車輛管理系統設計代碼范文第1篇
1 APIHOOK技術的原理
API HOOK技術是一種用于改變API執行結果的技術,每一個Hook都有一個與之相關聯的指針列表,稱之為鉤子鏈表,由系統來維護。這個列表的指針指向指定的,應用程序定義的,被Hook子程調用的回調函數,也就是該鉤子的各個處理子程。當與指定的Hook類型關聯的消息發生時,系統就把這個消息傳遞到Hook子程序,原理如圖2所示。一些Hook子程可以只監視消息,或者修改消息,或者停止消息的前進,避免這些消息傳遞到下一個Hook子程或者目的窗口。最近安裝的鉤子放在鏈的開始,而最早安裝的鉤子放在最后,也就是后加入的先獲得控制權。Windows并不要求鉤子子程的卸載順序一定得和安裝順序相反。每當有一個鉤子被卸載,Windows便釋放其占用的內存,并更新整個Hook鏈表。如果程序安裝了鉤子,但是在尚未卸載鉤子之前就結束了,那么系統會自動為它做卸載鉤子的操作[3]。
2 實現的關鍵技術
在動態鏈接庫中實現對相關API函數的鉤掛,然后設置一個全局鉤子,這樣當所有進程運行時都會自動調用該動態鏈接庫,從而實現了對API函數的鉤掛。當進程調用系統的API函數時就跳到用戶的函數,在用戶的函數中記錄一下API函數的名字,然后執行原API函數。這樣就得到了進程調用的所有API的相關信息,系統的流程圖如圖3所示。
2.1 動態鏈接庫的設計
Dll Main函數是當進程裝入動態鏈接庫中時自動執行的函數,當dw Reason參數的值取DLL_PROCESS_ATTACH時表示進程裝入動態鏈接庫時要執行的代碼,即執行API函數的鉤掛攔截。當dw Reason參數的值取DLL_PROCESS_DETACH時表示當進程結束時將要執行的程序,即執行解開鉤掛的代碼。相關關鍵代碼如下:
2.2 主程序對動態鏈接庫中函數的調用
首先獲得動態鏈接庫的句柄,然后調用該動態鏈接庫里面的安裝全局鉤子的函數Install Hook,進行相關API函數的鉤掛代碼如下。
3 程序運行結果
運行的時候首先按“清屏”,完成初始化工作。然后按“選擇代碼”,選擇要運行的軟件。在待運行的軟件啟動并植入內存后,再按“診斷”,對運行的程序調用的所有API函數,根據相應的算法[4]得出每個API函數的善惡指數,按照該函數“善惡”指數的高低,進行排序并顯示出來(每個API函數的),并給出所調用API函數存在風險的大小情況,再根據程序調用的所有API函數的“善惡”指數之和,對這個程序的健康情況進行打分。供用戶參考。如圖4所示。分數越高安全性越高,反之越低。
4 結束語
該文通過APIHOOK技術開發了一款“代碼行為診斷專家”軟件,根據代碼在植入階段調用的API函數。通過相關算法來判斷該代碼的“善惡”程度,并把它詳細的行為顯示出來。實踐證明該軟件可以清楚的描述軟件的行為和善惡程度,而為進一步判斷代碼是否是惡意的提供了依據。
參考文獻
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[3]http://baike.soso.com/h7747050.htm?sp=l29260782.
