关键词：边缘计算；电子车牌；交通感应网；协同环境构建
引言
近年来国家积极推进智慧城市、智慧交通发展，随着射频识别技术的不断成熟，基于射频识别技术的汽车电子标识（电子车牌）应用受到各地高度关注。为加快工作推进和统一标准，公安部牵头制定汽车电子标识国家标准，并设立应用试点城市。目前汽车电子标识国家标准已经确定，各硬件厂商已有对应的成型产品，应用集成厂商也在进行行业布局。但由于相关标准刚刚出台，目前行业应用主要集中在行业监管和数据采集分析，还没有形成典型示范应用。随着试点逐渐铺开和配套政策法规的完善，汽车电子标识将会对道路交通管理产生巨大影响。本文将从电子车牌行业发展和技术实现方面进行探讨，最后展望未来的应用。
1基于边缘跳变和投影的车牌定位
首先对预处理图像进行边缘检测，得到二值边缘图像；设定边缘跳变次数阈值，确定车牌所在的可能水平条形区域；通过垂直投影，利用车牌区域波峰—波谷—波峰密集特点定位车牌左右边界，得到车牌区域；若存在多个候选车牌，依据形状特征进行剔除，最后对车牌区域修正处理。
其中灰度化可以看做图像的预处理步骤。主要考虑到现有系统所获取的图像有大量都是彩色的，如果直接对彩色图像进行处理会增加计算量，因此本文的车牌定位方法只利用图像的灰度信息，因此首先需要将彩色图像转化为灰度图像。
1.1 车牌图像边缘检测本文主要采用基于边缘跳变数的水平区域定位方法。首先采用LoG边缘检测器对灰度图像进行边缘检测，得到的边缘图像具有较为闭合的、连通的轮廓。检测过程中，孤立的噪声点和一些较小的结构组织将被滤除。边缘检测后，再去除图像中面积小于指定像素数的连通对象就可以进一步的去除一些杂乱边缘。这一过程可能删除字符的一些笔画信息，但基本上不影响后续步骤的进行。
1.2 基于边缘跳变的水平定位去除杂乱边缘后，我们就可以统计边缘的跳变次数λ。若任意左右两像素点值edge（i）、edge（i+1）（非1即0）不同则加1；相同则不变。可依据公式（1）计算某一行的边缘跳变次数：对于我国现行的标准车牌而言，车牌区域共有七个标准字符，字符之间存在间隔，车牌字符边缘检测后会产生0-1跳变，特征量的取值范围可按下述方法得到： ①下限的设定：可以考虑极端的情况，即车牌号码五个数字都为“11 111”，则其边缘变化频率为10，汉字和字母某一行都为单笔划时，变化的频率最小且为4（如“京”“I”的最顶行），因而变化频率的最小值应为14，考虑到车牌两侧干扰的存在，可设下限15； ②上限的设定：也可考虑极端情形，车牌号的五个数字两次经过某一行（如“88 888”中的上下半部分）时，其边缘变化的频率最大且为20。当字母为“M或W”时，字母四次经过某一行，其边缘变化的频率最大且为8，当汉字为“藏”字时，扫描线经过该字时变化频率最大为12，同时考虑干扰的情况，可设此特征量上限为50。
设置一个阈值N来统计边缘图像包含的边缘信息是否丰富。往往由于车牌区域笔画信息较多，边缘信息也最为丰富，通过阈值N可以确定车牌所在的水平条形区域。具体为对边缘检测后的图像逐行扫描，当跳变次数大于上述阈值N时，保存其位置。扫描结束后，对至少连续M行跳变次数都大于阈值N，则认为该区域可能存在车牌，保存起始位置，得到水平区域。反复搜索，直至结束。
2RFID技术在电子车牌中的应用分析。
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可存储大量数据(包括车辆信息：牌照信息，购置年份，车辆的许可证发放时间，车辆型号，公司名称，地址，电话号码，驾驶执照号码，违法记录，车辆照片等信息)，并通过数字防伪技术等方式加密和保存，从而最大限度的实现信息的保密性和独特性，能够通过阅读器和天线进行远程识别，对车辆进行全方位全天候的检查、控制和管理。1、特种车辆管理。特种车辆一般是指两客一危车辆，以及工程车辆等。这类车辆是交管部门的重点监管对象，尤其是危险品运输车辆，由于其危险性，交管部门一般会为其指定行驶路线及规定上路时间，对于这几类车辆的监管，以前一般是进行车辆登记、开具通行证、要求车辆驾驶人保证按照规定路线行驶等手段进行监管。但其效果不甚理想，如个别车辆为节省时间，会脱离行驶路线，给周边造成安全隐患。