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嵌入式WEB技術在交通監(jiān)控系統(tǒng)中應用研究

日期： 2009-05-29

作者：李銳　程世平

關鍵詞： 監(jiān)控系統(tǒng) 總線控制器應用程序軟件系統(tǒng) 文件系統(tǒng)

嵌入式WEB技術在交通監(jiān)控系統(tǒng)中應用研究?

李銳[1]? 程世平[2] ?

（1.安徽交通職業(yè)技術學院信息工程系，安徽合肥? 230051?

2.西南交通大學經(jīng)濟管理學院四川成都 610031）?

摘? 要：本文主要討論異構網(wǎng)絡無縫聯(lián)接嵌入式WEB服務器的軟硬件設計以及關鍵技術的實現(xiàn)。它包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植、嵌入式Web服務器設計、數(shù)據(jù)庫移植和主要功能的實現(xiàn)方法。利用EWS技術和Internet相結合的方法, 實現(xiàn)對交通信息采集、交通狀況監(jiān)視、交通控制、信息發(fā)布和通信的交通數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控。?

關鍵詞：嵌入式WEB技術；交通監(jiān)控系統(tǒng)；EWS系統(tǒng)?

Application Research of Embedded Web Technology in Traffic monitoring System

Li? Rui1??? CHENG Shi-ping2?

(1.Department of Information engineering, AnHui Communications Vocational & Technical? College, Hefei 230051,China?

?? 2.School of Economics Management, South-West Jiaotong University Chengdu,Sichuan 610031,China)?

Abstract: The paper mainly discuss design of hardware & software for embedded web server with Heterogeneous network seamless connectivity and implement of key technology. It contains transplantation of embedded Linux operating system, design of embedded web server, transplantation of database and implementing method of main functions. Remote monitoring is realized to traffic information collection, monitoring traffic conditions, traffic control, information published and communication of traffic data by using combining EWS technology with Internet .?

?Key Words: embedded web technology; traffic monitoring system; EWS system?

1．引言?

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸尤其是高速公路運輸越來越成為國民經(jīng)濟和日常生活一個極其重要的組成部分，為解決道路和路口的交通阻塞，減少事故，建立現(xiàn)代化的智能交通指揮控制系統(tǒng)是非常必要的，而視頻監(jiān)控和路況信息傳送又在此系統(tǒng)中擔任重要的角色。依靠科技來解決城市交通管理問題已成為人們的共識。先進成熟的視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為智能交通的重要組成部分，擔負圖像采集、現(xiàn)場抓拍、事后取證等重要的任務。根據(jù)現(xiàn)在交通監(jiān)控的實際需要，一般會在高速公路、交通路口、車站、收費站等重點部位安裝監(jiān)控系統(tǒng)，然后將信息一并送入監(jiān)控中心。?

圖-1? 嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖?

目前,交通管理監(jiān)控系統(tǒng)都是采用工控機作為上位機,然后配置專用的監(jiān)控組態(tài)軟件,這種方法不僅成本高、效率低,而且系統(tǒng)升級麻煩,需要對管理人員進行專門培訓，且受時空和地域的限制，一些公共信息不能共享。為此,本文提出一種利用嵌入式WEB技術和Internet相結合的方法實現(xiàn)對交通管理監(jiān)控系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控,使管理者可以不受時空和地域限制,通過Internet，利用Web瀏覽器便可完成對交通管理的遠程實時監(jiān)控如圖-1所示,有效克服了傳統(tǒng)本地監(jiān)控的費時費力以及設備維護困難的缺陷，提高交通管理效能。?

2．系統(tǒng)功能?

嵌入式Web交通監(jiān)控系統(tǒng)是以嵌入式Web技術為核心，結合交通信息采集、交通狀況監(jiān)視、交通控制、信息發(fā)布等交通監(jiān)管功能，對通信的交通數(shù)據(jù)進行獲取、存儲、管理、傳輸、分析和顯示，以提供交通管理者或決策者對交通狀況現(xiàn)狀進行決策和研究。例如當車輛闖紅燈時，電子警察系統(tǒng)通過地感線圈感應到車輛信號，檢測器被觸發(fā)，同時由信號燈控制器發(fā)出“紅燈”信號也給控制系統(tǒng)發(fā)出另一信號，兩者同時具備時，照相機動作，拍攝違章車輛圖像，獲取車輛闖紅燈的相關監(jiān)控信息。再例如利用雷達測速儀向道路來車方向發(fā)射雷達波束，再接收汽車的反射的回波，通過回波分析測定汽車車速，如車速超過設定值，則指令相機拍攝，獲取車輛超速的相關監(jiān)控信息。將這些路況監(jiān)控的信息，利用異構網(wǎng)絡無縫聯(lián)接嵌入式網(wǎng)關的軟硬件設計以及關鍵技術的實現(xiàn),接入嵌入式Web服務器,它們之間的連接可以用串行口、并行口、USB等實現(xiàn)?，F(xiàn)場監(jiān)控端完成對目標區(qū)的交通狀況監(jiān)視的檢測,并將檢測結果通過嵌入式Web服務器實時傳送至web界面,使監(jiān)控人員無論在哪里,只要連接至Internet網(wǎng)絡,便可對目標區(qū)域進行監(jiān)控和管理[1]。同時也可提供公共出行信息服務。其系統(tǒng)結構如圖-2所示。?

