CN107460837B - 一种自行车专用车道智能闸机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自行车专用车道智能闸机系统，包括第一通道，所述第一通道包括速通识别装置(1)和速通闸机(2)，所述速通识别装置(1)采集通过车辆的轮胎宽度B及车轮半径R并计算关系函数值i＝{B，R}，基于所述关系函数值i与第一阈值的比较结果打开或关闭所述速通闸机(2)。本发明提出了一种自行车智能识别闸机系统，保障了自行车在城市出行中在其自行车专用车道的路权，能够有效避免摩托车、电动车、踏板车、三轮车等非自行车占用自行车专用车道，对于推动自行车专用车道的广泛应用起到了支撑作用，便于自行车爱好者的低碳出行。

Description

一种自行车专用车道智能闸机系统

技术领域

本发明涉及道路交通领域。更具体地，涉及一种自行车专用车道智能闸机系统。

背景技术

随着经济社会的发展，城市人口和汽车的数量与日俱增，而公共交通的负载能力却不能满足人们出行需求的需要，城市交通拥堵已成为制约城市进一步发展的首要问题。自行车出行以其具有绿色环保和方便快捷，有助于解决城市交通的拥堵问题，同时还有助于身体健康，尤其适用于短距离出行等特点，越来越成为一些市民的首选。但是，由于自行车车道很容易被肆意停放的汽车和发展迅猛的电动车所侵占，导致了自行车的实际使用效果大打折扣，因此一些城市规划了自行车专用车道。

目前，自行车专用车道在丹麦、荷兰、德国等均有不同程度的普及应用，但由于国情的不同，在上述国家中电动自行车较少，摩托车均使用机动车道，同时国民普遍倾向于骑自行车出行，因此在以上国家暂不存在自行车专用道乱占乱用的情况，因而同类产品在国际国内还未有先例。

自行车专用车道的一个重要问题就是自行车的识别问题。在现有的识别方式中，能被该系统使用的技术主要有利用RFID技术、视频监控识别、图像识别、电磁感应识别、尾气检测识别等方式，其中：

(1)RFID识别技术普及率高，成本低，便于大规模开展，显然简便易行。但是该方式需要将现有的自行车均安装上具有有效编码的RFID卡，对于公共自行车较易施行，对于占有更广大份额的普通私有自行车显得较为困难。此外，RFID卡属于外置式安装，易被窃或转移安装至电动车等非自行车上，进而可能造成大规模的误识别，所以该方式适宜作为辅助识别手段。

(2)视频监控识别一般需要人工识别，对于设备的大规模使用带来成本上的急剧上升，而视频监控本身具有滞后性，不利于现场管制，可能会造成管理上的混乱。该方式适宜于在总控室进行总体概览，甄别突发情况等应用场景。目前也有利用视频监控图像进行自动识别的技术，但主要针对机动车车牌识别、人脸识别等，属于监控性质，识别的时效性不强，且识别对象的特征较为单一：如车牌为统一规格、人脸识别重点在于和数据库匹配。因此视频识别的方式在自行车通行状态的识别和闸机通禁行的场景下难度很大。

(3)图像识别一般采用可见光、微波或红外成像等技术手段对被测物进行成像，再根据被测物的目标特性进行识别。该方式的难点在于自行车、电动车、摩托车等车辆的种类过于庞杂，采用惯常的侧视或前视捕捉画面难以提取到典型的外形判据，而依靠建立数据库的方式又显得基础数据库建设周期太长，同时识别算法本身较为复杂而低效。如采用侧视机位进行图像采集，为使得图像画面整洁无背景干扰需要将每台闸机设置一条通道，并在车道两侧设置安装隔离架。但这样的设置即便车辆可顺利通过，但对于图像采集来说在这种场景下需要极大的视场角，造成画面的畸变严重，对最终的识别带来一定的困难。若采用普通广角镜头则只能采集到车辆的局部特征。而若只采用单机位捕捉画面的设置虽可解决因物镜距离过短而造成的成像不完整的情况，但因单图像采集机位对应多条自行车通道，在同一画面中容易出现多辆自行车以及车辆重叠的问题，在进行图像识别时则会难以处理。

(4)电磁感应识别可主要针对电动车独有的电动机进行甄别，以此作为电动车的判据。但电动车的永磁式电机需要采用灵敏的高斯计进行磁场检测，而电动车上采用的永磁体磁场随距离的衰减很大，在不影响通行的情况下直接进行非接触式测量可能会采不到有效的读数而影响判断。同时该方式无法独立检测摩托车等内燃机车。

