利用视频检测技术监测机动车对大气影响的系统及方法

摘要

本发明涉及一种利用视频检测技术监测机动车对大气影响的系统及方法。该系统由数据处理模块，采样控制模块，二氧化硫采样处理模块，车辆占用道路时间处理模块，二氧化硫采样模块，视频检测器构成。通过视频检测器与车辆占用道路时间处理模块对车辆运行状态进行实时监控与采样分析，通过二氧化硫采样模块与二氧化硫采样处理模块对大气污染程度进行采样与分析，采样控制模块实现对二氧化硫采样模块和车辆占用道路时间处理模块的同步控制，数据处理模块用图或表的方式显示机动车运行状态与大气污染程度的关系曲线，并对超过设定污染指数等级阈值的状态进行报警。通过本发明可以定量得出机动车运行时尾气对当前大气环境的实际影响程度。

说明书

技术领域

本发明属于环境科学技术领域，具体涉及一种利用视频检测技 术监测机动车排放的尾气对大气环境影响的系统及方法。

背景技术

随着经济快速发展，城市规模不断扩大，人口不断向城市集聚， 生产、生活、出行过程产生的废气大量增加，导致城市的空气污染加 剧。如何确定各种污染源对大气环境的影响程度是决策者采取相应措 施的依据。造成大气环境严重污染的因素是多方面的，人们对机动车 产生的尾气导致大气污染严重超标已形成共识。如何定量的分析机动 车排放的尾气对大气环境的实际影响程度，成为人们新的关注焦点。

要获得机动车排放的尾气对大气环境的实际污染程度，就需要对 机动车的行驶状况进行检测。对于机动车检测现有技术多采用环形线 圈式车辆检测器（又称为地感，多为埋设式检测系统）。环形线圈检 测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。 车辆通过埋设在路面下的环形线圈，引起线圈磁场的变化，检测器据 此计算出车辆的流量、速度、时间占有率和长度等交通参数，并上传 给中央控制系统，以满足交通控制系统的需要。此种方法技术成熟， 易于掌握，并有成本较低的优点。但这种方法也有以下缺点：a.线 圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会暂时受到阻碍。b. 埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面受损，尤其是在有信号控制 的十字路口，车辆启动或者制动时损坏可能会更加严重。c.感应线 圈易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响。d.感应线圈由于 自身的测量原理所限制，当车流拥堵，车间距小于3m的时候，其检 测精度大幅度降低，甚至无法检测。

另外，现有技术中都没有将车辆当前运行状态与对环境污染的实 际程度进行实时关联，不能得到车辆排放的尾气对大气的实际影响程 度。尤其是在某些距离工业污染源较近的地方或者距离机场附近，无 法准确判断是汽车运行过程产生的尾气造成的大气环境污染，还是其 他污染源造成的污染。

发明内容

本发明所要解决的是监测汽车运行过程产生的尾气对大气环境 实际影响的程度，提出了一种利用视频检测技术监测机动车对大气影 响的系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用视频检测技术监测机动车对大气影响的系统，包括：

视频检测器，设置于被检路段的入口和出口处，实时对驶入车辆 和驶出车辆进行检测，获得驶入被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段 的车辆数N_c;

二氧化硫采样模块，设置于所述被检路段处，采集所述被检路段 范围内的大气样本；

车辆占用道路时间处理模块，每隔时间T_s接收一次所述视频检测 器发送的驶入被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段的车辆数N_c，得到 在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci=T_s× （N_r-N_c），其中i为整数且1≤i≤N；并得到在采样周期T=N*T_s内车 辆占用道路总时间

二氧化硫采样处理模块，每隔采样周期T接收一次所述二氧化硫 采样模块采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化硫含量Q_j；

采样控制模块,控制所述车辆占用道路时间处理模块与所述二氧 化硫采样处理模块同时启动工作；

数据处理模块，接收所述车辆占用道路时间处理模块发送的车辆 占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫 含量Q_j；获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间 的函数关系并输出。

