车辆出入库智能管理系统设计毕业论文.docx
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车辆出入库智能管理系统设计毕业论文
车辆出入库智能管理系统设计毕业论文
目 录
第1章绪论
1.1课题设计目的和发展趋势
1.1.1课题研究目的及实际意义
随着城市建设的加快以及汽车数量的急剧增加,智能车库成为当前停车改革的必然趋势,尤其是在寸土寸金的大城市,采用智能车库是解决停车难问题的必然出路。
针对现有独立的智能车库存在PLC控制的弊端独家研制开发了本套智能车库管理系统。
将智能车库与车库管理两个不同的行业无缝的链接在一起,推动了行业的新发展。
1.1.2车辆出入库智能管理系统发展概况及趋势
车辆出入库智能管理系统是利用高度自动化的设备对车库进行安全、有效的管理,最大限度的减少人员费用和人为失误造成的损失,大大提高整个车库的安全性与使用效率。
中国的车库智能管理系统市场兴起在2001年,目前还处于初级发展阶段,各种品牌不断涌现,市场比较混乱,归结起来其现状主要表现为以下几点:
市场发展空间很大。
车库管理由于前期中国车辆增长情况与车库规划间差距较大,全国车辆与车位之比高达5:
1,为解决停车问题,未来车库智能管理系统市场发展空间很大;由于中国车库智能管理系统市场还处于初级发展阶段,市场上品牌繁杂,没有形成主流品牌,这也是市场发展不成熟的表现;产品可靠性较低,技术含量不高;成套设备的系统多由集成商提供,能提供成套设备的生产厂家不多,系统稳定性、可靠性不易控制;部分商家售后服务不到位;国内系统、组装系统与国外系统的市场占有率之比约为2:
1:
1。
由于价格因素影响,国内产品主要用于一般小区与中低档写字楼,国外产品则用于比较知名的高档智能建筑;系统智能化程度较低,如车位引导系统应用不多;从趋势上看,车库智能管理系统应向更高程度的智能化、合理化、人性化方向发展。
我国车库智能管理系统市场需求剧增。
2010年全国共生产1826万辆,销售1806万辆汽车,显然我国已经成为一个汽车消费大国。
但随之而来各大城市出现了马路拥堵,乱停乱放等问题。
马路拥堵,一线城市已经出台了汽车限购政策和国家公务用车使用政策,但车辆乱停乱放除了国家完善相关法律之外,车辆的停放配套也必须一并跟上。
由于土地容量有限,车位的数量也僧多粥少,停车所引发的社会问题日趋严重。
停车所涉及的社会问题是多方面的,涉及城市规划、汽车保有量的增长与停车资源配套的失衡、轨道交通停车配套等诸多问题。
1.2课题设计思想
随着社会经济的发展,人们生活水平的提高,汽车已越来越多的进入家庭,汽车消费时代已悄然来临,车库的建设也是方兴未艾,车库智能管理系统也已经在大部分车库发挥着重要作用,在为人们停车带来方便的同时也具有良好的社会效益和经济效益。
为了满足小区车库智能化管理的要求,设计编写了本方案,主要包括车库出入口智能管理系统和车库智能车位引导系统,侧重点在于车位诱导和车辆检测。
本章小结
智能车库成为当前停车改革的必然趋势,将智能车库与车库管理两个不同的行业无缝的链接在一起。
由于市场发展空间很大,车库智能管理系统将会向智能化、合理化、人性化方向发展;同时由于智能车库的增加,将会解决诸多停车所引发的社会问题。
第2章智能车库管理系统概述
2.1射频技术(RFID)概述
RFID技术是从20世纪80年代起走向成熟的一项自动识别技术。
它利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目的。
和传统的磁卡、IC卡相比,射频卡最大的优点就在于非接触,因此,RFID技术在应用中研究的特点和难点是读写冲突、RFID安全和隐私保护、天线和RFID定位等问题。
该技术的原理为:
车主将RFID卡安装在车内,当车快行驶到车库时,车速减慢,在有效的读卡范围内,卡/读卡器自动发送信号,待读卡器/卡接收到信息并作判别是否有效后,控制道闸升杆,从而实现不停车通行。
值得注意的是,安装在车内的RFID卡还分为有源卡和无源卡。