(5)尾气检测可利用激光分析尾气团等方式进行，作为一种较为成熟的技术手段可识别机动车辆，但无法区分电动车和自行车。

综上所述，在现阶段或可预见的一个较长时期内，对于拟建设的自行车专用道来说，设计一种可快速通过的智能自行车识别闸机对于保障自行车在专用道的行驶至关重要，同时也是自行车专用道能否实现其最大设计意图的有效解决方案，然而现有的技术途径均不能单独实现该功能，即使是几个技术的叠加也不能顺利解决，因此有必要针对该应用场景设计一种综合的解决方案。

因此，需要提供一种自行车专用车道智能闸机系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自行车专用车道智能闸机系统，在自行车专用车道的入口处实现自行车的非人工识别，使得自行车出行的市民可以快速通过闸机进入行车道，同时阻止电动车、摩托车以及踏板车等非自行车进入，进而保障自行车专用道的正常运转，以疏散人流的方式缓解城市拥堵，支撑城市向绿色出行、低碳可持续得方向稳步发展。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种自行车专用车道智能闸机系统，包括第一通道，第一通道包括速通识别装置1和速通闸机2，速通识别装置1采集通过车辆的轮胎宽度B及车轮半径R并计算关系函数值i＝{B，R}，基于关系函数值i与第一阈值的比较结果打开或关闭速通闸机2。

优选地，关系函数值i＝B/R。

优选地，智能闸机系统还包括第二通道，第二通道包括分离检测装置4和人机分离闸机3，分离检测装置4检测车辆的重量并基于重量与第二阈值的比较结果打开或关闭人机分离闸机3。

进一步优选地，当车辆通过速通识别装置1且速通闸机2关闭时，车辆进入第二通道。

优选地，速通识别装置1包括仰视图像采集模块11、图像处理模块12、前轮采集触发模块13、车道导引阻拦16、和密封结构壳体17，其中

仰视图像采集模块11，设置于密封结构壳体17内部，用于接收前轮采集触发模块13的触发信号并下向上对车辆前轮进行图像采集，获取车辆前轮图像并发送至图像处理模块12；

图像处理模块12，设置于密封结构壳体17内部，接收仰视图像采集模块11发送的车辆前轮图像并基于图像计算通过车辆的轮胎宽度B及车轮半径R的比值i＝B/R，判断比值是否小于第一阈值，若是，则控制速通闸机2打开；若否，则控制速通闸机2关闭；

前轮采集触发模块13，设置于密封结构壳体17车辆行进方向前端表面，当有车辆通过前轮采集触发模块13时发送触发信号至仰视图像采集模块11；

车道导引阻拦16，设置于密封结构壳体17两侧，用于分隔第一通道；

密封结构壳体17，设置于第一通道平面以下，包括与地面平齐的透明承载盖板171。

进一步优选地，速通识别装置1还包括后轮采集触发模块14和侧视图像采集模块15，其中

后轮采集触发模块14，设置于密封结构壳体17车辆行进方向后端表面，当有车辆通过后轮采集触发模块14时发送触发信号至侧视图像采集模块15；

侧视图像采集模块15，与后轮采集触发模块14对应设置，用于接收后轮采集触发模块14的触发信号并对车辆后轮中心区域的红外影像进行图像采集，获取车辆后轮红外影像并发送至图像处理模块12；

图像处理模块12接收侧视图像采集模块15发送的红外影像并判断是否为自行车，若是，则控制速通闸机2打开；若否，则控制速通闸机2关闭。

优选地，分离检测装置4包括车重检测平台41、放置平台42、处理模块45和车轮限定装置43，其中

车重检测平台41，设置于放置平台42上，用于测量车辆前轮重量和车辆后轮重量并将测量结果发送至处理模块45；

放置平台42，用于放置车辆；

处理模块45，接收车重检测平台41发送的数据，计算车辆前轮重量和车辆后轮重量之和为车辆总重量，基于车辆总重量与第二阈值的比较结果打开或关闭人机分离闸机3；

车轮限定装置43，用于限制称重车辆的车轮宽度。

进一步优选地，人机分离闸机3包括人行闸机31、车行闸机32和报警单元33，其中

人行闸机31，用于行人通过并阻止车辆通过；

车行闸机32，当处理模块45打开人机分离闸机3时，车行闸机32打开；

报警单元33，包括通知屏和扩音器，当处理模块45关闭人机分离闸机3时，通知屏显示报警信息，扩音器发出报警信息。

优选地，分离检测装置4还包括功能扩展模块44，对车辆前轮的轮胎宽度B及车轮半径R进行检测并计算比值i＝B/R，判断比值是否小于第一阈值，若是，则控制车行闸机32打开；若否，则控制车行闸机32关闭。

