嵌入式WEB技术在交通监控系统中应用研究 

李 锐[1]  程世平[2]  

（1.安徽交通职业技术学院信息工程系，安徽 合肥  230051 

2.西南交通大学经济管理学院 四川 成都 610031） 

摘  要：本文主要讨论异构网络无缝联接嵌入式WEB服务器的软硬件设计以及关键技术的实现。它包括嵌入式Linux操作系统移植、嵌入式Web服务器设计、数据库移植和主要功能的实现方法。利用EWS技术和Internet相结合的方法, 实现对交通信息采集、交通状况监视、交通控制、信息发布和通信的交通数据的远程监控。 

关键词：嵌入式WEB技术；交通监控系统；EWS系统 

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 

随着我国经济的快速发展，交通运输尤其是高速公路运输越来越成为国民经济和日常生活一个极其重要的组成部分，为解决道路和路口的交通阻塞，减少事故，建立现代化的智能交通指挥控制系统是非常必要的，而视频监控和路况信息传送又在此系统中担任重要的角色。依靠科技来解决城市交通管理问题已成为人们的共识。先进成熟的视频监控系统作为智能交通的重要组成部分，担负图像采集、现场抓拍、事后取证等重要的任务。根据现在交通监控的实际需要，一般会在高速公路、交通路口、车站、收费站等重点部位安装监控系统，然后将信息一并送入监控中心。 

图-1  嵌入式视频监控系统示意图 

目前,交通管理监控系统都是采用工控机作为上位机,然后配置专用的监控组态软件,这种方法不仅成本高、效率低,而且系统升级麻烦,需要对管理人员进行专门培训，且受时空和地域的限制，一些公共信息不能共享。为此,本文提出一种利用嵌入式WEB技术和Internet相结合的方法实现对交通管理监控系统进行远程监控,使管理者可以不受时空和地域限制,通过Internet，利用Web浏览器便可完成对交通管理的远程实时监控如图-1所示,有效克服了传统本地监控的费时费力以及设备维护困难的缺陷，提高交通管理效能。 

2．系统功能 

嵌入式Web交通监控系统是以嵌入式Web技术为核心，结合交通信息采集、交通状况监视、交通控制、信息发布等交通监管功能，对通信的交通数据进行获取、存储、管理、传输、分析和显示，以提供交通管理者或决策者对交通状况现状进行决策和研究。例如当车辆闯红灯时，电子警察系统通过地感线圈感应到车辆信号，检测器被触发，同时由信号灯控制器发出“红灯”信号也给控制系统发出另一信号，两者同时具备时，照相机动作，拍摄违章车辆图像，获取车辆闯红灯的相关监控信息。再例如利用雷达测速仪向道路来车方向发射雷达波束，再接收汽车的反射的回波，通过回波分析测定汽车车速，如车速超过设定值，则指令相机拍摄，获取车辆超速的相关监控信息。将这些路况监控的信息，利用异构网络无缝联接嵌入式网关的软硬件设计以及关键技术的实现,接入嵌入式Web服务器,它们之间的连接可以用串行口、并行口、USB等实现。现场监控端完成对目标区的交通状况监视的检测,并将检测结果通过嵌入式Web服务器实时传送至web界面,使监控人员无论在哪里,只要连接至Internet网络,便可对目标区域进行监控和管理[1]。同时也可提供公共出行信息服务。其系统结构如图-2所示。 

图-2系统结构  

3．系统组成 

系统是由EWS硬件和软件系统以及交通监控系统组成，如图-3所示。 

                                     图-2   系统组成 

系统的硬件主要由三大部分组成:嵌入式Web服务器、总线控制器、监控系统。总线控制器首先对交通监控的区域进行规划，确定每个监控点所对应的嵌入式WEB服务器（EWS），然后根据相应的监控量，来确定EWS的硬件结构和软件系统[4,5]。

