CN102779409A - 一种自行车检测与定位装置及检测与定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自行车检测与定位装置及检测与定位方法，包括自行车检测与定位装置、处理系统与道路高清摄像系统；自行车检测与定位装置安装在道路高清摄像系统的检测区域；自行车检测与定位装置通过电源插头与处理系统连接，得到压强检测数据；道路高清摄像系统与处理系统连接，得到高清视频数据；通过将压强检测数据与高清视频数据融合，由处理系统对自行车进行检测和定位。本发明具有成本低、配置灵活、安装简易、便携性佳、易于标定和精确度高等优点。

Description

一种自行车检测与定位装置及检测与定位方法

技术领域

本发明涉及交通检测与定位装置技术领域，特别涉及一种自行车检测与定位装置及检测与定位方法。

背景技术

自行车动态微观数据采集是进行交通行为分析、建模、交通管理、规划的基础性工作。自行车动态微观数据主要包括：轨迹、速度、加速度等，自行车检测和定位技术是获取自行车动态微观数据的基础。现有技术对自行车检测和定位主要采用：

1、视频检测法

利用视频检测和图像处理技术的设备对自行车进行检测和定位，优点是易于安装，精度较高；缺点是设备成本高且图像处理技术软件开发难度大。另外，视频检测器很难克服在阴影干扰、雨雾等恶劣天气的情况下对自行车进行准确检测和定位的问题。

2、红外检测法

利用红外检测设备对自行车进行检测，优点是易于安装，成本较低，不受恶劣天气的影响；缺点是定位精度低，采集数据无法进一步推算自行车的轨迹、速度、加速度等动态微观数据，只能用于自行车检测和流量检测方面。

3、线圈检测法

线圈检测器只能提供流量方面的数据，无法对自行车进行精确定位，也无法获得自行车动态微观数据。

因此，目前只有视频检测可对自行车进行较精确的检测和定位，但视频检测的设备成本高且图像处理技术软件开发难度大。此外，视频检测法很难克服在阴影干扰、雨雾等恶劣天气的问题。 

发明内容

本发明的发明目的是针对现有自行车检测的技术不足，提供一种自行车检测与定位装置。

进一步地，本发明提供一种自行车检测与定位方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种自行车检测与定位装置，包括底毯、多端口压强检测器；所述多端口压强检测器包括密封气压管、压强传感探头、微处理器、电源与信号电缆；若干所述密封气压管排布成规则网格并安装在底毯上，所述每个密封气压管上设有作为检测元件的压强传感探头，该压强传感探头通过信号电缆与微处理器连接，所述微处理器上设有电源插头。

一种采用如权利要求1所述的自行车检测与定位方法，上述自行车检测与定位装置安装在道路高清摄像系统的检测区域；所述自行车检测与定位装置通过电源插头与处理系统连接，得到压强检测数据；上述道路高清摄像系统与处理系统连接，得到高清视频数据；通过将压强检测数据与高清视频数据融合，由处理系统对自行车进行检测和定位。

优选地，包括如下步骤：

1）检测装置安装：道路高清摄像系统包括安装在支架上的道路高清摄像头，在道路高清摄像头的检测区域安装自行车检测与定位装置；

2）样本采集：在压强传感探头输出信号相同时，采集同一处理系统时间的自行车个体样本信息参数，即通过道路高清摄像头采集屏幕坐标，通过自行车检测与定位装置采集实地坐标；

3）系统坐标参数标定：由样本信息参数确定实地坐标与屏幕坐标之间的转换公式，从而对系统坐标参数进行标定；

4）自行车检测：道路高清摄像头对进入检测区域的自行车进行检测，得到检测屏幕坐标，并对该自行车分配一个ID；

5）自行车定位：处理系统利用系统坐标参数对分配ID的自行车进行定位，得到定位数据。

优选地，步骤（2）中所述样本信息参数包括自行车的ID、实地坐标、屏幕坐标与处理系统时间。

优选地，步骤（4）中所述自行车检测包括通过手工方式确定新出现的自行车或采用计算机视频检测算法完成；检测到新出现的自行车后，系统自行分配给该自行车一个ID。

优选地，所述手工方式为操作人员用鼠标点击处理系统内的自行车任一部位至出现绿色的圆点，检测完毕。

优选地，所述计算机视频检测算法包括如下步骤：

（1）背景建模：根据计算机视频检测到的自行车背景区域进行背景建模；

（2）前后帧背景减法：通过减法对前后帧背景进行比较；

（3）判断是否有显著差异：判断步骤（2）中是否有显著差异；若为“N”,则回到步骤（1）中的背景区域，重新进行背景建模；若为“Y”，则进行下一步；

（4）通过前景区域对自行车进行定位；

（5）检测完毕，背景更新，回到步骤（1），循环上述步骤。

优选地，步骤（5）中通过所述定位数据推算获得自行车运行轨迹、速度、加速度动态微观数据以及自行车流的交通参数；该交通参数包括自行车流的地点车速、流量与密度。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本发明采用特制的自行车检测与定位装置，该自行车检测与定位装置定位精确度越高、可根据需求设置装置的构成、重量轻、具有良好的折叠性能、容易携带和安装；因此，本发明具有成本低、配置灵活、安装简易、便携性佳、易于标定和精确度高等优点；

