CN107437336B

CN107437336B - 车型识别装置和方法

Info

Publication number: CN107437336B
Application number: CN201610361730.3A
Authority: CN
Inventors: 黎俊超; 武宏伟; 李俊文; 张英杰
Original assignee: Wuhan Wanji Information Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan Wanji Information Technology Co Ltd
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: CN107437336A

Abstract

本发明涉及一种车型识别装置和方法，该装置包括：扫描式激光测距传感器，用于向检测区域发射激光，在第一激光发射角度范围内发出的激光在车辆的侧面车身上形成第一扫描截面；反光单元，用于对扫描式激光测距传感器在第二激光发射角度范围内发出的激光进行反射，且反射的激光在车辆的侧面车身上形成与第一扫描截面具有第二预设夹角的第二扫描截面；控制器用于根据第一扫描截面和第二扫描截面反馈的测距数据，确定车辆车型。本发明提供的车型识别装置只需一台扫描式激光测距传感器、一个或多个反光单元和控制器即可实现车型的识别，具有对环境的适应性强、结构简单、设备成本低、稳定性好的优点。

Description

车型识别装置和方法

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，尤其是涉及一种车型识别装置和方法。

背景技术

近年来，随着交通基础设施的日趋完善，高速公路里程和桥梁数量的不断增加，人们出行越来越便利。但同时，各个高速公路道口、桥梁、隧道等收费处的交通流量也显著提高。为了提高通行效率，减少人工干预，自动车型识别系统广泛使用。

目前，现有的几种车型识别方法或装置分为以下几种：

第一种是车载单元，车载单元内存储车辆的车型、车牌等信息。当车辆通过收费区域时，车载单元与路侧单元进行数据交互，路侧单元读取车载单元中的车型等数据，以达到车型识别的目的。这种车型识别装置具有可靠性高、使用安装方便、环境适应性强的优点，在国内外得到了广泛的使用。使用该装置既节约了司机的时间，也给各路桥运营单位减少了人力成本。但是，无法解决套牌车、车载单元乱贴的现象。

第二种是基于车辆特征的识别系统，该系统主要采用图像识别技术或多传感器结合技术。采用图像识别技术的车型识别系统结构简单，但是对环境的适应性较弱。采用多传感器结合的车型识别系统，使用接触式或非接触式传感器，例如压电传感器、光电传感器、线圈、摄像头、地磁传感器、激光测距传感器等。这种车型识别系统具有结构复杂、稳定性较差、成本较高的缺点。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种车型识别装置和方法，相对于现有技术，可以降低结构复杂度、提高稳定性和降低成本。

第一方面，本发明提供的车型识别装置包括扫描式激光测距传感器、反光单元和控制器，其中：

所述扫描式激光测距传感器，用于向检测区域发射激光，所发射的激光形成的激光扫描面与地面之间成第一预设夹角，在第一激光发射角度范围内发出的激光在车辆的侧面车身上形成第一扫描截面；

所述反光单元，适于设置在所述扫描式激光测距传感器的第二激光发射角度范围内，用于对所述扫描式激光测距传感器在所述第二激光发射角度范围内发出的激光进行反射，且反射的激光在车辆的侧面车身上形成与所述第一扫描截面成第二预设夹角的第二扫描截面；

所述控制器用于根据所述第一扫描截面和所述第二扫描截面反馈的测距数据，确定车辆车型；

其中，所述第一激光发射角度范围为投射到所述检测区域内的激光的发射角度范围，所述第二激光发射角度范围为投射到所述检测区域之外的激光的发射角度范围。

可选的，所述第一预设夹角和/或所述第二预设夹角为45°～90°。

可选的，所述控制器具体用于：

根据所述第二扫描截面反馈的测距数据确定车辆的行进方向和车辆位置；或者，根据所述第一扫描截面和所述第二扫描截面反馈的测距数据确定车辆的行进方向，并根据所述第二扫描截面反馈的测距数据判断车辆位置；