3.1 EWS硬件系统 

EWS硬件系统包括嵌入式微型处理器、FLASH、ROM存储器、DRAM存储器、以太网接口、前端应用系统的硬件和总线控制器。如图-4所示 

图-4  EWS硬件系统 

3.2 EWS软件系统 

EWS的软件系统包括HTTP引擎，TCP/IP协议，CGI脚本，虚拟文件系统，配置模块，安全模块，应用程序接口模块，嵌入式操作系统，嵌入式应用程序，接口驱动，嵌入式数据库SQLite。 

3.3 监控系统 

监控系统有红外摄像仪，电子警察，视频监视仪，雷达测速仪等以及总线控制器。这些监控设备把交通信息采集、交通状况监视、交通控制信息通过总线控制器传输到EWS, 然后通过Internet，Web浏览器便可完成对交通管理的远程实时监控。 

4．系统实现 

4.1 EWS配置与设计 

4.1.1 EWS软件设计 

在EWS设计中，对操作系统的选择是至关重要的。考虑到本系统的实际需求以及其稳定性和可靠性，我们选择uClinux操作系统。 

uClinux是Linux版本的一个分支，uClinux的含义就是Micro-Control-Linux针对微控制领域而设计的Linux系统。它主要针对无MMU的处理器设计，支持多任务，具有完备的TCP/IP协议栈并支持多种网络协。uClinux还支持多种文件系统[2,3]。 

首先我们选用Linux 2.4.20进行内核与设备驱动程序的剪裁和移植。配置uCLinux和处理器、编译器补丁,建立交叉编译环境,内核剪裁主要是对硬件平台、文件系统、网络协议等的配置。再移植Web Server,Telnet daemon等常用的应用程序。通过剪裁,得到精简后的内核,保留串口控制台和常用命令工具等,这样可以通过Telnet经过身份认证后登录到系统上,通过命令行的方式了解系统资源和网络的使用情况。通常压缩内核到FLASH,启动时解压到RAM中运行。采用romfs文件系统、flat可执行文件格式。选用精简的运行时库uCLibc。其典型的驱动程序包括控制台终端、串口设备、包含文件系统的块设备驱动。在驱动程序的开发调试中采用uCLinux模块动态加载技术,将驱动编译进内核,启动时直接加载，同时支持动态链接uCLibc库。然后再移植SQLite嵌入式数据库。如图-5。 

图-5 EWS软件系统示意图  

4.1.2 EWS硬件配置 

嵌入式系统采用Samsung S3C44B0X处理器，Flash采用64M的K9F1208U0M，SDRAM采用32M的HY57V561620，Ethernet以太网芯片采用CS8900A。配置了RS232型标准接口和USB1.1标准接口、多个4线串口可扩展连接多个外围设备,I /O接口丰富,便于根据实际需要扩展。如图-6所示。 

                  [E1] 

图-6  EWS硬件配置 

4.2 数据库SQLite设计 

交通监控系统中有大量的外场设备，对一些监控的数据要给予持久保存，为此，我们选用嵌入式数据库SQLite。可以较为方便地应用于嵌入式系统中。SQLite虽然是个轻量级的关系数据库，却保留了数据库的大部分特征，支持多表和索引、事务、视图、触发和一系列的用户接口及驱动。通过调用C语言的API接口，访问SQLite数据库。主要是对3个API函数的调用。一是打开数据库，二是操作数据库，三是关闭数据库。其程序片段如下： 

 “

“

“

“

… 

“”}; 

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 监控系统设计 

交通监控系统一般采用分散式测控、集中式管理的方式。整个系统由监控中心、若干个分散的远程测控终端和通信介质3部分组成。其中远程测控终端又可分为视频传输终端和一般数据传输终端两类。对视频传输终端一般是红外摄像仪或者监视器，该系统通过多功能总线控制器将视频信号由MJPE或JPEG 芯片压缩，形成可在网络中传输的数据帧，通过内部总线传送到EWS。对数据传输终端如一般电子警察，雷达测速仪，车辆检测器、可变限速标志、可变情报板等。对于这些设备通过多功能总线控制器负责对该现场设备进行数据采集、数据存储、数据转发，通过内部总线传送到EWS。然后EWS服务器可以直接连接到Internet/Intranet上，使管理者完成对交通管理的远程实时监控[6]。 

