具备图像识别的GPGPU道闸管理系统的制作方法

具备图像识别的gpgpu道闸管理系统
技术领域
1.本发明涉及道闸技术领域，具体是具备图像识别的gpgpu道闸管理系统。


背景技术：

2.道闸又称挡车器，是专门用于道路上限制机动车行驶的通道出入口管理设备，现广泛应用于公路收费站、停车场系统管理车辆通道，用于管理车辆的出入，随着道闸技术的发展和成熟，一些大型物流园或货运站也会采用智能道闸管理系统对进出车辆及人员进行进出场的管理，而在现有技术中，多数道闸对货运场地进出长进行管理时，仅能识别车辆信息，无法对车辆运输货物或驾驶员信息进行识别，从而造成货运场地常常会出现货物运输错误的现象发生，增加了货运中转的时间，降低了货运效率，因此，本技术提出具备图像识别的gpgpu道闸管理系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，本系统对货运场地人员及车辆的进出口进行管理时，能实现一车一人一货物，在进场时完成信息登记，从而在出场时即可通过具备gpgpu芯片的图像识别设备完成对出场的检测，从而提高货运场地的工作效率，增加货运效率，以解决上述提出的在现有技术中，多数道闸对货运场地进出长进行管理时，仅能识别车辆信息，无法对车辆运输货物或驾驶员信息进行识别，从而造成货运场地常常会出现货物运输错误的现象发生，增加了货运中转的时间，降低了货运效率问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，包括主控中心、信息录入单元、识别单元、道闸单元和预警单元，所述主控中心的优先级高于信息录入单元、识别单元、道闸单元和预警单元，所述主控中心包括信息存储模块、检测模块、声光预警模块和信息模块，所述主控中心配置为管理单元，所述信息录入单元包括多个信息录入装置和具备存储功能的照相机，所述识别单元包括多个具备gpgpu芯片的摄像头，所述识别单元设置于道闸识别处，所述识别单元的工作端分别朝向道闸进出口识别位置，所述识别单元的信息输出端与道闸控制端电连接，所述道闸通过识别单元给出的电信号控制道闸的开启或关闭，同时所述识别单元的信息输出端还与预警单元信号连接，当识别单元通过具备gpgpu芯片的摄像头对通行的车辆或人员进行识别后，将识别信息传输至主控中心，由主控中心对识别信息进行比对，同时给出信号至道闸管理单元和预警单元。
5.作为本发明进一步的方案：通过所述信息录入单元对通过道闸的车辆及行人信息进行登记，其中登记分为长期人员和短期人员。
6.作为本发明再进一步的方案：当通过信息录入单元对车辆或行人信息进行输入登记时，登记资料包括人员姓名、岗位及面部信息识别，对车辆信息进行录入登记时，包括车辆类型、车牌照和驾驶员，其中，所述信息录入单元录入的车辆及人员信息传输至主控中心的数据库内进行保存。
7.作为本发明再进一步的方案：所述识别单元还包括一个第一检测模块和一个第二
检测模块，所述第一检测模块配置为人员姓名、岗位及电子卡信息验证，所述第二检测模块对通行人员面部信息进行识别验证，当所述车辆通过道闸时，所述第一检测模块验证车辆型号和车牌照，所述第二检测模块对通行车辆的驾驶员信息和货物进行验证。
8.作为本发明再进一步的方案：所述主控中心还包括一个验证模块，当所述识别单元对通过道闸的人员和车辆信息传输至主控中心后，通过验证模块对传输信息进行验证，当验证模块接收到识别信息后，根据识别信息在数据库内进行匹配，最终完成验证作业，并将验证结果反馈至识别单元。
9.作为本发明再进一步的方案：所述识别单元接收到主控中心反馈的验证结果后，根据结果进行下一步动作，包括道闸开放，预警单元无动作和道闸关闭，预警单元开始预警。
10.作为本发明再进一步的方案：还包括如下运行方法。
11.s100：通过录入道闸通过信息，完成信息收集和录入。
12.s200：根据运输订单安排，驾驶员驾驶车辆领取对应货柜，并记录货柜信息，通过驾驶员终端上传至系统。
13.s300：根据运输订单安排，驾驶员驾驶车辆领取对应火堆，并记录货柜信息。
14.s400：车辆行驶至道闸出，对车辆、驾驶员、货柜编号及货柜内物品进行检测验证。
15.s510：通过验证后，道闸开启，并对车辆进出时间和货柜信息进行记录。
16.s520：验证不通过，检测车辆及驾驶员信息，排查错误信息，道闸关闭并发出预警。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中，通过具备gpgpu芯片的图像识别设备完成对出场的检测，从而提高货运场地的工作效率，增加货运效率，同时，本发明通过对进出场的车辆进行检测，可发现非本人驾驶车辆或非签约车辆进出，增加了货运站的服务效率，避免货运纠纷。