2、本发明采用的道路高清摄像头没有严格的要求，目前应用于交通数据采集的大部分视频检测器都适合于本方法；加上与特制的自行车检测与定位装置结合，稳定、经济、铺设简易、便携性佳，非常适用于自行车动态数据采集工作，因此本发明具有很大的实际推广价值。

3、本发明采用的自行车检测与定位装置，自行车检测与定位装置的气压管形成规则网格并安装在底毯上，该气压管相对位置固定，压强检测器抗干扰能力强，很好地克服了恶劣天气的影响，实现了检测精度更高、可靠性更好；一般来说，国内城市路网中的非机动车道宽度一般在1.5-3米，由于自行车检测与定位装置的底毯宽度可以根据实际检测区域变化，从而可以适应不同宽度非机动车道的要求；此外，可将多个自行车检测与定位装置纵向平铺组合，灵活增加检测区域的长度；本自行车检测与定位装置采用轻材质材，抗冲击强度高、重量轻；所以底毯容易收拾，方便携带；本自行车检测与定位装置可折叠且重量轻，具有良好的机动性能，可以在任意需要检测的路段安装和检测。

4、本发明成本低，经济性好，易于推广和应用。

附图说明

图1为自行车检测与定位装置的结构示意图；

图2为实施例的自行车检测与定位装置的安装结构图；

图3为实施例的自行车检测与定位装置的结构框图；

图4为实施例的自行车检测与定位方法的安装结构框图； 

图5为本发明自行车检测与定位方法的坐标参数标定框图；

图6为本发明自行车检测与定位方法的自行车检测框图；

图7为本发明自行车检测与定位方法的检测算法框图；

图8为本发明自行车检测与定位方法的自行车定位框图。

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，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。

如图1所示，一种自行车检测与定位装置，包括底毯1、多端口压强检测器。多端口压强检测器包括密封气压管2、压强传感探头3、微处理器4、电源5与信号电缆6。若干所述密封气压管排布成规则网格并安装在底毯上，每个密封气压管上设有作为检测元件的压强传感探头3，该压强传感探头3通过信号电缆与微处理器4连接，微处理器4上设有电源插头5。

规则网格由若干所述密封气压管相邻排布和相交排布形成；其中，相邻密封气压管之间平行设置,相交密封气压管之间的夹角为90°。

如图3所示，为自行车检测与定位装置的结构框图。自行车检测与定位装置包括密封气压管，密封气压管的终端安装有压强传感探头，压强传感探头的电路接入压强检测单片机，并设有RS232接口电路。该RS232接口电路即为电源插头5。

该装置可实现对自行车的检测和定位。一般来说，是将该装置置于地表对通过整个非机动车道的自行车进行检测和定位，以便据此数据计算出自行车运动轨迹、速度和加速度。

其中，底毯1为发泡聚乙烯材料制成的软毯；该底毯的厚度为2mm-5mm，其宽度1～3m。底毯重约5公斤。密封气压管2采用内径为5mm、厚度为1mm的PVC（聚氯乙烯）材料制成。密封气压管2一端密封处理，另一端连接压强传感探头。压强传感探头3的量程为0～1MPa、输出电压为0.5～4.5V、压力接口外径5mm。

规则网格为矩形，其纵向密封气压管21与自行车行驶方向一致，纵向密封气压管之间的间隔为0.25m；横向密封气压管22与自行车行驶方向垂直，横向密封气压管之间的间隔为0.5m。

如图2所示，为该自行车检测与定位装置的安装结构图。其中，包括自行车检测与定位装置20、处理系统10与道路高清摄像系统30。自行车检测与定位装置20安装在道路高清摄像系统30的检测区域。自行车检测与定位装置20通过电源插头与处理系统10连接，得到压强检测数据。道路高清摄像系统与处理系统连接，得到高清视频数据。通过将压强检测数据与高清视频数据融合，由处理系统对自行车进行检测和定位。

如图4所示，为自行车检测与定位方法的安装结构框图。其中，自行车轮压过密封气压管，密封气压管的终端安装有压强传感探头，压强传感探头的电路接入压强检测单片机，通过RS232接口电路与上位机相连。该上位机即为处理系统20。