优选地，速通闸机2还包括RFID模块23，用于识别RFID信号并控制速通闸机2打开。

优选地，关系函数值i＝B/R2或i＝lnB/R或i＝INT(B)/INT(R)。

本发明的有益效果如下：

本发明提出了一种成本较低，可推广的自行车职能识别闸机系统，保障自行车在城市出行的自行车专用车道的路权，能够有效避免摩托车、电动车、踏板车、三轮车等非自行车占用自行车专用车道，对于推动自行车专用车道的广泛应用起到了支撑作用，便于自行车爱好者的低碳出行。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出自行车专用车道智能闸机系统结构示意图。

图2示出自行车专用车道智能闸机系统俯视图。

图3示出自行车专用车道智能闸机系统沿行车方向示意图。

图4示出速通识别装置的剖面示意图。

图5示出速通识别装置的俯视图。

图6示出人机分离闸机与分离检测装置结构示意图。

图7示出人机分离闸机与分离检测装置剖面示意图。

图8示出图像识别切面示意图。

图9示出图像识别仰视示意图。

图10示出图像识别侧视剖面示意图。

图11示出比值i区间划分示意图。

图12示出后轮成像区域示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的一种自行车专用车道智能闸机系统，在自行车专用车道的入口处实现自行车的非人工识别，使得自行车出行的市民可以快速通过闸机进入行车道，同时阻止电动车、摩托车以及踏板车等非自行车进入，进而保障自行车专用道的正常运转，以疏散人流的方式缓解城市拥堵，支撑城市向绿色出行、低碳可持续得方向稳步发展。

对于自行车、电动车、摩托车以及踏板车，其外形差别较大，通过侧视图像由计算机图形学判断难以找到典型的区分界限；前视图像会造成图像采集系统位于行进方向前端，阻挡行车，且前视图像同样存在区分界限模糊的情况；同样，单一的其他方向视图均难以判断。若采用3D成像的方式，可采用双目立体摄像机进行成像，双目立体视觉是一种在Marr视觉理论基础上建立起来的三维重建技术，是通过两台摄像机对拍摄同一物体处于不同位置时的情况，融合两只眼睛获得的图像差别，利用几何原理对获取的图像进行三维场景的恢复，但采用该方式会遇到与前述方法同样的问题。

鉴于以上诸原因，本发明提出一种全新的识别方法，其主要判据如下：自行车、电动车、摩托车的外形虽千差万别，但轮径、轮胎的规格是符合相关标准的，而对以上三种车辆，其主要产品的轮径、轮胎宽度均位于不同的区间范围内，而两者略有交集。而考虑到轮胎宽度与车轮半径的比值，则该区别就较为明显了，只有个别车型或规格处于分界线附近，而绝大多数(≥90％)车型均可落在各自的区间内。因此，本发明的重点在于识别车轮的半径以及轮胎宽度，并计算两者的比值，以此作为速通车道的快速识别判据，对于处于模糊范围的车辆则进行人车分离的检测。而电动车、摩托车一般没有重量小于20kg的，在分离检测时可将此作为判据。结合以上两者，可将市面上绝大多数的自行车甄别出来(≥95％)。而对于系统没有甄别的车辆，可通过监控视频或手机识别的方式给予通告或警告，此不在本发明讨论之列。

为计算轮胎宽度和轮径的比值，需要对前轮进行图像识别，鉴于侧视、前视、俯视等视角均存在不可避免的劣势，本发明采用仰拍方式，即将图像采集设备安装在行车道平面以下，仅判断前轮的轮胎宽度和轮径。同时为适应特殊车型且提高识别率，在侧视位安装红外相机对后轮中心区域进行成像，此方式可大大缩小成像区域，聚集目标特征，简便算法。

具体地，一种自行车专用车道智能闸机系统，如图1-3所示，包括第一通道，第一通道包括速通识别装置1和速通闸机2，速通识别装置1采集通过车辆的轮胎宽度B及车轮半径R并计算比值i＝B/R，基于比值i与第一阈值的比较结果打开或关闭速通闸机2。

