CN110675627A - 一种基于二维码识别的交通信息获取方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种基于二维码识别的交通信息获取方法与系统，包括交通信息编码方法模块、二维码卡片、车载二维码识别系统、离线交通信息GIS数据库、车载导航控制系统等。采用特定的交通信息编码方法模块对区域内的重要交通信息进行编码，将该编码制成二维码卡片，并在道路标志标线、重点单位、车身外部的特定位置放置二维码卡片。车载二维码识别系统识别到二维码卡片中的编码信息，在离线交通信息GIS数据库中查询对应的信息内容，传输给车载导航控制系统，最后通过语音提示模块和自动制动模块进行安全提示和辅助停车，该方法与系统提高了在紧急情况下车辆的定位能力和对交通信息的获取能力，且成套设备制作成本低，保障了车辆的行车安全。

Description

一种基于二维码识别的交通信息获取方法与系统
技术领域
本发明涉及交通安全和交通信息获取领域，特别涉及一种基于二维码识别的车辆交通信息获取方法与系统。
背景技术
现如今，随着科学技术的快速发展，卫星导航技术、通信技术等广泛地应用于汽车控制与交通管控中，无人驾驶与智能交通系统需要交通信息的支持。然而，若卫星导航系统因遮挡或者出现干扰导致车辆处在卫星导航信号弱的区域，影响车辆信息获取准确性与及时性，容易造成交通事故且影响行车效率。同理，在通信失效情况下，车辆的信息获取和交互易受影响。此外，当车辆处于雨雪等极端恶劣天气条件下时，驾驶员无法识别道路前方的标志标线信息，也容易影响道路交通安全。针对存在的这些交通安全隐患，车辆在紧急工况下对交通信息的获取能力需要提高。
现今二维码已经广泛地应用于商业活动、信息读取等领域，已经普及到人们生活的方方面面。且二维码卡片易于制作，局部损坏后仍可以识别读取，将二维码卡片放置在交通设施上作为一种提高车辆信息获取能力的方法，易于被车辆驾驶员所接受，无疑是一种非常可行且安装便利的方法。
本发明提出一种基于二维码识别的车辆交通信息获取方法与系统，通过车辆识别到二维码中的交通编码信息，并在离线交通信息GIS数据库中查询相对应的信息内容，是一种提高车辆定位能力和获取信息能力较为便利的方法。
发明内容
基于以上背景，本发明的目的在于提供一种交通信息获取方法与系统，以提高车辆的定位能力和信息获取能力，降低道路交通事故率，保障车辆的行车安全。
该发明是通过以下技术方案实现的：本发明提出了一种基于二维码识别的车辆交通信息获取方法与系统，其特征在于，该方法包括交通信息编码方法模块、二维码卡片、车载二维码识别系统、离线交通信息GIS数据库、车载导航控制系统。
所述的交通信息（道路交通设施、交通条件等）编码方法模块，其特征在于，根据车辆导航信息的需要，由位置信息编码、类型信息编码和条件信息编码三部分组成。
所述的位置信息编码，其特征在于，根据道路交通信息所处的位置不同，分为点位置编码和线位置编码。其中点位置编码包括6位的行政区号和3位的点编号，线位置编码包括6位的行政区号、7位的道路区段编号和1位的道路方向编号。
所述的类型信息编码，其特征在于，根据道路交通设施类型的不同，分为交通标志编码（10位）、交通标线编码（5位）、重点单位编码（4位）、车辆交互信息编码（9位），在编码的开头用不同的字母以示区分。
所述的条件信息编码，其特征在于，均为4位编码，根据道路交通条件的不同，分为交叉口类型编码、道路类型编码、道路车道数编码、交通事故类型编码，在编码的开头用不同的字母以示区分。
所述的二维码卡片，其特征在于，由防水不干胶贴、反光二维码图案等组成，放置在交通设施、重点单位及车辆的特定位置。所述的反光二维码图案上面携带有编写好的交通信息编码，故每个交通设施、重点单位及车辆都唯一对应一个标准GIS编码，可以在离线交通信息GIS数据库中查询到相对应的信息。
所述的车载二维码识别系统，其特征在于，运用图像式二维码解码技术。由高清摄像机、图像预处理系统、解码器等部分组成。
所述的高清摄像机，其特征在于，自动捕捉拍摄粘贴有二维码卡片的道路交通设施、重点单位、车辆等，进行二维码的图像采集，并将生成的图片传输给图像预处理系统。
所述的图像预处理系统，其特征在于，安装在车身内部，包含三个部分：彩色图像灰度化模块、图像平滑处理模块、分割图像模块。对原始采集的彩色图像进行灰度化处理，将彩色图像转化为灰色图像，并消除图像中可能存在的噪声，把二维码从一幅图像中孤立出来。
