一种多车道情况下的车辆信息检测与识别系统

摘要

本发明公开了一种多车道情况下的车辆信息检测与识别系统，包括计算机系统与横跨车道的龙门架；龙门架上安装有激光扫描仪和高清车牌识别装置；龙门架下方的车道上依次安装有第一点阵式轮轴传感器、轴重传感器和第二点阵式轮轴传感器；激光扫描仪、高清车牌识别装置、第一点阵式轮轴传感器、轴重传感器及第二点阵式轮轴传感器均与计算机系统相连。本发明通过激光扫描仪对车辆的行车位置和二维横截面尺寸检测，实现车辆三维重构和车辆分离；通过车牌识别装置精确采集车牌信息、人脸信息；根据车辆轮胎压到轮轴传感器后输出的信号，测得轴距、轴长、轴数、轴型、轮距、轮宽、轮数等车辆信息；通过轴重传感器对车辆的轴重和总重进行测量。

说明书

技术领域

本发明涉及多车道车辆信息检测系统技术领域，特别涉及一种多车道情况下的车辆信息检测与识别系统。

背景技术

如何在多车道情况下、在各种交通状态下实时检测与识别通过车辆的完整信息，如车辆的轮数、轮距、轴数、轴距、轴型、车宽、车高、车长、轴重、总重和车型、车种（客车、货车）、车速、车牌颜色、车牌号等一直是交通界研究的重大应有问题，它是高速公路实现收费、交通管理与控制、道路养护与管理、交通规划和智能交通等必须的基础数据。高精度和完善的车辆信息是高速公路实现多车道不停车收费系统、联网收费数据校核与清分系统的基础。

按交通行业标准《收费公路车辆通行费车型分类》(JT/T489—2003)，货车是按照车辆出厂后国家有关行政主管部门核定的额定载重量进行分类，客车按照车辆出厂后国家有关行政主管部门核定的座位数进行分类。而《广东省高速公路联网收费系统》（DB44/127—2002）中的车型分类标准是按照车辆的轮数、轮距、轴数、轴距、轴型和车高对车辆进行分类的。车辆的额定载重量（货车）和额定座位数（客车）与车辆的轮数、轮宽、轮距、轴数、轴距、轴型、车辆三维外形尺寸等外形特征直接相关，精确测量这些参数就可高精度识别车型和判定客货车了。

目前我国普遍是客车按车型收费，货车按计重收费。计重收费方式需首先根据车辆的轮数、轮距、轴距、轴数、轴型、车高这些车辆参数判断货车的额定载重量，再测量货车的轴重，进而计算总重。车辆是否超载与车辆的轴重、轴数、轴距、轴型直接相关，故需要精确测量轴数、轴距、轴型、轴重和判定来车是否为客车或货车。

目前多车道车型识别主要技术有：视频图像识别、感应线圈输出的波形识别、超声波脉冲识别、脉冲激光测量进行车辆三维重构、电子车牌辨识等技术。视频图像识别存在车辆之间相互遮挡、阴影等问题，且受环境、能见度和装载物等因素影响较大，识别率不高；感应线圈识别由于相邻感应线圈之间存在相互干扰，在车流量大时无法正确分离车辆导致系统失效，且无法应对车辆跨线等情况，识别率也不高；超声波传感器容易受到风速和温度影响，且只能测量一点的高度，不能反应车辆外形，识别效果也不理想。这些技术仅可用于监控、流量统计和交通调查等精度要求不很高的场合，在拥挤时，由于不能进行有效车辆分离，这些方法基本失效。

脉冲激光测量是借着扫描技术来测量车辆的尺寸及形状等工作的一种高技术产品，已成为空间数据获取的一种重要技术手段。它具有数据获取速度快、实时性强、成本低、精度高、可全天候工作、作业效率高等一系列优点，为空间信息的获取提供了一种全新的技术手段，目前已广泛应用于三维地形和建筑物测绘、自由流下的车辆三维形状重构。但是，由于其数据获取方式决定，它所获得的空间点云数据具有不连续性、不规则性以及数据密度不均匀等特性，因此直接利用激光扫描数据实现交通和车辆信息精确提取还存在一定的困难，而且也无法获取车辆底盘信息。

