CN109285357A - 基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统 - Google Patents

基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统。该系统可以包括多个埋地式监测设备和远程平台，其中埋地式监测设备埋设于停车位前后停车线中心位置，包括地磁检测单元、ETC读取单元、主控单元，用于判定车辆运行状态，并发送车辆信息以及车辆运行状态至远程平台；远程平台，计算停车时长，对停车车辆进行自动扣费。本发明通过通过埋设于停车线旁的埋地式监测设备进行地磁变化的检测和车辆信息的读取，判定车辆是否停入停车位，并将读取到的停入车辆的信息和车辆运行状态发送至远程扣费平台，计算停车时长并进行自动扣费，实现无人值守的自动停车扣费。

Description

基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统
技术领域
本发明涉及停车数字化管理领域，更具体地，涉及一种基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统。
背景技术
随着互联网技术的不断发展，汽车停车缴费和扣费相关的某些难题得到解决，但是依旧存在急需解决的问题，尤其是需要相关工作人员参与的问题。目前，大多数的扣缴费系统主要应用于停车场、路边停车位等公共场合，主要是利用图像处理、停车检测等技术实现一定程度的智能化。典型处理流程是：首先，汽车进入停车场时，利用机器视觉技术实现车牌识别，并开始计时；然后，汽车需出场前由车主根据系统计算的金额来缴纳相应费用；最后，再通过机器视觉技术识别车牌，让已缴费车辆出场。显然，上述做法能满足大多数地下停车场的应用。
但是，地下停车场所用的基于机器视觉的扣缴费系统难以适用于地面路边停车的扣缴费，主要原因有以下几点：1)路边不会为了停车计费而安装专门的进入和退出闸门，因此对一条街道的停车计费难以进行统一管理；2)车辆是否停在恰当位置不是地下停车场扣缴费系统所关心的，但是路边停车必须关注车辆是否停在恰当车位中，并且必须关注车辆停在哪个车位上；3)路边的停车位一般都在街道两边，停车位分布相对分散，如果采用机器视觉技术则需要铺设多个摄像头，造成建设成本高；4)由于摄像头必须架设在高处，而现在许多城市已经明令规定铺设摄像头杆不应当影响景观，因此在地面路边停车采用机器视觉技术也存在政策方面的问题。
因此，目前的地面路边停车扣缴费系统大多采用人员参与的方式。图1A为大多数城市路边停车自助缴费的大致流程，图1B为目前采用人工值守的路边停车缴费流程。显然，管理人员必须介入整个过程，无法实现无人看管的智能停车管理。因此，有必要开发一种基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其能够通过埋设于停车线旁的埋地式监测设备进行地磁变化的检测和车辆信息的读取，判定车辆是否停入停车位，并将读取到的停入车辆的信息和车辆运行状态发送至远程扣费平台，计算停车时长并进行自动扣费，实现无人值守的自动停车扣费。
根据本发明提出了一种基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统。所述系统可以包括多个埋地式监测设备和远程平台，其中：
所述埋地式监测设备埋设于停车位前后停车线中心位置，包括地磁检测单元，用于对通过车辆进行地磁检测，获得所述通过车辆产生的地磁信号变化数据；
ETC读取单元，用于识别所述通过车辆的车辆信息；
主控单元，与所述地磁检测单元、所述ETC读取单元连接，用于基于所述地测检测单元检测出的地磁信号变化数据、所述ETC读取单元读取的车辆信息出现频率判定车辆运行状态，并发送所述车辆信息以及车辆运行状态至所述远程平台；
所述远程平台，基于所接收的车辆信息以及车辆运行状态计算停车时长，对停车车辆进行自动扣费。
优选地，所述主控单元依据所述通过车辆引起地磁信号变化且产生不同的变化频率，并且在预设时间范围内所述车辆信息出现的频率大于预设次数，判定所述通过车辆为停入车辆。
优选地，所述主控单元依据所述停入车辆在预设时间范围内所述车辆信息以固定的频率出现，则判定所述停入车辆为停车状态。
