CN104240508A - 用于路段拥堵报警的无人机检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于路段拥堵报警的无人机检测系统，所述检测系统包括无线通信接口、航空摄影机、图像处理设备和数字信号处理器，无线通信接口用于接收目标路段的北斗星定位数据并接收路段拥堵报警信号，所述目标路段的北斗星定位数据用于驱动无人机飞往目标路段的正上方，航空摄像机用于拍摄目标路段的路段图像，图像处理设备连接航空摄像机以对路段图像进行图像处理，数字信号处理器与图像处理设备连接以根据图像处理设备的图像处理结果，确定是否发出拥堵报警信号。通过本发明，能够及时提供目标路段的交通拥堵情况，并在拥堵时向道路交通管理部门发出适宜的报警信息。

Description

用于路段拥堵报警的无人机检测系统

技术领域

本发明涉及无人机检测领域，尤其涉及一种用于路段拥堵报警的无人机检测系统。

背景技术

在有条件的大城市，使用民用无人机进行交通巡逻和治安监控是当地交通管理部门和当地公安部门常用的巡逻手段。无人机即无人驾驶飞机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机因为其成本低、效费比好、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等多项优点，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。

在大城市内，由于道路的发展远远跟随不上城市车辆的增长的速度，人们的出行习惯又往往偏于相同，导致在枢纽路段车辆过多，尤其在上下班高峰时段或节假日，对于大城市的交通管理部门而言，道路拥堵日益成为城市顽疾之一，他严重影响了人们的工作效率和生活心态。

然而，依靠现有道路情况，治理城市拥堵还是有路可走，经过观察，由于车辆驾驶员的出行习惯、道路的分布状况等原因，常常出行一些道路拥堵而另外一些道路比较畅通的状况，虽然这些道路都通往一个目的地。究其原因，是因为驾驶员对路段拥堵信息的获得通路不畅，因此交通管理部门需要及时获得各个路段的路段拥堵报警信息，尤其是枢纽路段，以在路段拥堵时将路段拥堵报警信息发送给驾驶员，对车流进行合理分流。

现有技术中，拥堵报警信息的获得方式有限且效率、精度不高，常见的一种模式是，通过城市内部数以万计的出租车返回到交管交管监控平台的GPS定位数据来确定路段的路况，并根据路况决定是否发出路段拥堵报警信息，但这种模式过于依赖发出GPS定位数据的车辆数量，同时计算的数据量偏多，报警效果一般。

因此，利用无人机检测的优势，将路段拥堵报警功能搭载在无人机上，构建一种新的路段拥堵报警系统，通过对目标路段的图像数据进行处理和分析，即能得到目标路段的拥堵报警信息，有利于道路交通管理部门对路况信息的及时发布。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于路段拥堵报警的无人机检测系统，通过北斗星导航数据和高度传感器的检测结果，将无人机导向在目标路段正上方的预定高度上，仅仅对目标路段进行图像拍摄、图像处理，根据相邻两帧路段图像的运动向量的大小，确定目标路段的车辆移动情况，进一步在道路拥堵时为交通管理部门给出适合路况的各种拥堵报警信息，从而便于交通管理部门治理拥堵，为城市居民的畅通出行提供保证。

根据本发明的一方面，提供了一种用于路段拥堵报警的无人机检测系统，所述检测系统包括无线通信接口、航空摄影机、图像处理设备和数字信号处理器，所述无线通信接口用于接收地面交管监控平台发送的目标路段的北斗星定位数据并用于接收路段拥堵报警信号，所述目标路段的北斗星定位数据用于驱动无人机飞往目标路段的正上方，所述航空摄像机用于拍摄目标路段的路段图像，所述图像处理设备连接所述航空摄像机以对所述路段图像进行图像处理，所述数字信号处理器与所述图像处理设备连接，以根据所述图像处理设备的图像处理结果，确定是否发出拥堵报警信号。