两者最大的区别在于前者是内置电池的2.4GHz有源RFID卡,由卡主动发送信号,通过无线电波将卡片信息传输至读卡器,现在大多应用的都是可读卡距离5~10m左右的有源卡,此类卡穿透力极强,即使对于贴有车膜的玻璃或者水泥墙,都可以穿透发送信号给读卡器;而后者是900MHz无电池RFID卡,该类卡工作用电依赖于读卡器发送的电磁波使无源卡内线圈振荡产生工作电压、电流,之后RFID将本卡信息回发给读卡器,由读卡器对卡信息作出判断以确定卡的合法性,无源卡的读卡距离较短,一般1~2米。
当然,距离的长短还往往取决于无源卡放置的位置是否有屏蔽物及读卡器和卡的自身性能。
相对有源卡来说,无源卡成本较低,但穿透力不够。
RFID技术同其它技术比较而言,具有成本上的优势,而且RFID定位技术队环境的要求和受到的环境影响都很少,定位精度较高,传输范围大;RFID技术在定位物体的同时还从定位目标中读取有关该对象的大量信息。
针对这种情况,本系统设计基于射频识别技术,采用计算机管理系统获得车库停靠车辆的个体信息,包括空余停车位的数量与分布情况,方便车主顺利地找到停车位置;在车库的入口处可以通过终端查询系统很方便地查询到自己的车辆在车库的具体位置;在出口处,根据车载卡报告时记录的起始停靠时间,可以很方便地得出车辆停靠时间及应付费用。
本系统的特点是电子系统复杂性低,容易实现且成本;定位精度高,抗干扰能力强[1]。
2.1.1射频识别系统的构成
RFID的基本组成部分:
1.标签(Tag):
由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象
2.阅读器(Reader):
读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;
3.天线(Antenna):
在标签和读取器间传递射频信号。
如图2-1.
电源
射频模块
天
线
能量
存
储
器
控制
模块
天线
射频模块
能量,时钟,数据
数据
时钟
读
写
模
块
数据
数据输入入
数据据
电池池
计算机通信网
图2-1射频识别系统结构框图
2.1.2射频系统基本工作流程图
射频识别系统的基本工作流程如下:
1.读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射;
2.当电子标签进入发射天线的工作区时,电子标签被激活,将自身信息的代码经天线发射出去;
3.系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号,经天线的调节器传输给读写器。
读写器对接收到的信号进行解调解码,送往后台的电脑控制器;
4.电脑控制器根据逻辑运算判断标签的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构的动作;
5.执行机构按照电脑的指令动作;
6.通过计算机通信网络将各个监控点连接起来,构成总控信息平台,可以根据不同的软件来完成要实现的功能[2]。
其射频识别模型如图2-2所示:
阅读器
天
线
天
线
电子标签
时序
计算机
数据
图2-2射频识别模型
2.2车牌识别技术
车牌识别技术(LicensePlateRecognition,LPR)以计算机技术、图像处理技术、模糊识别为基础,建立车辆的特征模型,识别车辆特征,如号牌、车型、颜色等。
它是一个以特定目标为对象的专用计算机视觉系统,能从一幅图像中自动提取车牌图像,自动分割字符,进而对字符进行识别,它运用先进的图像处理、模式识别和人工智能技术,对采集到的图像信息进行处理,能够实时准确地自动识别出车牌的数字、字母及汉字字符,并直接给出识别结果,使得车辆的电脑化监控和管理成为现实。
该技术的原理为:
车进车出车库时各拍摄一幅车辆图片,值班人员对其进行人工车辆比对,以确定是否为车人同一或套牌车,诚然这种耗费人力的方法有相当得效果,但仍不能杜绝同类车型的套牌现象。
