CN107600116A - 一种基于视频识别和rfid的铁道车辆定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法和系统，既解决了视频识别技术中必然遇到恶劣气候影响识别率以及地面标志标识被遮挡、被污损的问题，又解决了仅利用RFID技术进行定位的精度限制以及安装方面的问题。其技术方案为：通过在路边或道路上方放置特殊指示牌，很好的解决了积雪、雨水及各种遮挡问题。摄像头捕捉并识别指示牌后，通过查询车载数据库，不仅可以获得车辆的地理位置信息，同时还可获得有关于下一指示牌的预告信息。另外，在车辆通过视频识别进行定位的同时，还将接收到来自RFID标签的定位信息，这种设计确保了在特殊情况下的功能完整性。本发明同时还可获得有关于下一指示牌的预告信息，用于预判和校核。

Description

一种基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法和系统

技术领域

本发明涉及铁道车辆的位置识别，尤其涉及基于视频识别和RFID的铁道车辆定位技术。

背景技术

在国家铁路和地铁、城轨领域，通常在地面安装有大量的应答器/信标作为定位用途，当安装有阅读器的车辆通过时，就可以读到该应答器/信标的信息，进而通过查询数据库或者识别应答器承载的线路数据库识别出车辆的位置。应答器的主要用途是向列控车载设备提供可靠的固定信息和可变信息，主要应用在欧洲铁路系统，应答器系统是一种采用电磁感应原理构成的点式数据传输设备，用于在特定地点实现地面与列车间的相互通信。无源应答器无需电源，由车载天线发射的激活信号能量工作，向车载天线发送编码信息(约一百多个字节)。有源应答器与之类似，但传输的是可变的编码信息，需要外部的电源及信息接口。美式信标主要应用于美国铁路系统，与应答器功能类似，价格略低，但承载的数据量较少，通常只有十几个字节。另外一个缺陷就是美式信标的工作频率较高，容易受积水的影响，导致丢点。应答器的安装维护成本很高，例如进口欧标应答器早期价格高达1万欧元，国产欧标应答器通常价格在1万人民币以上。对应的阅读器的价格一般需要4～5万人民币，经济性较低，可维护性也不好。

另一个方案是采用RFID(Radio Frequency Identification)，即无线射频识别，通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，无需在特定目标之间建立机械或光学接触。RFID标签相对成本较低，可靠性较差，积水的覆盖将遮蔽RFID标签信号导致功能失效；RFID标签可以远距离读取，但距离较远，意味着识别精度不高以及丢失率高的问题。

标签、应答器、信标的位置精度受读取天线的影响，天线距离越近，精度越高，但也越容易错过最佳读取范围导致“丢点”，距离越远则天线接收到的能量越低，也会导致无法工作“丢点”，片面加大阅读器的功率来增加阅读距离，可能会影响其他设备/设施的正常工作。

安装位置限制，目前主流的安装是安装于地面，这增加了安装的麻烦(需要掘井保护等等)。如果悬空安装或者安装在车辆通行侧面，则可能引起其他的风险，例如安装有阅读器的车辆通过，其天线较大功率的射频能量照射，可能对某些关键性的设备设施造成影响，如心脏起搏器等。

至于GPS等卫星定位手段，在隧道环境下是不可用的，在城市高楼林立和高架桥下等区域，其精度也会受到严重影响，且在某些的军事禁区附近，GPS信号是被屏蔽的。

此外，在现有的铁道车辆定位的方案中，有些通过在车辆尾部或前部安装一个角度朝向地面的摄像头，识别地面的二维码并经过图像处理等进而计算出车辆所在的位置。又或者通过预先提取预定线路的道路信息，将对应各道路信息的编码图形绘制在道路路面上，通过摄像头拍摄并识别编码图形进而获取道路信息。这两种方法均将其识别对象绘制在道路路面上，当路面有落叶、积雪、积水或污损情况出现时，摄像头捕捉不到识别对象，或者识别了错误的残缺图像，这会造成车辆定位功能失效。另外，由于道路上车辆较多，路面上的识别对象极有可能会被其它社会车辆遮挡，不利于车辆定位。而且这种识别单一信息的方式，识别的结果之间没有关联关系(下一个标志的位置)，可能引起定位错误，而错误的定位极有可能可能导致列车冲突。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法和系统，既解决了视频识别技术中必然遇到恶劣气候影响识别率以及地面标志标识被遮挡、被污损的问题，又解决了仅利用RFID技术进行定位的精度限制以及安装方面的问题。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法，包括：

一方面，通过视频识别特定标识进行车辆定位；

另一方面，通过RFID识别进行车辆定位；

基于视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果，输出车辆定位数据。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的一实施例，在通过视频识别特定标识进行车辆定位的步骤中，通过车辆上安装的摄像头捕获道路上的指示牌的标志标识后，基于该标志标识进行车辆定位。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的一实施例，视频识别出的标志标识是数字序列，用于表示当前地理位置或者表示一个编号，基于该编号在车载数据库中可以查找到包括详细地理位置、距离下一指示牌距离在内的视频识别的定位结果。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的一实施例，在通过RFID识别进行车辆定位的步骤中，车辆上的阅读器通过天线发送射频信号以激活范围内的RFID电子标签，RFID电子标签发送存储其中的定位信息，车辆天线接收到定位信息后送至阅读器解码，最后输出RFID定位结果。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的一实施例，在基于视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果输出车辆定位数据的步骤中，将两者中定位精度更高的定位结果作为最终的定位结果。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的一实施例，用于视频识别的标志标识中集成RFID电子标签。