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圖-2系統(tǒng)結構 ?

3．系統(tǒng)組成?

系統(tǒng)是由EWS硬件和軟件系統(tǒng)以及交通監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖-3所示。?

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???????????????????????????????????? 圖-2?? 系統(tǒng)組成?

系統(tǒng)的硬件主要由三大部分組成:嵌入式Web服務器、總線控制器、監(jiān)控系統(tǒng)?？偩€控制器首先對交通監(jiān)控的區(qū)域進行規(guī)劃，確定每個監(jiān)控點所對應的嵌入式WEB服務器（EWS），然后根據(jù)相應的監(jiān)控量，來確定EWS的硬件結構和軟件系統(tǒng)[4,5]。

3.1 EWS硬件系統(tǒng)?

EWS硬件系統(tǒng)包括嵌入式微型處理器、FLASH、ROM存儲器、DRAM存儲器、以太網(wǎng)接口、前端應用系統(tǒng)的硬件和總線控制器。如圖-4所示?

圖-4? EWS硬件系統(tǒng)?

3.2 EWS軟件系統(tǒng)?

EWS的軟件系統(tǒng)包括HTTP引擎，TCP/IP協(xié)議，CGI腳本，虛擬文件系統(tǒng)，配置模塊，安全模塊，應用程序接口模塊，嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式應用程序，接口驅動，嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite。?

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)?

監(jiān)控系統(tǒng)有紅外攝像儀，電子警察，視頻監(jiān)視儀，雷達測速儀等以及總線控制器。這些監(jiān)控設備把交通信息采集、交通狀況監(jiān)視、交通控制信息通過總線控制器傳輸?shù)紼WS, 然后通過Internet，Web瀏覽器便可完成對交通管理的遠程實時監(jiān)控。?

4．系統(tǒng)實現(xiàn)?

4.1 EWS配置與設計?

4.1.1 EWS軟件設計?

在EWS設計中，對操作系統(tǒng)的選擇是至關重要的?？紤]到本系統(tǒng)的實際需求以及其穩(wěn)定性和可靠性，我們選擇uClinux操作系統(tǒng)。?

uClinux是Linux版本的一個分支，uClinux的含義就是Micro-Control-Linux針對微控制領域而設計的Linux系統(tǒng)。它主要針對無MMU的處理器設計，支持多任務，具有完備的TCP/IP協(xié)議棧并支持多種網(wǎng)絡協(xié)。uClinux還支持多種文件系統(tǒng)[2,3]。?

首先我們選用Linux 2.4.20進行內核與設備驅動程序的剪裁和移植。配置uCLinux和處理器、編譯器補丁,建立交叉編譯環(huán)境,內核剪裁主要是對硬件平臺、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議等的配置。再移植Web Server,Telnet daemon等常用的應用程序。通過剪裁,得到精簡后的內核,保留串口控制臺和常用命令工具等,這樣可以通過Telnet經(jīng)過身份認證后登錄到系統(tǒng)上,通過命令行的方式了解系統(tǒng)資源和網(wǎng)絡的使用情況。通常壓縮內核到FLASH,啟動時解壓到RAM中運行。采用romfs文件系統(tǒng)、flat可執(zhí)行文件格式。選用精簡的運行時庫uCLibc。其典型的驅動程序包括控制臺終端、串口設備、包含文件系統(tǒng)的塊設備驅動。在驅動程序的開發(fā)調試中采用uCLinux模塊動態(tài)加載技術,將驅動編譯進內核,啟動時直接加載，同時支持動態(tài)鏈接uCLibc庫。然后再移植SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫。如圖-5。?

應用程序?

LIUNX 內核?

BOOTLOADER?

硬件設備?

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圖-5 EWS軟件系統(tǒng)示意圖 ?

4.1.2 EWS硬件配置?

嵌入式系統(tǒng)采用Samsung S3C44B0X處理器，F(xiàn)lash采用64M的K9F1208U0M，SDRAM采用32M的HY57V561620，Ethernet以太網(wǎng)芯片采用CS8900A。配置了RS232型標準接口和USB1.1標準接口、多個4線串口可擴展連接多個外圍設備,I /O接口豐富,便于根據(jù)實際需要擴展。如圖-6所示。?

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圖-6? EWS硬件配置?

4.2 數(shù)據(jù)庫SQLite設計?