如图4-5所示，速通识别装置1包括仰视图像采集模块11、图像处理模块12、前轮采集触发模块13、车道导引阻拦16、和密封结构壳体17，其中仰视图像采集模块11，设置于密封结构壳体17内部，用于接收前轮采集触发模块13的触发信号并下向上对车辆前轮进行图像采集，获取车辆前轮图像并发送至图像处理模块12；图像处理模块12，设置于密封结构壳体17内部，接收仰视图像采集模块11发送的车辆前轮图像并基于图像计算通过车辆的轮胎宽度B及车轮半径R的比值i＝B/R，判断比值是否小于第一阈值，若是，则控制速通闸机2打开；若否，则控制速通闸机2关闭；前轮采集触发模块13，设置于密封结构壳体17车辆行进方向前端表面，当有车辆通过前轮采集触发模块13时发送触发信号至仰视图像采集模块11；车道导引阻拦16，设置于密封结构壳体17两侧，用于分隔第一通道；密封结构壳体17，设置于第一通道平面以下，包括与地面平齐的透明承载盖板171。

本发明中的自行车专用车道智能闸机系统能够实现自行车快速通过闸机，对于不能有效识别的自行车，本发明的智能闸机系统还包括第二通道，如图6-7所示，第二通道包括分离检测装置4和人机分离闸机3，分离检测装置4检测车辆的重量并基于重量与第二阈值的比较结果打开或关闭人机分离闸机3。当车辆通过速通识别装置1且速通闸机2关闭时，车辆进入第二通道。

具体地，人机分离闸机3包括人行闸机31、车行闸机32和报警单元33，其中人行闸机31，用于行人通过并阻止车辆通过；车行闸机32，当处理模块45打开人机分离闸机3时，车行闸机32打开；报警单元33，包括通知屏和扩音器，当处理模块45关闭人机分离闸机3时，通知屏显示报警信息，扩音器发出报警信息。

本发明中，人机分离闸机3主要针对无法通过速通闸机2的车辆，需要骑车人推行车辆进行检测。其中，人行闸机31布置在人机分离闸机3的左侧部分，车行闸机32布置在人机分离闸机3的右侧部分，这种设置符合推行自行车的使用习惯。人行闸机31可采用现有的三棍式人行检测闸机，具有单次只能通过一个人的特点，且三棍的连续旋转限制了自行车、电动车、摩托车等纵向尺寸较大物品的通过性，使得其只能由右侧的车行闸机32通过。通知屏及扩音器33安装在人行闸机31上，用于提示当前信息，均可采用现有成熟技术。车行闸机32同样可采用现有闸门式检测闸机，高度尺寸和人行闸机31保持一致以避免人员跨越。

分离检测装置4包括车重检测平台41、放置平台42、处理模块45和车轮限定装置43，其中车重检测平台41，设置于放置平台42上，用于测量车辆前轮重量和车辆后轮重量并将测量结果发送至处理模块45；放置平台42，用于放置车辆；处理模块45，接收车重检测平台41发送的数据，计算车辆前轮重量和车辆后轮重量之和为车辆总重量，基于车辆总重量与第二阈值的比较结果打开或关闭人机分离闸机3；车轮限定装置43，用于限制称重车辆的车轮宽度。

可选地，分离检测装置4还包括功能扩展模块44，对车辆前轮的轮胎宽度B及车轮半径R进行检测并计算比值i＝B/R，判断比值是否小于第一阈值，若是，则控制车行闸机32打开；若否，则控制车行闸机32关闭。

本发明中，分离检测装置4主要由车重检测平台41、放置平台42、车轮限定装置43、功能扩展模块44和处理模块45组成。放置平台42用于骑行者在分离检测时放置自行车使用，为别于自行车使用而避免电动车和摩托车用户使用，可设计为高台式结构，高度不低于100mm，且无可推车上行的坡面，只能由人力将车辆抬高才可放置。车重检测平台41包括前轮重力传感器411以及后轮重力传感器412，两者将测量值发送至分离检测的处理模块45，当前轮重力传感器411以及后轮重力传感器412均检测到重力，且其值的和位于自行车的合理重量区间内时，可由分离检测处理模块发送通行指令给车行闸机32给予放行，若前轮重力传感器411以及后轮重力传感器412的测量值处于上述合理区间外，则不予放行，同时发送警告指示给通知屏及扩音器25。该区间可根据现有自行车的统计数据测算。为避免电动车、摩托车以及踏板车等非自行车用户作弊，在分离检测装置4上设置车轮限定装置43，并固定在放置平台42上。车轮限定装置43可简化为一种楔形结构，可将轮胎宽度大于限定值的车辆约束在其内侧表面上，使车辆轮胎不能接触到车重检测平台41，进而无法测量重力。同时车轮限定装置43还具有一定的高度，使得类似轻型踏板车等车辆在放置时，下方踏板被约束在车轮限定装置43的上表面，而无法测量重力。