車輛管理系統設計代碼范文第2篇
關鍵詞：源代碼,軟件安全性,靜態分析
隨著軟件技術和網絡技術在各個行業的廣泛應用,以及以Linux操作系統為標志的自由軟件的大量存在和應用,人們面臨的軟件安全問題也日漸增多。研究表明,相當數量的安全問題都是由于軟件自身存著的安全漏洞引起的,惡意的攻擊者利用這些安全漏洞提升權限,訪問未授權資源,甚至破壞敏感數據,從而造成重大損失,近期發生的Struts2安全事件和Open SSL出現“Heartbleed”安全漏洞均造成了很大影響。存在于計算機系統中的軟件安全漏洞已經成為信息安全的一個核心問題。
1 國內外研究現狀
目前,對于軟件的安全性分析挖掘,以美國為代表的信息化發達國家已經全面起步:美國國土安全部作為美國風險評估的領路者,擁有龐大的研究力量,幾乎影響著全世界在風險評估領域的概念、觀念和理念。上個世紀90年代末,美國開始把風險評估的范疇延伸到軟件源代碼上,在政府、學術界和產業界開展源碼安全分析與同源性測試。2 004年由國土安全部主持了兩個大型安全項目D ET ER和EMIST,用以建設軟件安全測試床,開發科學、嚴格的攻擊和預防機制,研究軟件安全測試評估框架和方法,實施軟件漏洞分析與風險評估工作。2005年,美國總統信息技術咨詢委員會關于信息安全的年度報告中指出,美國政府部門和軍方等敏感部門使用的軟件產品,必須加強漏洞分析和風險評估,尤其提到這些軟件產品應進行源碼安全分析測評。在美國國土安全部的資助下,NIST設立了軟件保證度量和工具測量項目(Software Assurance Metrics And Tool Evaluation,SAMATE),其核心就是對軟件安全性進行分析研究。為了減少開源軟件的源碼缺陷,2006年初美國國土安全部設立了一個長期的開源軟件源代碼安全測試計劃,對包含Linux等在內的1750多萬行開源軟件的源代碼進行缺陷測試,以有力地保障這些軟件的安全性。在企業界,包括微軟、AT&T、Dell、Oracle、蘋果等世界知名軟件公司都已經或正在部署軟件源代碼安全性檢測系統。此外,微軟公司還提出了安全開發生命周期(SDL)的概念,將安全開發貫穿軟件生命周期的整個過程。它的基本原則是:安全的設計、安全的開發、安全的部署,通過SDL可以在很大程度上降低軟件安全風險。
而國內對軟件的安全性檢查和驗證研究,還比較少,關于源代碼的靜態分析工具的研制應用主要是致力于某類缺陷的檢測,沒有集成的環境進行支撐。因此,開展C/C++源代碼的檢測技術的集成研究和工具化勢在必行。
2 關鍵技術
C/C++源代碼靜態分析中主要涉及的關鍵技術包括:C++源代碼解析、路徑敏感的過程間遍歷算法的設計以及狀態緩存機制等。
(1)使用GCC作為源代碼解析的工具,由GCC負責進行源代碼的詞法語法分析與CFG生成。
(2)使用基于變量安全狀態跟蹤的模型進行C/C++的漏洞的檢測。一般而言,是指:使用基于有限狀態機的漏洞狀態機描述程序變量安全狀態的轉換規則;檢測工具對程序各可能執行路徑進行路徑敏感的過程間的靜態遍歷并識別當前操作;對當前操作所涉及的程序變量根據狀態機賦予其對應的安全狀態。在檢查點處,檢測工具檢測相關操作數據是否具有期望的安全狀態,若出現與期望安全狀態不符的情況,則表示發現了一個可能的安全漏洞。
(3)路徑敏感的過程間遍歷算法的設計。路徑敏感的遍歷是指根據代碼實際的可能執行路徑的遍歷,而不是直接按照源代碼自上而下的遍歷。過程間的遍歷是指當遍歷遇到一個用戶定義的函數時,能夠進入該函數,處理完該函數之后返回到調用點繼續遍歷。路徑敏感和過程間的遍歷是提高靜態分析精確度、減少漏報和誤報的有效手段。
(4)狀態緩存機制,基本塊層面的基于歷史狀態檢測的方法在過程內檢測中能夠很好的處理不同路徑上狀態一致以及循環停止的問題,但是在過程間檢測中就可能出現問題。應該以歷史狀態為基礎,針對過程間分析進一步完善緩存機制。
(5)采用一種基于內存模擬的方法實現別名分析。具體的說,就是為每個對象(指針變量)分配一個內存區域,該區域中保存該對象的狀態、字段等信息;如果兩個對象互為別名,就讓這兩個對象指向同一個內存區域。
3 系統概述
