CN107945518A - 无队列的激光式车型识别装置和识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车型识别的技术领域，特别涉及无队列的激光式车型识别装置和识别方法。识别装置包括激光器、可旋转支架、立杆、控制器和车辆检测器；立杆固定于安全岛距离发卡机第一预设距离处；旋转支架安装于立杆顶部，旋转支架设有激光器，以立杆为轴，带动激光器在水平方向旋转；激光器距离地面第一预设高度，以扫描车道上车辆信息；车辆检测器距离发卡机第二预设距离，以检测车辆到达状态；控制器分别与激光器、车辆检测器相连接，以根据车辆到达状态和激光器扫描的车辆信息判断车型。本发明将激光器安装在合理位置，通过带动激光器旋转完成整个车辆轮廓信息扫描；上传车型就对应当前车辆信息，不会出现队列错乱现象，达到车型和应收费用一致。

Description

无队列的激光式车型识别装置和识别方法

技术领域

本发明涉及车型识别的技术领域，特别涉及无队列的激光式车型识别装置和识别方法。

背景技术

当前公路收费系统首先对车辆进行客货分类，然后再按车型种类收取不同的通行费用。收费系统通过车牌识别获取车辆的注册信息，通过收费卡获取车辆行驶路段信息，但是对于获取车牌信息失败、以及私换车载设备等因素造成的车辆信息与收费卡不一致等情况会导致少收费现象，因此，需要对车型信息进行实时、有效的检测来解决这些问题。

申请号为CN201420790789.0的专利公开了一种车型识别装置，通过安装在路面上方光电开关计算车辆的长度和高度，同时结合路面上方安装的激光器获取车辆的宽度信息，通过车辆的长度、高度、以及宽度信息对车辆进行车型分类，这种方法通过车辆的外形信息进行车型分类，实现对所有车型的自动检测，无需进行人工操作；但是当车辆处于停车状态，就会出现错误的车型判定，另外通过车辆的外形判断并不可靠，一些改装车和一些拉货车，可能会使得车辆的外形尺寸判定出现错误。

申请号为CN201610854742.X的专利公开了一种基于图像的车型识别方法及装置，通过抓拍的图像，进行目标提取，对目标车辆进行进一步进行特征提取，通然后过分类器进行车型识别；通过深度学习的方法进行车型识别，自动提取特征，增强了分类器的鲁棒性，提高了车型识别的准确率和精度；但是这种方法首先依赖于抓拍的图像，摄像头拍摄的清晰度、光照条件、以及拍摄的角度等都会对最终的车型识别存在影响，另外，通过分类器进行车型分类时在训练的过程中，训练样本的全面性、多样性等直接决定着最终车型的判定的准确度，因此，一个全面、多样的训练样本至关重要，而这也是当前的机器学习在车型识别方面面临的重要问题。

申请号为CN201410780221.5的专利公开了车型识别方法以及利用该方法的车辆快速检查系统，将激光器安装在路测位置，通过路测设备对车头和车身进行分离，以此来控制射线源的剂量，减少对驾驶员造成的伤害，对于车型分类却并未涉及。

激光器和发卡机的距离过大时，车道内会存在多个车辆，正常情况下先获取的车型数据对应当前取卡车辆车型，但是线圈、光栅、激光器三者结合判定车辆行驶方向并不会每一次都正确，一旦方向判错就会导致原来正常通过的车辆被判定为倒车，对应的车型信息就会丢失；而原来倒车情况被判定为正常通过，又会出现多车现象。一旦出现方向判错，整个队列就会出现错乱，导致上传的车型信息错乱。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供无队列的激光式车型识别装置和识别方法，解决现有激光器安装距离过远，车道内车辆队列存在错乱的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种无队列的激光式车型识别装置，其包括激光器、可旋转支架、立杆、控制器和车辆检测器；

所述立杆固定于安全岛上距离发卡机第一预设距离处；所述可旋转支架安装于所述立杆的顶部，所述可旋转支架固定有所述激光器，且以所述立杆为轴，带动所述激光器在水平方向上旋转；所述激光器距离地面第一预设高度，以扫描车道上车辆信息；