优选地，所述主控单元通过滤除路过车辆引起的高频频率地磁变化信号，判断路过车辆未有停车现象发生。
优选地，所述主控单元依据所述停车车辆的地磁信号在一段时间内从固定变化频率发生变化产生不同的变化频率，最后检测不到地磁信号，且所述停入车辆在预设时间范围内所述车辆信息以固定的频率出现发生变化到最后检测不到所述车辆信息，则判定所述停车车辆为驶出车辆。
优选地，还包括自组网单元，与所述多个埋地式监测设备的主控单元连接，用于实现相邻的所述埋地式监测设备之间的信息交互。
优选地，所述信息交互包括时钟同步、监测数据读取及输出。
优选地，所述远程平台和所述主控单元通过窄带物联网单元通信连接。
优选地，还包括移动终端，用于用户接收所述远程平台发送的车辆停车信息及扣费信息。
优选地，所述地磁检测单元为三轴地磁传感器，每隔100～300ms检测一次地磁变化。
本发明的有益效果在于：通过在前后停车线中心位置设置埋地式监测设备，检测由于停车产生的地磁变化，并通过利用ETC读取单元读取车辆的信息，基于检测到的地磁变化以及车辆信息出现频率完成停车状态的判断，并将完成的信息发送至远程平台，计算停车时长，进而实现自动扣费功能。每个埋地式监测设备均具有自组网单元，能够实现相邻设备之间的信息交互，利用单独或相邻的埋地式监测设备检测的地磁变化数据，能够准确判断车辆的运行状态。在不影响环境景观的条件下，实现无人值守的自动停车扣费，节省了人力和物力。
本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1A示出了现阶段城市路边停车自助缴费的流程图；
图1B示出了现阶段城市人工值守的路边停车缴费流程图；
图2示出了根据本发明的基于地磁识别模式技术的车辆信息获取及自动扣费系统的架构示意图；
图3示出了根据本发明的埋地式监测设备安装位置示意图；
图4示出了根据本发明的埋地式监测设备的结构示意图。
附图标记：
A1、埋地式监测设备1#；B、停车线；A2、埋地式监测设备2#；A3、埋地式监测设备3#；C、汽车；An-1、埋地式监测设备n-1#；An、埋地式监测设备n#；D、远程平台；E、PC客户端；F、移动终端；1、三轴地磁传感器；2、ARM单元；3、Zigbee自组网模块；4、自组网天线；5、窄带物联网模块；6、FLASH电路；7、锂电池；8、电池管理单元；9、DC/DC电源电路；10、AC/DC电源电路；11、ETC读卡器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
如图2所示，为根据本发明的本发明的基于地磁识别模式技术的车辆信息获取及自动扣费系统的架构示意图。
基于地磁识别模式技术的车辆信息获取及自动扣费系统包括多个埋地式监测设备A1～An，远程平台D，移动终端F以及PC客户端E。
如图3所示，为埋地式监测设备的设置方式，其设置于前后停车线B中心位置，其更倾向适用于侧向停车位，汽车C按照侧向停车方式停入停车位。埋地式的检测设备设置于停车前中心的优点在于避免对建筑环境规划产生影响，同时也避免了车辆正下方对信号传输的屏蔽影响。
埋地式监测设备需要完成车辆停入检测、通过ETC读取车辆信息、利用自组网功能实现协同工作、远程数据上传以及低功耗的功能，其结构如图4所示，包括：三轴地磁传感器1、ARM单元2、ZigBee自组网模块3、自组网天线4、窄带物联网单元5、FLASH电路6、锂电池7、充电管理单元8、DC/DC电源电路9、AC/DC电源电路10和ETC读卡器11。
三轴地磁传感器1为地磁检测单元，用于对通过车辆进行地磁检测，获得所述通过车辆产生的地磁信号变化数据，每隔100～300ms检测一次地磁变化，并将数据传输至ARM单元2；
ETC读卡器11为ETC读取单元，用于识别所述通过车辆的车辆信息，并将数据传输至ARM单元2；
ARM单元2为主控单元，与所述地磁检测单元、所述ETC读取单元连接，用于基于所述地测检测单元检测出的地磁信号变化数据、所述ETC读取单元读取的车辆信息出现频率判定车辆运行状态，并发送所述车辆信息以及车辆运行状态至所述远程平台；