进一步地所述视频检测器，包括：

摄像机，对驶入车辆和驶出车辆进行实时拍摄，输出视频图像；

图像采集模块，接收所述摄像机输出的视频图像，对其中的车辆 数量信息进行采集，转化为视频数据；

视频图像处理模块，接收所述图像采集模块的视频数据，得到当 前时刻驶入车辆/驶出车辆数量，转换成车辆占用道路时间处理模块 可识别的数字信号，发送给车辆占用道路时间处理模块。

进一步地所述数据处理模块包括：

数据整合单元，接收所述车辆占用道路时间处理模块发送的车辆 占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫 含量Q_j，获得所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的 函数关系；

数据显示单元，接收所述数据整合单元发送的函数关系并以图或 表的形式显示。

进一步地所述数据处理模块还包括：

存储单元，存储二氧化硫含量报警阈值；

比较单元，比较所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫含量 Q_j与所述二氧化硫含量报警阈值；

报警单元，接收所述比较单元的比较结果，当所述二氧化硫含量 Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警。

进一步地一种利用视频检测技术监测机动车对大气影响的方法， 包括如下步骤：

S1：视频检测器实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测，获得驶入 被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段的车辆数N_c；二氧化硫采样模块， 采集所述被检路段范围内的大气样本；

S2：车辆占用道路时间处理模块每隔时间T_s接收一次所述视频检 测器发送的驶入被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段的车辆数N_c，得 到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci=T_s×（N_r-N_c），其中i为整数且1≤i≤N；并得到在采样周期T=N*T_s内 车辆占用道路总时间

二氧化硫采样处理模块，在采样控制模块的控制下与所述车辆占 用道路时间处理模块同时启动，每隔采样周期T接收一次所述二氧化 硫采样模块采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化硫含量 Q_j；

S3：数据处理模块，接收所述车辆占用道路时间处理模块发送的 车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧 化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系并输出。

进一步地所述步骤S3中还包括：数据整合单元根据所述车辆占 用道路总时间t_c以及所述二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路 总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系发送至数据显示单元， 所述数据显示单元以图或表的形式显示出来。

进一步地所述步骤S3还包括：通过比较单元比较所述二氧化硫 采样处理模块发送的二氧化硫含量Q_j与存储单元中存储的二氧化硫 含量报警阈值，当所述二氧化硫含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈 值时报警单元报警。

进一步地所述步骤S2中，N=60，T_s=1s。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明所述利用视频检测技术监测机动车对大气影响的系统 及方法，利用视频检测技术监测机动车对大气影响的系统及方法，可 利用视频检测技术对机动车的行驶状况进行检测，还能够准确的检测 出某一段时间内车辆占用道路的总时间。并且，能够实时检测出大气 中二氧化硫的含量，并对这两项内容进行对比分析输出关系曲线图， 从而可以定量得出机动车运行时产生的尾气对大气环境的实际影响 程度，为城市交通环境改善决策者采取相应措施提供精确的数据依据。

（2）本发明所述利用视频检测技术监测机动车对大气影响的系统 及方法，通过使用采样控制模块，确保了大气采样周期与车辆占用道 路时间的采样周期的同步，保证当前检测的汽车占用道路时间数据与 当前采样的大气样本数据的一致性及同步性，提高了汽车当前尾气排 出量与大气实测当前污染程度的关联性；同时该系统缩短了取样时间 的间隔，现有大气污染检测设备一天只监测几次，本发明为了确保准 确评价当前汽车尾气对大气环境的实际影响，实现了一分钟监测一次， 提高了监测的实时性和准确性。

（3）本发明所述利用视频检测技术监测机动车对大气影响的系统 及方法，同时具有报警的功能，当检测到某一区域大气的二氧化硫含 量超标后，会发出警报，便于执勤人员及时发现污染并采取治理措施， 当监测数据证明是由机动车造成的污染时，可以通过智能交通控制系 统进行控制，提高路口通行效率，缩短车辆旅行时间，减少停车次数。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本 发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明所述的利用视频检测技术监测机动车对大气影响 的系统的原理框图；