所述的解码器，其特征在于，放置在车身的内部，与图像处理系统相连，进行交通标志标线上二维码图像的定位、校正、数据读取、译码和纠错。
所述的离线交通信息GIS数据库，其特征在于，包括信息存储模块、信息录入模块、用户交互模块。
所述的信息存储模块，其特征在于，包含了该区域所有道路的道路交通信息。包括标定该交通信息位置的高清地图，交通信息的图片、名称及释义，道路的车道数，交叉口类型，道路类型，历史记录中该位置多发交通事故类型等。
所述的信息录入模块，其特征在于，用于及时采集、更正道路上的各种信息。若道路信息出现更改，则数据库的管理人员可以直接在数据库中更改交通信息。
所述的用户交互模块，其特征在于，让使用者在该数据库网站通过车牌照号码注册账号，数据库可以接收到使用者的意见和建议，从而在数据库中存储更多的信息，提供更多的服务。
所述的车载导航控制系统，其特征在于，包括语音安全提示模块、信息显示模块和自动控制模块三部分。
所述的语音安全提示模块，其特征在于，分为常规语音提示和安全警告两部分。常规语音提示模块是在导航中利用文本转语音技术，通过实时调用语音库实现文本提示到语音提示的转换。安全警告模块是当车辆即将出现危险情况时,则调用安全警告模块进行语音提示预警。
所述的信息显示模块，其特征在于，是车辆二维码识别系统扫描二维码之后，调用交通信息数据库中的信息，并在车载导航系统中的信息显示模块进行显示，通过文字和图片的形式向驾驶员传递当前的道路交通信息。若出现紧急情况，信息显示界面会出现预警信息以提示驾驶员谨慎驾驶。
所述的自动控制模块，其特征在于，当车辆目前的行驶速度大于所规定的速度阈值，有违反交通规则或出现交通事故的危险时，及时控制车辆自动制动。
基于以上技术方案，本发明利用二维码图像识别技术以提高车辆的定位能力和信息获取能力具备以下优势：本发明利用现在应用十分普及的二维码来提高车辆的定位能力和交通信息获取能力，易于被车辆驾驶员所接受，且设备安装简单，成套设备安装成本低。
本发明中的交通信息编码与离线交通信息GIS数据库中的信息一一对应，若道路信息出现更改，可直接登录交通信息数据库更改道路信息。
本发明是对车载导航系统开发的延伸和推广，具有较广的发展前景。
附图说明
图1为本发明的一种交通信息获取方法与系统流程图。
图2为本发明的车载二维码识别系统的识别流程图。
图3为本发明的车载导航控制系统的语音预警和辅助控制工作流程。
图4为本发明的车载导航控制系统的显示界面示意图。
图5为本发明的二维码卡片在交通标线（导向箭头）中的放置位置示意图。
图6为本发明的二维码卡片在交通标志中的放置位置示意图。
图7为本发明的二维码卡片在交通重点单位前方的放置位置示意图。
图8为本发明的二维码卡片在车辆尾部的放置位置示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述功能、目的和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的一种基于二维码识别的车辆交通信息获取方法与系统，包括交通信息编码方法模块（1）、二维码卡片（2）、车载二维码识别系统（3）、离线交通信息GIS数据库（4）、车载导航控制系统（5）。所述的车载二维码识别系统（3）的输出端与离线交通信息GIS数据库（4）的输入端连接，负责将译码得到的编码信息传输到离线交通信息GIS数据库（4）中，所述的车载导航控制系统（5）的输入端与离线交通信息GIS数据库（4）的输出端相连，负责将离线交通信息GIS数据库（4）中对应的信息转换为文字和声音以提醒驾驶员。
所述的交通信息编码方法模块（1）包括位置信息编码、类型信息编码和条件信息编码，位置信息编码分为点位置编码和线位置编码；类型信息编码分为交通标志编码、交通标线编码、重点单位编码、车辆交互信息编码；条件信息编码分为交叉口类型编码、道路类型编码、道路车道数编码、交通事故类型编码，编码步骤如下所示。
A1.点位置编码是对道路交叉口（包括十字形交叉、T字形交叉、X字形交叉、环形交叉等）和高速、高架的匝道出入口附近的交通设施等进行编码，包括6位的行政区号和3位的点编号，按照从上到下、从左及右的原则在该区域地图上依次标定N01、N02、N03……以青岛市黄岛区为例，点位置编码在地图上依次标定为370211-N01、370211-N02、370211-N03等。