采用电子标签技术对车辆信息进行识别的准确率能达到很高要求，但是由于法律与成本等诸多因素限制，中国现阶段不可能要求通行车辆都安装电子标签，目前该方法不可行。

综上所述，目前尚无能够综合对各项参数进行检测的多车道车辆信息检测与识别系统。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有多车道车辆信息检测系统的技术不足，提供一种多车道情况下的高精度车辆信息检测与识别系统。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种多车道情况下的车辆信息检测与识别系统，包括计算机系统与横跨车道的龙门架；龙门架上安装有激光扫描仪和高清车牌识别装置；龙门架下方的车道上依次安装有第一点阵式轮轴传感器、轴重传感器和第二点阵式轮轴传感器；激光扫描仪、高清车牌识别装置、第一点阵式轮轴传感器、轴重传感器及第二点阵式轮轴传感器均与计算机系统相连。

优选地，激光扫描仪的扫描区域垂直于行车方向；轴重传感器安装在第一点阵式轮轴传感器与第二点阵式轮轴传感器之间；第一点阵式轮轴传感器、第二点阵式轮轴传感器和轴重传感器垂直于行车方向安装在车道上。 

优选地，所述第一点阵式轮轴传感器安装在距离激光扫描仪扫描到路面位置0~1m处。

优选地，所述第二点阵式轮轴传感器与第一点阵式轮轴传感器相距1.3~6m；第一点阵式轮轴传感器和第二点阵式轮轴传感器均包括1~2条点阵式轮轴传感器。

优选地，点阵式轮轴传感器是沿着同一直线间隔设置的多个压敏传感器构成。

优选地，所述轴重传感器与第一点阵式轮轴传感器相距1.3~m。

优选地，高清车牌识别装置正对车辆来车方向，且该高清车牌识别装置为像数200万以上的摄像机。

点阵式轮轴传感器获取行车道上每一时刻车轮碾压在行车道某些位置信息，根据车辆轮距结构尺寸规范要求，可获得那些碾压位置信息是属于一根轴上的轮胎位置信息和判断每侧轮胎是单轮、双轮或三轮，进一步可判断该轴的轮宽、轮距和轮数，如图4所示。

当采用两组点阵式轮轴传感器一起就可用于速度、轴数、行进方向和轴距检测，如图6所示。车速是通过检测同一车轴经过点阵式轴距传感器A到B时间计算获得，轴距是通过计算同一台车前后轴经过点阵式轴距传感器A或B的时间及速度获得。当同一台车的最后一根轴通过点阵式轮轴传感器A后，计算点阵轮轴传感器A被压过的总次数即为该车轴数。当同一台车第一个轴和最后一轴碾压点阵式轮轴传感器时间顺序都是从A到B，则可判断车辆行进方向有A至B。

同理，也可用点阵式轮轴传感器感测量车轮碾压位置信号和轴重传感器输出的数据，获得该车的车速和轮数、轴数、轮距、轴距、轴型、车速、轴重和总重等参数。

优选地，所述轴重传感器与激光扫描仪扫描区域正下方的第一点阵式轮轴传感器相距1.3~4m。

所述的激光扫描仪主要完成3项工作：

1、车辆外形的三维重构。激光扫描仪扫描区域为垂直行车方向，在没有车辆进入激光扫描仪扫描区域前，激光扫描仪采集的所有点位于龙门架正下方的水平车道上，测量的高度为龙门架高度；当车辆进入激光扫描仪扫描区域时，激光扫描仪可以采集车辆横向二维截面轮廓上各个点的坐标，进而重构车辆二维截面图像，确定车辆行驶车道位置，如图2。随着车辆向前行驶，利用每一时刻的车辆二维截面图像和位置信息，根据车速可重构车辆三维图像，如图3。

2、车辆分离判断。如图2所示，激光扫描仪扫描区域为垂直行车方向，在没有车辆位置的地方，进入激光扫描仪扫描区域前，激光扫描仪采集的所有点位于龙门架正下方的水平车道上，测量的高度为龙门架高度；当有车辆进入激光扫描仪扫描区域时，激光扫描仪采集的点发生改变，为车辆二维横向截面轮廓各点，采集到坐标为车辆二维横向截面轮廓各点的坐标，确定了车辆在车道位置，当车辆驶离扫描区域后，激光扫描仪采集的各点恢复为水平车道上的各点。根据采集各点的坐标变化，可以判断车辆分离。