图2是本发明所述的视频画面中设置的虚拟线圈的示意图；

图3是本发明所述的利用视频检测技术监测机动车对大气影响 的系统的处视频检测器设置位置示意图；

图4是本发明所述的利用视频检测技术监测机动车对大气影响 的系统的运行方法流程图。

图中附图标记表示为：1-数据处理模块，2-采样控制模块，3- 二氧化硫采样处理模块，4-车辆占用道路时间处理模块，5-二氧化硫 采样模块，6-视频检测器，61-摄像机，62-图像采集模块，63-视频 图像处理模块，101-存储单元，102-比较单元，103-报警单元，104- 数据整合单元，105-数据显示单元。

具体实施方式

本实施例提供一种利用视频检测技术监测机动车对大气环境影 响的系统，其原理框图如图1所示，包括视频检测器6，设置于被检 路段的入口和出口处，实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测，获得驶 入被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段的车辆数N_c;二氧化硫采样模 块5，设置于所述被检路段处，采集所述被检路段范围内的大气样本； 车辆占用道路时间处理模块4，每隔时间T_s接收一次所述视频检测器 6发送的驶入被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段的车辆数N_c，得到 在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci=T_s× （N_r-N_c），其中i为整数且1≤i≤N；并得到在采样周期T=N*T_s内车 辆占用道路总时间二氧化硫采样处理模块3，每隔采样周期 T接收一次所述二氧化硫采样模块5采集到的大气样本，获得所述大 气样本中二氧化硫含量Q_j；采样控制模块2,控制所述车辆占用道路 时间处理模块4与所述二氧化硫采样处理模块3同时启动工作；数据 处理模块1，接收所述车辆占用道路时间处理模块4发送的车辆占用 道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含 量Q_j；获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的 函数关系并输出。

下面对各主要功能模块进行说明。

所述视频检测器6，包括：

摄像机61，对驶入车辆和驶出车辆进行实时拍摄，输出视频图 像；

图像采集模块62，接收所述摄像机61输出的视频图像，对其中 的车辆数量信息进行采集，转化为视频数据；

视频图像处理模块63，接收所述图像采集模块62的视频数据， 得到当前时刻驶入车辆/驶出车辆数量，转换成车辆占用道路时间处 理模块4可识别的数字信号，发送给车辆占用道路时间处理模块4；

视频检测器采集车辆数量成像图如图2所示，视频车辆检测器6 工作原理在于通过摄像机61作传感器，在视频范围内设置虚拟线圈 即图中的矩形框，从图中可以看出，该路段为双向行驶的路段，在两 个方向上的入口和出口均设置两个矩形框，一个为检测驶入车辆用， 一个为检测驶出车辆用，车辆进入矩形框时使背景灰度值发生变化， 从而得知车辆的存在。具体地是通过摄像机61对驶入车辆和驶出车 辆进行实时拍摄，输出视频图像；图像采集模块62接收所述摄像机 61输出的视频图像，对其中的车辆数量信息进行采集，转化为视频 数据，所述视频数据具体为车辆的数量信息；视频图像处理模块63， 接收所述图像采集模块62的视频数据，得到通过矩形框的车辆数量 即可得知驶入被检路段的车辆和驶出被检路段的车辆数量，转换成车 辆占用道路时间处理模块4可识别的数字信号，发送给车辆占用道路 时间处理模块4。

所述视频检测器6在道路上的位置设置如图3所示。图3所示的 被检路段为单向行驶的路段，设置两个视频检测器6，分别设置于被 检路段的车辆进口处以及车辆出口处，通过两个视频检测器6实时对 驶入车辆和驶出车辆进行检测。而图3中的系统设备即为包括车辆占 用道路时间处理模块4和数据处理模块1的设备。

视频检测器6可安装在车道的上方和侧面，高度范围为5-20米。 视频检测器6采用高清检测，检测范围大，一个视频检测器6可覆盖 1～3个车道，检测范围50－150米。目前一般用CCD传感器的摄像 机对车道车辆进行拍摄，用硬件将拍摄到的图像进行数字化存储，用 图像处理的方式对图像初步处理，去掉图像噪声信息。本发明的视频 检测技术提供现场的视频图像，可根据需要移动虚拟检测线圈的位置， 直观可靠，安装调试维护方便，不破坏路面，不中断交通且车辆检测 精度高。

