嵌入式WEB技術(shù)在交通監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用研究?

李 銳[1]? 程世平[2] ?

（1.安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，安徽 合肥? 230051?

2.西南交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 四川 成都 610031）?

摘? 要：本文主要討論異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫聯(lián)接嵌入式WEB服務(wù)器的軟硬件設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。它包括嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植、嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)移植和主要功能的實(shí)現(xiàn)方法。利用EWS技術(shù)和Internet相結(jié)合的方法, 實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yuǎn)程監(jiān)控。?

關(guān)鍵詞：嵌入式WEB技術(shù)；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(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸尤其是高速公路運(yùn)輸越來(lái)越成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活一個(gè)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(dān)任重要的角色。依靠科技來(lái)解決城市交通管理問(wèn)題已成為人們的共識(shí)。先進(jìn)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(dān)負(fù)圖像采集、現(xiàn)場(chǎng)抓拍、事后取證等重要的任務(wù)。根據(jù)現(xiàn)在交通監(jiān)控的實(shí)際需要，一般會(huì)在高速公路、交通路口、車站、收費(fèi)站等重點(diǎn)部位安裝監(jiān)控系統(tǒng)，然后將信息一并送入監(jiān)控中心。?

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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(jī)作為上位機(jī),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(jí)麻煩,需要對(duì)管理人員進(jìn)行專門培訓(xùn)，且受時(shí)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(shù)和Internet相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)交通管理監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,使管理者可以不受時(shí)空和地域限制,通過(guò)Internet，利用Web瀏覽器便可完成對(duì)交通管理的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控如圖-1所示,有效克服了傳統(tǒng)本地監(jiān)控的費(fèi)時(shí)費(fèi)力以及設(shè)備維護(hù)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(shù)為核心，結(jié)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(duì)通信的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、存儲(chǔ)、管理、傳輸、分析和顯示，以提供交通管理者或決策者對(duì)交通狀況現(xiàn)狀進(jìn)行決策和研究。例如當(dāng)車輛闖紅燈時(shí)，電子警察系統(tǒng)通過(guò)地感線圈感應(yīng)到車輛信號(hào)，檢測(cè)器被觸發(fā)，同時(shí)由信號(hào)燈控制器發(fā)出“紅燈”信號(hào)也給控制系統(tǒng)發(fā)出另一信號(hào)，兩者同時(shí)具備時(shí)，照相機(jī)動(dòng)作，拍攝違章車輛圖像，獲取車輛闖紅燈的相關(guān)監(jiān)控信息。再例如利用雷達(dá)測(cè)速儀向道路來(lái)車方向發(fā)射雷達(dá)波束，再接收汽車的反射的回波，通過(guò)回波分析測(cè)定汽車車速，如車速超過(guò)設(shè)定值，則指令相機(jī)拍攝，獲取車輛超速的相關(guān)監(jiān)控信息。將這些路況監(jiān)控的信息，利用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫聯(lián)接嵌入式網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn),接入嵌入式Web服務(wù)器,它們之間的連接可以用串行口、并行口、USB等實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控端完成對(duì)目標(biāo)區(qū)的交通狀況監(jiān)視的檢測(cè),并將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)嵌入式Web服務(wù)器實(shí)時(shí)傳送至web界面,使監(jiān)控人員無(wú)論在哪里,只要連接至Internet網(wǎng)絡(luò),便可對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控和管理[1]。同時(shí)也可提供公共出行信息服務(wù)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖-2所示。?

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圖-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?

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(wù)器、總線控制器、監(jiān)控系統(tǒng)?？偩€控制器首先對(duì)交通監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，確定每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的嵌入式WEB服務(wù)器（EWS），然后根據(jù)相應(yīng)的監(jiān)控量，來(lái)確定EWS的硬件結(jié)構(gòu)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(chǔ)器、DRAM存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)接口、前端應(yīng)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(yīng)用程序接口模塊，嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式應(yīng)用程序，接口驅(qū)動(dòng)，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)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(dá)測(cè)速儀等以及總線控制器。這些監(jiān)控設(shè)備把交通信息采集、交通狀況監(jiān)視、交通控制信息通過(guò)總線控制器傳輸?shù)紼WS, 然后通過(guò)Internet，Web瀏覽器便可完成對(duì)交通管理的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。?

4．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)?

4.1 EWS配置與設(shè)計(jì)?

4.1.1 EWS軟件設(shè)計(jì)?

在EWS設(shè)計(jì)中，對(duì)操作系統(tǒng)的選擇是至關(guān)重要的?？紤]到本系統(tǒng)的實(shí)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(gè)分支，uClinux的含義就是Micro-Control-Linux針對(duì)微控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的Linux系統(tǒng)。它主要針對(duì)無(wú)MMU的處理器設(shè)計(jì)，支持多任務(wù)，具有完備的TCP/IP協(xié)議棧并支持多種網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行內(nèi)核與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的剪裁和移植。配置uCLinux和處理器、編譯器補(bǔ)丁,建立交叉編譯環(huán)境,內(nèi)核剪裁主要是對(duì)硬件平臺(tái)、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等的配置。再移植Web Server,Telnet daemon等常用的應(yīng)用程序。通過(guò)剪裁,得到精簡(jiǎn)后的內(nèi)核,保留串口控制臺(tái)和常用命令工具等,這樣可以通過(guò)Telnet經(jīng)過(guò)身份認(rèn)證后登錄到系統(tǒng)上,通過(guò)命令行的方式了解系統(tǒng)資源和網(wǎng)絡(luò)的使用情況。通常壓縮內(nèi)核到FLASH,啟動(dòng)時(shí)解壓到RAM中運(yùn)行。采用romfs文件系統(tǒng)、flat可執(zhí)行文件格式。選用精簡(jiǎn)的運(yùn)行時(shí)庫(kù)uCLibc。其典型的驅(qū)動(dòng)程序包括控制臺(tái)終端、串口設(shè)備、包含文件系統(tǒng)的塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)調(diào)試中采用uCLinux模塊動(dòng)態(tài)加載技術(shù),將驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核,啟動(dòng)時(shí)直接加載，同時(shí)支持動(dòng)態(tài)鏈接uCLibc庫(kù)。然后再移植SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)。如圖-5。?