更具体地，所述用于路段拥堵报警的无人机检测系统还包括，用户设定装置，用于在无人机飞行前，根据用户的输入，设定第一运动向量阈值、第二运动向量阈值、第三运动向量阈值、拍摄间隔时间、预定飞行高度和预设亮度阈值，所述第一运动向量阈值小于第二运动向量阈值，所述第二运动向量阈值小于所述第三运动向量阈值；存储器，连接所述用户设定装置，用于存储所述第一运动向量阈值、所述第二运动向量阈值、所述第三运动向量阈值、所述拍摄间隔时间、所述预定飞行高度和所述预设亮度阈值；高度传感器，包括无线电发射机、无线电接收机和单片机，所述单片机与所述无线电发射机和所述无线电接收机分别连接，所述无线电发射机向地面发射无线电波，所述无线电接收机接收地面反射的无线电波，所述单片机根据所述无线电发射机的发射时间、所述无线电接收机的接收时间和无线电波传播速度计算无人机的当前高度，所述无线电波传播速度为光速；北斗星导航设备，用于接收北斗星导航卫星发送的无人机的北斗星定位数据；所述航空摄影机连接所述存储器，基于所述拍摄间隔时间对目标路段连续拍摄两帧路段图像；所述图像处理设备接收所述两帧路段图像，对所述两帧路段图像在时域上做差，得到路段图像的运动向量；照明设备，用于为所述航空摄影机对目标路段所在场景的拍摄提供辅助照明；亮度传感器，用于测量无人机所在位置的亮度数据；所述数字信号处理器与所述存储器、所述高度传感器、所述北斗星导航设备和所述图像处理设备分别连接，当所述高度传感器计算的无人机的当前高度与所述预定飞行高度一致且所述无人机的北斗星定位数据与所述目标路段的北斗星定位数据一致时，启动所述航空摄影机和所述图像处理设备，并在启动所述航空摄影机和所述图像处理设备之后，当所述路段图像的运动向量大于所述第三运动向量阈值时，发出畅通提示信号，当所述路段图像的运动向量小于等于所述第三运动向量阈值且大于所述第二运动向量阈值时，发出轻度拥堵报警信号，当所述路段图像的运动向量小于等于所述第二运动向量阈值且大于所述第一运动向量阈值时，发出中度拥堵报警信号，所述路段图像的运动向量小于等于所述第一运动向量阈值时，发出严重拥堵报警信号；其中，所述无线通信接口在接收到所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号时，将所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号发送到地面交管监控平台；其中，所述数字信号处理器为现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA芯片为ALTERA公司的EP2C5Q208C8N芯片，所述数字信号处理器还与所述照明设备和所述亮度传感器分别连接，以在所述亮度数据小于预设亮度阈值时，启动所述照明设备以提供辅助照明；其中，将所述照明设备、所述亮度传感器、所述高度传感器、所述航空摄影机和所述无线通信接口都设置在无人机的机身上，将所述图像处理设备、所述数字信号处理器、所述用户设定装置和所述存储器都设置在无人机前端仪表盘内。

更具体地，所述用于路段拥堵报警的无人机检测系统中，所述无线通信接口为GPRS无线通信接口、3G通信接口、4G无线通信接口中的一种。

更具体地，所述用于路段拥堵报警的无人机检测系统中，所述存储器为一同步动态随机存储器SDRAM(Synchronous Dynamic Random AccessMemory)。

更具体地，所述用于路段拥堵报警的无人机检测系统中，所述无线通信接口还通过无线通信链路连接地面交管监控负责人的移动终端。

更具体地，所述用于路段拥堵报警的无人机检测系统中，所述无线通信接口在接收到所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号时，将所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号发送到地面交管监控负责人的移动终端。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的用于路段拥堵报警的无人机检测系统的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的用于路段拥堵报警的无人机检测系统的实施方案进行详细说明。