交通監(jiān)控系統(tǒng)中有大量的外場設備，對一些監(jiān)控的數(shù)據(jù)要給予持久保存，為此，我們選用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite?？梢暂^為方便地應用于嵌入式系統(tǒng)中。SQLite雖然是個輕量級的關系數(shù)據(jù)庫，卻保留了數(shù)據(jù)庫的大部分特征，支持多表和索引、事務、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅動。通過調用C語言的API接口，訪問SQLite數(shù)據(jù)庫。主要是對3個API函數(shù)的調用。一是打開數(shù)據(jù)庫，二是操作數(shù)據(jù)庫，三是關閉數(shù)據(jù)庫。其程序片段如下：?

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”?

“

”?

“

”?

“

”?

…?

“

監(jiān)控地點

監(jiān)控時間

監(jiān)控信息

”};?

ret=sqlite3_open(“jtmonitering.db”,&db);?

if (ret)?

{printf(“cant open database”);?

sqlite3_close(db);?

ret=sqlite3_exec(db, ”SELECT? *? FROM? monitoring\n” “order by datetime desc \n” ,callback,NULL,&errors );?

if (ret!=SQLITE_OK)?

{printf(“%s\n”,errors);?

sqlite3_close(db);?

…?

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)設計?

交通監(jiān)控系統(tǒng)一般采用分散式測控、集中式管理的方式。整個系統(tǒng)由監(jiān)控中心、若干個分散的遠程測控終端和通信介質3部分組成。其中遠程測控終端又可分為視頻傳輸終端和一般數(shù)據(jù)傳輸終端兩類。對視頻傳輸終端一般是紅外攝像儀或者監(jiān)視器，該系統(tǒng)通過多功能總線控制器將視頻信號由MJPE或JPEG 芯片壓縮，形成可在網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，通過內部總線傳送到EWS。對數(shù)據(jù)傳輸終端如一般電子警察，雷達測速儀，車輛檢測器、可變限速標志、可變情報板等。對于這些設備通過多功能總線控制器負責對該現(xiàn)場設備進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)轉發(fā)，通過內部總線傳送到EWS。然后EWS服務器可以直接連接到Internet/Intranet上，使管理者完成對交通管理的遠程實時監(jiān)控[6]。?

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括信息采集模塊和設備控制模塊。信息采集模塊主要是完成現(xiàn)場信息的采集,同時還要完成外圍設備自身狀態(tài)信息的采集。將采集的信息實時上傳至監(jiān)控主機并動態(tài)顯示以供查詢,由此得出當前的現(xiàn)場狀況以及設備工作狀態(tài)并采取相應的控制措施,比如報警等。設備控制模塊主要是控制設備運行參數(shù)以及信息發(fā)布。運行參數(shù)主要指采樣周期、采樣率、報警臨界值、設備工作方式等。具體程序控制關系見監(jiān)控系統(tǒng)的主程序如圖-7所示。?

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?????????????????????? 圖-7 監(jiān)控系統(tǒng)的程序模塊

服務器開始運行時，主模塊程序實現(xiàn)嵌入式服務器和瀏覽器之間的通信。WEB Server采用POST方法傳遞數(shù)據(jù)給子模塊程序，當客戶端PC機通過瀏覽器向WEB Server發(fā)出用戶請求時，服務器守護進程啟動相應的子進程，子進程用來處理每個具體請求,子進程模塊主要由幾個處理模塊組成: ①通用函數(shù)模塊。②靜態(tài)文本處理模塊。③CGI模塊和出錯處理模塊。將客戶端PC機的請求傳給WEB Server應用程序。在WEB Server應用程序完成相應操作后，子進程模塊將結果返回，作為HTTP應答消息回送到客戶端PC機，以實現(xiàn)系統(tǒng)的文件配置、管理?

或監(jiān)控功能[7,8]。?

5．實現(xiàn)EWS的關鍵問題?

監(jiān)控系統(tǒng)中,外圍設備和嵌入式系統(tǒng)以及Web服務方面，有幾個關鍵問題需要解決。一是多線程技術，在數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測程序中使用多線程技術。一個用于接收現(xiàn)場的數(shù)據(jù),另一個輪詢監(jiān)控主機的命令。二是安全性，要求只有授權登陸用戶才能登陸到web服務器和進行系統(tǒng)配置。三是流量控制，保證具有負荷大量視頻數(shù)據(jù)的能力，保持系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。四是實時性，特別是在高負荷視頻采集傳輸情況下，監(jiān)控端的web依然能夠正常響應用戶命令。在多路監(jiān)控請求同時存在的情況下，系統(tǒng)的響應速度需要達到監(jiān)控需求。?

6．結束語?

本系統(tǒng)采用嵌入式Web 服務器技術，通過網(wǎng)絡進行傳輸，采用模塊化結構，完成視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集任務，并將其信息傳輸?shù)絀nternet,使管理者不受地域與環(huán)境的限制進行交通管理和監(jiān)控，同時也為公共信息服務方面提供良好的信息資源。它不但使用方便，而且安裝和調試簡單。是改進現(xiàn)有交通監(jiān)控系統(tǒng)的一種較好的方法。?

參考文獻：?

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嵌入式WEB技術在交通監(jiān)控系統(tǒng)中應用研究

日期： 2009-05-29

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