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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(biāo)準(zhǔn)接口和USB1.1標(biāo)準(zhǔn)接口、多個(gè)4線串口可擴(kuò)展連接多個(gè)外圍設(shè)備,I /O接口豐富,便于根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展。如圖-6所示。?

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圖-6? EWS硬件配置?

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite設(shè)計(jì)?

交通監(jiān)控系統(tǒng)中有大量的外場(chǎng)設(shè)備，對(duì)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(kù)SQLite?？梢暂^為方便地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。SQLite雖然是個(gè)輕量級(jí)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，卻保留了數(shù)據(jù)庫(kù)的大部分特征，支持多表和索引、事務(wù)、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅(qū)動(dòng)。通過(guò)調(diào)用C語(yǔ)言的API接口，訪問(wèn)SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。主要是對(duì)3個(gè)API函數(shù)的調(diào)用。一是打開數(shù)據(jù)庫(kù)，二是操作數(shù)據(jù)庫(kù)，三是關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)。其程序片段如下：?

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

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{printf(“cant open database”);?

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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);?

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4.3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

交通監(jiān)控系統(tǒng)一般采用分散式測(cè)控、集中式管理的方式。整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)控中心、若干個(gè)分散的遠(yuǎn)程測(cè)控終端和通信介質(zhì)3部分組成。其中遠(yuǎn)程測(cè)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(duì)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(guò)多功能總線控制器將視頻信號(hào)由MJPE或JPEG 芯片壓縮，形成可在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，通過(guò)內(nèi)部總線傳送到EWS。對(duì)數(shù)據(jù)傳輸終端如一般電子警察，雷達(dá)測(cè)速儀，車輛檢測(cè)器、可變限速標(biāo)志、可變情報(bào)板等。對(duì)于這些設(shè)備通過(guò)多功能總線控制器負(fù)責(zé)對(duì)該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)內(nèi)部總線傳送到EWS。然后EWS服務(wù)器可以直接連接到Internet/Intranet上，使管理者完成對(duì)交通管理的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控[6]。?

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括信息采集模塊和設(shè)備控制模塊。信息采集模塊主要是完成現(xiàn)場(chǎng)信息的采集,同時(shí)還要完成外圍設(shè)備自身狀態(tài)信息的采集。將采集的信息實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控主機(jī)并動(dòng)態(tài)顯示以供查詢,由此得出當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)狀況以及設(shè)備工作狀態(tài)并采取相應(yīng)的控制措施,比如報(bào)警等。設(shè)備控制模塊主要是控制設(shè)備運(yùn)行參數(shù)以及信息發(fā)布。運(yùn)行參數(shù)主要指采樣周期、采樣率、報(bào)警臨界值、設(shè)備工作方式等。具體程序控制關(guān)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(wù)器開始運(yùn)行時(shí)，主模塊程序?qū)崿F(xiàn)嵌入式服務(wù)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(dāng)客戶端PC機(jī)通過(guò)瀏覽器向WEB Server發(fā)出用戶請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器守護(hù)進(jìn)程啟動(dòng)相應(yīng)的子進(jìn)程，子進(jìn)程用來(lái)處理每個(gè)具體請(qǐng)求,子進(jìn)程模塊主要由幾個(gè)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(cuò)處理模塊。將客戶端PC機(jī)的請(qǐng)求傳給WEB Server應(yīng)用程序。在WEB Server應(yīng)用程序完成相應(yīng)操作后，子進(jìn)程模塊將結(jié)果返回，作為HTTP應(yīng)答消息回送到客戶端PC機(jī)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的文件配置、管理?

或監(jiān)控功能[7,8]。?

5．實(shí)現(xiàn)EWS的關(guān)鍵問(wèn)題?

監(jiān)控系統(tǒng)中,外圍設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)以及Web服務(wù)方面，有幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要解決。一是多線程技術(shù)，在數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)程序中使用多線程技術(shù)。一個(gè)用于接收現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù),另一個(gè)輪詢監(jiān)控主機(jī)的命令。二是安全性，要求只有授權(quán)登陸用戶才能登陸到web服務(wù)器和進(jìn)行系統(tǒng)配置。三是流量控制，保證具有負(fù)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(shí)時(shí)性，特別是在高負(fù)荷視頻采集傳輸情況下，監(jiān)控端的web依然能夠正常響應(yīng)用戶命令。在多路監(jiān)控請(qǐng)求同時(shí)存在的情況下，系統(tǒng)的響應(yīng)速度需要達(dá)到監(jiān)控需求。?

6．結(jié)束語(yǔ)?

本系統(tǒng)采用嵌入式Web 服務(wù)器技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，采用模塊化結(jié)構(gòu)，完成視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集任務(wù)，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(jìn)行交通管理和監(jiān)控，同時(shí)也為公共信息服務(wù)方面提供良好的信息資源。它不但使用方便，而且安裝和調(diào)試簡(jiǎn)單。是改進(jìn)現(xiàn)有交通監(jiān)控系統(tǒng)的一種較好的方法。?

參考文獻(xiàn)：?

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