附图说明
18.图1为本发明的系统结构示意图；
19.图2为本发明的模块结构示意图；
20.图3为本发明中信息录入单元的系统结构示意图；
21.图4为本发明中识别单元的系统结构示意图；
22.图5为本发明的运行方法示意图；
23.图6为本发明中通用图像处理器的的流式多处理器结构划分；
24.图7为本发明中取指模块示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一端”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置
关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.请参阅图1～4，本发明实施例中，具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，包括主控中心、信息录入单元、识别单元、道闸单元和预警单元，主控中心的优先级高于信息录入单元、识别单元、道闸单元和预警单元，主控中心包括信息存储模块、检测模块、声光预警模块和信息模块，主控中心配置为管理单元，信息录入单元包括多个信息录入装置和具备存储功能的照相机，识别单元包括多个具备gpgpu芯片的摄像头，识别单元设置于道闸识别处，识别单元的工作端分别朝向道闸进出口识别位置，识别单元的信息输出端与道闸控制端电连接，道闸通过识别单元给出的电信号控制道闸的开启或关闭，同时识别单元的信息输出端还与预警单元信号连接，当识别单元通过具备gpgpu芯片的摄像头对通行的车辆或人员进行识别后，将识别信息传输至主控中心，由主控中心对识别信息进行比对，同时给出信号至道闸管理单元和预警单元。
28.其中，信息录入单元包括货柜信息录入、车辆信息录入和驾驶员信息录入，当货运货柜进入货运站时，需根据货柜内物品内容对货柜编号及货物类型、数量、放置位置和运输计划进行记录，并将记录信息传输至主控中心中，主控中心根据记录信息建立一个运输计划单，其中包括货柜信息、运输车辆信息及离场时间，方便后续车辆运输货柜离场时，快速定位识别。
29.同时，识别单元也包括一个货柜信息识别、一个车辆信息识别和驾驶员信息识别，及，当驾驶员驾驶车辆离场时，需对车辆信息、货柜信息及数量和驾驶员信息进行验证，需确车、人及货柜(货物)信息均匹配方可离场，避免车辆运输错误造成货物损坏或无法定时完成货物中转的任务，减少货运站压力，同时提高货运站服务效率。
30.通过信息录入单元对通过道闸的车辆及行人信息进行登记，其中登记分为长期人员和短期人员。
31.当通过信息录入单元对车辆或行人信息进行输入登记时，登记资料包括人员姓名、岗位及面部信息识别，对车辆信息进行录入登记时，包括车辆类型、车牌照和驾驶员，其中，信息录入单元录入的车辆及人员信息传输至主控中心的数据库内进行保存。
32.识别单元还包括一个第一检测模块和一个第二检测模块，第一检测模块配置为人员姓名、岗位及电子卡信息验证，第二检测模块对通行人员面部信息进行识别验证，当车辆通过道闸时，第一检测模块验证车辆型号和车牌照，第二检测模块对通行车辆的驾驶员信息和货物进行验证。
33.主控中心还包括一个验证模块，当识别单元对通过道闸的人员和车辆信息传输至主控中心后，通过验证模块对传输信息进行验证，当验证模块接收到识别信息后，根据识别信息在数据库内进行匹配，最终完成验证作业，并将验证结果反馈至识别单元。
34.识别单元接收到主控中心反馈的验证结果后，根据结果进行下一步动作，包括道闸开放，预警单元无动作和道闸关闭，预警单元开始预警。
35.请参阅图5，本系统运行时，还包括如下运行方法。
36.s100：通过录入道闸通过信息，完成信息收集和录入。
37.s200：根据运输订单安排，驾驶员驾驶车辆领取对应货柜，并记录货柜信息，通过驾驶员终端上传至系统。
38.s300：根据运输订单安排，驾驶员驾驶车辆领取对应火堆，并记录货柜信息。
39.s400：车辆行驶至道闸出，对车辆、驾驶员、货柜编号及货柜内物品进行检测验证。
40.s510：通过验证后，道闸开启，并对车辆进出时间和货柜信息进行记录。
41.s520：验证不通过，检测车辆及驾驶员信息，排查错误信息，道闸关闭并发出预警。
42.请参阅图6，在通用图像处理器中，包括一个流失多处理器，其中流式多处理器是构建整个gpu的核心模块(执行整个kernel grid)，一个流式多处理器上一般同时运行多个线程块。每个流式多处理器可以视为具有较小结构的cpu，支持指令并行(多发射)。流式多处理器是线程块的运行载体，但一般不支持乱序执行。每个流式多处理器上的单个warp以simd方式执行相同指令，流式多处理器按照流水线可以分为simt前端和simd后端。整个流水线处理划分为六个阶段，包括取指、译码、发射、操作数传送、执行与写回。
