高速公路车道收费系统的设计与实现

论文题目: 高速公路车道收费系统的设计与实现

论文类型: 硕士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 孙浩

导师: 赵霁

关键词: 智能交通,车道收费系统,图像处理,算子

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 高速公路实现封闭式、半自动化收费是智能化交通系统的一个重要研究课题。它是实现高速公路运营、收费管理全自动化过程的关键一步。而这其中收费车道系统的半自动化,可以说是实现这一步的基础。所以它的设计与实现对于整个高速公路最终实现高效的运营管理是相当重要的。一个封闭式、半自动化收费的高速公路在设计上主要由收费车道、收费站、收费中心三部分组成。车道收费系统负责通行车辆的交通控制,车辆信息的采集、记录和通行费用的计算。本论文主要讨论它的设计与实现。本论文是在环胶州湾高速公路机电改造工程的背景下完成的。这一工程主要目的是建立高速公路半自动化收费系统以替代原有的手工收费系统。新的系统对可靠性、实时性要求比较高,增设了通信网络和较多的控制设备。基于环胶州湾高速公路新的收费系统对于车道收费的具体要求,论文分析了在新的收费方式下收费作业的操作流程,设计了车道系统的硬件结构。在车道软件系统的设计中引入了UML建立了车道软件系统的静态模型和动态模型,通过设计类图构建了车道收费软件系统的实体,通过顺序图明确了收费系统复杂的时序关系和事件转移条件,从而提高了车道软件系统开发的效率和结构的合理性。在具体的软件实现过程中,开发了多个模块。在I/O控制模块中,研究了I/O控制核心设备PCL-725卡对于输入信号的检测和输出信号的设定,实现了对外场设备良好的控制效果。同时,采用多线程技术、配置文件读写技术、回调函数技术、动态链接库技术来提高整个软件系统的灵活性和降低软件开发中的复杂性。在车道软件系统完成后,通过建立仿真车道环境,完成了车道收费软件系统的仿真测试工作,部分实现了测试自动化。解决了人工测试工作量巨大、效率低下的问题。从而提高了整个软件系统的质量和成熟度。在本论文中,还在第五章研究了利用数字图像处理技术来检测车辆外形轮廓,提取有效特征参数的问题。比较了Robert边缘检测算子、Sobel边缘检测算子、Prewitt边缘检测算子和LOG边缘检测算子在车辆边缘检测的不同效果,在总结这些算子优缺点的基础上,提出了有一定抗干扰性、边缘定位较为准确的边缘检测算法,通过最终的实验结果来看,检测效果获得了提高。为进一步的精确计算选定的车辆特征参数提供了较为准确的数据。目前,新的车道收费系统已经投入使用,完全符合环胶州湾高速公路管理运营方在新的收费模式下对于收费车道的要求,有效的提高了整个高速公路收费系统的效率。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 高速公路收费系统的发展介绍

1.2 课题背景与意义

1.3 课题的研究现状

1.4 本论文研究的内容和主要工作

1.5 本论文的内容安排

第二章 环胶州湾高速公路收费系统总体结构设计

2.1 车道系统的组成结构设计

2.1.1 入口收费车道系统的结构设计

2.1.2 出口收费车道系统的结构设计

2.2 收费站的系统构成

第三章 高速公路车道收费软件系统的分析与设计

3.1 车道收费系统的需求分析

3.1.1 车道收费软件系统的功能规定

3.1.2 车道收费处理主要流程分析

3.1.3 车道收费系统的设计原则

3.2 车道收费系统的设计方法

3.2.1 面向对象的设计方法

3.2.2 关于UML

3.3 基于UML 的车道软件系统的建模

3.3.1 采用UML 对车道收费软件进行建模和设计的意义

3.3.2 车道收费软件系统的静态建模

3.3.3 车道收费软件系统的动态建模

3.4 车道收费软件系统的模块划分

第四章 车道收费软件系统的开发实现

4.1 开发平台及数据库管理系统的选取

4.2 收费界面模块

4.2.1 车道系统收费界面的设计

4.2.2 车道收费系统界面动画的设计与开发

4.2.3 操作专用键盘界面显示的设计与开发

4.3 I/O 设备控制模块的实现

4.3.1 PCL-725 I/O 卡介绍

4.3.2 车道工控机对PCL-725 卡控制的实现

4.3.3 对PCL-725 卡数字输入信号的检测

4.3.4 对PCL-725 卡输出信号的设定

4.3.5 PCL-725 卡相连外设控制的实现

4.4 串口设备控制模块

4.4.1 串行通信基础

4.4.2 SPCOMM 控件介绍

4.4.3 串口通信设备的控制实现

4.5 数据库模块

4.5.1 数据库中表的建立

4.5.2 ADO 数据库访问引擎

4.5.3 数据库模块的具体实现

4.6 主控流程模块

4.6.1 系统初始化部分

4.6.2 收费作业软件流程设计中用到的主要技术

4.6.3 消息机制的采用

4.6.4 回调函数的使用

4.6.5 配置文件的使用

4.6.6 多线程技术

4.6.7 动态链接库

4.7 时间的同步问题的解决

第五章 车辆外形特征参数提取研究

5.1 数字图像处理

5.2 车辆外型特征参数提取的硬件结构示意图

5.3 车辆的外形特征参数提取的实现方法

5.4 车辆外形的边缘检测算法

5.4.1 传统的边缘检测算法介绍

5.4.2 改进边缘检测算法的实现机理

5.5 算法的应用和实现结果

5.6 边缘图像阈值分割

5.7 车辆外形特征参数的选择和计算方法

第六章 车道收费软件系统的仿真测试

6.1 测试环境

6.2 单元测试

6.3 综合测试

6.3.1 单元组合测试

6.3.2 强度、可靠性测试

第七章 总结与展望

7.1 课题总结

7.2 课题的不足之处

7.3 后续工作展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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• [5].高速公路车道收费系统的设计与实现[D]. 徐博强.吉林大学2012
• [6].基于环视系统的车道偏离预警系统研究[D]. 冷坤.南京航空航天大学2013
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• [9].基于单目视觉的车道偏离预警系统的研究[D]. 高瑞胜.杭州电子科技大学2013
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相关论文

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• [7].高速公路联网收费系统的研究[D]. 李永祥.哈尔滨工程大学2006
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• [9].高速公路联网收费系统的设计与开发[D]. 刘博.中国人民解放军国防科学技术大学2002
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