上述智能闸机系统中，速通识别装置1安装在行车道6上，其中仰视图像采集模块11、图像处理模块12、前轮采集触发模块13、后轮采集触发模块14均安装在密封结构壳体17内部，密封结构壳体17上安装有透明承载盖板171。密封结构壳体17位于行车道6平面以下，其透明承载盖板171与车道平面重合，车辆从其顶部通过。车道导引拦阻16位于密封结构壳体17两侧，其中侧视图像采集模块15安装在车道导引拦阻16上，侧视图像采集模块15的中心面与后轮采集触发模块14在行车方向的横截面上重合，进而确定车道导引拦阻16与密封结构壳体17的行车方向安装关系。

本发明中，本发明中所述的速通识别装置1因需安装在地面以下，所以需先在自行车专用道上进行前期打孔或施工预留、安装后需固定，固定后保证密封结构壳体17上安装的透明承载盖板171与地面基本重合；因速通识别装置1安装位置的特殊性，其需要具备优良的防水性能，在特殊路段应用的产品同时还需要具备防浸泡的性能，其防水防浸泡的功能需要依靠密封结构壳体17实现。此外，密封结构壳体17还具备防霉菌、盐雾和潮湿的功能以适应相对恶劣的使用环境。而以上技术要求在电子产品的结构设计尤其是军用产品的设计中均可找到相对成熟的设计方案，具有较强的可实现性。

速通识别装置1因保证骑车人不停车通过，所以需要具备一定的宽度，该宽度可根据道路设计标准、车辆通行条件以及骑车人的心理因素等确定，一般可设定在400mm～600mm之间，并通过车道导引拦阻16来分隔。速通识别装置1的主体以及密封结构壳体17安装位置位于两条车道导引拦阻16的中心，宽度方向略小于车道导引拦阻16的宽度间隔即小于400mm～600mm的设定值，在行车方向的长度方面，可设定为450mm，该值已可完全覆盖现有两轮交通工具含自行车、电动车、摩托车等和前三轮式交通工具的车轮半径规格。

透明承载盖板171需对可见光具有透射性，可采用聚碳酸酯材质PC板或等效的高承载板材加工，具有多种厚度规格以及颜色，可选择承载能力达200kg以上的产品以保证行车安全。车道导引拦阻16为一种较低高度的隔离带，其主要功能为分隔速通车道，同时在一定程度上具备避免电动车、摩托车横穿或跨越车道导引拦阻16的能力。此外，车道导引拦阻16上可安装红绿信号灯以提示来车，保证通过秩序。

仰视图像采集模块11和图像处理模块12是速通识别装置1的关键功能部件，其中仰视图像采集模块11安装在密封结构壳体17的中心位置，图像处理模块12安装在其附近，两者通过通信线缆连接。透明承载盖板171的外形尺寸长度×宽度即为仰视图像采集模块11的成像最大边界。仰视图像采集模块11可采用可见光成像或微波成像，可见光成像具有清晰度高、技术成熟等有点，而微波成像具有不受环境光源影响的较强适应性，同时还兼有测距功能。可见光成像可采用面阵工业相机以及光学镜头的组合方式，其中工业相机的规格宜选用图像分辨率不低于640×480的产品，帧数不低于20fps等规格的产品。工业相机的成像范围最大为透明承载盖板171的外形尺寸长度×宽度，而镜头规格则根据工业相机与透明承载盖板171的高度方向尺寸进行匹配，在合理的成像区域、长度及宽度两个方向合适的视场角等因素的约束下进行选择确定，进而根据该系列要素确定密封结构壳体17的高度尺寸；类似的，若采用微波成像，则根据成像区域和高度距离等设计天线以进行匹配。

本发明中的自行车专用车道智能闸机系统联合其所属的速通识别装置1、速通闸机2、人机分离闸机3、分离检测装置4以及基于上述设备的自行车识别方法进行自行车的识别和快速通过，其中对于可顺利识别的车辆经由速通闸机2通过进入自行车专用车道，对于不能顺利识别的车辆经由分离检测装置4检测，符合通行标准后人机分离闸机3通过进入自行车专用车道。该系统可阻止不符合通行标准的电动车、摩托车、三轮车等非自行车通过闸机进入自行车专用车道，保障自行车在其专用车道的路权。

