列車臥鋪車票信息識別與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：針對目前鐵路列車臥鋪車廂乘務(wù)員人工檢票、換票和到站提醒的現(xiàn)狀，設(shè)計了一種可自動檢驗車票、進行到站提醒的車票信息識別與應(yīng)用系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括車票識別終端和到站提醒終端。其中，車票識別終端基于圖像識別技術(shù)對車票信息進行采集和識別，并通過GPRS進行信息傳輸;到站提醒終端基于CAN總線技術(shù)對各個鋪位進行到站提醒。本系統(tǒng)可實現(xiàn)對乘客信息的高效管理、減少乘務(wù)員工作量、改進旅客乘車體驗。

關(guān)鍵詞：檢票、圖像識別、GPRS、CAN總線

0引言

我國地域遼闊，鐵路列車運載力強、票價便宜，目前仍是人們出門遠行的主要交通方式，乘坐臥鋪是遠途旅客的首要選擇，尤其是高速臥鋪列車的投入運行，更加方便了人們出行。目前，旅客乘坐臥鋪列車，由乘務(wù)員人工檢票，為防止旅客旅途中睡覺錯過車站，乘務(wù)員會用臥鋪證換取旅客車票并根據(jù)車票信息對乘客進行到站提醒。這種列車臥鋪的管理方式效率較低，增加了乘務(wù)員的工作量，車票容易丟失，而且到站換票會影響到其他乘客[1]。針對目前乘務(wù)員人工檢票、人工提醒的管理現(xiàn)狀，以及乘務(wù)員不允許使用手機的管理規(guī)定，并從經(jīng)濟性角度考慮，本文設(shè)計了一種臥鋪車票信息識別與應(yīng)用系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有自動檢票、到站提醒功能。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。該系統(tǒng)主要分為車票識別終端和到站提醒終端，車票識別終端設(shè)計為手持設(shè)備，每位乘務(wù)員人手一臺;到站提醒終端設(shè)計為固定設(shè)備，主要由中央處理單元和聲光提醒裝置組成，中央處理單元可安置于列車長室，聲光報警裝置安裝在每個臥鋪床頭;考慮到臥鋪車廂內(nèi)隔間對無線信號的影響，中央處理器與聲光報警裝置通過CAN總線進行通信，CAN總線傳輸距離可達千米，而且每個CAN中繼節(jié)點下可連接110個通信節(jié)點，完全可以滿足設(shè)計需求[2]。

本系統(tǒng)使用流程如下：車票識別終端的GPRS模塊可與鐵路售票系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以獲取本次列車的已售車票信息，并把信息存放在存儲模塊中;乘務(wù)員在列車門口使用車票識別終端掃描車票，中央處理單元把掃描到的信息與存儲模塊內(nèi)的信息進行比對，若車票信息與已售車票信息不一致，液晶顯示模塊可進行報錯提示;若車票信息正確，則由中央處理單元對數(shù)據(jù)進行處理后通過GPRS模塊傳給到站提醒終端;到站提醒終端收到數(shù)據(jù)后進行存儲，顯示模塊可現(xiàn)顯示相關(guān)信息，GPS模塊可進行車站定位，在即將到達某一站前20-30分鐘內(nèi)，中央處理單元通過CAN總線給對應(yīng)的鋪位發(fā)送提醒指令，聲光提醒裝置收到指令后對乘客進行提醒。聲光提醒裝置設(shè)置有關(guān)閉按鈕，乘客按下關(guān)閉按鈕后會有反饋指令傳回中央處理器，顯示模塊可顯示乘客已接收到提醒。

3車票信息識別

車票信息識別主要是依靠掃描模塊攝取車票圖像并提取圖像信息，包括車次、車站、姓名、日期、車號及臥鋪號，提取圖像信息需要對圖像進行預處理、文字識別及存儲應(yīng)用[3、4]。

3.1圖像預處理

（1）圖像定位

為了能準確快速地攝取車票圖像，首先需要對圖像進行定位校正，可通過提取車票二維碼的3個角點來實現(xiàn)本功能[5]。以二維碼圖形的坐下角點開始按順時針方向定義三個角點的坐標為（Z1（x，y），Z2（x，y），Z3（x，y）），這三個坐標的特征是Z1（x，y）、Z2（x，y）和Z2（x，y）、Z3（x，y）之間距離相等，通過這個特征可實現(xiàn)圖像定位，表達式為：

（2）圖像灰度化

由于攝取的車票圖像是彩色的，由紅綠藍三種顏色組成，為了提高處理速度和節(jié)省內(nèi)存空間，需要把圖像進行灰度化處理，即把圖像的灰度值限定在0-255之間，表達式為：