43.simd即单指令多数据，采用一个控制器来控制多组计算单元(或处理器)，同时对一组数据(向量)中的每一个数据分别执行相同的操作从而实现空间并行性计算的技术。
44.simt即单指令多线程，多个线程对不同的数据集执行相同指令。simt的的优势在于无须把数据整理为合适的矢量长度，并且simt允许每个线程有不同的逻辑分支。
45.按照软件级别，simt层面，流式多处理器由线程块组成，每个线程块由多个线程束组成；simd层面，每个线程束内部在同一时间执行相同指令，对应不同数据，由统一的线程束调度器(warp scheduler)调度。
46.一般意义上的cuda核，对应于流处理器(sp)，以计算单元和分发端口为主组成。
47.线程块调度程序将线程块分派给simt前端，线程在流式多处理器上以warp为单位并行执行。
48.流式多处理器中的主要模块包括：
49.取指单元(i-fetch)：负责将指令请求发送到指令缓存。并将程序计数器(pc)指向下一条指令。
50.指令缓存(i-cache)：如来自取指单元的请求在指令缓存中被命中，则将指令传送给译码单元，否则把请求保存在未命中状态保持寄存器(mshr)中。
51.译码单元(decode)：将指令解码并转发至i-buffer。该单元还将源和目标寄存器信息转发到记分牌，并将指令类型、目标地址(用于分支)和其他控制流相关信息转发到simt堆栈。
52.simt堆栈(simtstack)：simt堆栈负责管理控制流相关的指令和提供下一程序计数器相关的信息。
53.记分牌(scoreboard)：用于支持指令级并行。并行执行多条独立指令时，由记分牌跟踪挂起的寄存器写入状态避免重复写入。
54.指令缓冲(i-buffer)：保存所有warp中解码后的指令信息。warp的循环调度策略决定了指令发射到执行和写回阶段的顺序。
55.后端执行单元：后端执行单元包括cuda核心(相当于alu)、特殊功能函数、ld/st单元、张量核心(tensor core)。特殊功能单元的数量通常比较少，计算相对复杂且执行速度较慢。(例如，正弦、余弦、倒数、平方根)。
56.共享存储：除了寄存器文件，流式多处理器也有共享存储，用于保存线程块不同线程经常使用的公共数据，以减少对全局内存的访问频率。
57.取指-译码-执行，是处理器运行指令所遵循的一般周期性操作。
58.取指一般是指按照当前存储在程序计数器(program counter，pc)中的存储地址，取出下一条指令，并存储到指令寄存器中的过程。在取指操作结束时，pc指向将在下一个周期读取的下一条指令。
59.译码一般是指将存储在指令寄存器中的指令解释为传输给执行单元的一系列控制信号。
60.在gpgpu中，译码之后要对指令进行调度，以保证后继执行单元的充分利用。这一调度通过线程束调度器实现。
61.线程束是为了提高效率打包的线程集合。在每一个循环中的调度单位是warp，同一个warp内每个线程在同一时刻执行相同命令。
62.请参阅图7，取指与译码操作过程如下：
63.取指模块根据pc指向的指令，从内存中获取到相应的指令块。需要注意的是，在通用图像处理器中，一般没有cpu中常见的乱序执行。
64.指令缓存读取固定数量的字节(对齐)，并将指令位存储到寄存器中。
65.对指令缓存的请求会导致命中、未命中或保留失败。保留失败发生于未命中保持寄存器已满或指令缓存中没有可替换的区块。不管命中或者未命中，循环取指都会移向下一warp。
66.在命中的情况下，获取的指令被发送到译码阶段。在未命中的情况下，指令缓存将生成请求。当接收到未命中响应时，新的指令块被加载到指令缓存中，然后warp再次访问指令缓存。
67.指令缓冲用于从指令缓存中获取指令后对译码后的指令进行缓冲。最近获取的指令被译码器译码并存储在i-buffer中的相应条目中，等待发射。
68.每个warp都至少对应两个i-buffer。每个i-buffer条目都有一个有效位(valid)、就绪位(ready)和一个存于此warp的已解码的指令。有效位表示在i-buffer中的该已解码的指令还未发射，而就绪位则表示该warp的已解码的指令已准备好发射到执行流水线。
69.当warp内的i-buffer为空时，warp以循环顺序访问指令缓存。(默认情况下，会获取两条连续的指令)这时对应指令在i-buffer中的有效位被激活，直到该warp的所有提取的指令都被发送到执行流水线。