根据所述第一扫描截面反馈的测距数据确定车辆的侧面车身轮廓信息；

根据侧面车身轮廓信息及车辆行进方向和/或车辆的位置，确定车辆的车型。

可选的，该装置还包括用于安装所述扫描式激光测距传感器和所述反光单元的立杆，所述立杆适于安装在收费站安全岛上。

可选的，该装置还包括安装在所述立杆上用于容置所述扫描式激光测距传感器和所述反光单元的壳体，所述壳体上开设有第一开口和第二开口，其中：

所述第一开口用于将所述扫描式激光测距传感器在所述第一激光发射角度范围内发出的激光投射至壳体外侧，在车辆的侧面车身上形成所述第一扫描截面；

所述第二开口用于将所述反光单元发射的激光投射至壳体外侧，在车辆的侧面车身上形成所述第二扫描截面。

可选的，所述第一开口和所述第二开口均为L型开口。

可选的，所述反光单元包括底座、反光镜及连接在所述反光镜和所述底座之间的调向结构，所述调向结构用于调节所述反光镜的反射角度。

第二方面，本发明提供的利用以上车型识别装置进行车型识别的方法包括：

利用所述扫描式激光测距传感器向检测区域发射激光，在所述第一激光发射角度范围内发出的激光在检测区域内车辆的侧面车身上形成第一扫描截面；

调节设置在所述扫描式激光测距传感器的第二激光发射角度范围内的反光单元的位置和/或反射角度，使反射的激光在车辆的侧面车身上形成与所述第一扫描截面成第二预设夹角的第二扫描截面；

所述控制器根据所述第一扫描截面和所述第二扫描截面反馈的测距数据，确定车辆车型。

可选的，所述控制器根据所述第一扫描截面和所述第二扫描截面反馈的测距数据，确定车辆车型，包括：

本发明中，利用反光单元对扫描式激光测距传感器发射的部分激光进行反射，改变部分激光的传播方向，使扫描式激光测距传感器发射的激光在车辆的侧面车身上形成两个满足预设夹角的扫描截面，进而根据这两个扫描截面反馈的测距数据确定车辆的车型。这种车型识别装置只需一台扫描式激光测距传感器、一个或多个反光单元和控制器即可实现车型的识别，相对于现有技术中基于车辆特征的识别系统，具有对环境的适应性强、结构简单、设备成本低、稳定性好的优点。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明车型识别装置所在的一种空间坐标系。

图2示出了根据本发明车型识别装置一实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明车型识别装置另一实施例的结构示意图；

附图标记说明：

1、1’-反光单元；2-扫描式激光测距传感器；3、3’-道路；4-立杆；5-安全岛；6-壳体；61-第二开口；62-第一开口；11-反光镜；12-底座；a、a’-第一激光发射角度范围；b、b’-第二激光发射角度范围。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供一种车型识别装置，该装置包括扫描式激光测距传感器、反光单元和控制器，其中：

所述反光单元，适于设置在所述扫描式激光测距传感器的第二激光发射角度范围内，用于对所述扫描式激光测距传感器在所述第二激光发射角度范围内发出的激光进行反射，且反射的激光在车辆的侧面车身上形成与所述第一扫描截面具有第二预设夹角的第二扫描截面；

本发明提供的车型识别装置中，利用反光单元对扫描式激光测距传感器发射的部分激光进行反射，改变部分激光的传播方向，使扫描式激光测距传感器发射的激光在车辆的侧面车身上形成两个扫描截面，进而根据这两个扫描截面反馈的测距数据确定车辆的车型。这种车型识别装置只需一台扫描式激光测距传感器、一个或多个反光单元、一个控制器即可实现车型的识别，相对于现有技术中基于车辆特征的识别系统，具有对环境的适应性强、结构简单、设备成本低、稳定性好的优点。

下面以图1示出的坐标系对反光单元的反射进行分析：

如图1所示，扫描式激光测距传感器安装在路面一侧，以车辆的行驶方向为Y轴正方向，以垂直地面向上为Z轴正方向，以垂直于车辆的行驶方向为X轴正方向。该坐标系以距离扫描式激光测距传感器X轴负向L1距离的路面上的点为坐标原点。

这里，扫描式激光测距传感器的扫描截面为XOZ坐标平面，扫描式激光测距传感器的坐标为D(L1,0,L2)，以垂直向下的出射线角度为0度，设扫描式激光测距传感器的扫描方向为顺时针，出射角为γ的出射线与X轴交点D'(L1-tanγ×L2,0,0)。设反光单元的反射平面的单位法向量为ni＝[ni_x,ni_y,ni_z]，XOY坐标面法向量n_xoy＝[0,0,1]。h为出射角为0度的出射线与反光单元的反射平面相交点的垂直高度，E为反射光线与XOY坐标平面交点。