C/C++源代碼安全檢測系統適用于任何行業軟件C/C++源代碼的檢測工作,它為用戶的主機應用系統和基于WEB網站的業務系統提供全方位的基于源代碼的安全審計。在裝備類軟件、金融、政府等大型復雜應用系統的軟件開發、測試等階段,均可使用該系統進行源代碼審計工作,包括如下的內容:源代碼的缺陷和錯誤檢查;分析并找到缺陷、錯誤引發的安全漏洞,提供代碼修訂措施和建議,幫助用戶節約開發成本,最大程度地保證了系統的健壯性,輔助軟件企業提升生產效率。
C/C++源代碼安全檢測系統的分析過程采用C/S架構,分析結果的展示以B/S架構來實現。能夠與各類開發環境相集成。源代碼解析為基礎,缺陷分析為核心,結果構建為手段,人機界面、項目管理、擴展接口為支撐和輔助,系統架構如圖1所示。
4 功能設計與實現
整個C/C++源代碼缺陷分析系統要實現如下子模塊。(如表1)
4.1 源代碼解析模塊的實現
基于源代碼的靜態代碼分析技術對于編譯技術的借鑒主要集中在編譯前端部分,即在詞法分析和語法分析環節?？紤]到本模塊要處理的C/C++涵蓋Visual C++和GNU C++兩個平臺,因此設計實現一個常規的能同時覆蓋兩個平臺的C++編譯前端。
源代碼預處理的流程如圖2所示。
經過源代碼預處理之后,不管是VC++項目源文件還是GCC/G++項目源文件,都通過GCC前端進行解析,生成CFG以及中間表示形式等數據結構。圖3展示了一個由gcc生成的CFG的示例:
4.2 缺陷分析模塊的實現
C/C++源代碼靜態分析系統的缺陷分析由兩部分組成:基于語義的缺陷分析和基于控制流的缺陷分析。其中基于語義的缺陷分析對變量未使用、函數未使用、變量未初始、類型轉換化以及C/C++特性相關的三種缺陷(關鍵性變量被聲明為公共的、關鍵性公共域缺乏適當的析構處理、異常處理中缺乏一般化例外的捕獲)進行檢測;基于控制流的缺陷分析對內存泄露、兩次釋放、釋放后再使用、返回空值、空指針引用、資源未釋放、競爭條件、拒絕服務、格式化字符串、整數溢出、死代碼、以及堆棧溢出、數組訪問越界等缺陷的檢測。
類型轉換雖然也屬于基于語義的缺陷分析,卻是在構造CFG完成的基礎上,遍歷CFG中的語句,根據一定的配置規則進行檢測的;其余的基于語義的缺陷分析均是利用解析前端實現的。
在基于控制流的缺陷分析中,我們進一步將缺陷細分為基于控制流的安全狀態跟蹤(包括內存泄露、競爭條件等7種缺陷)、基于數據流的污點傳播跟蹤檢測(拒絕服務、格式化字符串、整數溢出)、死代碼、基于數據流的安全狀態跟蹤(堆棧溢出、數組越界訪問)。
基于數據流的污點傳播跟蹤檢測是首先確定污點數據源,如從網絡、文件、用戶輸入等讀取數據的方法,將接受所獲取的臟數據的變量標記為Signed,然后根據控制流進行污點傳播,在檢查點處判斷相關變量是否保持Signed狀態,如果是,這報告一個相應的缺陷。數據源函數、傳播函數、檢查點函數等從檢測規則集中獲取。具體的檢測流程如圖4所示。
死代碼的檢測是利用約束求解技術,判斷對于每條路徑都不可行的代碼塊,這些代碼塊即被認定為死代碼。
基于數據流的安全狀態跟蹤(堆棧溢出、數組越界訪問)檢測技術與死代碼的檢測具有相關性,都是使用約束求解技術。所不同的是,死代碼是根據已有的路徑條件判斷新遇到的路徑條件是否可行,而堆棧溢出和數組越界訪問則是利用路徑條件判斷檢查點處的各相關變量之間的關系是否滿足所定義的規則,然后根據規則確定是否存在缺陷。在遍歷方式,死代碼使用了非路徑敏感的流敏感遍歷方式,而堆棧溢出的檢測是路徑敏感的遍歷方式;同時,死代碼無需外部規則,堆棧溢出需要規則定義數據流向、緩沖區的改變以及檢查點的設置等。
4.3 結果輸出模塊實現
結果輸出模塊與缺陷分析模塊進行交互,當缺陷分析模塊發現源代碼中的缺陷時會調用本模塊保存分析結果。保存結果應包含缺陷涉及的變量、缺陷的完整觸發路徑、數據傳播途徑、缺陷位置、缺陷類型(以上均可以從變量信息中獲得)、缺陷描述、可能的修補手段及危險級別等信息(后面這三項內容從XML規則文檔中提取)。
4.4 項目管理模塊實現
對被測源碼按照項目進行管理,提供項目配置功能,包括源碼分析范圍,分析級別、分析缺陷類型定制等。提供項目結果輸出配置,包括輸出缺陷類型、級別、輸出形式等。
