨大，CCD图像传感器的检测信号中会混杂有各种噪声或干扰成分，从而降低CCD测量系统的探测灵敏度，减小工作动态范围，降低图像信号质量，导致车流量数据采集出现偏差，很大程度上限制了大数据信息管理系统的应用功能。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种大数据信息管理系统。
其解决的技术方案是：一种大数据信息管理系统，包括交通流量监测模块、无线传输模块和后台管理服务器，所述交通流量监测模块包括CCD图像采集单元、模/数转换单元和FPGA芯片，所述CCD图像采集单元包括用于采集车流量视频图像的CCD图像传感器，所述CCD图像传感器的检测信号送入跟随滤波电路、信号放大调理电路和暗电流抑制电路中进行处理，所述跟随滤波电路运用电压跟随器原理对所述CCD图像传感器的检测信号进行跟随放大，然后进行二阶RC低通滤波处理后送入所述信号放大调理电路中；所述信号放大调理电路包括运放器AR3，运放器AR3的反相输入端连接电阻R5、电容C4的一端，电阻R5的另一端连接所述跟随滤波电路的输出端，电容C4的另一端接地，运放器AR3的同相输入端连接所述暗电流抑制电路的输出端，运放器AR3的输出端连接电阻R6、电感L1的一端和运放器AR4的同相输入端，运放器AR4的反相输入端连接电阻R7、电容C5的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R7的另一端连接+5V电源，稳压二极管DZ1的阳极接地，运放器AR4的输出端连接电容C5的另一端，并通过二极管VD1连接电阻R6的另一端和运放器AR3的反相输入端，电感L1的另一端连接三极管VT1的集电极，并通过电容C6接地，三极管VT1的发射极连接三极管VT2的基极和电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接三极管VT2的发射极和所述暗电流抑制电路的输入端，并通过电阻R9连接运放器AR5的反相输入端，运放器AR5的同相输入端通过变阻器RP1连接+5V电源，并通过并联的电阻R10、电容C7接地，运放器AR5的输出端连接三极管VT1的基极和VT2的集电极，电阻R8的另一端还连接通过电阻R11连接电阻R12、电容C10的一端和所述模/数转换单元，电阻R12、电容C10的另一端接地；所述模/数转换单元用于将所述信号放大调理电路的输出信号转换成数字量后再送入所述FPGA芯片中处理，所述FPGA芯片将处理后的交通流量图像数据信息通过所述无线传输模块远程传递到所述后台管理服务器。
优选的，所述跟随滤波电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端通过电容C1连接所述CCD图像传感器的信号输出端，运放器AR1的反相输入端、输出端通过电阻R1连接电阻R2、R3、电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端连接运放器AR2的反相输入端和电容C3的一端，运放器AR2的同相输入端通过电阻R4接地，运放器AR2的输出端连接电阻R3、电容C3的另一端和所述信号放大调理电路的输入端。
优选的，所述所述暗电流抑制电路包括运放器AR6，运放器AR6的反相输入端通过电阻R14连接二极管VD2的阴极和电阻R13、电容C8的一端，二极管VD2的阳极接地，电阻R13、电容C8的另一端通变阻器RP2连接电阻R8的另一端，运放器AR6的同相输入端通过电阻R15接地，运放器AR6的反相输入端、输出端之间连接电容C9，运放器AR6的输出端通过电阻R16连接运放器AR3的同相输入端。
优选的，所述模/数转换单元选用型号为TDA9965的模/数转换芯片。
优选的，所述无线传输模块选用ZigBee模块。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：
1.本发明通过CCD图像采集单元中的CCD图像传感器来采集车流量视频图像，然后跟随滤波电路利用电压跟随器原理对检测信号进行跟随输出，提高视频图像信号的驱动能力，并利用二阶低通滤波器原理消除信号中的高频噪声，从而减少视频图像中的噪点；