在一个示例中，还包括自组网单元，其由ZigBee自组网模块3和自组网天线4构成，与所述多个埋地式监测设备的主控单元连接，用于实现相邻的所述埋地式监测设备之间的信息交互，所述信息交互包括时钟同步、监测数据读取及输出。由于每个设备之间均可以利用自组网能力实现网络连接和信息传输的能力，即使在无电磁屏蔽条件下，也可实现相邻监测设备之间的协同工作。例如，每个单独设备均会获得相邻设备的地磁测量信息，并将其与自身的地磁测量数据进行融合处理，通过模式识别的方式准确判别车辆是否停入位置。当设备对地磁测量数据进行融合处理之前就已经获取相邻设备的历史地磁数据。若假设第i个设备在时刻t1的磁感应强度为Bi(t1)，时刻t2的磁感应强度为Bi(t2)，则首先可得到磁感应强度变化量ΔBi(t2-1)。同时，第i个设备可以得到第i-1个设备的ΔBi-1(t2-1)和第i+1个设备的ΔBi+1(t2-1)。同理，对于第i-1和第i+1设备亦然。显然车辆进出将产生较大的ΔBi(t2-1)，并且车辆进入的ΔBi(t2-1)为正值，而车辆驶出的ΔBi为负值。更进一步，对于已经驶离和停稳状况下，上述相邻三个设备之间必有两个设备各自的ΔB(t2-1)之差ΔBdef(t2-1)小于阈值Bth，而在驶离和停稳之前的状况下，仅有一个设备的ΔB(t2-1)为最大值。因此根据上述状况，将ΔBi(t2-1)正负数值状况、ΔBdef(t2-1)与阈值Bth的比较情况、三个相邻设备ΔB(t2-1)大小排列状况进行处理，可以判别停车位的空车位、停入和停稳、驶出和驶离各个状况。另一方面，设备利用内置的ETC单元读取对应车辆ETC信息，从而实现车辆识别。
在一个示例中，还包括窄带物联网单元5即NB-IOT模块，用于远程平台D与ARM单元2的通信，能够完成埋地式监测设备A1～An将数据发送到远程平台D上，远程平台D根据内部的管理系统实现扣费功能。
优选地，埋地式监测设备还设有FLASH电路6，用于ARM单元2经过数据筛选和车辆行驶状态判定规则判断是否有车辆停入或驶出，或者车辆停入完成，将得到的数据保存在FLASH电路6中，通过窄带物联网单元5传输至远程平台D。
优选地，埋地式监测设备还设有供电单元，供电单元由锂电池7、充电管理单元8、DC/DC电源电路9、AC/DC电源电路10共同组成。该单元的主要目的是利用锂电池7完成整个设备的供电，但同时提供AC/DC电源电路10作为外接供电系统，从而实现多种条件下的不间断监测。DC/DC电源电路9则对来自AC/DC电源电路10或者锂电池7的电源进线变换，为设备中的其他各个电路提供供电，充电管理单元8能够实现各个阶段不同供电模式下的充电控制，保证电路稳定运行。
系统采用了低功耗、低成本的设计方案，保证长时间不断电的系统运行，具有不妨碍环境建筑、成本低、结构简单，可大范围推广的特性。
埋地式监测设备的核心工作在于完成车辆停入的检测，以及获取车辆信息。核心工作的完成至少需要相邻的2台埋地式监测设备协同工作，由图3中可以知道，埋地式监测设备1#A1和埋地式监测设备2#A2之间为停入车辆。
在一个示例中，ARM单元2依据通过车辆引起地磁信号变化且产生不同的变化频率，并且在预设时间范围内所述车辆信息出现的频率大于预设次数，判定所述通过车辆为停入车辆。
具体地，车辆停入时，存在以下的停入方式：
(1)侧面倒车入库：这是最为传统的方式，仅仅需要一个车位即可。可以远距离的侧面读取到ETC；
(2)侧面前进入库：方向盘向右转，并且入库后摆正，需要至少2个车位的空间。可以远距离的侧面和正面读取到ETC；
(3)正面前进入库：存在一种可能，路边车位较多，测量从停车位后方前进直接停入位置。可以远距离的正面读取到ETC；
(4)正面倒车入库：类似“正面前进入库”的状况，车辆从停车位前方倒车入库。可以远距离的正面读取到ETC。
不论以何种方式停车入库，均存在以下共性：停车速度远低于开车速度，并且从开始停车到停车完成所需花费时间较长，对实时性的要求不高；在停车完成后，均在地磁变化上影响最后两个监测设备，产生固定的地磁变化频率；同时，由于停车花费足够长的时间，因此在ETC读卡器11上长时间出现的车辆ETC编号往往是正在停车或等待停车的数据。
因此，可以认为只要是产生车辆停入的停车状态，必然会产生地磁变化，并能够在侧面或者远距离的正面读取车内ETC设备中保存的车辆信息。