车牌识别技术是指能够检测到受监控路面的车辆并自动提取车辆牌照信息(含汉字字符、英文字母、阿拉伯数字及号牌颜色)进行处理的技术。
它以数字图像处理、模式识别、计算机视觉等技术为基础,对摄像机所拍摄的车辆图像或者视频序列进行分析,得到每一辆汽车唯一的车牌号码,从而完成识别过程。
通过一些后续处理手段可以实现车库收费管理,交通流量控制指标测量,车辆定位,汽车防盗,高速公路超速自动化监管、闯红灯电子警察、公路收费站等等功能。
对于维护交通安全和城市治安,防止交通堵塞,实现交通自动化管理有着现实的意义[3]。
2.2.1车牌自动识别系统原理
牌照自动识别是一项利用车辆的动态视频或静态图像进行牌照号码、牌照颜色自动识别的模式识别技术。
其硬件基础一般包括触发设备(监测车辆是否进入视野)、摄像设备、照明设备、图像采集设备、识别车牌号码的处理机(如单片机)等,其软件核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。
某些车牌识别系统还具有通过视频图像判断是否有车的功能称之为视频车辆检测。
一个完整的车牌识别系统应包括车辆检测、图像采集、车牌识别等几部分。
当车辆检测部分检测到车辆到达时触发图像采集单元,采集当前的视频图像。
车牌识别单元对图像进行处理,定位出牌照位置,再将牌照中的字符分割出来进行识别,然后组成牌照号码输出。
其流程图如图2-3:
图像采集
视频车辆检测
视频信号数字图像流
车牌定位
字符分割
字符识别
图片压缩信息包
结果输出
图2-3车牌识别流程示意图
2.2.2牌照号码、颜色识别
1.牌照定位
自然环境下,汽车图像背景复杂、光照不均匀,如何在自然背景中准确地确定牌照区域是整个识别过程的关键。
首先对采集到的视频图像进行大范围相关搜索,找到符合汽车牌照特征的若干区域作为候选区,然后对这些候选区域做进一步分析、评判,最后选定一个最佳的区域作为牌照区域,并将其从图像中分离出来。
2.牌照字符分割
完成牌照区域的定位后,再将牌照区域分割成单个字符,然后进行识别。
字符分割一般采用垂直投影法。
由于字符在垂直方向上的投影必然在字符间或字符内的间隙处取得局部最小值的附近,并且这个位置应满足牌照的字符书写格式、字符、尺寸限制和一些其他条件。
利用垂直投影法对复杂环境下的汽车图像中的字符分割有较好的效果。
3.牌照字符识别
字符识别方法目前主要有基于模板匹配算法和基于人工神经网络算法。
基于模板匹配算法首先将分割后的字符二值化并将其尺寸大小缩放为字符数据库中模板的大小,然后与所有的模板进行匹配,选择最佳匹配作为结果。
基于人工神经网络的算法有两种:
一种是先对字符进行特征提取,然后用所获得特征来训练神经网络分配器;另一种方法是直接把图像输入网络,由网络自动实现特征提取直至识别出结果。
实际应用中,车牌识别系统的识别率还与牌照质量和拍摄质量密切相关。
牌照质量会受到各种因素的影响,如生锈、污损、油漆剥落、字体褪色、牌照被遮挡、牌照倾斜、高亮反光、多牌照、假牌照等等;实际拍摄过程也会受到环境亮度、拍摄方式、车辆速度等等因素的影响。
这些影响因素不同程度上降低了车牌识别的识别率,也正是车牌识别系统的困难和挑战所在。
为了提高识别率,除了不断地完善识别算法还应该想办法克服各种光照条件,使采集到的图像最利于识别。
2.3车位诱导和车辆检测系统概述
该系统采用多媒体技术,通过联网的超声波感应器监控到停车位的使用状况,通过智能显示器显示方向和空位的数量及其他信息,以便驾驶者通过最短路径找到空车位。
车辆及车位信息采集、显示此环节采用动态模拟技术,由车位超声波探测器、供电器、控制器、智能方向指示器、金属模拟图板等组成。
探测器安装在车位上方,金属模拟图板安装在地下各层的停车入口处,图板上的LED用红绿二色来表示由探测器传来的有车车位、空车车位的动态实时信息。
探测器通过信号线、电源线联结至控制器。
超声波传感器是停车引导系统的一个关键部件,它通过总线实现供电及联网。
其检测距离一般为0.6m~4.0m,可根据实际需求进行单个或调整。
