CN111024570A - 一种机动车尾气黑烟仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于尾气监测技术领域，提供了一种机动车尾气黑烟仿真系统，包括安装在测试道路上的气象采集仪和摄像机，以及设置在测试车辆上的显示装置、中心处理单元和地面摄像机，所述气象采集仪和摄像机通过通讯装置与所述中心处理单元通讯，所述气象采集仪用于实时采集气象数据，所述摄像机用于对测试车辆进行抓拍；所述显示装置和地面摄像机与中心处理单元通讯，所述地面摄像机用于获取地面的图片特征，中心处理单元生成黑烟仿真图像，本发明的有益效果是：其结合增强现实技术AR、空气流体力学扩散模型和高频LED宽视角显示技术，实现机动车尾气黑烟可复用、可调参、无污染的仿真，为黑烟车视频抓拍设备提供一种可用的计量校准标准参照。
Description
技术领域
本发明涉及尾气监测技术领域，尤其涉及一种机动车尾气黑烟仿真系统及方法。
背景技术
新兴的黑烟车视频抓拍手段，通过摄像机摄录道路行驶中的车辆，利用移动跟踪、图像AI识别技术，对车辆尾气进行黑烟识别和抓拍取证，从而达到监管目标。目前对黑烟车视频抓拍设备暂无有效的计量检定方法，关键在于缺乏适用于摄像机抓拍的机动车尾气黑烟的仿真装置，现有的仿真手段包括以下几种：
（1）粒子发生器
通过燃烧碳黑气溶胶发生原理，使用扩散火焰或是预混火焰，产生真实的燃烧碳黑气溶胶颗粒，粒径范围在纳米级，浓度上限108particle/cm3，这种粒子直径过小、浓度上限过低，不足以产生柴油机燃烧碳黑一样肉眼可见的黑烟。
（2）烟雾发生器
使用压缩空气和标准粒子稀释液，通过高速气流雾化头喷射方式，形成雾滴，再与其余洁净空气混合干燥后，形成单分散的标准悬浮微粒，此方法烟雾颜色取决于标准粒子稀释液的成分，均为浅色，无法达到柴油机碳颗粒物的黑色，会对视频黑烟识别造成干扰误判。
（3）化学燃烧
利用气体或其他化学物质进行燃烧产生黑烟，这种方法仿真效果最好，但黑烟浓度难以控制，黑烟中存在大量有害物质，直接排放到空气中污染环境，且此类燃烧装置难以加装在机动车上模拟行驶中的车辆，并存在一定危险性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种机动车尾气黑烟仿真系统及方法，旨在解决现有技术缺乏适用于摄像机抓拍的机动车尾气黑烟的仿真装置。
本发明实施例是这样实现的，一种机动车尾气黑烟仿真系统，包括安装在测试道路上的气象采集仪和摄像机，以及设置在测试车辆上的显示装置、中心处理单元和地面摄像机，所述气象采集仪和摄像机通过通讯装置与所述中心处理单元通讯，所述气象采集仪用于实时采集气象数据，所述摄像机用于对测试车辆进行抓拍；所述显示装置和地面摄像机与中心处理单元通讯，所述地面摄像机用于获取地面的图片特征，中心处理单元生成黑烟仿真视频。
作为本发明进一步的方案：所述显示装置为全彩LED屏幕，所述全彩LED屏幕为非镜面屏。
作为本发明再进一步的方案：所述地面摄像机还用于对测试道路上的起点位置和终点位置进行拍摄，以确定测试起点和测试终点。
作为本发明再进一步的方案：所述通讯装置通过无线通讯方式实现摄像机、气象采集仪与所述中心处理单元的通讯。
本发明实施例的另一目的在于提供一种机动车尾气黑烟仿真方法，包括以下步骤：
S1，在测试道路上标定起点位置和终点位置，作为模拟黑烟产生的起始和结束位置；
S2，实时采集气象数据，将所得气象数据发送给中心处理单元；
S3，测试车辆行驶过测试道路上的起点位置和终点位置，所述测试车辆为零尾气排放的车辆；
S4，当测试车辆上的地面摄像机采集到起点位置时，开始进行黑烟模拟，中心处理单元根据地面摄像机采集到的地面图片特征，得出图片灰度、汽车速度和背景光强，并且中心处理单元获取测试车辆的实时车速信息，中心处理单元根据获取的测试车辆的实时速度信息以及输入的黑烟颗粒大小和汽车排量建立数学模型，导入空气流体力学扩散模型、黑烟浓度等级，并结合气象数据，动态生成黑烟仿真图像，叠加到现实背景上，通过增强现实AR方式，中心处理单元通过深度学习模拟产生黑烟视频，将黑烟视频通过显示装置进行显示，该显示装置显示的画面被安装在测试道路上的摄像机抓拍获得。
作为本发明进一步的方案：所述显示装置为全彩LED屏幕，所述全彩LED屏幕为非镜面屏，全彩LED屏幕的视角为160°。