在上述智能闸机中，对于市政提供的公共自行车，可在车上固定安装统一编码的RFID卡，在速通闸机上安装有RFID识别模块可对该类具有RFID卡的公共自行车进行快速识别，并给予放行。例如速通闸机2包括闸门、闸机本体、RFID识别模块、手机识别模块，速通闸机有别于现有普通人员类的速通闸机，其高度和宽度均需要根据自行车的使用场景进行定制，是一种小尺寸的闸机。速通闸机2的外形尺寸需要根据使用场景进行改进性设计，如需要较窄的宽度和较低的高度，可使用现有闸机通用技术来实现。

如图8-10所示，进行自行车识别时，例如可以采用可见光成像的方法。具体地，行驶中的自行车通过速通识别装置1中的前轮采集触发模块13的过程中，前轮采集触发模块13在前后两条触发开关均受压触发时发送采集指令给仰视图像采集模块11，此时，仰视图像采集模块11拍摄一张图像，该图像的范围小于等于透明承载盖板(171)的边沿，其尺寸为L×W。图像的L向前边缘与前轮采集触发模块13的中心面间距为D，该值为系统设计时给定的确定数值，属于系统属性。在图像中，车轮的前缘可明显区别于背景，可测量该前缘与图像L向前边缘的间距Rc，那么前轮的半径为R＝Rc+D。

普通自行车、电动车、摩托车等一般具有前轮挡泥板(或前货架)，挡泥板的前缘位于前轮前缘的后侧，而挡泥板的宽度大于轮胎宽度，因此，该无效区域512可剔除，而只需考虑挡泥板(或前货架)的影像前缘与前轮前缘之间的有效区域511中的影像。有效区域511的宽度可自行设定，如图像宽度W的一半；在有效区域511中可认为得到了前轮的有效影像，可测算轮胎宽度B；计算比值i＝B/R，得出比值i的具体数值；根据自行车、电动车以及摩托车的轮胎规格标准，结合统计数据可给出比值i的具体值。

判断时，如图11所示，若比值i落入区间I时，为自行车；若比值i落入区间II时，为电动车；若比值i落入区间III时，为摩托车。区间I-II为自行车与电动车的模糊区间，在此区间内的车辆一般为小轮径宽胎自行车和大轮径窄胎电动车，此处所述的宽胎和窄胎不是绝对值的宽和窄，而是在同类型车型中的宽和窄。区间II和区间III的界限也存在上述情况，但该界限也显著大于区间I-II的值域，因此可直接判定为非自行车而无需进一步区别。

由于自行车在行驶中前轮的前进轴线不一定与成像区域的中心线重合，而是存在偏移量和夹角的，因此在实际图像处理时需要对有效区域511的前轮影像侧边缘进行提取，计算其偏移量和偏转角，并在计算比值i中予以修正；此外，由于可见光成像中，背景的光照条件随时间变化，因此可在拍摄前轮图像前预拍摄背景图，在拍摄前轮影像后进行背景消除处理，此方式对于消除镜头边角的畸变也有一定帮助。

对于比值i落入区间I的车辆，可判断为自行车而直接放行；

对于比值i落入区间II和III的车辆，可判断为非自行车而发出警告；

而对于落入区间I-II的车辆则需要先进行后轮检测：

如图12所示，当行驶车辆后轮驶过后轮采集触发模块14时，后轮采集触发模块14在前后两条触发开关均受压触发时发送采集指令给侧视图像采集模块15，由侧视图像采集模块15拍摄后轮中心区域的红外影像。自行车的传动系统为链传动，个别新型车辆采用了同步带传动，因散热较好，这两种传动系统在工作过程中无明显发热，无热量聚集现象。电动车的后轮中心一般为鼓式驱动电机，其半径较大，且为封闭结构，在工作过程中会有一定的热量聚集现象。而摩托车的后轮右侧为排气管，属于明显的热源。因此，在后轮侧方拍摄后轮中心区域的红外影像可甄别部分车型。但是有个别电动车在后轮侧方增加了保护板等附件，影响到后轮影像的分析，可能出项无效影像。后轮影像同样由图像处理模块12进行处理；同前轮图像检测，后轮图像检测也可增加背景消除处理；若经后轮红外影像判断为自行车，则图像处理模块12发送放行指令给速通闸机2予以放行；若后轮红外影像中存在明显的高于背景环境温度的区域，或后轮红外影像无效，则图像处理模块12发送通知指令给通知屏及扩音器，此时通知屏及扩音器通过屏显及语音通知骑行者，需在人机分离闸机3进行附加检测。