传感器之间的超声波同步脉冲需避免相互干扰。
现场总线系统由多个子系统组成,每个子系统可以为125个传感器提供电源,可以配置多个方向指示器。
智能方向指示器通过总线实现联网及供电,根据用户需要自行配置用以监控一定范围的传感器地址,通过连接隶属的显示器显示某车道、区域空闲车位方向及数量,也可通过上层的安装总线连接主显示器来统计和显示空位总数。
LED显示屏安装在地下各层的停车人口处金属模拟图板的上方,语音提示和中文滚动显示时间、停车方式及注意事项。
每个灯光引导指示牌由两组灯光组成,一组显示“有车位”,一组显示“请直行”。
它受车位超声波探测器控制,当一组车位停满时,它接收到控制器发出的信号,便熄灭“有车位”指示灯。
司机就可以根据灯光导引,沿着车位显示指示器“有车位”指示灯寻找车位[4]。
超声波传感器车辆检测,在一定的时间间隔内,传感器发射超声波脉冲并测量脉冲返回的时间。
在测量过程中,如果脉冲返回时间短于作为校准基础的地面返回时间,传感器将判定车辆在场。
多个传感器可以通过网络发出的校准命令同步进行校准。
传感器可通过内置LED来显示停车位占用、空闲状态。
在多数情况下,通过车库车道安置的附属的LED指示灯能够方便地看到现场状态。
车库管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的,车库的工作流程也始终以用户车辆进出车库的流程为中心。
车库用户一般分为临时用户和固定(小区内)用户两大类。
当车辆驶入/出车库天线通信区时,天线以微波通讯的方式与车载射频卡进行双向数据交换,从射频卡上读取车辆的相关信息,自动识别射频卡并判断车卡是否有效和合法性,车道控制电脑显示与该射频卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息;车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中,车道控制电脑根据独到的数据进行判断来做出放行或禁止的决策[5]。
2.3.1车位诱导和车位显示
现在的汽车大多数都装载了GPS导航,这为诱导系统提供了一个提示方法。
诱导系统通过车辆自带的GPS导航提示驾驶路线,到达申请的车位。
诱导系统可以分为车内诱导系统和车外诱导系统。
在车内诱导系统中,实时交通信息在车辆和信息中心之间传输。
这种诱导系统诱导对象是单个车辆,也称车辆个体诱导系统,这类系统的诱导机理比较明确,容易达到诱导的目的。
目前发达国家采用的是这种系统,但是这种系统对车内设施和信息传输技术要求比较高,造价相对昂贵。
在车外诱导系统中,车位诱导信息在车库内LED显示屏上显示,诱导对象是所有用户。
这种系统价格相对比较便宜。
本设计基于单个车辆的诱导系统,诱导车辆到达指定的车位。
但车外诱导系统可以有效地辅助单个车辆。
诱导系统主要由显示驱动、数据接收和数据处理。
工作原理:
通过安装在每个车位上方的超声波车位探测器,实时采集车库的各个车位的车辆信息。
连接探测器的节点控制器会按照轮询的方式,对所连接的各个探测器信息进行收集,并按照一定规则将数据压缩编码后反馈给中央控制器,由中央控制器完成数据处理,并将处理后的车位数据发送到车库各个LED指示屏进行空车位信息的显示,从而实现引导车辆进入空余车位的功能。
系统同时将数据传送给计算机,由计算机将数据存放到数据库服务器,用户可通过计算机终端查询车库的实时车位信息及车场的年、月、日统计数据。
本文采用的是车内诱导系统为主,车外诱导系统为辅的综合诱导系统,终端显示驱动有数据反馈机制,驾驶者可以取消车位申请,重新选择停车位,查看个人信息和更新当前车库停车状况。
有效地停车用户停车时的效率[6],如图2-4所示:
图2-4智能车库诱导方案图
2.3.2超声波测距原理
超声波技术是一门以物理、电子、机械、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都可使用的通用技术之一。