3、利用激光扫描仪测量车辆存在时间信息和位置信息，判断哪些轮轴传感器测量的轮轴信息、轴重传感器的重量信息和车牌识别信息属于哪辆车，通过时间和位置信息匹配，就可获得行驶在车道任何位置的车辆三维形状和该车底盘的轮宽、轮数、轴距、轴型、轮距、轴数、轴重、总重、车牌和车头抓拍图像。

该车牌识别装置为高清车牌识别装置,摄像机像素为200万或以上，每车道或二车道或三车道设一台，摄像机安装在龙门架上，并正对车辆来车方向。 利用激光扫描仪测量有车启始时刻和位置信息，高清车牌识别装置采集车辆图像和前排驾驶座人员头像，进行车辆、车牌识别和人脸识别，判断是否为免费车辆，同时通过识别的车辆颜色、车牌颜色、车牌号与车牌号对应的车型数据库比对，判断该车车型，可提升仅依靠车辆外形参数进行车型分类的准确性。另外，也可利用人脸识别技术，与数据库进行比对，抓捕逃犯，稽查收费作弊逃费分子。

为了降低成本，所述车牌识别装置可和激光扫描仪安装在同一龙门架上，图像的采集时刻依靠车牌识别装置检测到前方有车时开始采集，由于视频抓拍位置离激光扫描仪检测区位置在10~30m内，车辆横向位置变化一般很小，利用时间顺序和空间位置能较好将该车的车牌号匹配到该车的车身信息上。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、一种多车道情况下的车辆信息检测与识别系统方法是通过激光扫描点云数据确定车辆进入、离开检测区时间和所处车道精确位置，计算检测区车辆横截面外形尺寸和重构该车三维外形；通过高清视频图像数据进行车辆、车牌号、车速与驾驶员人脸识别；通过点阵式轮轴传感器数据判读多车道情况下的车辆车轴位置，以及对应的轮距、轮宽、轮数、轴距、轴型和车速识别；通过轴重传感器测量车辆的轴重；最后通过四种数据的融合，提高检测精度和识别率，实现在自由流到拥挤流下多车道通行车辆的轮数、轮距、轴数、轴距、轴型、车宽、车高、车长、轴重、总重和车型、车种（客车、货车）、车速、车牌颜色、车牌号、车辆三维外形等车辆信息的采集和识别，进而利用这些信息进行交通状态与交通事件的判定和车辆超载超限的识别。本发明通过激光扫描仪、车牌识别装置、轮轴传感器和轴重传感器融合的方式进行车辆信息检测和识别。

2、本发明的目的在于提供一种精确、有效与实用的多车道车辆信息检测与识别系统，本发明采用车牌识别装置、激光扫描仪、点阵式轮轴传感器和轴重传感器相融合的方式，建立一整套车牌特征、车辆外形特征数据库，将经过车辆信息与数据库数据进行比对，系统的准确性和可靠性高；

3、本发明从自由流到拥挤流情况下都可高精度测量车辆的轮宽、轮数、轮距、轴数、轴距、轴重、轴型、总重、车高、车宽和重构车辆三维形状等信息，可高精度进行流量计数、车型分类、客货车判别、超载超限判别；另外，在正常交通状态下检测区车速一般无变化，故车牌识别率、计算的车速、轴距和重构的车辆三维形状也非常准确；

4、本发明可以在车辆跨线的情况下，如图5车辆1，依然能准确地测量车辆的轮数、轮距、轴数、车速，克服了其他检测装置在跨线情况下无法准确测量的缺陷；同时在多车同时压线的情况下，如图5的车辆1和车辆2，可以根据激光扫描仪的精确定位和车辆的轮距范围准确区分每辆车。