具体应用场景描述如下：

1.根据现有的自行车专用道的规划，其宽度一般为2.5m，该系统位于专用道的入口处，在宽度方向占用2.4m左右空间，在行车方向占用约3～5m空间；

2.该系统的基本配置包括两条速通车道和一条人车分离检测通道，速通车道位于左侧，人车分离检测通道位于右侧，可根据车道的宽度适当进行增减或变更；

3.速通车道上安装速通识别装置1和速通闸机2，可实现自行车骑行通过检测，行进速度可介于5km/h～15km/h；

4.当自行车通过速通识别装置1时，前轮首先经过前轮采集触发模块13，此时前轮采集触发模块13发送采集指令给仰视图像采集模块11并由仰视图像采集模块11采集前轮仰视图像，采集后将该图像发送给图像处理模块12进行处理和判断，给出前轮判据；

5.自行车继续在速通识别装置1上前行，当后轮经过后轮采集触发模块14时，后轮采集触发模块14发送采集指令给侧视图像采集模块15并由侧视图像采集模块15采集后轮侧视图像，采集后将该图像发送给图像处理模块12进行处理和判断，给出后轮判据；

6.图像处理模块12根据前轮判据和后轮判据确定是否可通行，若可通行则发送通行指令给速通闸机2，此时速通闸机打开闸门，自行车可直接通过。速通闸机2需符合闸机行业标准，在自行车通过后关闭闸门，且附带有安全措施；

7.图像处理模块12根据前轮判据和后轮判据确定是否可通行，若不可通行则发送通知指令给报警单元33的通知屏及扩音器，此时通知屏及扩音器通过屏显及语音通知骑行者，需在人机分离闸机3进行附加检测；

8.对于市政提供的公共自行车，可在车上固定安装统一编码的RFID卡，在速通闸机2上安装有RFID识别模块可对该类具有RFID卡的公共自行车进行快速识别，并给予放行；

9.人车分离检测通道上安装人机分离闸机3和分离检测装置4，用于检测速通车道无法识别的自行车；

10.人机分离闸机3中的人行闸机31采用三棍式闸门，由于三根阻拦棍的连续旋转，仅有与人体厚度相仿的物体可通过，因此可有效阻止车辆由此通过闸机，该人行闸机31为被动式闸机；

11.人机分离闸机3中的车行闸机32位于人行闸机31的右侧，符合绝大数度推车行进的使用习惯，车行闸机32在分离检测装置4给出通行指令后给予放行；

12.分离检测装置4主要由车重检测平台41测定车辆重量，同时，由于速通识别装置1与分离检测装置4存在空间上的不连续，以及整个系统对人、车是开放式环境，因此，不能保证须在分离检测装置4上进行二次检测的车辆就是刚才无法通过速通识别装置1的车辆。因此，有必要在分离检测装置4上设置约束；

13.分离检测装置4上除车重检测平台41外还安装有车轮限定装置43，以限制个别人员使用手动方式提起电动车或摩托车部分重量以减小车重的行为而引起的系统误判；

14.车重检测平台41分别测定前轴重量和后轴重量，并计算两者之和，当重量小于18kg时可由分离检测处理模块45发送通行指令给车行闸机32以示通行；

15.若车辆在车重检测平台41上检测车重大于18kg，则行闸机32不予放行，同时发送警告指令给通知屏及扩音器，由通知屏及扩音器发出警告指示，敦促非自行车骑行者离开自行车专用车道；

16.视系统使用情况，车重检测平台41上可增加功能扩展模块44，该模块可以包括仰视图像采集模块和图像处理模块，以进行前轮的二次检测，作为车重判断的附加条件，进一步避免作弊行为。

应说明的是，本发明中，车辆前轮的轮胎宽度B及车轮半径R为该系统所检测的关键指标，其判别第一阈值不局限于比值i＝B/R，也可为B及R的其他线性或非线性叠加计算方法，以便于提高i的分离度，如i＝B/R2或i＝lnB/R或i＝INT(B)/INT(R)等，本发明以i＝B/R为例进行说明。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，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，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，包括第一通道，所述第一通道包括速通识别装置(1)和速通闸机(2)，所述速通识别装置(1)采集通过车辆的轮胎宽度B及车轮半径R并计算关系函数值i＝{B，R}，基于所述关系函数值i与第一阈值的比较结果打开或关闭所述速通闸机(2)。