（3）字符區(qū)域提取

為了提取圖像中的字符，需要把車次、姓名、車站、身份證號等文字所在區(qū)域從整張圖像中分割出來，這些文字區(qū)域可視為一個矩形。以提取身份證號矩形區(qū)域為例，根據(jù)圖像定位（1）中二維碼圖形的坐標位置可以確定該矩形位置，若該矩形區(qū)域左上角點和右下角點坐標分別為L（x，y）、R（x，y），則其位置表達式為：

根據(jù)車票圖像尺寸，身份證號文字區(qū)域的變量取值如下所示。

（4）圖像去噪

在圖像預處理過程中，可能會誤把深色點漬識別為字符區(qū)域，為了提高識別精度需要對圖像進行去噪處理，常用方法是均值濾波法，即將每個點視為一個窗口，求該窗口的灰度平均值，其表達式為：

上式求得的結(jié)果是以（x，y）為中心的（2d+1）*（2d+1）窗口內(nèi)的灰度平均值，這樣可提高圖像的識別精度。

3.2文字識別

文字圖像識別需要預先制作一副已知的文字圖像模板，比如把0-9數(shù)字的圖像進行灰度化預處理并做好模板后存儲，當在圖像中提取出文字后再與模板中的文字進行對比匹配[6]，即遍歷模板內(nèi)的文字圖像并計算相似度，其表達式為：

上式中m為文字圖像模板標號，S（i，j）是目標圖像文字在模板中坐標（i，j）處的像素值，Tm（i，j）是m號模板在圖像坐標（i，j）處的像素值。當Tm（i，j）等于0時，將該模板的累計結(jié)果COUNTm的總數(shù)加1，則最后的文字相似度計算表達式為：

上式中W、H分別為模板的寬度和高度。

4通信數(shù)據(jù)幀設(shè)計

當手持終端獲得車票的車次、姓名、車站、臥鋪號等信息后，需要把信息打包成一幀數(shù)據(jù)包發(fā)送給到站提醒終端，提醒終端也需要把數(shù)據(jù)打包發(fā)送給聲光報警裝置，因此需要設(shè)計通信數(shù)據(jù)幀。以發(fā)送姓名、目的站、車號、臥鋪號和高度信息為列，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)設(shè)計如表1所示。

程序設(shè)計中為方便調(diào)用和賦值，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)可用一個共用體類型變量進行定義，如下：

typedef union Ticket_info

{? ?unsigned char Ticket_array[30];

struct? Ticket_data

{ unsigned char? head;? ? ? //幀頭

unsigned char? ID[4];? ? ? //標識碼

unsigned char name[8] ;? ? ? ?//姓名

unsigned char destination[10];? //目的站

unsigned char Tnum[2;? ? ? ? //車號

unsigned char bednum[2];? ? ?//臥鋪號

unsigned char bedheight[2];? ? ?//高度

unsigned char tail;? ? ? ? ? ? //幀尾

} ticket_buf;

} TICKET_BUF;

在數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)設(shè)計中，標識碼具有非常重要的作用，尤其是提醒終端發(fā)送給某一個床位的聲光提醒裝置時起到濾波作用，即終端把一幀數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上，總線上所有的提醒裝置都會比對自身的識別碼，只有與這幀數(shù)據(jù)識別碼一致的裝置才會接受這組數(shù)據(jù)，這種濾波方式保證了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

5總結(jié)

本文基于圖像識別、GPRS無線通信、CAN總線等技術(shù)設(shè)計的車票識別與應(yīng)用系統(tǒng)，可實際解決目前列車臥鋪人工管理存在的弊端，改進旅客出行體驗。我國地域遼闊，新興的高速臥鋪列車也正在擴大使用范圍和快速發(fā)展，本系統(tǒng)具備一定的發(fā)展前景，而且還可以推廣至輪船、大巴車等交通工具上。

參考文獻：

[1]邱建東，張衍會，王自強. 一種列車車載客運信息提取與運用系統(tǒng)：中國，201620030354.5[P].2016-06-15.

[2]徐鎮(zhèn)華，馬殷元.基于CAN總線和GPRS的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].測控技術(shù)，2018，37（01）：78-81+86.

[3]耿興龍. 基于移動智能平臺的車載車票驗票終端的研究[D].北方工業(yè)大學，2015.

[4]邱曉歡，陳勇.基于Jetson TK1的普通列車車票識別的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技與創(chuàng)新，2018（02）：107-108.

[5]韓雪，粟慧龍.基于Android臥鋪車廂車票識別APP的系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（10）：162-163.

[6]唐琎，李青.一種快速的模板匹配算法[J].計算機應(yīng)用，2010，30（06）：1559-1561+1564.

作者簡介：

張衍會，山東泰安，碩士，主研領(lǐng)域：智能控制，嵌入式系統(tǒng).