70.当所有线程都已执行，且没有任何未完成的存储或对本地寄存器的挂起写入，则warp完成执行且不再取指。当线程块中的所有warp都执行完成且没有挂起的操作，标记线程块完成。所有线程块完成标记为内核已完成。
71.相对于cpu，gpu的前端一般没有乱序发射，每个核心的尺寸就可以更小，算力更密集。
72.发射是指令就绪后，从指令缓冲进入到执行单元的过程。
73.在(译码后的)指令发射阶段，指令循环仲裁选择一个warp，将i-buffer中的发射到流水线的后级，且每个周期可从同一warp发射多条指令。
74.所发射的有效指令应符合以下条件：
75.在warp里未被设置为屏障等待状态；
76.在i-buffer中已被设置为有效指令(有效位被置为1)；
os。这些实现一般由显示设备广商提供，而目非常依赖于该厂商提供的硬件。开放源代码库mesa是一个纯基于软件的图形ap)，它的代码兼容于opengl，但是，由于许可证的原因，它只声称是一个"非常相似"的api。
96.opencl
97.opencl(opencomputinglanguage,开放计算语言是一个为异构平台编写程序的框架，此异构平台可由cpu，gpu或其他类型的处理器组成。opencl由一门用于编写kernels(在opencl设备上运行的函数)的语言(基于c99和一组用于定义并控制平台的ap组成。opencl提供了基于任务分区和数据分区的并行计算机制。
98.opencl类似于另外两个开放的工业标准opengl和openal，这两个标准分别用于三维图形和计算机音频方面。opencl扩充了gpu图形生成之外的能力。opencl由非盈利性技术组织khronos group掌管。
99.cuda
100.统一计算架构是由nmdia所推出的一种集成技术，是该公司对于gpgpu的正式名称，通过这个技术，用户可利用nmdia的geforce 8以后的gpu和较新的quadrogpu进行计算，亦是首次可以利用gpu作为c编器的开发环境。nmidia营销的时候，往往将编译器与架构混合推广，造成混乱。实际上，cuda可以兼容opencl或者自家的c编译器。无论是cuda c-语言或是opencl，指令最终都会被驱动程序转换成ptx代码，交由显示核心计算。
101.本系统在进行使用时，还具备如下系统运行的基本功能：
102.1、计算机管理系统
103.该系统是整个道闸停车场管理的核心，由计算机、打印机、通讯线路和管理软件组成，主要完成i c卡验证、月卡管理、控制信号的接收和发送、停车时间和停车费的计算、图像的抓拍和显示以及数据统计、打印报表等功能。
104.2、出入口读卡控制功能：
105.此部分是每个道闸出入口必须的基本功能，也是每个道闸出入口的主要和核心部分。
106.3、临时卡自动出卡功能：
107.此出卡机双层出卡，方便大小车辆。临时停车用户在读卡机箱上按“取卡”按钮即可取卡进场停车，此功能也可由道闸管理人员手动发卡代替。自动出卡严格控制一车一卡，无车不能取卡，出卡的同时完成读卡，卡片过时未取自动收回。自动吞卡功能临时卡车辆出场时系统自动回收卡片放行。
108.4、防砸车感应功能：
109.道闸配合车辆检测器实现防砸车功能，当道闸下有车闸杆不会下落，即便当闸杆下落时有车开到其下面，闸杆也会止落上抬，车辆离开后，闸杆自动下落。同时可结合压力电波安全装置实现双重防砸车保护处理。
110.5、中文显示功能：
111.出入口控制机箱的led显示屏全中文显示欢迎词语、收费金额、卡中余额、卡有效期、充值提醒、车位已满以及停车场其他相关信息等。也可以外接独立的显示屏发布相关信息便于车主不同角度远处阅读。
112.6、语音提示功能：
113.正常操作可提示请读卡、收费元等相关信息，误操作或非法操作作出相应提示。
114.7、对讲功能：
115.在监控室管理中心安装对讲主机，各出入口安装对讲分机，按对讲按钮即可保证各出入口与监控室管理中心的联络。
116.8、图象抓拍对比功能：
117.出入口安装摄像机，车辆从道闸入场时自动抓拍车辆的图像并连同持卡人和刷卡时间等信息存入电脑，出场时将系统自动调出持该卡的车入场图像，经出场车辆图像与从道闸入口图象进行对比确认为同一辆车后，才予放行，确保车辆安全。
118.9、ups电源：
119.提高供电质量，减少因停电、断电而引起的问题。当市电电网瞬间断电或停电，ups能将蓄电池自动启动，保证道闸系统的正常运行。
120.10、防雷功能：
121.为保障道闸系统的正常运行，防止和减少因雷击供电线路、信号线路造成的设备损坏，对道闸系统做好防雷保证设备正常运行。