超声波是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。
超声波在介质中可以产生三种形式的振荡波:
横波,质点震动方向垂直于传播方向的波;纵波,质点振动方向与传播方向一致的波;表面波,质点振动介于纵波和横波之间,沿表面传播的波。
横波只能在固体中传播,纵波能在固体液体中和气体中传播,表面波随深度的增加其衰减很快。
为了测量各种状态下的物理量多采用纵波形式的超声波。
超声波的物理性质:
超声波的反射和折射,当超声波传播到两种特性阻抗不同介质的平面分界面上时,一部分超声波被反射,另一部分透射过界面,在相邻介质内部继续传播,这样的两种情况称之为超声波的反射和折射;超声波的衰减,超声波在一种介质中传播,其声压和声强按指数函数规律衰减;超声波的干涉,如果在一种介质中传播几个声波,于是产生波的干涉现象,由于超声波的干涉,在辐射器的周围形成一个包括最大最小的扬声场。
超声波测距方法主要有三种:
相位检测法:
精度高,但检测范围有限;声波幅值检测法:
易受反射波的影响;渡越时间法:
工作方式简单,直观,在硬件控制和软件设计上都容易实现,其原理为:
检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t,这个时间就是渡越时间,然后求出距离l。
设l为测量距离,t为往返时间差,超声波的传播速度为c,则有l=ct/2。
综合以上分析,本设计将采用渡越时间法[7]。
2.3.3车辆检测
本系统可以与车库出入口管理系统配合使用,当车库内没有停车位时,即可与出入口管理系统联动,使车库入口票箱控制器停止发放临时停车卡,避免车辆过多进入车库而引起的场内交通拥挤或堵塞。
对于普通平面车位,使用超声波探头是成熟可靠的技术。
而对于升降横移立体车位来说,普通的超声波探头没有安装位置,又不便拖一根随动电缆,所以我们采用了我公司的最新产品,无线超声波车位探测器,安装在载车板上。
而地上的平面车位,露天环境由于风雨影响不能用超声波探头,所以要用我们的最新产品地磁车位探测器,它埋在车位下,检测大地磁场变化,通过比较来判断车位上的有车无车状况。
车位探测系统实时探测车位上是否有车辆停放,通过数据采集器和节点控制器将数据实时发送到主控器和管理电脑,由主控器及时更新各个交叉路口引导屏的空车位数,指引客户停车。
同时根据车位使用情况控制车位指示灯亮不同的颜色,红色为占用,绿色为空位,客户在50米外即可看到,根据车位指示灯的颜色客户可很快找到车位。
本系统由车位探测器、车位指示灯、数据采集器等组成,利用超声波反射回波检测反射物距检测器的距离,从而判断车位上是否有车辆停放,本系统具有车位探测、车位指示、车位预置等功能[8]。
本系统主要由以下几部分组成:
1.超声波车位探测系统
2.无线超声波车位探测系统
3.地磁车位探测系统(可选)
4.自动仓储式车库数据集成
5.信息显示系统
6.控制系统
7.引导系统管理软件
2.4小区停车计费系统概述
2.4.1计费系统概述
该系统基于小区停车计费系统中的数据信息,能够实现无人自动计费,只需要驾驶者在小区进出口停车计费系统中拥有一定量的资金,在驾驶者使用服务后,根据驾驶者的使用时间长短和使用的地点来计算。
可以达到规范小区停车状况,改善小区安全交通。
系统目的:
提升用户现代化管理水平和服务质量;创造安全、可靠、高效、便捷、管理环境;最大限度降低中间流动管理运营成本;适应市场经济需求,提高工作效率,推广电子化进程。
2.4.2计费系统的工作原理及特点
计费系统是小区停车计费系统一个重要的环节,没有车辆在停车位上,计费系统处于待机状况。
一旦检测到有车辆占用该车位,计费系统立刻检测出车辆信息,发送给小区停车计费系统,小区停车计费系统确认车辆信息后,回传一个信息。
所停的车辆是申请该车位的车辆,则计费开始。
所停的车不是申请的车辆,则计费系统的检测结构开始发出报警提示,提示驾驶者违规停车。
如果该车位未被申请,检测结构提示驾驶者是否申请该车位,驾驶者申请了该车位则开始计费,驾驶者没有申请该车位,则视违规停车。