2.根据权利要求1所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述关系函数值i＝B/R。

3.根据权利要求1所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述智能闸机系统还包括第二通道，当车辆通过所述速通识别装置(1)且所述速通闸机(2)关闭时，车辆进入第二通道；所述第二通道包括分离检测装置(4)和人机分离闸机(3)，所述分离检测装置(4)检测车辆的重量并基于所述重量与第二阈值的比较结果打开或关闭所述人机分离闸机(3)。

4.根据权利要求1所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述速通识别装置(1)包括仰视图像采集模块(11)、图像处理模块(12)、前轮采集触发模块(13)、车道导引阻拦(16)和密封结构壳体(17)，其中

仰视图像采集模块(11)，设置于所述密封结构壳体(17)内部，用于接收所述前轮采集触发模块(13)的触发信号并下向上对车辆前轮进行图像采集，获取所述车辆前轮图像并发送至所述图像处理模块(12)；

图像处理模块(12)，设置于所述密封结构壳体(17)内部，接收所述仰视图像采集模块(11)发送的车辆前轮图像并基于所述图像计算通过车辆的轮胎宽度B及车轮半径R的比值i＝B/R，判断所述比值是否小于第一阈值，若是，则控制所述速通闸机(2)打开；若否，则控制所述速通闸机(2)关闭；

前轮采集触发模块(13)，设置于所述密封结构壳体(17)车辆行进方向前端表面，当有车辆通过所述前轮采集触发模块(13)时发送触发信号至所述仰视图像采集模块(11)；

车道导引阻拦(16)，设置于所述密封结构壳体(17)两侧，用于分隔所述第一通道；

密封结构壳体(17)，设置于第一通道平面以下，包括与地面平齐的透明承载盖板(171)。

5.根据权利要求4所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述速通识别装置(1)还包括后轮采集触发模块(14)和侧视图像采集模块(15)，其中

后轮采集触发模块(14)，设置于所述密封结构壳体(17)车辆行进方向后端表面，当有车辆通过所述后轮采集触发模块(14)时发送触发信号至所述侧视图像采集模块(15)；

侧视图像采集模块(15)，与后轮采集触发模块(14)对应设置，用于接收所述后轮采集触发模块(14)的触发信号并对车辆后轮中心区域的红外影像进行图像采集，获取所述车辆后轮红外影像并发送至所述图像处理模块(12)；

所述图像处理模块(12)接收所述侧视图像采集模块(15)发送的红外影像并判断是否为自行车，若是，则控制所述速通闸机(2)打开；若否，则控制所述速通闸机(2)关闭。

6.根据权利要求3所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述分离检测装置(4)包括车重检测平台(41)、放置平台(42)、处理模块(45)和车轮限定装置(43)，其中

车重检测平台(41)，设置于所述放置平台(42)上，用于测量车辆前轮重量和车辆后轮重量并将测量结果发送至所述处理模块(45)；

放置平台(42)，用于放置车辆；

处理模块(45)，接收所述车重检测平台(41)发送的数据，计算所述车辆前轮重量和车辆后轮重量之和为车辆总重量，基于所述车辆总重量与第二阈值的比较结果打开或关闭所述人机分离闸机(3)；

车轮限定装置(43)，用于限制称重车辆的车轮宽度。

7.根据权利要求6所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述人机分离闸机(3)包括人行闸机(31)、车行闸机(32)和报警单元(33)，其中

人行闸机(31)，用于行人通过并阻止车辆通过；

车行闸机(32)，当所述处理模块(45)打开所述人机分离闸机(3)时，所述车行闸机(32)打开；

报警单元(33)，包括通知屏和扩音器，当所述处理模块(45)关闭所述人机分离闸机(3)时，所述通知屏显示报警信息，所述扩音器发出报警信息。

8.根据权利要求7所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述分离检测装置(4)还包括功能扩展模块(44)，对车辆前轮的轮胎宽度B及车轮半径R进行检测并计算比值i＝B/R，判断所述比值是否小于第一阈值，若是，则控制所述车行闸机(32)打开；若否，则控制所述车行闸机(32)关闭。

9.根据权利要求1所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述速通闸机(2)还包括RFID模块(23)，用于识别RFID信号并控制所述速通闸机(2)打开。

10.根据权利要求1所述的自行车专用车道智能闸机系统，其特征在于，所述关系函数值i＝B/R²或i＝lnB/R或i＝INT(B)/INT(R)。

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