所述车辆检测器距离所述发卡机第二预设距离，以检测车辆到达状态；

所述控制器分别与所述激光器、所述车辆检测器相连接，以根据所述车辆到达状态和激光器扫描的车辆信息判断车型。

在一些实施例中，优选为，所述第一预设距离范围为5000-7000毫米；所述第二预设距离的范围为300-400毫米。

在一些实施例中，优选为，所述第一预设高度的范围为500-2000毫米。

本发明还提供了一种所述无队列的激光式车型识别装置的识别方法，其包括：

激光器对经过安全岛边缘车道上的车辆进行扫描，获取扫描信息；

车辆检测器判断所述车辆是否到达，判断结果为到达；

当判断结果为到达时，控制器对所述扫描信息进行分析，得到车辆经过激光器状态，并根据所述激光器状态控制所述激光器的扫描操作，获取整个车辆轮廓扫描信息；

控制器根据车辆轮廓扫描信息判断车型。

在一些实施例中，优选为，所述车辆经过激光器状态包括：车辆未完全通过激光器；则，

所述根据所述激光器状态控制所述激光器的扫描操作包括：控制器发出控制信号以控制激光器在水平方向旋转，进行整个车辆轮廓信息扫描。

在一些实施例中，优选为，所述控制器发出控制信号以控制激光器在水平方向旋转包括：控制器向立杆顶部的可旋转支架发送控制信号，所述可旋转支架根据所述控制信号驱动激光器在水平方向旋转。

在一些实施例中，优选为，所述车辆经过激光器状态包括：车辆完全通过激光器；则，所述根据所述激光器状态控制所述激光器的扫描操作包括：所述控制器发出控制信号以控制激光器处于静止状态，所述车辆信息即为整个车辆轮廓扫描信息。

在一些实施例中，优选为，所述整个车辆轮廓扫描信息的确定方法包括：根据车道内有无车辆波形信息判定，如果连续多帧波形未检测到车道内有车辆波形信息，则判定车辆扫描完成。

在一些实施例中，优选为，所述整个车辆轮廓扫描信息的确定方法包括：根据测距波形，获取车辆车身的外边缘轮廓线，如果出现凹陷，则判定车辆扫描完成，如果未出现凹陷，则通过轴数进行判定；

在一些实施例中，优选为，所述整个车辆轮廓扫描信息的确定方法包括：根据获取的测距波形，如果车辆外边缘轮廓线未出现凹陷，则根据轴数判定车型，如果车辆轴数达到5轴，激光器立即停止旋转，此时，虽未完全获取车辆所有轮廓信息，但车型信息已经可以确定，可认为车辆扫描完成。

在一些实施例中，优选为，所述控制器根据车辆轮廓扫描信息判断车型包括：从整个车辆轮廓扫描信息中提取轴型信息和外形轮廓信息；根据所述轴型信息和外形轮廓信息判断车型。

在一些实施例中，优选为，在所述整个车辆轮廓扫描信息之后，所述识别方法还包括：控制器将所述车型上传；和/或，所述控制器发出激光器复位至初始位置的控制信号。

(三)有益效果

本发明提供的技术方案整体设计，将激光器设置在第一预设高度处，用于扫描车道车辆信息，距离发卡机第二预设距离的车辆检测器判断车辆是否到达，当到达时控制器根据激光器扫描的车辆信息判断车型，这种情况下激光器和发卡机距离过大导致的车道内存在多个车辆、车辆不正常行驶等原因造成的错误上传其他车辆的车型信息的问题，避免出现收费不正常现象，同时也能够解决现有私换车载设备等因素造成的车辆信息和收费卡信息不一致导致的少收费问题。

通过缩小激光器和发卡机之间距离，使得激光器和发卡机之间至多有1辆完整车辆，同时，通过带动激光器旋转完成整个车辆轮廓信息扫描；此时，上传车型就对应当前车辆信息，不会出现队列错乱现象，能够达到车型和应收费用一致。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种无队列的激光式车型识别方法流程图；

图2是本发明一实施例提供的一种无队列的激光式车型识别装置图；

图3是本发明一实施例提供的可旋转支架、激光器连接的侧视图；

图4是本发明一实施例提供的可旋转支架带动激光器旋转扫描车辆轮廓信息的俯视图；

图5是本发明一实施例激光器旋转时单帧扫描扫描点的变化；

图6是本发明一实施例用于判定车辆扫描完成状态的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。“当前”在执行某动作之时的时刻，文中出现多个当前，均为随时间流逝中实时记录。