4.5 人機界面模塊實現
提供可視化界面,便于用戶進行操作。
4.6 擴展接口模塊實現
支持與主流開發環境的集成,如windows平臺上的VS系列、中標麒麟平臺上的Eclipse和QT等。
5 結語
C/C++源代碼安全檢測系統現在已經可以在傳統的X86平臺下運行使用,目前正在向國產化軟件平臺進行移植。后期還需要開展的工作包括:與中標麒麟操作系統進行適配、與國產硬件平臺進行適配優化和對核心源碼分析模塊進行重構等。
參考文獻
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車輛管理系統設計代碼范文第3篇
第一章 總則
第一條 為規范和加強車輛及駕駛人員的管理，提高車輛使用效率，特制定本辦法。
第二條 本辦法適用于設計院所屬車輛。
第二章 車輛調配及管理
第三條 設計院車輛屬因公業務用車，由市場部負責對車輛進行統一管理和調度，嚴禁公車私用及私車公用。
第四條 設計院車輛的駕駛人員相對固定。
第五條 各部門用車申請程序如下：用車人向市場部提交申請，部門負責人簽核，市場部審批派車。
第六條 市場部安排出車時，盡量做到同向多人次的合理安排，用車人員應該服從。
第七條 設計院發生用車不夠的情況，由市場部分管領導從汽車租賃公司安排，租賃車輛原則上不安排較遠出差。
第八條 設計院主要領導經上級同意，市內業務及上下班可以安排專用車輛，出市區及長途須備案登記。車輛維護保養由市場部負責。
第三章 駕駛員管理
第九條 做到“四不準”：不準私自用車，不準擅自將車輛交給他人駕駛，不準酒后駕車，不準駕車時使用手機。
第十條 做到“四必須”：必須遵守交通法規，必須保持車輛整潔衛生，車況完好;必須服從市場部安排;必須保持通訊暢通。
第十一條 所駕駛車輛發生事故或意外受損，必須及時向市場部及單位領導報告。
1 第十二條 駕駛員行車應自覺遵守交通安全規則，開車時注意力要高度集中，按規定車速行駛，做到文明禮讓，安全行車，嚴禁超速行駛和開“英雄車”等行為。因駕駛員責任引起的違章罰款，由駕駛員承擔。因乘車人責任引起的罰款，由乘車人承擔。若發生事故，在分清責任后，由市場部、院領導研究處理。
第十三條 駕駛員要認真保養車輛，對車輛要做到勤檢查、勤維護、勤保養，確保車容整潔，車況良好，出長途車之前，須認真檢查車輛，嚴禁車輛帶故障行駛。
第四章 車輛安全管理
第十四條 車輛未使用時，一律停放在車庫。特殊情況需帶車回去的，須經院領導同意，并停放在專門停車場點。車輛出差在外需要過夜停放時，需停放在專門停車場點。因停車不當導致的損失，由駕駛員負責。
第五章 車輛維修保養
第十五條 建立車輛信息檔案，嚴格控制車輛的運營成本。 第十六條 所有車輛保養維修應本著勤儉節約的原則，車輛保養維修前，駕駛員必須向市場部提供維修保養項目和大概所需費用情況，經市場部審核和報批后方可維修，維修保養費用統一由市場部結算。
第十七條 因公在外出差，發生車輛需要維修保養的情況，駕駛員可根據實際情況確定在當地修理廠進行維修保養，并及時報告市場部。報賬時需寫清維修原由和項目，由市場部審核，院長審批。
第六章 附則
車輛管理系統設計代碼范文第4篇
1 車輛管理系統的設計研究
1.1 框架的建立設計
車輛管理系統的設計必須遵循兩點原則, 即經管原則與管理原則。對于企業而言, 經管是核心, 于車輛管理方面亦需灌注此一核心原油。管理原則可想而知, 眾多不同型號、不能功用的車輛管理, 需以精減實際管理工作, 使管理有循、有序進行, 為廣大車輛及車主提供可靠管理服務。車輛管理系統的基本框架主要包含三個部分, 一是接入層, 主要負責管理車輛與外部進行數據交接;二是業務層, 即為車輛管理工作中的業務處理層, 通過對數據進行訪問來處理業務數據, 將各個模塊連接起來, 按照設定程度來完成業務需求;三是數據層, 此一層為為整個車輛管理系統提代數據支持與數據管理的作用。保證內外部的數據對接, 及時了解各程序信息, 方便有效管理。
1.2 B/S方式設計