故而ARM单元2可以根据三轴地磁传感器1以及读卡器11中传回的地磁信号数据和车辆信息数据判定车辆的停入，具体地判定规则为：通过车辆引起地磁信号变化且产生不同的变化频率，并且在预设时间范围内所述车辆信息出现的频率大于预设次数，则判定为停入车辆。
可以理解为，有通过车辆的停入，引起了地磁的变化，且在停车过程中，由于车辆的移动，会对地磁造成不同的影响，导致地磁传感器检测到不同的地磁变化频率，同时，由于车辆的移动，在一定的时间范围内，ETC读取单元能够检测多次到车内ETC设备的次数，例如，在1分钟内，读取到同一车辆信息10次，超出了设定的检测次数5次，此时地磁变化频率产生数据波动，则认定该车为停入车辆。
在一个示例中，ARM单元2依据所述停入车辆在预设时间范围内所述车辆信息以固定的频率出现，则判定所述停入车辆为停车状态。
具体地，当车辆停入车位后，由于ETC被安置在车辆的车头和车尾处，如图2所示的A2和A3，因此必然至少有一处ETC可以读取车辆ETC数据。因此为了确定车辆停在原处，可以设置车辆停车的判定规则：停入车辆在预设时间范围内所述车辆信息以固定的频率出现，则判定为停车状态。
可以理解为：对于已经停入的车辆，由于车辆的静止状态，对地磁的影响不再产生不稳定的变化频率影响，同时，在一段时间内，能够连续检测到同一车辆信息，则判定停入车辆为停车状态。例如：确定有车辆停入后，设定固定的ETC设备读取间隔1分钟，在1分钟内，每200ms能够检测到一次停入车辆的车辆信息，则认为停入车辆的状态为停车状态，并根据ETC读卡器读取的连续时间，确定车辆的停车时间。
在一个示例中，ARM单元2通过滤除路过车辆引起的高频频率地磁变化信号，判断路过车辆未有停车现象发生。
具体地，当车辆停入车位后，由于受到外界干扰，传感器测量的地磁数据将呈现如下规律性变化：
1)路过的车辆引起地磁的变化，必然对单一传感器测量信号产生波动，但是由于路过车辆速度快，所以信号变化频率远高于停车频率；
2)路过的车辆所引起的地磁变化，将对相邻的两个传感器的测量信号产生波动，但是由于信号变化频率快，所以两个相邻传感器滤除信号后的测量数据差值较小。由于路过车辆的速度快，对相邻的两个传感器的测量值产生波动，相邻的两个传感器监测到的信号波动的间隔时间也是特别短的，因此就能够滤除产生这种时间间隔短即频率快的信号，将这种信号视作路过车辆信号。一般来说停车和驶出所花费的时间往往超过10秒钟，而路过一个车位所花费的时间往往低于3秒种，甚至更短。因此从频率角度可以将路过车辆的所产生的噪声滤除。
因此，可设定滤除规则：滤除路过车辆引起的高频频率的地磁变化信号，判断路过车辆未有停车现象发生。
在一个示例中，ARM单元2依据所述停车车辆的地磁信号在一段时间内从固定变化频率发生变化产生不同的变化频率，最后检测不到地磁信号，且所述停入车辆在预设时间范围内所述车辆信息以固定的频率出现发生变化到最后检测不到所述车辆信息，则判定所述停车车辆为驶出车辆。
具体地，当车辆在移出停车位时，有类似停入停车位的地磁变化，只不过变化趋势与车辆停入的相反，所以移出车辆存在如下共性：
1)移出车辆的速度远低于开车速度，并且从开始移出到车辆开走所需花费时间较长；
2)不论何种移出车辆的方式，在移出完毕后均在地磁变化上影响最后两个监测设备；
3)由于移出车辆需要花费足够长的时间，因此在ETC读卡器上长时间出现的车辆ETC编号往往是正在停车或等待停车的数据。
因此可以设定停车车辆的驶出规则为：依据所述停车车辆的地磁信号在一段时间内从固定变化频率发生变化产生不同的变化频率，最后检测不到地磁信号，且所述停入车辆在预设时间范围内所述车辆信息以固定的频率出现发生变化到最后检测不到所述车辆信息，则判定所述停车车辆为驶出车辆。
可以理解为：停车车辆在车辆驶出时，对地磁变化再次产生了影响，从而出现了不同变化频率的地磁信号，最后地磁传感器也检测不到变化的地磁信号，同时，ETC读卡器从能够连续的读取该车辆信息到最终读取不到该车辆的车辆信息，则认为该车辆驶出停车位。
远程平台D，基于所接收的车辆信息以及车辆运行状态计算停车时长，对停车车辆进行自动扣费。
在一个示例中，移动终端F用于用户接收所述远程平台发送的车辆停车信息及扣费信息，该信息由远程平台D进行推送。
优选地，还设置PC客户端E，其上设有计算机程序能够读取远程平台中的所有停车信息及扣费信息。