A2.线位置编码是对道路路段进行编码，包括6位的行政区号、7位的道路区段编码和1位的道路方向编码。道路区段编码包括道路的行政等级、行政编号和道路编号，道路的行政等级分为国家公路、省公路、县公路和乡公路以及专用公路五个等级，分别用G、S、X、Y、Z表示，道路的行政编号可在道路管理部门的相关平台进行查询，道路的编号是以交叉口和高速、高架的匝道出入口为起始点将道路进行分段编号。道路方向编码定义路段的走向，南北走向道路以北为正向,南为反向，东西走向道路以东为正向，西为反向，其中，用P表示正向，用N表示反向。以青岛市黄岛区境内的204国道为例，370211-G204-01-P表示黄岛区境内204国道的第一段的正向道路。
A3.交通标志编码，编码结构分为区分编码、一级编码、二级编码、三级编码、四级编码。
A31.区分编码为两位字母码，置于类型编码的开头，对四种类型编码起到区分的作用，交通标志编码的区分编码用JZ表示。
A32.一级编码为两位数字码，分为主标志、辅助标志、可变信息标志、其他标志，分别用10、20、30、40表示。
A33.二级编码为两位数字码，将主标志分为警告标志、禁令标志、指示标志等7类，用10～70表示，将辅助标志分为表示时间、表示车辆种类、表示区域或距离等6类，用10～60表示。
A34.三级编码为两位数字码，为对上一级标志的进一步细分，如将主标志中的警告、禁令、指示等标志，辅助标志中表示时间、表示车辆种类等标志进一步分类，每一种类别均用01、02、03、04……表示。
A35.四级编码为两位数字码，为对上一级标志的进一步细分，如将警告标志中的交叉口标志、急弯标志、陡坡标志等标志进一步分类。用11、12、13……；21、22、23……；31、32、33……；……表示。
A4.交通标线编码仅对道路上的导向箭头标记进行编码，交通标线编码的区分编码用JX表示。编码的类型包括直行导向箭头、直左导向箭头、直右导向箭头等10种，分别用01～10表示。若同一点位置或同一线位置含有两种或两种以上相同类型的导向箭头标记，则在编码后加上A、B、C……加以区分。例如JX01A、JX01B、JX01C分别表示同一点位置或线位置的三个直行导向箭头。
A5.重点单位编码，重点单位编码的区分编码用ZD表示，是对使卫星导航系统产生遮挡或干扰的单位进行编码，按照同一路段由起点至终点的重点单位顺序进行编码，为两位数字码。例如，370211-G204-1-P-ZD01表示黄岛区境内204国道的第一段的正向道路的第一个重点单位（隧道、高楼等）。
A6.车辆交互信息编码，车辆交互信息编码的区分编码用JH表示，对车辆的牌照号码进行编码并放置于车身外部，组成为JH+车牌号，其他车辆识别到牌照编码信息，便可在离线交通信息GIS数据库（4）中查询出该牌照车辆的车速、加速度等信息，从而进行车辆间信息的交互。
A7.交叉口类型编码对交叉口所属的类型予以说明，交叉口类型编码的区分编码用JC表示，交叉口类型包括T形、Y形、十字形、X形、错位、环形交叉口，分别用数字01～06表示。
A8.道路类型编码，道路类型编码的区分编码用LX表示，道路类型包括快速路、主干路、次干路、支路，分别用数字01～04表示。
A9.道路车道数编码，是对单向的车道数量进行编码，道路车道数的区分编码用CD表示，单向的车道数量一般为2～5条，分别用数字02～05表示。
A10.交通事故类型编码，交通事故的区分编码用SG表示，由于道路条件及其周围的环境因素引起的交通事故的原因主要包括急弯、长坡道、视距不足、多发团雾等，分别用数字01～04表示。
所述的交通信息编码方法模块（1）完成后，每个交通信息编码与交通设施、重点单位、车辆交互信息均一一对应。
所述的二维码卡片（2），由防水不干胶贴、反光二维码图案等组成，所述的反光二维码图案中存储的交通信息编码为混合字符，可运用混合字符的编码程序进行二维码图案的绘制，分为功能图形的绘制和编码区域的绘制两部分。绘制的过程如下所示。
B1.绘制的功能图形分为位置探测图形、定位图形两大部分。位置探测图形由三个黑白相间的大正方形嵌套组成，分别位于二维码左上角、右上角、左下角，定位图形由两条黑白相间的直线组成。由于储存的交通信息编码信息为混合字符编码，选用版本6，纠错级别为H的二维码图案较为合适，该版本的二维码图案存在校正图形，便于确定中心，纠正扭曲。