于車輛管理系統中采用此項方式來處理功能方面的設計, 讓管理人員能直接通過設定的用戶名與密碼實現對系統的管理, 對系統中的信息交互、軌跡回放、超速報警、車輛定位等實現統一管理。
1.3 信息設計
信息時代下, 對車輛管理系統的信息管理至關重要。車載終端部署在監控車輛上, 車載終端通過GPRS/SMS等無線數據傳輸方式把車輛的定位信息上傳, 接收來自于車輛管理平臺的指令。車輛管理平臺的設計, 通過VPN或Internet方式接入聯通網絡, 完成與車載終端的數據通信。物流企業IT系統與車輛管理平臺通過內部數據接口通信方式, 實現數據同步。
2 車輛管理系統設計的實現
2.1 實時監控, 定位追蹤
管理系統對車輛進行監控與調看, 并能實現定時發送、超速報警, 需要管理系統備以電子地圖, 與車載終端進行數據鏈接。車載終端將數據傳入管理系統中, 使管理人員能通過電子設備直接觀察到車輛情況。此一系統還實現了盲區補報功能, 完美彌補了管理系統的不足, 而且由車載終端設置的定時傳送功能, 讓系統能準確且快速到到相關車輛。實現對移動車輛的追蹤, 車主在突遇緊急情況時, 開啟數據終端并可實現超速報警。
2.2 回放與條件定位功能
車主在需要調查車輛歷史軌跡時, 通過管理系統并可查找到車輛何時、何地的行車軌跡, 而且還能通過暫停與放大等功能進行細致觀察, 反復察看。于條件定位方面, 車主只需車牌號或終端SIM便可對車輛進行區域性的查詢, 先通過大致地圖來查找出確定區域, 再通過區域點查找出車輛, 此種查詢方式可在車輛無法定位 (或不方便定位) 時準確找到車輛所在區域。
2.3 手機查車與遠程監聽
手機作為現代生活中人們不可或缺的一項信息工具, 實現手機對車輛的監控是社會發展的必然要求。通過管理系統于手機上裝載專業軟件, 并可完美實現這一功能。同時, 手機的便攜特點讓對車輛的遠程監聽與監控變么更加便捷, 還可于遠程情況下通過手機對車輛進行控制。當車輛發生緊急事件時, 超速報警后可利用手機對車輛進行持續監聽, 為警方提供可靠情報。
2.4 違規警報功能的實現
由于車輛的增多, 國內交通愈加復雜, 許多車主并不能完全準確的記錄下各類、各段的違規開車、停車規定。通過車輛管理系統, 車載數據終端能夠及時提醒車主可能發生的違規事項。另外, 當車主在車內時, 外部發生緊急事件, 可將車輛設置為防狀態, 以避免危險的發生。當車門被正常開啟后, 設防狀態將自動解除, 保障安全同時亦比較方便。而當車門被非法開啟時, 系統當會自動報警。
2.5 實時調度與信息上傳功能的實現
車輛管理系統能夠實現對一輛或多輛車進行實時的調度處理, 通過下達命令讓車輛得到更好的管理, 尤其對車隊而言, 方便許多?，F代社會信息更換加快, 車載終端可以實現對信息的及時更新與下載功能, 為車主提供更大的便利。
2.6 主機電源斷開報警功能
當主機電源被切斷時, 由備用電池供電, 車載終端繼續工作, 同時上報中心主機電源被切斷警情, 并自動作好記錄備查。
3 結語
車輛管理系統的設計目的是為實現車主對車輛實行高質且方便的管理, 一般此類管理系統是由企業設計并提供給車主, 其中除安全管理外, 還有車輛損壞、維修方面的管理作用。人們對車輛的管理包括了方方面面, 安全屬于第一位, 因此在設計管理系統時, 設計重點也應放在安全上。如, 安全駕駛、行車安全、發出警報、及時報警、實時監控等。而維修與售后保障是消費者后期比較關心的問題, 管理設計需要將其也考慮進其中, 力求幫助車主解決車輛問題的同時, 減少車主等待時間, 注重效率。
參考文獻
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車輛管理系統設計代碼范文第5篇
該系統設計是模擬的一個車輛管理系統。車輛可以將其位置信息, 速度信息, 客流量信息上傳到車場的調度中心。調度中心也可以將其調度信息下傳到每個移動車臺。
系統設三個車場, 分別為車場A、車場B、車場C。每個車場有600輛車。從系統結構框圖 (見圖1) 中可以看出, 整個系統可以分為三大部分, 分別為移動臺、基站、調度中心。
整個系統共占用兩個頻道, 一個是上行的, 一個是下行的。移動車臺和調度中心不能直接進行通信, 信息都要經過基站的轉發?；静⒉粚π盘栠M行處理。
