基于FPGA的智能營區防沖擊系統設計

摘要：為提高安防措施，延緩不法分子動作，確保營區安全，提出一種營區智能防沖擊系統解決方案。該方案以移動物體的外形形狀、車牌信息、車輛速度為輸入特征，采用虛擬線圈感應、車牌識別、車輛測速、系統控制等方法來實現預警警告和阻車釘的自動彈出，阻止不法車輛的通行。重點闡述該方案的系統構成及各模塊的工作原理，設計并實現了基于Virtex 5系列XC5VSX50T芯片的硬件平臺。
關鍵詞：Virtex 5；虛擬線圈；神經網絡；車牌識別；車輛測速；防沖擊系統

0 引言
近年來，國際國內安全形勢不容樂觀，恐怖活動呈上升趨勢。因種種問題沖擊政府、軍隊、企業的事件逐年增多，其中就有恐怖分子利用汽車為作案工具攜帶爆炸裝置沖入目標單位引爆，造成傷亡的案例。如何才能對犯罪嫌疑車輛實施迅速有效的設卡攔截，給公安、武警提出了新的課題，提高智能攔截性已經是當務之急。通過調研發現，國內大多數營區的營門安防措施較為單一，防御車輛沖擊設備基本為減速帶、阻車釘等，而且阻車釘均為有線、或無線遙控式觸發。由于恐怖活動事發突然，汽車快速闖入營區，值守人員來不及做出反應，阻車釘不能在適當時機彈出。因此，為確保政府、軍隊、企業等目標單位安全，設計一種營區防沖擊系統，通過模擬線圈感應、車牌識別、車輛測速、系統控制、預警警告等技術使阻車釘自動彈出，可以對恐怖分子駕車沖擊營區實施有效的攔截。

1 系統實現框圖及各部分工作原理
1．1 智能營區防沖擊管理系統方案
政府、軍隊、企業等單位一般都設有車輛出入專用車道，且都有警衛人員，如圖1所示。

當車輛行駛至營門出入口處10 m，即圖1中的虛擬線圈感應區時，攝像機自動檢測車輛的車牌信息。其基本流程為：車輛是否為本單位車輛→阻車釘是否彈出。經判斷后，對出入營區的車輛分以下三種情況來處理：
(1)本單位車輛
當車輛到達虛擬線圈感應區時，系統即自動識別該車車牌，并判斷是否為本單位車輛，若是本單位車輛，系統清零，攝像機復位，測速設備不工作，系統處閑置狀態。
(2)臨時車輛
當車輛到達虛擬線圈感應區時，系統判斷非本單位車輛，自動抓拍，營區值班員招停，并作好信息登記后，向駕駛員發出慢速駛入營區指令。如果該車未聽指令加速行駛，系統設有兩道測速線，車輛駛過第一道測速線，若超過限速，系統迅速彈出立即減速警示牌并警鈴報警，提示駕駛員減速；車輛駛過第二道測速線，若未減速仍超過限速，阻車釘彈出，示為危險車輛。
(3)特殊車輛
特殊車輛包括軍車、警車、救護車等，營門值班人員可根據實際情況做出相應處理。
1．2 智能營區防沖擊系統的基本框圖
本文所論述的營區防沖擊系統理論上主要是基于FPGA和DSP系統設計的。利用FPGA來實現圖像及速度信號的采集與傳輸，系統的整體控制等操作。利用DSP的快速運算能力來實現車牌的識別。該系統的基本框圖如圖2所示。

攝像機不斷地往視頻解碼芯片A／D里傳輸監控視頻流。當車輛經過觸發線時，觸發車輛檢測器，檢測器給FPGA一個檢測脈沖，觸發FPGA從視頻流中截取一幀圖像。FPGA緩存一行的圖像數據，行滿時利用中斷通知DSP獲取圖像。DSP利用EDMA從FPGA中獲取圖像數據，當接收完一幀的圖像數據后，以幀為單位，啟動算法開始對圖像進行處理。獲得結果被寫入FPGA中與存儲數據對比。測速信號由測速傳感器發送至FPGA中，在FPGA內部直接處理，后根據判斷結果，發出控制信號決定警報器是否報警或阻車釘是否彈出。