本发明还揭示了一种基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统，包括：

视频识别子系统，通过视频识别特定标识进行车辆定位；

RFID识别子系统，通过RFID识别进行车辆定位；

定位结果输出子系统，基于视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果，输出车辆定位数据。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统的一实施例，视频识别子系统进一步包括：

摄像头，安装在车辆上；

标志标识，位于指示牌上；

视频识别处理模块，检查由摄像头持续捕获的视频中是否存在符合标志标识特征的图像，若存在则解析该图像并进行校核，在校核通过后输出视频识别定位结果。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统的一实施例，视频识别处理模块解析出的图像中的内容直接表示当前地理位置，或者解析出的图像中的内容表示一个编号，基于该编号在车载数据库中查找到包括详细地理位置、距离下一指示牌距离在内的视频识别的定位结果。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统的一实施例，RFID识别子系统包括：

阅读器，安装在车辆上；

天线，安装在车辆上；

RFID电子标签，安装在定位的特定标志标识上，其内部存储定位和本标签身份信息；

车辆上的阅读器通过天线发送射频信号以激活范围内的RFID电子标签，RFID电子标签被激活后发送定位和本标签身份信息，天线接收到定位和本标签身份信息后送至阅读器解码，最后输出RFID定位结果。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统的一实施例，定位结果输出子系统将视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果之中的定位精度更高的作为最终的定位结果。

根据本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统的一实施例，标志标识中集成RFID电子标签。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过在路边或道路上方放置特殊指示牌，很好的解决了积雪、雨水及各种遮挡问题。摄像头捕捉并识别指示牌后，通过查询车载数据库，不仅可以获得车辆的地理位置信息，同时还可获得有关于下一指示牌的预告信息。另外，在车辆通过视频识别特定标识进行定位的同时，还将接收到来自RFID标签的定位信息，这种设计确保了在特殊情况下的功能完整性。如：在天气极其恶劣等情况下，若本次路边\道路上方指示牌不能正常使用时，仍可以通过RFID进行较粗略的车辆定位，使得车辆定位功能不受天气等特殊影响。本发明同时还可获得有关于下一指示牌的预告信息，用于预判和校核。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的一实施例中的视频定位流程图。

图2示出了本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的一实施例中的RFID定位流程图。

图3示出了本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的一实施例中的结果输出流程图。

图4示出了本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统的一实施例的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的实施例

本发明的核心思想是采用在路边或道路上方设置含有RFID标签的特殊指示牌进行视频识别和RFID识别的车辆综合定位。

图1至图3组合在一起共同示出了基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法的实施例。其中图1示出了视频定位流程，图2示出了RFID定位流程，图3示出了结果输出流程。本实施例的铁道车辆定位方法是将如图1所示的视频识别和图2所示的RFID相结合的方式进行定位，当其中一种定位不可用时，车辆定位功能依然有效。其中分别进行视频识别和RFID识别，最后基于两种识别方式输出定位数据。

下面是图1所示的视频识别的步骤详述。

步骤S11：持续捕捉驾驶室前方视频。

一般是由车辆上安装的摄像头持续捕获图像。

步骤S12：检查是否存在符合基本特征的图像。

一般是由处理器持续处理图像。在本实施例中，通常在路边或道路上方设置特殊的指示牌，指示牌上同时安装RFID电子标签。用于视频识别目标的指示牌上的标志标识中集成了用于RFID识别的RFID电子标签，因此可以统一进行安装，解决了安装方式不同带来的不便，减少了生命周期成本。而且标志标识是半永久的寿命，只需要简单的清洁就能够满足长期使用的要求。

步骤S13：在获得存在符合基本特征的图像后，解析该图像。

步骤S14：针对解析后的图像进行数据校核。

数据校核的工作也可由应用系统来完成，例如结合当前GPS位置或者当前车载设备应该读到的标志信息内容。具体而言，在车辆运行过程中通过视频摄像头捕捉到特殊的指示牌后识别出一串数字序列，既可以用于表示当前的地理位置，也可以表示一个编号，应用系统再根据这个编号在车载数据中寻找到该编号对应的更为详细的地理位置、距离下一指示牌距离以及其他信息，进而确定当前车辆在线路数据库中的位置。