2.信号放大调理电路中采用运放器AR3、AR4构成的限幅放大电路来对跟随滤波电路的输出信号进行限幅放大，很好地抑制噪声电平过高对信号处理带来的干扰，然后运用LC滤波原理对运放器AR3的输出信号进行精确滤波，极大地降低了外界杂波对采集信号带来的噪声干扰；
3.三极管VT1、VT2组成复合管提升信号放大处理效率，并在快速放大过程中采用运放器AR5对复合管的输出信号进行信号闭环反馈，证视频图像检测信号的幅值与目标量度呈线性变化，从而可以准确地提取各像元中的信号成分且不损失图像细节；
4.设计暗电流抑制电路来对电路中的暗电流尖峰信号进行消除，很好地提升了视频图像背景采集质量。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明跟随滤波电路原理图。
图3为本发明信号放大调理电路和暗电流抑制电路原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
如图1所示，一种大数据信息管理系统，包括交通流量监测模块、无线传输模块和后台管理服务器。交通流量监测模块包括CCD图像采集单元、模/数转换单元和FPGA芯片，CCD图像采集单元包括用于采集车流量视频图像的CCD图像传感器，CCD图像传感器的检测信号送入跟随滤波电路、信号放大调理电路和暗电流抑制电路中进行处理。模/数转换单元用于将信号放大调理电路的输出信号转换成数字量后再送入FPGA芯片中处理，FPGA芯片将处理后的交通流量图像数据信息通过无线传输模块远程传递到后台管理服务器。
为了降低噪声对视频图像检测的干扰，首先将CCD图像传感器的检测信号送入跟随滤波电路中进行处理。跟随滤波电路运用电压跟随器原理对CCD图像传感器的检测信号进行跟随放大，然后进行二阶RC低通滤波处理后送入信号放大调理电路中。如图2所示，跟随滤波电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端通过电容C1连接CCD图像传感器的信号输出端，运放器AR1的反相输入端、输出端通过电阻R1连接电阻R2、R3、电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端连接运放器AR2的反相输入端和电容C3的一端，运放器AR2的同相输入端通过电阻R4接地，运放器AR2的输出端连接电阻R3、电容C3的另一端和信号放大调理电路的输入端。
由于CCD图像传感器的检测信号电位非常微弱，通常只有几百毫伏，因此在跟随滤波电路的工作过程中，CCD图像传感器的检测信号经电容C1耦合后送入运放器AR1中，运放器AR1利用电压跟随器原理对检测信号进行跟随输出，提高视频图像信号的驱动能力。然后运放器AR2与外围阻容元件形成二阶低通滤波器对运放器AR1的输出信号进行降噪，可以有效消除信号中的高频噪声，从而减少视频图像采集过程中产生的噪点。
跟随滤波电路的输出信号送入信号放大调理电路中进一步处理，如图3所示，信号放大调理电路包括运放器AR3，运放器AR3的反相输入端连接电阻R5、电容C4的一端，电阻R5的另一端连接跟随滤波电路的输出端，电容C4的另一端接地，运放器AR3的同相输入端连接暗电流抑制电路的输出端，运放器AR3的输出端连接电阻R6、电感L1的一端和运放器AR4的同相输入端，运放器AR4的反相输入端连接电阻R7、电容C5的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R7的另一端连接+5V电源，稳压二极管DZ1的阳极接地，运放器AR4的输出端连接电容C5的另一端，并通过二极管VD1连接电阻R6的另一端和运放器AR3的反相输入端，电感L1的另一端连接三极管VT1的集电极，并通过电容C6接地，三极管VT1的发射极连接三极管VT2的基极和电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接三极管VT2的发射极和暗电流抑制电路的输入端，并通过电阻R9连接运放器AR5的反相输入端，运放器AR5的同相输入端通过变阻器RP1连接+5V电源，并通过并联的电阻R10、电容C7接地，运放器AR5的输出端连接三极管VT1的基极和VT2的集电极，电阻R8的另一端还连接通过电阻R11连接电阻R12、电容C10的一端和模/数转换单元，电阻R12、电容C10的另一端接地。