B2.绘制的编码区域包括交通数据信息，纠错信息与版本信息三部分。
B21.交通数据信息中记录二维码中存在的交通信息编码，交通信息编码属于混合字符，采用混合字符模式下的编码方式进行编码。即将源码分成两个字符一段，每段的第一个字符乘上45，再用第二个数字相加。因此每段变成了11bit的2进制码，如果字符个数只有1个，则用6bit表示。
B22.版本信息即二维码的规格，二维码符号共有40种规格的矩阵（一般为黑白色），选用的版本6的二维码图案为41×41的矩阵。
B23.纠错信息可以用于修正二维码损坏带来的错误，该二维码图案采用的H级纠错等级，最大30％的错误可以被纠正。
所述的二维码卡片的放置位置，对于交通标线（导向箭头），二维码卡片粘贴在导向箭头的尾部位置；对于交通标志，二维码卡片粘贴在交通标志牌的正下方的位置，且不影响交通标志牌的正常使用；对于重点单位，二维码卡片粘贴在距离重点单位前方道路的路面边缘线上；对于车辆交互信息，二维码卡片粘贴在车辆的尾部牌照下方的位置。
所述的车载二维码识别系统（3）运用图像式二维码解码技术。识别过程分为四个步骤：标志图像采集（31）、图像预处理（32）、定位与校正（33）、数据读取（34）、译码与纠错（35）。
C1.标志图像采集（31）是运用高清摄像机安装在车身外顶部的高清摄像机，自动捕捉拍摄放置有二维码卡贴的道路交通标志标线，进行交通标志二维码图像采集，并将生成的图片传输给图像预处理系统。
C2.图像预处理（32）的识别步骤分为以下三步：彩色图像灰度化、图像平滑处理、分割图像。
C21.彩色图像灰度化对原始采集的彩色图像进行灰度化处理，将彩色图像转化为灰色图像。彩色图像的每个图像素有R、B、G三个颜色分量，每个颜色分量的取值范围为0-255，而二维码是以黑白模块构成，而颜色不包含任何信息，所以首先要对采集到彩色图像进行灰度化处理。
C22.图像平滑处理是消除二维码图像中存在的噪声，提高二维码图像的质量，二维码图像的平滑处理采用中值滤波算法，中值滤波是当前像素邻域内所有像素值的中间值替代该像素值。
C23.分割图像模块是为了辨识和分析二维码目标，需要把二维码从一幅图像中孤立出来。二维码是由黑、白模块组成的，本身分割较为明显，所以二维码的图像分割采用二值化方法。二值化方法是通过先取阈值，然后用阈值对图像中每个像素进行判断，如果灰度值大于该阈值，则用灰度值的最大值替换该像素值。
C3.定位与校正（33）是运用定位算法在图像中找到二维码图形的确切位置，防止采集得到的二维码图像发生畸变，同时得到二维码的尺寸、所覆盖的区域范围、边缘等信息。
C4.数据读取（34）即通过解码器读取二维码中存储的二进制交通数据信息。
C5.译码和纠错（35）是通过编写的程序语言将得到的二进制信息（如版本格式信息、存储的道路交通信息等）进行译码，并通过RS纠错算法对数据进行纠错。
所述的离线交通信息GIS数据库（4）中的道路交通信息录入以下几个部分：标定该交通信息位置的高清地图、交通标志（标线）的图案及名称、重点单位名称、道路的车道数、交叉口类型、道路类型、历史记录中该位置引起交通事故的原因等。
所述的车载导航控制系统（5）用于将车载二维码识别系统（3）得到的信息以文字和语音的方式显示以提醒驾驶员。包括信息显示模块（51）、语音提示模块（52）和自动控制模块（53）三部分。
所述的信息显示模块（51）是当车辆识别出二维码中的编码信息后，查询出交通信息数据库中相匹配的道路交通信息，调用信息显示模块，通过文字和图片的形式向驾驶员传递当前的道路交通信息。若车辆运行出现危险，根据车辆运行的速度不同，信息显示界面会出现不同的预警信息以提示驾驶员谨慎驾驶。
所述的语音提示模块（52），利用文本转语音技术提示车辆驾驶员交叉口（路段）名称、车道数、行车指令（如左转、右转、直行、掉头等），并显示与目的地的距离，预计剩余时间等交通信息。若车速大于规定的速度阈值时,则调用安全警告模块，此时语音提示会通过提高声音的分贝、发出警报声音来对驾驶员进行安全警告。