对于特种车辆，可以采用电子车牌的方案进行管理，为特种车辆安装电子牌照，即RFID电子标签，将车辆相关信息，如车辆类型、驾驶人、所属公司、车牌号码、年检信息等全部写入到电子标签内，在规定的路线上架设RFID阅读器和天线，实现对特种车辆行驶情况的实时跟踪。一旦有车辆脱离规定路线，交管部门即可立即进行追踪。2、公交车优先通行。为降低尾气污染、提高公共交通工具的利用率，很多城市设置了公交专用车道，以方便广大群众绿色出行。但公交车同样受到交通信号灯的限制，无法实现高效通行，也就无法心音群众来乘坐。而建立基于电子车牌技术的公交优先通行系统则可以大大提高公交车的通行效率，从而提升群众乘坐公共交通公交的意愿，同时能够减少尾气污染。公交优先系统是采用基于RFID技术的电子车牌管理方案的路口信号灯控制方案，该方案是在公交车上安装电子车牌，在路口架设阅读器及天线，阅读器与交通信号灯能够联动。阅读器能够实施检测是否有公交车驶入路口，一旦有公交车驶入路口，则会适当调整交通信号灯的等待或通行时间，以保证公交车辆以最快的速度通过路口，从而提高公交车通行效率，缓解交通拥堵。目前已有部分城市实施了基于电子车牌技术的公交优先通行方案。
3网络传输端
电子车牌的源数据经边缘计算节点初步的筛选、融合、计算之后，需进一步在外部网络中传输以服务于规模化的应用场景。目前广泛使用集中式的数据中心来提供服务，在这种模式下，所有数据必须上传至集中式服务器，通过计算后将结果返回至终端。而随着感应网络覆盖范围不断扩大，终端感知节点获取的数据急剧增长，会导致网络拥塞、网络延迟等问题，严重影响服务质量。为缓解数据中心的处理和存储压力、提升协同环境下的服务能力，一种行之有效的方法是将集中式数据中心的任务向下卸载，在终端与集中数据中心之间构建分布式的边缘数据中心。边缘数据中心是基于云计算中心边缘化提出的概念，这种在网络边缘侧构建的新型基础设施区别与集中化的数据中心，具有以下技术特点：（1）网络传输方面：海量的数据无需上传至集中式数据中心处理，降低了网络延时；同时，网络传输压力下降，避免了网络拥塞，网络传输速率大大增加。（2）可靠性方面：边缘数据中心提供数据的第一入口，具备对海量数据的实时分析处理能力，以及高性能的数据处理及传输可靠性。（3）部署特点方面：边缘数据中心部署非常靠近信息源，具有规模小、数量多、分散部署等特点。将这种方法应用到网络传输端的构建中，即将感应网的覆盖范围划分为不同区域，在每个区域中建立一个边缘数据中心，提供区域内的数据汇集入口，接收区域内边缘计算节点处理后的数据。边缘数据中心汇集了所属区域内的交通数据，利用其自身的计算资源，可得到区域内的交通状态，为区域内车辆提供即时的交通服务，如依据实时道路拥堵程度为车辆动态规划最优行驶路径。边缘数据中心作为分布式节点，需要与上层的管理控制中心建立数据通信。管理中心节点从形式上可以是集中式的云计算中心，一方面按需获取存储在边缘数据中心的数据，另一方面也对边缘数据中心进行统一管理和资源的动态调度。故协同环境下的网络传输端由边缘计算节点、边缘数据中心和管理控制中心之间的传输链路构成。与数据采集端节点之间采取的无线通信方式（如ZigBee）不同，数据在网络传输端流转需通过移动通信网络、互联网等方式传输，以应对高密度、大带宽、远距离的传输需求。尤其是近年来发展迅猛的5G通信技术，在将其和边缘数据中心进行结合后，可以支撑更低延时的应用场景。
结语
电子车牌的数据源构建、电子车牌识别的防碰撞技术、交通感应网区域的合理划分以及边缘数据中心之间的协同问题等等，在后续的研究中，可针对这些方面对电子车牌系统与交通感应网的协同环境进行补充和完善。
参考文献
[1]耿乙喆.基于RFID技术电子车牌应用研究[J].云南警官学院学报，2018(06)：125-128.
[2]谷健.基于RFID数据的城市交通流动态路径诱导研究[D].南京：东南大学，2017.
论文作者:刘晓平
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/12
标签：车牌论文; 边缘论文; 数据中心论文; 车辆论文; 电子论文; 图像论文; 数据论文; 《科学与技术》2019年第15期论文;