随着经济的发展和人们生活水平的提高，私家车越来越多，尤其在大中型城市，道路规划速度赶不上车辆增长的速度，拥堵的道路、焦急等待的驾驶员、忙碌的交管员，这种场景频繁出现在城市的各个枢纽路段。

为了治理城市道路拥堵，每一个城市的交通管理部门都在积极思考最有效的解决措施，这些措施包括：(1)大力发展城市轨道交通；(2)鼓励人们乘坐公共交通工具出行；(3)拓宽道路，增加路段；(4)重新设计交通信号灯系统；(5)提供交通拥堵报警信息。其中措施(1)和措施(3)需要大量人力和物力，而且耗时长，长期作用有限；措施(2)需要改变人们的出行习惯，放弃已有的私家车，难度较大；措施(4)对现有交通设施改动较大。因此，措施(5)是唯一在现有交通设施基础上较为省时省力的解决措施，通过措施(5)，人们能够及时获取目标路段的拥堵报警信息，从而改变行驶路段，对城市车流进行合理分流。

但是，措施(5)对交通拥堵报警信息的精度要求较高，而现有的路况信息获取方式精度低且运算量大，已经不适应人们对交通拥堵报警信息的需求。

本发明的用于路段拥堵报警的无人机检测系统，能够自动控制无人机停留在目标路段正上方的固定高度，通过对相邻时段的路段图像的图像分析，为当地的交通管理部门提供适宜不同路况的交通拥堵报警信息。

图1为根据本发明实施方案示出的用于路段拥堵报警的无人机检测系统的结构方框图，如图1所示，所述检测系统包括无线通信接口1、航空摄影机2、图像处理设备3、数字信号处理器4和电源供应设备5，所述检测系统外存在一个地面交管监控平台6，所述电源供应设备5为所述检测系统中除了所述电源供应设备5之外的其他电子设备供电。所述无线通信接口1与系统外的地面交管监控平台6通过双向无线通信链路连接，用于接收地面交管监控平台6发送的目标路段的北斗星定位数据，并用于接收所述数字信号处理器4发送的路段拥堵报警信号，所述目标路段的北斗星定位数据用于驱动无人机飞往目标路段的正上方，所述航空摄像机2与所述数字信号处理器4和所述图像处理设备3分别连接，用于拍摄目标路段的路段图像，所述图像处理设备3对所述路段图像进行图像处理，所述数字信号处理器4根据所述图像处理设备3的图像处理结果，确定是否发出拥堵报警信号。

接着，继续对本发明的用于路段拥堵报警的无人机检测系统进行更具体的说明。

所述无人机检测系统还包括，用户设定装置，用于在无人机飞行前，根据用户的输入，设定第一运动向量阈值、第二运动向量阈值、第三运动向量阈值、拍摄间隔时间、预定飞行高度和预设亮度阈值，所述第一运动向量阈值小于第二运动向量阈值，所述第二运动向量阈值小于所述第三运动向量阈值；存储器，连接所述用户设定装置，用于存储所述第一运动向量阈值、所述第二运动向量阈值、所述第三运动向量阈值、所述拍摄间隔时间、所述预定飞行高度和所述预设亮度阈值。

所述无人机检测系统还包括高度传感器，所述高度传感器包括无线电发射机、无线电接收机和单片机，所述单片机与所述无线电发射机和所述无线电接收机分别连接，所述无线电发射机向地面发射无线电波，所述无线电接收机接收地面反射的无线电波，所述单片机根据所述无线电发射机的发射时间、所述无线电接收机的接收时间和无线电波传播速度计算无人机的当前高度，所述无线电波传播速度为光速。

所述无人机检测系统还包括北斗星导航设备，用于接收北斗星导航卫星发送的无人机的北斗星定位数据。

所述航空摄影机2连接所述存储器，基于所述拍摄间隔时间对目标路段连续拍摄两帧路段图像；所述图像处理设备3接收所述两帧路段图像，对所述两帧路段图像在时域上做差，得到路段图像的运动向量；照明设备，用于为所述航空摄影机2对目标路段所在场景的拍摄提供辅助照明；亮度传感器，用于测量无人机所在位置的亮度数据。