2 通信協議設計
整個通信系統采用TDMA方式。具體的通信協議描述如下:
(1) 每個車場每次分配1秒時間 (以后簡稱時段) , 即車場與秒是一一對應的。
(2) 每個時段劃分為分10個時隙 (每個時隙約100ms) 。 (3) 所有的調度過程 (即通信過程) 都是由調度中心發起的。 (4) 時段以GPS發來的秒信號為基準, 時隙由單片機定時器T0來區分。
(5) 系統采用查詢與定時相結合的方式, 車臺收發為半雙工的, 調度中心為全雙工的。
(6) 用控制字作為車臺別號即移動臺地址。
3 調度中心
3.1 硬件結構
硬件結構如圖2所示。因為調度中心為全雙工工作方式而CMX909B為半雙工工作方式, 所以需要兩片CMX909B。GPS在這里的功能是向系統提供時段的同步信息。
3.2 軟件系統
A車場C51Ⅰ在時段1接收車臺數據, 在時段2和3將收到的數據由串口送入服務器。C51Ⅱ在時段2發送查詢指令, 在時段2向服務器發查詢調度信息指令和交換信息。C51與服務器數據交互采用ARQ協議。GPS與C51、C51Ⅱ通信采用串行中斷的方式。C51Ⅱ主程序流程:
4 車臺
4.1 硬件結構
硬件結構如圖4所示, 共有三個89C51, 中央處理器是89C51Ⅰ。
4.2 軟件系統
車臺大部分時間都處在接收狀態, 只有收到自己的識別號時, 才啟動發射程序。調度信息是通過短消息的方式傳送的, 以語音的形式表現出來。這一部分的軟件系統直接介紹89C51Ⅰ的流程圖 (圖5) 。其中TB是本車場工作時段標志, 有TO中斷程序置‘1’。
5 結語
該系統通過最終實踐, 該系統能夠實現設計功能。
摘要：在無線數據的傳輸中, 如何在有限的帶寬內傳輸高速的數據, 成為近年來國內很多人的研究方向。DDS電臺雖然可在25KHz的帶寬內, 使傳輸速率達到9.6Kbps, 甚至更高, 但由于DDS電臺價格較高而限制了它在很多無線數據通信領域中的應用。我們設計的調制解調器, 從本質上講, 同樣可使傳碼率達9.6Kbps, 而我們設計的調制解調器, 利用了一種模擬的調制解調方式, 為半雙工的工作模式, 傳碼率同樣可達到9.6Kbps, 但其成本卻比DDS電臺低很多。而且其體積小, 重量輕, 很適合用于自動抄表, 車輛智能管理等系統。在這里利用我們設計的調制解調器, 成功地模擬了一套車輛智能管理系統。
關鍵詞：調制,解調,GMSK,傳碼率,位同步,幀同步
參考文獻
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車輛管理系統設計代碼范文第6篇
摘要：傳統的車道設備大多數由單一的電路或IO信號進行控制，是獨立的信息孤島，往往由于維護報修不及時引起收費站擁堵，嚴重影響了通行效率。文章結合高速公路保通保暢、提升效率和服務出行等方面管理的要求，設計研發了一套車道智慧監測系統，對ETC/MTC收費車道的相關設備進行有效監控，完成快速報修和預警研判，保障高效通行，并為管理層決策提供有力數據支撐。通過該系統在廣西南寧東、南寧南等收費站進行安裝測試運用表明，車道設備由原先的被動化管理，逐步演進成為全面感知、數據融合和智能應用的物聯網階段，可全面提升收費運營的信息化和智慧化管理水平。
關鍵詞：智慧監測;云平臺;信息采集
中國分類號：U491.1+16文章標識碼：A431643
0 引言
隨著當前汽車保有量的逐年增長，高速公路經過“取消省界收費站”項目改造后，擴大ETC車道數量，的確極大提高了通行效率，方便了大眾的出行。但與此同時，也對收費車道設備的運行穩定、故障的及時排除提出了更高的要求。
長期以來，由于缺乏技術手段與管理措施，收費車道一直存在終端設備種類繁多、智能化水平低、標準不統一、通信規約不規范等問題，造成運維、設備調控與資產管理等方面較為落后[1]。針對此情況，本文提出設計一種車道智慧監測系統，以便更好地保障設備運行，全面提升收費運營管理信息化、智能化水平。本系統是一個基于高速公路車道智能檢測與監控技術的系統，該技術在現有交通安全管理和路政管理工作中具有重要作用。通過對傳統道路設施進行改造，結合數字信號顯示和高速公路易測設備來實現對道路交通流信息的實時監測[2]，在提高通行效率及降低交通事故率等方面提出了解決方法。