122.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，包括主控中心、信息录入单元、识别单元、道闸单元和预警单元，所述主控中心的优先级高于信息录入单元、识别单元、道闸单元和预警单元，其特征在于：所述主控中心包括信息存储模块、检测模块、声光预警模块和信息模块，所述主控中心配置为管理单元，所述信息录入单元包括多个信息录入装置和具备存储功能的照相机，所述识别单元包括多个具备gpgpu芯片的摄像头，所述识别单元设置于道闸识别处，所述识别单元的工作端分别朝向道闸进出口识别位置，所述识别单元的信息输出端与道闸控制端电连接，所述道闸通过识别单元给出的电信号控制道闸的开启或关闭，同时所述识别单元的信息输出端还与预警单元信号连接，当识别单元通过具备gpgpu芯片的摄像头对通行的车辆或人员进行识别后，将识别信息传输至主控中心，由主控中心对识别信息进行比对，同时给出信号至道闸管理单元和预警单元。2.根据权利要求1所述的具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，其特征在于：通过所述信息录入单元对通过道闸的车辆及行人信息进行登记，其中登记分为长期人员和短期人员。3.根据权利要求2所述的具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，其特征在于：当通过信息录入单元对车辆或行人信息进行输入登记时，登记资料包括人员姓名、岗位及面部信息识别，对车辆信息进行录入登记时，包括车辆类型、车牌照和驾驶员，其中，所述信息录入单元录入的车辆及人员信息传输至主控中心的数据库内进行保存。4.根据权利要求1所述的具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，其特征在于：所述识别单元还包括一个第一检测模块和一个第二检测模块，所述第一检测模块配置为人员姓名、岗位及电子卡信息验证，所述第二检测模块对通行人员面部信息进行识别验证，当所述车辆通过道闸时，所述第一检测模块验证车辆型号和车牌照，所述第二检测模块对通行车辆的驾驶员信息和货物进行验证。5.根据权利要求1所述的具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，其特征在于：所述主控中心还包括一个验证模块，当所述识别单元对通过道闸的人员和车辆信息传输至主控中心后，通过验证模块对传输信息进行验证，当验证模块接收到识别信息后，根据识别信息在数据库内进行匹配，最终完成验证作业，并将验证结果反馈至识别单元。6.根据权利要求1所述的具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，其特征在于：所述识别单元接收到主控中心反馈的验证结果后，根据结果进行下一步动作，包括道闸开放，预警单元无动作和道闸关闭，预警单元开始预警。7.根据权利要求1所述的具备图像识别的gpgpu道闸管理系统，其特征在于：还包括如下运行方法：s100：通过录入道闸通过信息，完成信息收集和录入；s200：根据运输订单安排，驾驶员驾驶车辆领取对应货柜，并记录货柜信息，通过驾驶员终端上传至系统；s300：根据运输订单安排，驾驶员驾驶车辆领取对应火堆，并记录货柜信息；s400：车辆行驶至道闸出，对车辆、驾驶员、货柜编号及货柜内物品进行检测验证；s510：通过验证后，道闸开启，并对车辆进出时间和货柜信息进行记录；s520：验证不通过，检测车辆及驾驶员信息，排查错误信息，道闸关闭并发出预警。

技术总结
本发明公开了道闸技术领域的具备图像识别的GPGPU道闸管理系统，包括主控中心、信息录入单元、识别单元、道闸单元和预警单元，主控中心的优先级高于信息录入单元、识别单元、道闸单元和预警单元，主控中心包括信息存储模块、检测模块、声光预警模块和信息模块，主控中心配置为管理单元，信息录入单元包括多个信息录入装置和具备存储功能的照相机，识别单元包括多个具备GPGPU芯片的摄像头。本发明中，通过具备GPGPU芯片的图像识别设备完成对出场的检测，从而提高货运场地的工作效率，增加货运效率，同时，本发明通过对进出场的车辆进行检测，可发现非本人驾驶车辆或非签约车辆进出，增加了货运站的服务效率，避免货运纠纷。避免货运纠纷。避免货运纠纷。


技术研发人员：赵先明
受保护的技术使用者：北京红山信息科技研究院有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/11