反光单元的反射平面与扫描式激光测距传感器的扫描出射线交点坐标为M(M_x,M_y,M_z)，其中：

M_x＝L1-tanγ×L2×t

M_y＝0

M_z＝L2-L2×t

出射角为γ的出射线的方向向量为(-tanγ×L2,0,-L2)，经过反射后，反射线的方向向量nr＝[nr_x,nr_y,nr_z]，

其中：

nr_x＝-tanγ×L2+2×ni_x×(ni_x×tanγ×L2+ni_z×L2)；

nr_y＝2×ni_y×(ni_x×tanγ×L2+ni_z×L2)；

nr_z＝-L2+2×ni_z×(ni_x×tanγ×L2+ni_z×L2)。

当测距距离为L时，测距点的坐标为E_d(E_dx,E_dy,E_dz)

其中，

E_dx＝M_x+nr_x×p

E_dy＝M_y+nr_y×p

E_dz＝M_z+nr_z×p

其中，D(D_x,D_y,D_z)为扫描式激光测距传感器的出射点坐标，M(M_x,M_y,M_z)为扫描式激光测距传感器出射线与反光镜反射平面的交点坐标。

等式1

等式2

式中，C表示为经过反光单元的反射平面反射后形成的反射面与XOY平面交点坐的X值，L1表示为扫描式激光测距传感器在该XOY坐标系中X轴方向上的值，L2表示为扫描式激光测距传感器高度，h为出射角为0度的出射线与反光单元的反射平面相交点的垂直高度。反光单元的反射平面的法向量[ni_x,ni_y,ni_z]满足等式1与等式2时，经过反光镜反射平面反射后形成的反射面与扫描式激光测距传感器的扫描平面垂直。选取[ni_x,ni_y,ni_z]中某一分量，如ni_x＝0.3，然后依据现场使用情况需要来确定C值，代入等式1与等式2，即可解出[ni_x,ni_y,ni_z]中的另外两个分量，进而得到反射平面的法向量，此时经过反光单元反射后形成的反射面与XOY平面的交线的X坐标为定值C。

在具体实施时，扫描式激光测距传感器发射的激光形成的激光扫描面可以与车辆的行驶方向具有一定的夹角，也可以垂直于车辆的行驶方向，在实际应用时根据具体情况进行设置，本发明对此不作限定。

在具体实施时，第一预设夹角、第二预设夹角可以根据具体情况进行设置，例如在45°～90°之间，优选角度均为90°，本发明对此不做限定。

在具体实施时，所述控制器具体用于：

其中，根据第二扫描截面反馈的测距数据判断车辆的行进方向的具体过程可以是：根据车辆位置的改变会对第二扫描截面中不同角度的出射线产生遮挡，以此来判断车辆是进入检测区域还是退出检测区域，得知车辆的行进方向。

根据所述第一扫描截面和所述第二扫描截面反馈的测距数据判断车辆的行进方向的具体过程可以是：以第一扫描截面为第一触发区域，以第二扫描截面中的一条或多条出射线为第二触发区域，根据第一触发区域和第二触发区域被车辆触发的先后顺序，判断车辆是进入检测区域还是退出检测区域，得知车辆的行进方向。

根据所述第二扫描截面反馈的测距数据判断车辆位置的具体过程可以是：通过匹配不同测量帧中第二扫描截面数据包含的特征点或特征区域，来定位特征点或特征区域的位置坐标，以此跟踪车辆的运动位置。

下面结合附图对本发明提供的车型识别装置的具体实施方式进行说明。

图2示出了一种车型识别装置，该装置包括一个扫描式激光测距传感器2及两个反光单元1、1’。扫描式激光测距传感器2及两个反光单元1、1’均设置在立杆4上，立杆4适于安装在收费站安全岛5上，。扫描式激光测距传感器2的第一激光发射角度范围为图中的a、a’，第二激光发射角度范围为图中的b、b’。该装置可以设置在车道3和车道3’的中间，可以对车道3和车道3’的车辆同时进行检测，故此时设置两个反光单元。

扫描式激光测距传感器2的第一激光发射角度范围a内发射的激光形成第一扫描截面，在第二激光发射角度范围b内发射的激光经过反光单元1反射后形成第二扫描截面，扫描式激光测距传感器2根据两个扫描截面反馈的测距数据确定在车道3中车辆的车型。扫描式激光测距传感器2的第一激光发射角度范围a’内发射的激光形成第一扫描截面，在第二激光发射角度范围b’内发射的激光经过反光单元1’反射后形成第二扫描截面，扫描式激光测距传感器2根据两个扫描截面反馈的测距数据确定在车道3’中车辆的车型。

在实际应用时，扫描式激光测距传感器2距离道路边沿具有一定的距离，该距离可以根据实际情况确定，例如200cm。该扫描式激光测距传感器的激光发射范围为270度，角度分辨率为0.25度。两个反光单元以扫描式激光测距传感器的垂直向下发射的激光对称设置。