基于现有激光器安装距离过远，车道内车辆队列存在错乱的，本发明给出了无队列的激光式车型识别装置和识别方法。

下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。

本发明提供一种无队列的激光式车型识别装置，如图1、3、6所示，其包括激光器3、控制器、可旋转支架、立杆和车辆检测器7；立杆固定于安全岛5上距离发卡机第一预设距离处；可旋转支架安装于立杆的顶部，可旋转支架固定有激光器，且以立杆为轴，带动激光器3在水平方向上旋转；激光器距离地面第一预设高度，以扫描车道上车辆信息；车辆检测器7距离发卡机6第二预设距离，以检测车辆到达状态；控制器分别与激光器、车辆检测器相连接，以根据车辆到达状态和激光器3扫描的车辆信息判断车型。

激光器3能够对经过车道的车辆进行扫描，并将扫描信息共享到控制器。激光器3的扫描面垂直于车辆行进的方向，在激光器3旋转时将围绕其安装点进行旋转，及可旋转支架位置与立杆的安装点旋转，可旋转支架和激光器同步运动。

激光器3采用波长905纳米的红外光，扫描频率是50Hz,角度分辨率是0.5度，扫描角度是180度，系统误差是30毫米，激光器3测距前后帧的时间间隔是20毫秒，激光器3原始扫描面垂直于车型行驶方向，通过所述扫描激光器3扫描所属激光器3和发卡机6距离范围内待测车辆10的轮廓信息，获取车辆的车头高度信息、车身高度信息、车头和车身间隙信息，通过所属车辆轮廓信息对客货进行分类。

在常规操作中，激光器3实时扫描，控制器实时获取扫描信息，但是，控制器启动对扫描信息的分析源自车辆检测器7已检测到车辆已到达，即控制器根据车辆已到达的信号启动分析。

车辆到达状态通常有两种：车辆未完全穿过激光器3或车辆已完全穿过激光器3。在某些情况下，如果扫描信息不完整，控制器无法判断车型，所以，需要激光器3继续做完整扫描；在某些情况下，虽然扫描不完整，但关键信息已经获取，足以判断车型，此时扫描信息可以理解为完整。也就是说，因为车辆穿过激光器3的程度不同，导致扫描信息的完整性有偏差，因此，在不同情况下激光器3扫描的车辆信息需要满足关键特征的完整度。

在一些实施例中，可以采用如下的激光器3安装方式：如图2所示，借助立杆1进行安装，立杆1固定利于安全岛5上，激光器3通过立杆1安装于安全岛5边缘的车道上方，立杆1的顶部设置可旋转支架2，用于安装和驱动激光器3。可旋转支架2以立杆1为轴带动激光器3在水平方向旋转。

下面给出各距离值，以方便获取车辆的轴型信息和外形轮廓信息：

立杆和发卡机的距离范围为5000-7000毫米；优选6000毫米。

激光器的安装高度，即激光器距离地面的高度为第一预设高度，其范围为500-2000毫米；优选1750毫米。

车辆检测器和发卡机距离为第二预设距离，其范围值为300-400毫米，优选350毫米。

控制器如图2和4所示，收到车辆检测器信号后根据波形信息(即扫描信息)判断车辆通过激光器状态，发送控制信号调整可支架旋转状态带动激光器旋转完成车辆剩余轮廓信息扫描(前期关键特征不完整，因此需要继续扫描)，扫描完成后所述控制器根据波形信息完成车型判定和上传工作。

激光器安装在路侧安全岛上，如图4所示，为了获取车辆的轴型信息，激光器的安装高度在500毫米—2000毫米,车道宽度一般在3500毫米左右而车辆最长的为17500毫米,除去车辆尾部信息，车辆长度以16000毫米计算，在水平面垂直于车辆行驶方向上，车辆和激光器距离以1000毫米计算；实际车辆行驶过程中，车辆距离激光器的距离会小于这个值，通过两个计算值可知可旋转支架带动激光器旋转的角度8所示最多为87度，所述可旋转支架旋转速率为90度每秒，激光器扫描的速度是20毫秒每次，这样每次带动激光器扫描得到的波形数据在车辆行驶方向上会最多会存在34毫米左右的差异，如图5所示，此时车辆处于停车状态，这个差异对于车辆的车胎宽度和轴宽度来说虽有一定的影响，但对于轴型的判定影响不大。