而本发明采用的自行车检测与定位方法包括如下步骤：

1）检测装置安装：道路高清摄像系统包括安装在支架上的道路高清摄像头，在道路高清摄像头的检测区域安装自行车检测与定位装置；

2）样本采集：在压强传感探头输出信号相同时，采集自行车个体样本信息参数；并通过道路高清摄像头采集屏幕坐标，通过自行车检测与定位装置采集实地坐标；

3）系统坐标参数标定：由样本信息参数确定实地坐标与屏幕坐标之间的转换公式，从而对系统坐标参数进行标定；

4）自行车检测：道路高清摄像头对进入检测区域的自行车进行检测，得到检测屏幕坐标，并对该自行车分配一个ID；

5）自行车定位：处理系统利用系统坐标参数对分配ID的自行车进行定位，得到定位数据。

进行样本采集即让自行车在检测区域正常行驶，压强检测器和摄像头同时将数据传输到上位机进行数据存储和处理。

坐标参数标定如图5所示。其中，实地坐标由压强检测器可获得，屏幕坐标由视频软件可获得，先将样本信息中同一系统时间的实地坐标与屏幕坐标作为一组样本，再通过线性代数方法将未知参数进行标定。

自行车检测框图如图6所示。进行自行车检测时，本发明提供了两种方法：一、手工设定，即操作人员用鼠标点击视频内出现的自行车的某一个部位（如头部或前轮），出现绿色的圆点即表明检测完毕；二、采用计算机检测算法完成，采用目前比较成熟的背景差分法实现，计算机检测算法如图7所示。检测到新出现的自行车后，系统自行分配该自行车一个ID。

自行车定位如图8所示。道路高清摄像头视频内已经检测的自行车的屏幕坐标，经过系统坐标转换为实地坐标，然后连同相应的系统时间、自行车ID同时存储；最后，将自行车检测定位结果按照自行车的ID分别存储在一个格式规范文件中，例如ID.txt。另外，定位的时间精度可达到0.04秒；定位的空间精度取决于特制的地毯式压强检测器设计精度，通常不大于0.5m，甚至可达0.1m。

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。

Claims (8)

1.一种自行车检测与定位装置，其特征在于：包括底毯、多端口压强检测器；所述多端口压强检测器包括密封气压管、压强传感探头、微处理器、电源与信号电缆；若干所述密封气压管排布成规则网格并安装在底毯上，所述每个密封气压管上设有作为检测元件的压强传感探头，该压强传感探头通过信号电缆与微处理器连接，所述微处理器上设有电源插头。

2.一种采用如权利要求1所述的自行车检测与定位方法，其特征在于：上述自行车检测与定位装置安装在道路高清摄像系统的检测区域；所述自行车检测与定位装置通过电源插头与处理系统连接，得到压强检测数据；上述道路高清摄像系统与处理系统连接，得到高清视频数据；通过将压强检测数据与高清视频数据融合，由处理系统对自行车进行检测和定位。

3.根据权利要求2所述的自行车检测与定位方法，其特征在于包括如下步骤：

1）检测装置安装：道路高清摄像系统包括安装在支架上的道路高清摄像头，在道路高清摄像头的检测区域安装自行车检测与定位装置；

2）样本采集：在压强传感探头输出信号相同时，采集同一处理系统时间的自行车个体样本信息参数，即通过道路高清摄像头采集屏幕坐标，通过自行车检测与定位装置采集实地坐标；

3）系统坐标参数标定：由样本信息参数确定实地坐标与屏幕坐标之间的转换公式，从而对系统坐标参数进行标定；

4）自行车检测：道路高清摄像头对进入检测区域的自行车进行检测，得到检测屏幕坐标，并对该自行车分配一个ID；

5）自行车定位：处理系统利用系统坐标参数对分配ID的自行车进行定位，得到定位数据。

4.根据权利要求3所述的自行车检测与定位方法，其特征在于：步骤（2）中所述样本信息参数包括自行车的ID、实地坐标、屏幕坐标与处理系统时间。

5.根据权利要求3所述的自行车检测与定位方法，其特征在于：步骤（4）中所述自行车检测包括通过手工方式确定新出现的自行车或采用计算机视频检测算法完成；检测到新出现的自行车后，系统自行分配给该自行车一个ID。

6.根据权利要求5所述的自行车检测与定位方法，其特征在于：所述手工方式为操作人员用鼠标点击处理系统内的自行车任一部位至出现绿色的圆点，检测完毕。

7.根据权利要求5所述的自行车检测与定位方法，其特征在于：所述计算机视频检测算法包括如下步骤：

（1）背景建模：根据计算机视频检测到的自行车背景区域进行背景建模；

（2）前后帧背景减法：通过减法对前后帧背景进行比较；

（3）判断是否有显著差异：判断步骤（2）中是否有显著差异；若为“N”,则回到步骤（1）中的背景区域，重新进行背景建模；若为“Y”，则进行下一步；

（4）通过前景区域对自行车进行定位；

（5）检测完毕，背景更新，回到步骤（1），循环上述步骤。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（5）中通过所述定位数据推算获得自行车运行轨迹、速度、加速度动态微观数据以及自行车流的交通参数；该交通参数包括自行车流的地点车速、流量与密度。

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