所述的自动控制模块（53），以a1、a2作为驾驶人不同感受等级的减速度阈值（a1＜a2），根据当前车辆距离路口的距离s计算出车辆能匀速到路口停车的速度阈值v1、v2，若车辆当前行驶速度为v，则：（1）v＜v1时，仅信息提示；（2）v1≤v＜v2时，信息提示并且播报一级危险预警；（3）v≥v2时，播报二级危险预警并进行辅助制动。
最后所应说明的是，本技术领域人员对本方案进行修改或者等同替换，都不脱离本技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.本发明提出了一种基于二维码识别的交通信息获取方法与系统，其特征在于，该方法包括交通信息（道路交通设施、交通条件等）编码方法模块、二维码卡片、车载二维码识别系统、离线交通信息GIS数据库、车载导航控制系统。
2.根据权利要求1所述的交通信息（道路交通设施、交通条件等）编码方法模块，其特征在于，根据车辆导航信息的需要，由位置信息编码、类型信息编码和条件信息编码三部分组成；
2.1）所述的位置信息编码，根据道路交通信息所处的位置不同，分为点位置编码和线位置编码，其中点位置编码包括6位的行政区号和3位的点编号，线位置编码包括6位的行政区号、7位的道路区段编号和1位的道路方向编号；
2.2）所述的类型信息编码，根据道路交通设施类型的不同，分为交通标志编码（10位）、交通标线编码（5位）、重点单位编码（4位）、车辆交互信息编码（9位），在编码的开头用不同的字母以示区分；
2.3）所述的条件信息编码，均为4位编码，根据道路交通条件的不同，分为交叉口类型编码、道路类型编码、道路车道数编码、交通事故类型编码，在编码的开头用不同的字母以示区分。
3.根据权利要求1所述的二维码卡片，其特征在于，由防水不干胶贴、反光二维码图案等组成，放置在交通设施、重点单位及车辆的特定位置；所述的反光二维码图案上面携带有编写好的交通信息编码，故每个交通设施、重点单位及车辆都唯一对应一个标准GIS编码，可以在离线交通信息GIS数据库中查询到相对应的信息。
4.根据权利要求1所述的车载二维码识别系统，其特征在于，运用图像式二维码解码技术，由高清摄像机、图像预处理系统、解码器等部分组成；
4.1）所述的高清摄像机，自动捕捉拍摄粘贴有二维码卡片的道路交通设施、重点单位、车辆等，进行二维码的图像采集，并将生成的图片传输给图像预处理系统；
4.2）所述的图像预处理系统，安装在车身内部，包含三个部分：彩色图像灰度化模块、图像平滑处理模块、分割图像模块；
对原始采集的彩色图像进行灰度化处理，将彩色图像转化为灰色图像，并消除图像中可能存在的噪声，把二维码从一幅图像中孤立出来；
4.3）所述的解码器，放置在车身的内部，与图像处理系统相连，进行交通标志标线上二维码图像的定位、校正、数据读取、译码和纠错。
5.根据权利要求1所述的离线交通信息GIS数据库，其特征在于，包括信息存储模块、信息录入模块、用户交互模块；
5.1）所述的信息存储模块，包含了该区域所有道路的道路交通信息，包括标定该交通信息位置的高清地图，交通信息的图片、名称及释义，道路的车道数，交叉口类型，道路类型，历史记录中该位置多发交通事故类型等；
5.2）所述的信息录入模块，用于及时采集、更正道路上的各种信息，若道路信息出现更改，则数据库的管理人员可以直接在数据库中更改交通信息；
5.3）所述的用户交互模块，让使用者在该数据库网站通过车牌照号码注册账号，数据库可以接收到使用者的意见和建议，从而在数据库中存储更多的信息，提供更多的服务。
6.根据权利要求1所述的车载导航控制系统，其特征在于，包括语音安全提示模块、信息显示模块和自动控制模块三部分；
6.1）所述的语音安全提示模块，分为常规语音提示和安全警告两部分，常规语音提示模块是在导航中利用文本转语音技术，通过实时调用语音库实现文本提示到语音提示的转换，安全警告模块是当车辆即将出现危险情况时,则调用安全警告模块进行语音提示预警；
6.2）所述的信息显示模块，是车辆二维码识别系统扫描二维码之后，调用交通信息数据库中的信息，并在车载导航系统中的信息显示模块进行显示，通过文字和图片的形式向驾驶员传递当前的道路交通信息，若出现紧急情况，信息显示界面会出现预警信息以提示驾驶员谨慎驾驶；
6.3）所述的自动控制模块，当车辆目前的行驶速度大于所规定的速度阈值，有违反交通规则或出现交通事故的危险时，及时控制车辆自动制动。
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