由于激光器安装在安全岛边缘，因此旋转扫描的过程中安全岛边缘不会产生遮挡导致的无法扫描车辆信息的情况发生，到达车辆检测器到停车再到取卡至少存在1秒的时间，可旋转支架旋转的速率为90度每秒，旋转87度需要大约967毫秒，不到1秒的时间，这个时间可以及时的上传车辆车型信息。

下面给出一种无队列的激光式车型识别装置的识别方法，其包括：

步骤110，激光器对经过安全岛边缘车道上的车辆进行扫描，获取扫描信息；

该步骤为实时发生的步骤，因为实时扫描，基本会出现三种情况：情况一，扫描信息中没有车辆；情况二，扫描信息中有车辆的部分相关信息(比如在车辆未完全穿过激光器时)；情况三，扫描信息中有车辆的完整相关信息。

多种类型的扫描信息都会上传或提取到控制器中。且扫描信息通常为待测车辆测距波形，通过该测距波形，控制器在步骤114中能够分析得出车辆的轮廓信息和通过激光器状态。

步骤112，车辆检测器判断车辆是否到达，判断结果为到达；

本步骤是为了启动控制器对扫描信息的分析。车辆检测器检测到车辆已到达后，会直接反应到控制器，进而控制器的分析工作启动。

需要说明的是，步骤110和步骤112可以同时进行。

步骤114，当判断结果为到达时，控制器对扫描信息进行分析，得到车辆经过激光器状态，并根据激光器状态控制激光器的扫描操作，获取整个车辆轮廓扫描信息；

由于上文提到车辆经过激光器的状态有多种，因此，激光器的扫描操作也多种，下面给出两种情况；

情况一，车辆经过激光器状态为车辆未完全通过激光器；则，控制器发出控制信号以控制激光器在水平方向旋转，进行整个车辆轮廓信息扫描。

情况二，车辆经过激光器状态为车辆完全通过激光器；则，控制器发出控制信号以控制激光器处于静止状态，并将车辆信息视为整个车辆轮廓扫描信息。

也就是说：待测车辆到达车辆检测器(7)位置时，车辆检测器检测到车辆到达向控制器发送车辆到达信号，控制器收到车辆到达信号后根据得到的待测车辆轮廓信息，判定车辆通过激光器状态；之后，控制器根据车辆通过状态调整可旋转支架状态带动激光器完成整个车辆轮廓信息扫描：如果所述待测车辆处于完全通过状态，所述控制器发出控制信号，使可旋转支架处于静止状态，同时所述控制器根据获取的测距波形，提取轴型信息和外形轮廓信息，判定车辆车型信息；如果所述待测车辆处于未完全通过状态，所述控制器发出控制信号，使旋转支架处于旋转状态，带动激光器在水平方向上旋转，扫描车辆剩余轮廓信息。

在本步骤中提到整个车辆轮廓扫描信息，但是判断已经获得了整个车辆轮廓扫描信息的方法也有多种：

方法一，根据车道内有无车辆波形信息判定，连续多帧波形未检测到车道内有车辆波形信息，就判定车辆扫描完成；

方法二，根据测距波形，获取车辆车身的外边缘轮廓线，如果出现凹陷，就判定车辆扫描完成，如果未出现凹陷，则通过轴数进行判定；

方法三，根据获取的测距波形，如果车辆外边缘轮廓线未出现凹陷，则根据轴数判定车型，如果车辆轴数达到5轴，激光器立即停止旋转，此时，虽未完全获取车辆所有轮廓信息，但车型信息已经可以确定，可认为车辆扫描完成。

控制器按照上述先后顺序判定车辆扫描完成状态，满足任一条件即判定车辆扫描完成。

需要说明的是，根据上述三个方法的执行可以获知步骤114中控制器的分析和激光器的扫描可以同时进行。

步骤116，控制器根据车辆轮廓扫描信息判断车型。

控制器从整个车辆轮廓扫描信息中提取轴型信息和外形轮廓信息；根据所述轴型信息和外形轮廓信息判断车型。

步骤118，控制器将车型上传；

步骤119，控制器发出激光器复位至初始位置的控制信号，激光器随之旋转至初始位置。

可旋转支架会一直旋转直到检测到车辆扫描完成(即获取到整个车辆轮廓扫描信息)，当检测到车辆扫描完成后，控制器发出控制信号使可旋转支架停止旋转，控制器根据获取的波形信息完成车型判定和上传工作，之后，控制器发出控制信号带动激光器回到初始位置。