在CCD图像传感器的放大过程中需要对噪声电平进行抑制，因此在信号放大调理电路的处理过程中，利用运放器AR3、AR4构成的限幅放大电路来对运放器AR2的输出信号进行放大调理。其中运放器AR3的放大输出信号送入运放器AR4中进行比较输出，稳压二极管DZ1对运放器AR4反相输入端的比较电压起到稳定作用。当运放器AR3的输出信号幅值小于该比较电压时，根据比较器原理可知运放器AR4输出低电平，二极管VD1不导通，运放器AR3处于正常反相放大状态；当运放器AR3的输出信号幅值大于该比较电压时，运放器AR4输出高电平使二极管VD1导通，从而使运放器AR4输出足够的电流维持运放器AR3的输出电平与比较电压相等，即运放器AR3的输出处于限幅状态，从而很好地抑制噪声电平过高对信号处理带来的干扰，电容C5在限幅状态下起到信号补偿的作用，保证运放器AR4输出电流的稳定性。然后由电感L1与电容C6形成的LC滤波器对运放器AR3的输出信号进行精确滤波，很好地降低了外界杂波对采集信号带来的噪声干扰。三极管VT1、VT2组成复合管对LC滤波后的信号进一步放大，快速提升信号放大处理效率，同时采用运放器AR5对复合管的输出信号进行信号闭环反馈，使复合管处于稳定的工作状态下，保证视频图像检测信号的幅值与目标量度呈线性变化，从而可以准确地提取各像元中的信号成分且不损失图像细节。
为了防止暗电流尖峰信号对视频图像背景检测造成干扰，设计暗电流抑制电路来对此尖峰信号进行抑制。暗电流抑制电路的具体结构包括运放器AR6，运放器AR6的反相输入端通过电阻R14连接二极管VD2的阴极和电阻R13、电容C8的一端，二极管VD2的阳极接地，电阻R13、电容C8的另一端通变阻器RP2连接电阻R8的另一端，运放器AR6的同相输入端通过电阻R15接地，运放器AR6的反相输入端、输出端之间连接电容C9，运放器AR6的输出端通过电阻R16连接运放器AR3的同相输入端。其中，变阻器RP2充当采样电阻对复合管的输出信号进行分流采样，当电路中存在暗电流尖峰信号时，该采样信号首先送入电阻R13、电容C8与二极管VD2构成的缓冲电路中对尖峰信号进行缓冲，然后再送入运放器AR6中进行反向放大，电容C9对运放器AR6的放大信号起到补偿稳定作用，运放器AR6的输出信号送入运放器AR3的同向输入端，从而与运放器AR3反向输入端产生的尖峰大电流信号进行抵消，从而极大限度地降低了暗电流影响，提升对噪声的抑制效果。
本发明在具体使用时，将交通流量监测模块设置在各个交通主干道路口来实时检测城市道路交通流量，通过CCD图像采集单元中的CCD图像传感器来采集车流量视频图像，然后跟随滤波电路利用电压跟随器原理对检测信号进行跟随输出，提高视频图像信号的驱动能力，并利用二阶低通滤波器原理消除信号中的高频噪声，从而减少视频图像中的噪点。信号放大调理电路中采用运放器AR3、AR4构成的限幅放大电路来对跟随滤波电路的输出信号进行限幅放大，很好地抑制噪声电平过高对信号处理带来的干扰，然后运用LC滤波原理对运放器AR3的输出信号进行精确滤波，极大地降低了外界杂波对采集信号带来的噪声干扰。三极管VT1、VT2组成复合管提升信号放大处理效率，并在快速放大过程中采用运放器AR5对复合管的输出信号进行信号闭环反馈，证视频图像检测信号的幅值与目标量度呈线性变化，从而可以准确地提取各像元中的信号成分且不损失图像细节。同时设计暗电流抑制电路来对电路中的暗电流尖峰信号进行消除，很好地提升了视频图像背景采集质量。
信号放大调理电路处理后的信号经电阻R12、电容C10形成的RC滤波稳定后送入模/数转换单元中，本发明的模/数转换单元选用型号为TDA9965的模/数转换芯片，TDA9965是PHILIPS公司专门为CCD相机设计的一款12位模/数转换芯片，可以快速准确地将信号放大调理电路输出的模拟量图像检测信号转换成数字量信号，然后再送入FPGA芯片中处理，FPGA芯片作为数据采集控制的核心，由其产生CCD驱动信号、A／D控制信号并实现图像数据存取，此为成熟的现有技术，在此不再详述。无线传输模块选用ZigBee模块，FPGA芯片通过数据总线连接ZigBee模块，并将处理后的交通流量图像数据信息通过ZigBee模块远程传递到后台管理服务器，后台管理服务器利用大数据处理技术对各个交通主干道路口的交通流量图像数据进行集中分析处理，从而实现对城市道路交通进行智能管控，为进一步优化交通信号配时、调控交通流量、提高交通管理效率和道路资源利用率进而改善交通拥堵状况，提供有效的数据支持。