计费系统中包括制定不同的计费策略,计费策略制定的几个因素:
时间长短、车位位置、停车时间点和不同驾驶者优惠政策。
计费策略是计费系统中心部件,没有计费策略就无法有效地计算出停车消费的费用。
计费车辆主要根据停车时间段来制定的,停车位、停车时间点和驾驶者的优惠政策综合制定出计费策略[9]。
计费系统
车辆信息
检测结构
车辆位置
时间长短
到底是否
计费策略
图2-5计费策略
如图2-5所示,检测结构包含了自动记录时间功能,在车辆离开车位后,自动的把起始时间和离开时间发给计费系统。
计费系统根据某车位使用时间的长短来计费,并自动从驾驶者在城市路边停车计费系统的账户里扣除。
无需任何人、也无需驾驶者的任何工具全自动的计费系统。
车位的使用与未使用是根据现场车位传感器的测量,传送给小区停车计费系统,并更新城市车位信息库。
如图2-6所示,计费的流程为车辆到位,然后检测,进入计费系统,车辆进行核对,区分小区和非小区用户,开始计费,再次检测车辆是否还在车位上,计费结束,显示在车位时长。
车辆占用车位
检测结构
计费系统
否
小区停车计费系统
车辆信息核对
是
计费开始
否
检测离开
是
计费结束
时间
图2-6计费流程
2.5进出口识别系统概述
如图2-7所示,为车辆进出库的流程识别系统:
入出口
固定用户
车辆检测到有车来
允许读卡
读卡机读卡
是否合法
自动
取卡
数据库备份
控制器记录信息
卡操作、授权登记
开启道闸
防砸检测
车辆通过,
关道闸
车辆进场
图2-7车辆入场流程图
车库管理系统运行过程是以顾客停车取车的过程为基础的,车库的工作流程也始终以用户车辆进出车库的流程为中心。
车库用户一般分为临时用户和固定(小区内)用户两大类。
当车辆驶入/出车库天线通信区时,天线以微波通讯的方式与车载射频卡进行双向数据交换,从射频卡上读取车辆的相关信息,自动识别射频卡并判断车卡是否有效和合法性,车道控制电脑显示与该射频卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息;车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中,车道控制电脑根据独到的数据进行判断来做出放行或禁止的决策[10]。
本章小结
在现代化的大型车库中,车辆出入库智能管理系统使得车辆进出手续简单,安全性高,实现车辆出入控制、车位信息查询、车位自动引导、停车位收费管理等功能,大大节省了人力资源,提高了工作效率。
整个出入库管理系统中,车辆检测部分是系统的关键。
本设计主要采用感应式非接触式IC卡系统、摄像识别系统,具有一入口一出口的车库电脑收发管理系统。
通过埋设于出入口道路地下的感线圈感应到有车经过后,启动射频识别系统,辨别出是否是小区用户,并分别采取不停车进场和启动收费管理系统发放临时IC卡两种措施进入车库。
位于出入口上方的摄像头捕获车辆信息,通过识别系统采样出车牌等信息,并将该信息保存入车库临时数据库。
第3章车位诱导车辆检测系统硬件设计
3.1车库系统
整个停车管理系统示意图如图3-1所示,信息显示牌为LED显示屏,显示当前时间及车位信息。
当有车进入时,司机进行刷卡,刷卡信号由控制器读入,控制闸杆机抬起,语音提示“欢迎光临”,当地感线圈检测到车辆进入时,更新车位信息,抓拍车辆图片,闸杆机下落;同样,当车辆驶出,司机刷卡,控制闸杆机抬起,语音提示“谢谢光临,当地感线圈检测到车辆离开,抓拍车辆信息,闸杆机下落并更新车位信息。
而车辆的图像信息、IC卡数据信息的处理都将由值班室的上位机完成。
车库数据中心
计费管理
入口控制
出口控制
车牌识别
安全系统
停车诱导
入
口
控
制
发
卡
读
卡
系统
车辆
检测
系
统
计
时
收
费
收
卡
收
费
系
统
车
辆
检
测
系
统
出
口
控
制
信
息
提
示
车
牌
检
测
识
别
数
据
存
储
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