步骤S15：在校核通过后输出视频定位数据。

下面是图2所示的RFID识别的步骤详述。

步骤S21：检查RFID电子标签是否被激活。

车辆上安装的RFID阅读器通过天线发送射频信号用于激活范围内的RFID电子标签。

步骤S22：当RFID电子标签激活后，车载天线接收RFID电子标签发出的位置信息并送至阅读器。

步骤S23：阅读器对接收到的位置信息进行解码。

步骤S24：输出解码后的RFID定位数据。

下面是图3所示的结果输出的步骤详述。

步骤S31：接收视频定位和RFID定位的数据。

步骤S32：比较视频定位精度和RFID定位精度的高低。

步骤S33：若视频定位精度更高则输出视频定位结果。

步骤S34：若RFID定位精度更高则输出RFID定位结果。

基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统的实施例

图4示出了本发明的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统的实施例的原理。请参见图4，本实施例的系统包括：视频识别子系统、RFID识别子系统以及定位结果输出子系统。

其中视频识别子系统和RFID识别子系统的输出端连接到定位结果输出子系统的输入端。视频识别子系统通过视频识别特定标识进行车辆定位。RFID识别子系统通过RFID识别进行车辆定位。定位结果输出子系统基于视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果，输出车辆定位数据。

具体而言，视频识别子系统进一步包括：摄像头、标志标识和视频识别处理模块。其中摄像头安装在车辆上，标志标识位于安装在道路上的指示牌上。视频识别处理模块检查由摄像头持续捕获的视频中是否存在符合标志标识特征的图像，若存在则解析该图像并进行校核，在校核通过后输出视频识别定位结果。

在本实施例中，校核的具体实现如下：视频识别处理模块解析出的图像中的内容直接表示当前地理位置，或者解析出的图像中的内容表示一个编号，基于该编号在车载数据库中查找到包括详细地理位置、距离下一指示牌距离在内的视频识别的定位结果。

RFID识别子系统包括：阅读器、天线、RFID电子标签。阅读器安装在车辆上，天线安装在车辆上，RFID电子标签安装在定位的特定标志标识上，且其内部存储定位和本标签身份信息。较佳的，标志标识中集成RFID电子标签。车辆上的阅读器通过天线发送射频信号以激活范围内的RFID电子标签，RFID电子标签被激活后发送定位和本标签身份信息，天线接收到定位和本标签身份信息后送至阅读器解码，最后输出RFID定位结果。

定位结果输出子系统将视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果之中的定位精度更高的作为最终的定位结果。或者在视频识别定位结果和RFID识别定位结果的其中之一无法获得时能够将另一个作为最终的定位结果。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (12)

1.一种基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法，其特征在于，包括：

一方面，通过视频识别特定标识进行车辆定位；

另一方面，通过RFID识别进行车辆定位；

基于视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果，输出车辆定位数据。

2.根据权利要求1所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法，其特征在于，在通过视频识别特定标识进行车辆定位的步骤中，通过车辆上安装的摄像头捕获道路上的指示牌的标志标识后，基于该标志标识进行车辆定位。

3.根据权利要求2所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法，其特征在于，视频识别出的标志标识是数字序列，用于表示当前地理位置或者表示一个编号，基于该编号在车载数据库中可以查找到包括详细地理位置、距离下一指示牌距离在内的视频识别的定位结果。

4.根据权利要求2所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法，其特征在于，在通过RFID识别进行车辆定位的步骤中，车辆上的阅读器通过天线发送射频信号以激活范围内的RFID电子标签，RFID电子标签发送存储其中的定位信息，车辆天线接收到定位信息后送至阅读器解码，最后输出RFID定位结果。

5.根据权利要求1所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法，其特征在于，在基于视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果输出车辆定位数据的步骤中，将两者中定位精度更高的定位结果作为最终的定位结果。

6.根据权利要求4所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位方法，其特征在于，用于视频识别的标志标识中集成RFID电子标签。

7.一种基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统，其特征在于，包括：

视频识别子系统，通过视频识别特定标识进行车辆定位；

RFID识别子系统，通过RFID识别进行车辆定位；

定位结果输出子系统，基于视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果，输出车辆定位数据。

8.根据权利要求7所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统，其特征在于，视频识别子系统进一步包括：

摄像头，安装在车辆上；

标志标识，位于指示牌上；

视频识别处理模块，检查由摄像头持续捕获的视频中是否存在符合标志标识特征的图像，若存在则解析该图像并进行校核，在校核通过后输出视频识别定位结果。

9.根据权利要求8所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统，其特征在于，视频识别处理模块解析出的图像中的内容直接表示当前地理位置，或者解析出的图像中的内容表示一个编号，基于该编号在车载数据库中查找到包括详细地理位置、距离下一指示牌距离在内的视频识别的定位结果。

10.根据权利要求8所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统，其特征在于，RFID识别子系统包括：

阅读器，安装在车辆上；

天线，安装在车辆上；

RFID电子标签，安装在定位的特定标志标识上，其内部存储定位和本标签身份信息；

车辆上的阅读器通过天线发送射频信号以激活范围内的RFID电子标签，RFID电子标签被激活后发送定位和本标签身份信息，天线接收到定位和本标签身份信息后送至阅读器解码，最后输出RFID定位结果。

11.根据权利要求7所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统，其特征在于，定位结果输出子系统将视频识别出的定位结果和RFID识别出的定位结果之中的定位精度更高的作为最终的定位结果。

12.根据权利要求10所述的基于视频识别和RFID的铁道车辆定位系统，其特征在于，标志标识中集成RFID电子标签。