该车型识别装置与方法能够确保上传的车型信息与当前车辆的一致性，避免激光器和发卡机之间存在多个车辆以及车道内车辆不正常行驶等原因导致的上传其他车辆车型信息的现象发生，同时有效地解决了私换车载设备等因素造成的车辆信息与收费卡不一致而引起的少收费现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无队列的激光式车型识别装置，其特征在于，包括激光器、可旋转支架、立杆、控制器和车辆检测器；

所述立杆固定于安全岛上距离发卡机第一预设距离处；所述可旋转支架安装于所述立杆的顶部，所述可旋转支架固定有所述激光器，且以所述立杆为轴，带动所述激光器在水平方向上旋转；所述激光器距离地面第一预设高度，以扫描车道上车辆信息；

所述车辆检测器距离所述发卡机第二预设距离，以检测车辆到达状态；

所述控制器分别与所述激光器、所述车辆检测器相连接，以根据所述车辆到达状态和激光器扫描的车辆信息判断车型。

2.如权利要求1所述的无队列的激光式车型识别装置，其特征在于，所述第一预设距离范围为5000-7000毫米；

所述第二预设距离的范围为300-400毫米。

3.如权利要求2所述的无队列的激光式车型识别装置，其特征在于，所述第一预设高度的范围为500-2000毫米。

4.一种权利要求1-3任一项所述无队列的激光式车型识别装置的识别方法，其特征在于，包括：

激光器对经过安全岛边缘车道上的车辆进行扫描，获取扫描信息；

车辆检测器判断所述车辆是否到达，判断结果为到达；

当判断结果为到达时，控制器对所述扫描信息进行分析，得到车辆经过激光器状态，并根据所述激光器状态控制所述激光器的扫描操作，获取整个车辆轮廓扫描信息；

控制器根据车辆轮廓扫描信息判断车型。

5.如权利要求4所述的识别方法，其特征在于，所述车辆经过激光器状态包括：车辆未完全通过激光器；则，

所述根据所述激光器状态控制所述激光器的扫描操作包括：控制器发出控制信号以控制激光器在水平方向旋转，进行整个车辆轮廓信息扫描。

6.如权利要求5所述的识别方法，其特征在于，所述控制器发出控制信号以控制激光器在水平方向旋转包括：控制器向立杆顶部的可旋转支架发送控制信号，所述可旋转支架根据所述控制信号驱动激光器在水平方向旋转。

7.如权利要求4所述的识别方法，其特征在于，所述车辆经过激光器状态包括：车辆完全通过激光器；则，

所述根据所述激光器状态控制所述激光器的扫描操作包括：所述控制器发出控制信号以控制激光器处于静止状态，所述车辆信息即为整个车辆轮廓扫描信息。

8.如权利要求4-7任一项所述的识别方法，其特征在于，所述整个车辆轮廓扫描信息的确定方法包括：

根据车道内有无车辆波形信息判定，如果连续多帧波形未检测到车道内有车辆波形信息，则判定车辆扫描完成；

或，

根据测距波形，获取车辆车身的外边缘轮廓线，如果出现凹陷，则判定车辆扫描完成，如果未出现凹陷，则通过轴数进行判定；

或，

根据获取的测距波形，如果车辆外边缘轮廓线未出现凹陷，则根据轴数判定车型，如果车辆轴数达到5轴，激光器立即停止旋转，此时，虽未完全获取车辆所有轮廓信息，但车型信息已经可以确定，可认为车辆扫描完成。

9.如权利要求8所述的识别方法，其特征在于，所述控制器根据车辆轮廓扫描信息判断车型包括：

从整个车辆轮廓扫描信息中提取轴型信息和外形轮廓信息；

根据所述轴型信息和所述外形轮廓信息判断车型。

10.如权利要求9所述的识别方法，其特征在于，在所述整个车辆轮廓扫描信息之后，所述识别方法还包括：控制器将所述车型上传；和/或，所述控制器发出激光器复位至初始位置的控制信号。