监控系统主要包括信息采集模块和设备控制模块。信息采集模块主要是完成现场信息的采集,同时还要完成外围设备自身状态信息的采集。将采集的信息实时上传至监控主机并动态显示以供查询,由此得出当前的现场状况以及设备工作状态并采取相应的控制措施,比如报警等。设备控制模块主要是控制设备运行参数以及信息发布。运行参数主要指采样周期、采样率、报警临界值、设备工作方式等。具体程序控制关系见监控系统的主程序如图-7所示。 

                       图-7 监控系统的程序模块

服务器开始运行时，主模块程序实现嵌入式服务器和浏览器之间的通信。WEB Server采用POST方法传递数据给子模块程序，当客户端PC机通过浏览器向WEB Server发出用户请求时，服务器守护进程启动相应的子进程，子进程用来处理每个具体请求,子进程模块主要由几个处理模块组成: ①通用函数模块。②静态文本处理模块。③CGI模块和出错处理模块。将客户端PC机的请求传给WEB Server应用程序。在WEB Server应用程序完成相应操作后，子进程模块将结果返回，作为HTTP应答消息回送到客户端PC机，以实现系统的文件配置、管理 

或监控功能[7,8]。 

5．实现EWS的关键问题 

监控系统中,外围设备和嵌入式系统以及Web服务方面，有几个关键问题需要解决。一是多线程技术，在数据采集和监测程序中使用多线程技术。一个用于接收现场的数据,另一个轮询监控主机的命令。二是安全性，要求只有授权登陆用户才能登陆到web服务器和进行系统配置。三是流量控制，保证具有负荷大量视频数据的能力，保持系统传输的稳定性。四是实时性，特别是在高负荷视频采集传输情况下，监控端的web依然能够正常响应用户命令。在多路监控请求同时存在的情况下，系统的响应速度需要达到监控需求。 

6．结束语 

本系统采用嵌入式Web 服务器技术，通过网络进行传输，采用模块化结构，完成视频监控、数据采集任务，并将其信息传输到Internet,使管理者不受地域与环境的限制进行交通管理和监控，同时也为公共信息服务方面提供良好的信息资源。它不但使用方便，而且安装和调试简单。是改进现有交通监控系统的一种较好的方法。 

参考文献： 

[1] 袁毅. 基于嵌入式Web服务器的网络视频监控（A remote video surveillance system based on embedded Web server technology）[J]．电网技术（Power System Technology），2000，24(5)：71-73． 

[2] 黄布毅，郑安平，刘国梅.基于μCLinux的Web技术实现[J].电子设计应用，2003，12：87-90. 

[3] Coelho C N，da Silva D C，Padrao W C．Reengineering embedded systems for the 

 internet[C]．15th Triennial World Congress，Barcelona，Spain，2002 IFAC:761-772 

[4] 万加富,张文斐,张占松.网络监控系统原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2003:178-289 

[5] 付保川，班建民等.基于嵌入式WEB的远程监控系统设计[J].微计算机信息（嵌入式与SOC），2005,21,7-2.58-60 

[6] 李驹光，郑耿，江泽明. 嵌入式Linux系统开发详解———基于EP93XX系列ARM[M]，北京.清华大学出版社，2006:157-256 

[7] 毛勇,金伟正.基于嵌入式web服务器的远程故障诊断系统[J].电子技术应用,2003,(3):56-59. 

[8] 黄英,肖旭，魏急波．基于嵌入式Linux 的远程监控系统的设计[J]．电子工程师, 2002，28(4) .11-13. 

 [E1]