本系統由云平臺管理軟件、傳輸終端云盒和終端檢測模塊三大部分組成。云平臺軟件是系統的大腦，是整個系統實現精益化管理需求的核心，負責接收、管理各個收費站所屬車道的設備運行狀態，并進行智能化數據分析，具備報修通知、設備資產管理、智慧運維數據分析等功能。傳輸終端云盒是數據的集中處理網關，通過WiFi、以太網或者RS485多種通信方式，負責對各個智能終端進行數據采集和加密，并通過5G發送到阿里云后臺。智能終端是安裝于各個設備的檢測單元，實時采集設備的運行狀態并通過私有協議進行數據打包上傳。
本文將詳細闡述車道智慧監測系統的軟件架構、硬件設計和應用，結合實際應用案例與傳統設備管理模式進行對比分析。
1 軟件設計
1.1 設計模式與技術框架
本系統的設計使用Java語言進行開發，采用B/S架構、基于MVC設計模式。采用MVC模式的目的是增加代碼的重用率，減少數據表達、數據描述和應用操作的耦合度，同時也使得軟件可維護性、可修復性、可擴展性、靈活性以及封裝性大大提高，以滿足系統設計原則。
通過監控機電設備工作環境的相關數據，將數據上傳到服務器，服務器通過業務邏輯處理，判斷設備是否正常工作，系統設計框架如圖1所示。
本系統采用的是基于Maven整合Spring、SpringMVC和MyBatis的開源框架，其為后臺框架，Bootstrap為前臺開發框架。從職責上分為四層：WEB層、Controller層、Service層和Dao層（Data Access Object，數據訪問對象）。其中Spring是用來協調上下層的容器，管理員依賴并提供事務機制，使用SpringMVC作為系統的整體基礎架構，負責MVC的分離，在SpringMVC框架的模型部分，利用MyBatis框架對持久層提供支持，業務層用Spring支持。
基于上述技術框架的高速公路車道智慧監測系統，由微處理芯片、高清攝像頭以及GPS定位終端組成。其中，微處理芯片是主要使用的核心器件。該設備通過高速公路上車輛檢測傳感器采集到車主信息后，傳送到微處理器進行預熱，之后傳輸數據給中心控制器;經PC端發送和接收來自預熱器或中央處理器的數據;經由單片機對與交流傳感器轉換過來的信號經過一系列運算計算，最終得到高速公路車道狀態參數，如速度、加速度等。
1.2 數據庫設計
所用數據庫系統：Mysql 5.7.21;設計/管理工具：Navicat Premium。設備信息表結構主要有設備名稱、設備類型（類型id值）、品牌、設備型號、用戶ID、安裝地址、設備狀態、云盒ID、云盒連接狀態、溫度閾值、高溫警告、濕度閾值、最大電壓閾值、最小電壓閾值、最大電流閾值、最小電流閾值、供電警告、煙霧閾值、火災消防警告、安全防護警告等信息。
2 硬件設計
系統以物聯網技術為基礎，采用無線組網技術，實現多節點設備狀態參數的檢測。系統由智慧監測控制器基站、終端界面、設備檢測節點組成。如圖2所示。
2.1 智慧監測控制器基站云盒
主控基站完成對感應區域內檢測節點的掃描檢測和數據傳遞，通過不停地連續快速掃描，感應檢測節點的信息，收到信息后按照預先定義好的協議打包信息，轉發給臨近的服務商無線通信基站或者直接通過有線以太網完成與監測管理中心服務器系統的通信。安裝時要考慮探測節點與基站之間的距離，設備監測主控基站對檢測節點的感應范圍在5～10 m。
智慧監測控制器主要包括微控制器STM32F407ZGT6（168 MHz）、Zigbee無線模塊（2.4 GHz）、4G無線通信模塊（全網通）、溫濕度模塊（檢查范圍0 ℃～85 ℃，濕度0%～100%RH）、數字DIO模塊（12DI/12DO）、電能采集模塊（最大檢測AC220 V/20 A）、RS232/RS485模塊（標準DB9針）、電源模塊（AC220輸入適配變壓直流DC12 V輸出，板載DC5 V/DC3.3V）、RTC時鐘模塊、復位/看門狗模塊、以太網控制模塊、FLASH儲存模塊、SDRAM模塊等，如圖3所示。Zigbee無線模塊通常處于快速掃描狀態，用于監控感應區內的檢測節點，快速掃描可保證多個傳感器信息同時感應處理。處理器完成數據的處理緩存，掃描數據包括本感應器所在區域內的檢測節點數據和監控中心發來的檢測命令及其他數據。