所述数字信号处理器4与所述存储器、所述高度传感器、所述北斗星导航设备和所述图像处理设备3分别连接，当所述高度传感器计算的无人机的当前高度与所述预定飞行高度一致且所述无人机的北斗星定位数据与所述目标路段的北斗星定位数据一致时，启动所述航空摄影机2和所述图像处理设备3，并在启动所述航空摄影机2和所述图像处理设备3之后，当所述路段图像的运动向量大于所述第三运动向量阈值时，发出畅通提示信号，当所述路段图像的运动向量小于等于所述第三运动向量阈值且大于所述第二运动向量阈值时，发出轻度拥堵报警信号，当所述路段图像的运动向量小于等于所述第二运动向量阈值且大于所述第一运动向量阈值时，发出中度拥堵报警信号，所述路段图像的运动向量小于等于所述第一运动向量阈值时，发出严重拥堵报警信号。

其中，所述无线通信接口1在接收到所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号时，将所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号发送到地面交管监控平台6。

所述数字信号处理器4可选用现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA芯片可选用ALTERA公司的EP2C5Q208C8N芯片，所述数字信号处理器4还可与所述照明设备和所述亮度传感器分别连接，以在所述亮度数据小于预设亮度阈值时，启动所述照明设备以提供辅助照明。

可以将所述照明设备、所述亮度传感器、所述高度传感器、所述航空摄影机2和所述无线通信接口1都设置在无人机的机身上，将所述图像处理设备3、所述数字信号处理器4、所述用户设定装置和所述存储器都设置在无人机前端仪表盘内。

其中，所述无线通信接口1可选用GPRS无线通信接口、3G通信接口、4G无线通信接口中的一种，所述存储器可选用同步动态随机存储器SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)，所述无线通信接口1还可以通过无线通信链路连接地面交管监控负责人的移动终端，以在接收到所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号时，将所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号发送到地面交管监控负责人的移动终端。

另外，GPS导航系统、格洛纳斯导航系统、伽利略导航系统或北斗卫星导航系统是当今世界最普遍运用的四种导航系统。

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用，北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。

GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座己布设完成。伽利略定位系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，也是继美国现有的GPS系统及俄罗斯的格洛纳斯导航系统外，第三个可供民用的定位系统，伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时；特殊服务有搜索与救援；扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业，2010年1月7日，欧盟委员会称，欧盟的伽利略定位系统将从2014年起投入运营。俄罗斯格洛纳斯导航系统是由24颗卫星组成，精度在10米左右，军民两用，设计2009年底服务范围拓展到全球。

采用本发明的用于路段拥堵报警的无人机检测系统，针对现有路段拥堵报警系统难于准确反馈路况信息的技术问题，采用无人机检测的方式，只需对相邻预定时间段的两帧路段图像进行空中拍摄、图像处理和分析，即可得到目标路段的交通路况，在道路拥堵时，根据不同的路况能够提供不同的路况拥堵报警信息，方便交管部门的信息发布和车辆驾驶员的驾车出行。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种用于路段拥堵报警的无人机检测系统，其特征在于，所述检测系统包括无线通信接口、航空摄影机、图像处理设备和数字信号处理器，所述无线通信接口用于接收地面交管监控平台发送的目标路段的北斗星定位数据并用于接收路段拥堵报警信号，所述目标路段的北斗星定位数据用于驱动无人机飞往目标路段的正上方，所述航空摄像机用于拍摄目标路段的路段图像，所述图像处理设备连接所述航空摄像机以对所述路段图像进行图像处理，所述数字信号处理器与所述图像处理设备连接，以根据所述图像处理设备的图像处理结果，确定是否发出拥堵报警信号。