5、本发明具有车型识别率高，抗环境因素强，易于安装与维护，使用寿命长的特点。该系统可以广泛应用于交通流检测、高速公路收费校核系统和不停车收费系统（ETC）。本发明为一种融合多种传感器技术的检测系统，能对车辆的车型、车种（客车、货车）进行准确的判断，对车速、轴重和总重（货车）、车牌颜色和车牌号等信息进行及时的采集，检测精度要求达到97%以上；

6、本发明采用了压敏传感器，不仅可以动态测量，也可用于静态测量，克服了使用传统压电传感器只能动态测量的缺点。

7、本发明采用的车牌识别装置、激光扫描仪、点阵式轮轴传感器和轴重传感器相融合的方式来识别车型和判定客货车，按交通行业标准《收费公路车辆通行费车型分类》(JT/T489—2003)，识别正确率达到97%以上。

8、本发明既可以对车辆违章掉头，压线行驶等行为进行抓拍，同时可以对交通状态进行检测。

9、本发明采用的车牌识别装置还可以采集车辆上正副驾驶座上的人员头像，利用人脸识别技术，与公安机关的数据库进行比对，抓捕逃犯，也可以用于记录超速车辆驾驶员的脸部信息。

10、本发明可采集与识别从自由流到拥挤流下多车道情况下的通行车辆的完整准确的信息，可为公路规划、设计、维路面养护和决策提供可靠、全面的数据。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为激光扫描仪检测示意图；

图3 为车辆三维形状重构图；

图4为实施例1的轮数和轮距检测示意图；

图5 为车辆跨线情况下轮数和轮距检测示意图；

图6为实施例1的轴数和轴距检测示意图；

图7为实施例2的结构示意图；

图8为实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，本实施方式以两车道为例，更多车道情况下的实施方式与两车道条件下类似，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。

实施例1

如图1所示，一种多车道情况下的车辆信息检测与识别系统，包括计算机系统6与横跨车道的龙门架7；龙门架上7安装有激光扫描仪1和高清车牌识别装置2；龙门架下方的车道上依次安装有第一点阵式轮轴传感器3、轴重传感器5和第二点阵式轮轴传感器4；激光扫描仪1、高清车牌识别装置2、第一点阵式轮轴传感器3、轴重传感器5及第二点阵式轮轴传感器4均与计算机系统6相连。高清车牌识别装置正对车辆来车方向，且该高清车牌识别装置2为像数200万以上的摄像机。

激光扫描仪1安装在两车道正中间的高6m的龙门架7上，扫描区域垂直于行车方向，负责检测两个车道的车辆的到达和离开时间、车辆行驶位置、车辆横截面外形尺寸。

点阵式轮轴传感器3、4均由若干个压敏传感器连续排列构成，点阵式轮轴传感器3安装在激光扫描仪1到路面的位置，点阵式轮轴传感器3、4均为一条。

第一点阵式轮轴传感器3和第二点阵式轮轴传感器4用于测量车辆的轮数、轮距、轮宽、轴数、轴距、车速。

轴重传感器5与第一点阵式轮轴传感器3相距1.3m。

第二点阵式轮轴传感器4安装在第一点阵式轮轴传感器3后方车道上，与第一点阵式轮轴传感器3相距3.2m。

车牌识别装置2和激光扫描仪1安装在同一龙门架上，图像的采集时刻依靠车牌识别装置检测到前方有车时开始采集，由于视频抓拍位置离激光扫描仪检测区位置在25m内，车辆移动的横向位置一般较小，利用时间顺序和空间位置也能较好将该车的车牌号匹配到该车的车身信息上。

实施例2

    本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同：如图7，龙门架8设于第二点阵式传感器4的后方，车牌识别装置2设置在龙门架8上。当车辆进入激光扫描仪扫描区域时刻，车牌识别装置2对车辆进行抓拍，通过匹配时间和位置信息，能将采集的车牌和车身信息进行准确的匹配。

实施例3

    本实施例除下述特征外，其他均与实施例1相同：如图8，激光扫描仪1扫描区域的车道上设置有第一点阵式轮轴传感器3，且仅设有第一点阵式轮轴传感器3，第一点阵式轮轴传感器3用于轮数、轮距、轮宽和轴数测量，利用点阵式轮轴传感器3与计重传感器5的间距和车辆碾压过两传感器的时间差可以测量车速。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。