智慧監測控制器上電后，先進行設備自檢，掃描可用網絡，當以太網與4G網絡同時可用時優先使用有線以太網連接中心控制主機?？刂破鞫〞r掃描設備節點狀態，解析設備節點回復信息，并通過與預置設備參數標準范圍進行比對，判斷設備節點工作狀態是否正常，并通過網絡按特定通信協議回傳打包車道設備狀態信息。如果判斷設備狀態異常，則優先通過中心軟件進行報警并通過短信息方式發送給維護員，由維護員進行確認處理。
2.2 終端界面設計
開機后顯示主界面，即主要設備狀態界面，如圖4所示。主界面中有“設備狀態”“電能監測”和“環境狀態”三個主菜單圖標，還有“維護開門”“系統信息”圖標，可以通過手指點擊圖標進入相應的界面。屏幕的最下面一行顯示收費站代碼、車道號、設備版本號，并實時顯示系統日期及時間。
2.3 設備檢測節點
設備檢測節點安裝在每個設備內部，不同節點具有不同的接口，用于監測特定設備的工作狀態。每個節點可以存儲設備身份等信息，其身份在系統內唯一識別，最大可以識別6萬多個設備。檢測節點采用了低功耗技術，一個電池就可以工作1年之久。檢測節點采集每個設備的狀態數據并由節點感應器展開，通過節點向外擴展，無限接力傳送到收費站智慧監測控制器，再通過遠程通信模塊將信息傳送到監測管理中心。
3 智慧監測系統的關鍵技術
3.1 高速公路車道線定位
車道邊緣檢測可對高速公路路段上不同的道路進行分析，并在車輛行駛過程中，通過采集交通流信息，結合實際情況建立一套完整有效的路面圖像特征參數。根據車輛運行速度、方向等因素確定相應車道線位置。傳統路網的行車路況復雜多變或人工操作不當，會造成交通事故發生率較高，人民生命安全及財產損失嚴重，而引入數字化測量技術來對道路上各種路段進行檢測不僅方便快捷，而且準確率更高，同時也能夠減少道路管理成本，提高交通安全保障水平。對高速公路車道邊緣的檢測主要是在高速公路上設置一個車道位置信息采集設備，利用該裝置可以實時獲取道路沿線車輛及行駛環境中車輛運行情況，如交通流、速度等。通過收集道路線形數據和實際路況信息來實現對其進行分析。本系統基于GPS定位技術與可變閾值展開研究并提出將之完善的方法：確定固定閾值（即根據當前車道邊緣位置變化而發生變化），然后利用道路中心線距離計算公式得到車道邊緣長度。
3.2 技術運用
本系統已經在廣西南寧東、安吉、南寧南等多個收費站進行測試使用，運行效果良好。能夠進行實時的設備狀態監督，及時反饋設備故障并及時維護，實現運營管理信息化和平臺化的升級。對車流密集的收費站的保通保暢有積極的意義。
另外，通過信息化升級，只需一個平板電腦就能實現對多種設備的遠程操作。對于大型收費站而言，其車道照明燈、封道欄桿機的開關操作，傳統的方法是需要人工逐個車道進行開關，工作量巨大，現在只要點擊界面即可遠程完成。
4 結語
高速公路機電設備的運行要求是24 h不間斷地工作，經長期運行，外場機柜機箱會逐漸達不到原定的IP標準，而且在鹽霧較重、夏季炎熱高溫和常年多霧的地區，經日曬雨淋，設備外殼極易腐蝕生銹，防護等級下降;涉及電子元器件較多的機電設備受溫濕度影響較大，長時間運行后，就會出現各種各樣的故障。
但是高速公路機電設備的維護人員數量有限，難以完成設備巡檢、設備狀態監測帶來的巨大工作量，基本無法做到對外場設備、高空設備、大型機電設備常態化現場開箱檢測。因此，基于物聯網技術、智慧云平臺技術、5G網絡技術的高速公路車道智慧監測系統開發及應用具有重要意義[3]。
參考文獻：
[1]段海澎，韓紀紅，凌 浩，等.智慧高速公路隧道誘導知識庫系統建設與研究[J].價值工程，2019，38（33）：195-197.
[2]呂 疊.高速公路一體化車道控制終端系統的研究[J].廣東交通職業技術學院學報，2019（2）：54-58.
[3]黃 覺，秦 鴻，關小杰.高速公路監控中心智慧交通平臺應用研究[J].公路交通科技（應用技術版），2020（6）：300-303.