综上所述，本发明通过相邻的两个监测设备的地磁变化和ETC数据，并按照相应规则可以准确判断停入和移出车辆的信息，从而可实现无人值守的停车收费系统，解决了传统停车收费系统对缴纳的费用没有准确的数据做依托，只能实行以“小时”段为阶段收费的标准，实时性收费几乎没有，车主对这种收费方式实际是不认同的，而且依靠人工的收费方案管辖范围小，工作人工费用高的问题。另一方面，该设备可以在目前的智慧城市系统中发挥作用。首先，由于远程已经可以掌握到何处存在空闲车位，因此可以通过发布信息的方式给各个车主，从而帮助车主快速有效的寻找空闲车位。其次，由于减少了车主寻找空闲车位的时间，进而可以减少车位周转率低下导致的城市交通堵塞现象。本发明通过采集车位上车辆信息，提供车尾占用的起始时间，保证收费的准确性、可靠性和可追溯性。由于减少了人工的参与，整个系统所需的工作人员数量极大减少，从而降低了人工成本。停车收费信息也会实时推送给车主，从而规范停车收费，减少收费纠纷。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，包括多个埋地式监测设备和远程平台，其中：
所述埋地式监测设备埋设于停车位前后停车线中心位置，包括地磁检测单元，用于对通过车辆进行地磁检测，获得所述通过车辆产生的地磁信号变化数据；
ETC读取单元，用于识别所述通过车辆的车辆信息；
主控单元，与所述地磁检测单元、所述ETC读取单元连接，用于基于所述地测检测单元检测出的地磁信号变化数据、所述ETC读取单元读取的车辆信息出现频率判定车辆运行状态，并发送所述车辆信息以及车辆运行状态至所述远程平台；
所述远程平台，基于所接收的车辆信息以及车辆运行状态计算停车时长，对停车车辆进行自动扣费。
2.根据权利要求1所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，所述主控单元依据所述通过车辆引起地磁信号变化且产生不同的变化频率，并且在预设时间范围内所述车辆信息出现的频率大于预设次数，判定所述通过车辆为停入车辆。
3.根据权利要求2所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，所述主控单元依据所述停入车辆在预设时间范围内所述车辆信息以固定的频率出现，则判定所述停入车辆为停车状态。
4.根据权利要求1所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，所述主控单元通过滤除路过车辆引起的高频频率地磁变化信号，判断路过车辆未有停车现象发生。
5.根据权利要求3所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，所述主控单元依据所述停车车辆的地磁信号在一段时间内从固定变化频率发生变化产生不同的变化频率，最后检测不到地磁信号，且所述停入车辆在预设时间范围内所述车辆信息以固定的频率出现发生变化到最后检测不到所述车辆信息，则判定所述停车车辆为驶出车辆。
6.根据权利要求1所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，还包括自组网单元，与所述多个埋地式监测设备的主控单元连接，用于实现相邻的所述埋地式监测设备之间的信息交互。
7.根据权利要求6所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，所述信息交互包括时钟同步、监测数据读取及输出。
8.根据权利要求1所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，所述远程平台和所述主控单元通过窄带物联网单元通信连接。
9.根据权利要求1所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，还包括移动终端，用于用户接收所述远程平台发送的车辆停车信息及扣费信息。
10.根据权利要求6所述的基于地磁模式识别技术的车辆信息获取及自动扣费系统，其特征在于，所述地磁检测单元为三轴地磁传感器，每隔100～300ms检测一次地磁变化。
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