基于FPGA的智能營區(qū)防沖擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為提高安防措施，延緩不法分子動(dòng)作，確保營區(qū)安全，提出一種營區(qū)智能防沖擊系統(tǒng)解決方案。該方案以移動(dòng)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(yīng)、車牌識(shí)別、車輛測(cè)速、系統(tǒng)控制等方法來實(shí)現(xiàn)預(yù)警警告和阻車釘?shù)淖詣?dòng)彈出，阻止不法車輛的通行。重點(diǎn)闡述該方案的系統(tǒng)構(gòu)成及各模塊的工作原理，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Virtex 5系列XC5VSX50T芯片的硬件平臺(tái)。
關(guān)鍵詞：Virtex 5；虛擬線圈；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；車牌識(shí)別；車輛測(cè)速；防沖擊系統(tǒng)

0 引言
近年來，國際國內(nèi)安全形勢(shì)不容樂觀，恐怖活動(dòng)呈上升趨勢(shì)。因種種問題沖擊政府、軍隊(duì)、企業(yè)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(biāo)單位引爆，造成傷亡的案例。如何才能對(duì)犯罪嫌疑車輛實(shí)施迅速有效的設(shè)卡攔截，給公安、武警提出了新的課題，提高智能攔截性已經(jīng)是當(dāng)務(wù)之急。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)大多數(shù)營區(qū)的營門安防措施較為單一，防御車輛沖擊設(shè)備基本為減速帶、阻車釘?shù)龋易柢囜斁鶠橛芯€、或無線遙控式觸發(fā)。由于恐怖活動(dòng)事發(fā)突然，汽車快速闖入營區(qū)，值守人員來不及做出反應(yīng)，阻車釘不能在適當(dāng)時(shí)機(jī)彈出。因此，為確保政府、軍隊(duì)、企業(yè)等目標(biāo)單位安全，設(shè)計(jì)一種營區(qū)防沖擊系統(tǒng)，通過模擬線圈感應(yīng)、車牌識(shí)別、車輛測(cè)速、系統(tǒng)控制、預(yù)警警告等技術(shù)使阻車釘自動(dòng)彈出，可以對(duì)恐怖分子駕車沖擊營區(qū)實(shí)施有效的攔截。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖及各部分工作原理
1．1 智能營區(qū)防沖擊管理系統(tǒng)方案
政府、軍隊(duì)、企業(yè)等單位一般都設(shè)有車輛出入專用車道，且都有警衛(wèi)人員，如圖1所示。

當(dāng)車輛行駛至營門出入口處10 m，即圖1中的虛擬線圈感應(yīng)區(qū)時(shí)，攝像機(jī)自動(dòng)檢測(cè)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(jīng)判斷后，對(duì)出入營區(qū)的車輛分以下三種情況來處理：
(1)本單位車輛
當(dāng)車輛到達(dá)虛擬線圈感應(yīng)區(qū)時(shí)，系統(tǒng)即自動(dòng)識(shí)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(tǒng)清零，攝像機(jī)復(fù)位，測(cè)速設(shè)備不工作，系統(tǒng)處閑置狀態(tài)。
(2)臨時(shí)車輛
當(dāng)車輛到達(dá)虛擬線圈感應(yīng)區(qū)時(shí)，系統(tǒng)判斷非本單位車輛，自動(dòng)抓拍，營區(qū)值班員招停，并作好信息登記后，向駕駛員發(fā)出慢速駛?cè)霠I區(qū)指令。如果該車未聽指令加速行駛，系統(tǒng)設(shè)有兩道測(cè)速線，車輛駛過第一道測(cè)速線，若超過限速，系統(tǒng)迅速彈出立即減速警示牌并警鈴報(bào)警，提示駕駛員減速；車輛駛過第二道測(cè)速線，若未減速仍超過限速，阻車釘彈出，示為危險(xiǎn)車輛。
(3)特殊車輛
特殊車輛包括軍車、警車、救護(hù)車等，營門值班人員可根據(jù)實(shí)際情況做出相應(yīng)處理。
1．2 智能營區(qū)防沖擊系統(tǒng)的基本框圖
本文所論述的營區(qū)防沖擊系統(tǒng)理論上主要是基于FPGA和DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。利用FPGA來實(shí)現(xiàn)圖像及速度信號(hào)的采集與傳輸，系統(tǒng)的整體控制等操作。利用DSP的快速運(yùn)算能力來實(shí)現(xiàn)車牌的識(shí)別。該系統(tǒng)的基本框圖如圖2所示。

攝像機(jī)不斷地往視頻解碼芯片A／D里傳輸監(jiān)控視頻流。當(dāng)車輛經(jīng)過觸發(fā)線時(shí)，觸發(fā)車輛檢測(cè)器，檢測(cè)器給FPGA一個(gè)檢測(cè)脈沖，觸發(fā)FPGA從視頻流中截取一幀圖像。FPGA緩存一行的圖像數(shù)據(jù)，行滿時(shí)利用中斷通知DSP獲取圖像。DSP利用EDMA從FPGA中獲取圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)接收完一幀的圖像數(shù)據(jù)后，以幀為單位，啟動(dòng)算法開始對(duì)圖像進(jìn)行處理。獲得結(jié)果被寫入FPGA中與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)比。測(cè)速信號(hào)由測(cè)速傳感器發(fā)送至FPGA中，在FPGA內(nèi)部直接處理，后根據(jù)判斷結(jié)果，發(fā)出控制信號(hào)決定警報(bào)器是否報(bào)警或阻車釘是否彈出。