2.如权利要求1所述的用于路段拥堵报警的无人机检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

用户设定装置，用于在无人机飞行前，根据用户的输入，设定第一运动向量阈值、第二运动向量阈值、第三运动向量阈值、拍摄间隔时间、预定飞行高度和预设亮度阈值，所述第一运动向量阈值小于第二运动向量阈值，所述第二运动向量阈值小于所述第三运动向量阈值；

存储器，连接所述用户设定装置，用于存储所述第一运动向量阈值、所述第二运动向量阈值、所述第三运动向量阈值、所述拍摄间隔时间、所述预定飞行高度和所述预设亮度阈值；

高度传感器，包括无线电发射机、无线电接收机和单片机，所述单片机与所述无线电发射机和所述无线电接收机分别连接，所述无线电发射机向地面发射无线电波，所述无线电接收机接收地面反射的无线电波，所述单片机根据所述无线电发射机的发射时间、所述无线电接收机的接收时间和无线电波传播速度计算无人机的当前高度，所述无线电波传播速度为光速；

北斗星导航设备，用于接收北斗星导航卫星发送的无人机的北斗星定位数据；

所述航空摄影机连接所述存储器，基于所述拍摄间隔时间对目标路段连续拍摄两帧路段图像；

所述图像处理设备接收所述两帧路段图像，对所述两帧路段图像在时域上做差，得到路段图像的运动向量；

照明设备，用于为所述航空摄影机对目标路段所在场景的拍摄提供辅助照明；

亮度传感器，用于测量无人机所在位置的亮度数据；

所述数字信号处理器与所述存储器、所述高度传感器、所述北斗星导航设备和所述图像处理设备分别连接，当所述高度传感器计算的无人机的当前高度与所述预定飞行高度一致且所述无人机的北斗星定位数据与所述目标路段的北斗星定位数据一致时，启动所述航空摄影机和所述图像处理设备，并在启动所述航空摄影机和所述图像处理设备之后，当所述路段图像的运动向量大于所述第三运动向量阈值时，发出畅通提示信号，当所述路段图像的运动向量小于等于所述第三运动向量阈值且大于所述第二运动向量阈值时，发出轻度拥堵报警信号，当所述路段图像的运动向量小于等于所述第二运动向量阈值且大于所述第一运动向量阈值时，发出中度拥堵报警信号，所述路段图像的运动向量小于等于所述第一运动向量阈值时，发出严重拥堵报警信号；

其中，所述无线通信接口在接收到所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号时，将所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号发送到地面交管监控平台；

其中，所述数字信号处理器为现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA芯片为ALTERA公司的EP2C5Q208C8N芯片，所述数字信号处理器还与所述照明设备和所述亮度传感器分别连接，以在所述亮度数据小于预设亮度阈值时，启动所述照明设备以提供辅助照明；

其中，将所述照明设备、所述亮度传感器、所述高度传感器、所述航空摄影机和所述无线通信接口都设置在无人机的机身上，将所述图像处理设备、所述数字信号处理器、所述用户设定装置和所述存储器都设置在无人机前端仪表盘内。

3.如权利要求2所述的用于路段拥堵报警的无人机检测系统，其特征在于：

所述无线通信接口为GPRS无线通信接口、3G通信接口、4G无线通信接口中的一种。

4.如权利要求2所述的用于路段拥堵报警的无人机检测系统，其特征在于：

所述存储器为一同步动态随机存储器SDRAM。

5.如权利要求2所述的用于路段拥堵报警的无人机检测系统，其特征在于：

所述无线通信接口还通过无线通信链路连接地面交管监控负责人的移动终端。

6.如权利要求5所述的用于路段拥堵报警的无人机检测系统，其特征在于：

所述无线通信接口在接收到所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号时，将所述轻度拥堵报警信号、所述中度拥堵报警信号或所述严重拥堵报警信号发送到地面交管监控负责人的移动终端。