所述车辆占用道路时间处理模块4，每隔时间T_s接收一次所述视 频检测器6发送的驶入被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段的车辆 数N_c，在此实施例中车辆占用道路时间处理模块4将每一设置在道路 上的视频检测器检测到的驶入车辆的数量N_r和驶出车辆的数量N_c。

通过计算得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用 道路时间t_ci，t_ci=T_s*（N_r-N_c），其中i为整数且1≤i≤N，并得到在 采样周期T=N*T_s内车辆占用道路总时间

优选地可以设置T_s=1s，T=60s，N=60。

大气采样与数据处理需要二氧化硫采样模块5与二氧化硫采样 处理模块3共同完成。所述二氧化硫采样模块5采用主动采样法对大 气中污染物成分进行采样。二氧化硫采样模块5内接有抽气装置,将 抽入一定量的气体,通过管道将大气样本传递给二氧化硫采样处理模 块3。二氧化硫采样处理模块3内设置有二氧化硫传感器与信号转换 器，将感测到的二氧化硫转换成电信号，以数据的形式在二氧化硫采 样处理模块3中存储显示。其中二氧化硫的含量Q_j的单位为毫克/立 方米，即为单位体积的空气中所含二氧化硫的质量。

所述数据处理模块1，接收所述车辆占用道路时间处理模块4发 送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块3发送 的二氧化硫含量Q_j；获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含 量Q_j之间的函数关系并输出。

如图1所示，所述数据处理模块1具体包括：数据整合单元104， 接收所述车辆占用道路时间处理模块4发送的车辆占用道路总时间 t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含量Q_j，获得 在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系； 数据显示单元105，接收所述数据整合单元104发送的函数关系并以 图或表的形式显示。

存储单元101，存储二氧化硫含量报警阈值；比较单元102，比 较所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含量Q_j与所述二氧 化硫含量报警阈值；报警单元103，接收所述比较单元102的比较结 果，当所述二氧化硫含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警。

图4给出了本发明基于上述系统的一种运行方法，包括如下步骤：

S1：视频检测器6实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测，获得驶 入被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段的车辆数N_c；二氧化硫采样模 块5，采集所述被检路段范围内的大气样本；

S2：车辆占用道路时间处理模块4每隔时间T_s接收一次所述视频 检测器6发送的驶入被检路段的车辆数N_r和驶出被检路段的车辆数 N_c，得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间 t_ci=T_s×（N_r-N_c），其中i为整数且1≤i≤N；并得到在采样周期T=N*T_s内车辆占用道路总时间

二氧化硫采样处理模块3，在采样控制模块2的控制下与所述车 辆占用道路时间处理模块4同时启动，每隔采样周期T接收一次所述 二氧化硫采样模块5采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化 硫含量Q_j；

S3：数据处理模块1，接收所述车辆占用道路时间处理模块4发 送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块3发送 的二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含 量Q_j之间的函数关系并输出。

所述步骤S3还包括：数据整合单元104根据所述车辆占用道路 总时间t_c以及所述二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间 t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系发送至数据显示单元105，所述 数据显示单元105以图或表的形式显示出来。

同时，本发明还设有报警功能，所述步骤S3中还包括：通过比 较单元102比较所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含量 Q_j与存储单元101中存储的二氧化硫含量报警阈值，当所述二氧化硫 含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警单元103报警。国家环 境质量标准规定，居住区二氧化硫日平均浓度低于0.15毫克/立方米， 年平均浓度低于0.06毫克/立方米。本发明中优选报警阈值为0.15 毫克/立方米。

采用本发明的上述实施例可以得出某一监测点周边的二氧化硫 含量与车辆占用道路的时间的关系，可以直观的得到该地区的污染源 是否是汽车排放的尾气。如果根据对上述数据的监测发现车辆占用道 路的时间对二氧化硫的含量影响很小，则决策者可以去查找其他可能 的污染源头，并且最终根据污染原因制定治理污染的方案。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实 施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基 础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有 的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处 于本发明创造的保护范围之中。