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种大数据信息管理系统，包括交通流量监测模块、无线传输模块和后台管理服务器，其特征在于：所述交通流量监测模块包括CCD图像采集单元、模/数转换单元和FPGA芯片，所述CCD图像采集单元包括用于采集车流量视频图像的CCD图像传感器，所述CCD图像传感器的检测信号送入跟随滤波电路、信号放大调理电路和暗电流抑制电路中进行处理，所述跟随滤波电路运用电压跟随器原理对所述CCD图像传感器的检测信号进行跟随放大，然后进行二阶RC低通滤波处理后送入所述信号放大调理电路中；
所述信号放大调理电路包括运放器AR3，运放器AR3的反相输入端连接电阻R5、电容C4的一端，电阻R5的另一端连接所述跟随滤波电路的输出端，电容C4的另一端接地，运放器AR3的同相输入端连接所述暗电流抑制电路的输出端，运放器AR3的输出端连接电阻R6、电感L1的一端和运放器AR4的同相输入端，运放器AR4的反相输入端连接电阻R7、电容C5的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R7的另一端连接+5V电源，稳压二极管DZ1的阳极接地，运放器AR4的输出端连接电容C5的另一端，并通过二极管VD1连接电阻R6的另一端和运放器AR3的反相输入端，电感L1的另一端连接三极管VT1的集电极，并通过电容C6接地，三极管VT1的发射极连接三极管VT2的基极和电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接三极管VT2的发射极和所述暗电流抑制电路的输入端，并通过电阻R9连接运放器AR5的反相输入端，运放器AR5的同相输入端通过变阻器RP1连接+5V电源，并通过并联的电阻R10、电容C7接地，运放器AR5的输出端连接三极管VT1的基极和VT2的集电极，电阻R8的另一端还通过电阻R11连接电阻R12、电容C10的一端和所述模/数转换单元，电阻R12、电容C10的另一端接地；
所述模/数转换单元用于将所述信号放大调理电路的输出信号转换成数字量后再送入所述FPGA芯片中处理，所述FPGA芯片将处理后的交通流量图像数据信息通过所述无线传输模块远程传递到所述后台管理服务器。
2.根据权利要求1所述的大数据信息管理系统，其特征在于：所述跟随滤波电路包括运放器AR1，运放器AR1的同相输入端通过电容C1连接所述CCD图像传感器的信号输出端，运放器AR1的反相输入端、输出端通过电阻R1连接电阻R2、R3、电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端连接运放器AR2的反相输入端和电容C3的一端，运放器AR2的同相输入端通过电阻R4接地，运放器AR2的输出端连接电阻R3、电容C3的另一端和所述信号放大调理电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的大数据信息管理系统，其特征在于：所述所述暗电流抑制电路包括运放器AR6，运放器AR6的反相输入端通过电阻R14连接二极管VD2的阴极和电阻R13、电容C8的一端，二极管VD2的阳极接地，电阻R13、电容C8的另一端通过变阻器RP2连接电阻R8的另一端，运放器AR6的同相输入端通过电阻R15接地，运放器AR6的反相输入端、输出端之间连接电容C9，运放器AR6的输出端通过电阻R16连接运放器AR3的同相输入端。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的大数据信息管理系统，其特征在于：所述模/数转换单元选用型号为TDA9965的模/数转换芯片。
5.根据权利要求4所述的大数据信息管理系统，其特征在于：所述无线传输模块选用ZigBee模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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