图2中的立杆方便了扫描式激光测距传感器和反光单元的安装，当然还可以采用其他的结构安装扫描式激光测距传感器和反光单元，其相应技术方案也应落入本发明的保护范围。

图3也示出了一种车型识别装置，该装置与图2示出的车型识别装置的区别在于还包括安装在所述立杆4上用于容置所述扫描式激光测距传感器和所述反光单元的壳体6，所述壳体上开设有第一开口和第二开口，其中：所述第一开口62用于将所述扫描式激光测距传感器在所述第一激光发射角度范围内发出的激光投射至壳体外侧，在车辆的侧面车身上形成所述第一扫描截面；所述第二开口61用于将所述反光单元发射的激光投射至壳体外侧，在车辆的侧面车身上形成所述第二扫描截面；所述第一开口和所述第二开口可以均为L型开口。

进一步地，反光单元1包括底座12、反光镜11及调向结构(图中未示出)，调向结构用于调节反光镜11的反射角度。

由于将所述扫描式激光测距传感器和所述反光单元设置在壳体内，可以对扫描式激光测距传感器和反光单元起到一定的保护作用，避免外界环境的变化对扫描式激光测距传感器和反光单元造成损坏，延长使用寿命。当然也可不设置图3中的壳体，相应的技术方案也应落入本发明的保护范围之内。

将反光镜调节至位于扫描式激光测距传感器的正下方20cm处，使得反光镜能够反射扫描式激光测距传感器在第二激光发射角度范围内的全部或部分激光。通过调向结构可以调节反光镜的反射角度，使得反射的激光可以通过壳体上的第二开口61投射到车身上。当然反光单元也采用其他结构的反光单元，其相应的技术方案也应落入本发明的保护范围之内。

在实际应用中，可将扫描式激光测距传感器安装高度设置为150cm，图3中示出的扫描式激光测距传感器的激光发射范围为180度，其角度分辨率为0.25，其在第一激光发射角度范围内发射的激光通过壳体上的第一开口62投射到车身上。

在上述两种结构的车型识别装置中，图2示出的车型识别装置设置有两个反光单元，图3示出的车型识别装置仅设置有一个反光单元，在实际中根据需求设置反光单元的个数，本发明不做限定。而且，尽管壳体6的具体结构、反光单元的具体结构等是以图3为例介绍的，应当理解的是，图2中的车型识别装置也可以按照图3的方式设置壳体6，此时第一开口和第二开口的个数均应当为两个，也可以将反光单元设置为图3中的结构，利用调向结构实现反光镜反射方向的调节。

基于上述任一车型识别装置，本发明还提供一种车型识别方法，该方法包括：

调节设置在所述扫描式激光测距传感器的第二激光发射角度范围内的反光单元的位置和/或反射角度，使反射的激光在车辆的侧面车身上形成与所述第一扫描截面具有第二预设夹角的第二扫描截面；

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种车型识别装置，其特征在于，包括扫描式激光测距传感器、反光单元和控制器，其中：

其中，所述第一激光发射角度范围为投射到所述检测区域内的激光的发射角度范围，所述第二激光发射角度范围为投射到所述检测区域之外的激光的发射角度范围；

所述反光单元包括底座、反光镜及连接在所述反光镜和所述底座之间的调向结构，所述调向结构用于调节所述反光镜的反射角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一预设夹角和/或所述第二预设夹角为45°～90°。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据所述第二扫描截面反馈的测距数据确定车辆的行进方向和车辆位置；或者，根据所述第一扫描截面和所述第二扫描截面反馈的测距数据确定车辆的行进方向；

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于安装所述扫描式激光测距传感器和所述反光单元的立杆，所述立杆适于安装在收费站安全岛上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括安装在所述立杆上用于容置所述扫描式激光测距传感器和所述反光单元的壳体，所述壳体上开设有第一开口和第二开口，其中：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一开口和所述第二开口均为L型开口。

7.一种利用权利要求1-6任一所述的车型识别装置进行车型识别的方法，其特征在于，包括：

调节设置在所述扫描式激光测距传感器的第二激光发射角度范围内的反光单元的位置和/或反射角度，使反射的激光在车辆的侧面车身上形成与所述第一扫描截面成所述第二预设夹角的第二扫描截面；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制器根据所述第一扫描截面和所述第二扫描截面反馈的测距数据，确定车辆车型，包括：

根据侧面车身轮廓信息、及车辆行进方向和/或车辆的位置，确定车辆的车型。