作为本发明再进一步的方案：所述气象数据通过气象采集仪检测，所述气象数据包括风速、风向、温度、湿度和气压，所述气象采集仪与中心处理单元通讯。
作为本发明再进一步的方案：所述气象采集仪与中心处理单元通过无线方式通讯。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：其结合增强现实技术AR、空气流体力学扩散模型和高频LED宽视角显示技术，实现机动车尾气黑烟可复用、可调参、无污染的仿真，为黑烟车视频抓拍设备提供一种可用的计量校准标准参照。
附图说明
图1为一种机动车尾气黑烟仿真系统的控制原理图。
图2为一种机动车尾气黑烟仿真系统的结构示意图。
图3为一种机动车尾气黑烟仿真系统的工作原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1～2所示，为本发明一个实施例提供的一种机动车尾气黑烟仿真方法，包括以下步骤：
S1，在测试道路上标定起点位置和终点位置，作为模拟黑烟产生的起始和结束位置，起始和结束位置的标定方式可以通过在测试道路上画横线的方式；
S2，实时采集气象数据，将所得气象数据发送给中心处理单元；
S3，测试车辆行驶过测试道路上的起点位置和终点位置，所述测试车辆为零尾气排放的车辆；
S4，当测试车辆上的地面摄像机采集到起点位置时，开始进行黑烟模拟，中心处理单元根据地面摄像机采集到的地面图片特征，得出图片灰度、汽车速度和背景光强，并且中心处理单元获取测试车辆的实时车速信息，中心处理单元根据获取的测试车辆的实时速度信息以及输入的黑烟颗粒大小和汽车排量建立数学模型，导入空气流体力学扩散模型、黑烟浓度等级，并结合气象数据，动态生成黑烟仿真图像，叠加到现实背景上，通过增强现实AR方式，中心处理单元通过深度学习模拟产生黑烟视频，将黑烟视频通过显示装置进行显示，该显示装置显示的画面被安装在测试道路上的摄像机抓拍获得。
另外，在本实施例的一种情况中，还可以根据实际应用需要，对本实施例中所用的设备如气象采集仪、显示装置等设备的安装方式进行适应性改变。
如图1～2所示，作为本发明一个优选的实施例，所述显示装置为全彩LED屏幕，全彩LED屏幕的高刷新频率可以保证图像无频闪，此外，所述全彩LED屏幕为非镜面屏，用于保证在阳光等其他光源下无反光干扰，全彩LED屏幕的视角优选为160°，极宽可视角保证行驶过程造成的车辆与摄像机角度变化对摄录图像无影响。
全彩LED屏幕的参数如下：
像素间距：5mm；
像素密度：40000点/m2；
屏幕亮度：7500cd/m2；
使用寿命：8万小时；
平均无故障时间：1万小时；
刷新频率：300Hz。
如图1～2所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述气象数据通过气象采集仪检测，所述气象数据包括风速、风向、温度、湿度和气压，所述气象采集仪与中心处理单元通讯；进一步的来说，所述气象采集仪与中心处理单元通过无线方式通讯，如无线网络、4G、5G、蓝牙等无线通讯方式，具体不做限定。
如图1～2所示，本发明实施例还提供了一种机动车尾气黑烟仿真系统，包括安装在测试道路上的气象采集仪和摄像机，以及设置在测试车辆上的显示装置、中心处理单元和地面摄像机，其中，所述气象采集仪和摄像机通过通讯装置与所述中心处理单元通讯，所述气象采集仪用于实时采集气象数据，具体的来说，所述气象数据包括风速、风向、温度、湿度和气压，其可以通过通讯装置将所述气象数据发送给中心处理单元，所述摄像机用于对测试车辆进行抓拍；所述显示装置和地面摄像机与中心处理单元通讯，所述地面摄像机用于获取地面的图片特征，中心处理单元根据地面摄像机采集到的地面图片特征，得出图片灰度、汽车速度和背景光强，并且中心处理单元获取测试车辆的实时车速信息，中心处理单元根据获取的测试车辆的实时速度信息以及输入的黑烟颗粒大小和汽车排量建立数学模型，导入空气流体力学扩散模型、黑烟浓度等级，并结合气象数据，动态生成黑烟仿真图像，叠加到现实背景上，通过增强现实AR方式，中心处理单元通过深度学习模拟产生黑烟视频，所述显示装置用于播放黑烟视频，该黑烟视频可以被摄像机所抓拍到。
具体的来说，所述显示装置为全彩LED屏幕，全彩LED屏幕的高刷新频率可以保证图像无频闪，此外，所述全彩LED屏幕为非镜面屏，用于保证在阳光等其他光源下无反光干扰，全彩LED屏幕的视角优选为160°，极宽可视角保证行驶过程造成的车辆与摄像机角度变化对摄录图像无影响。
所述地面摄像机还用于对测试道路上的起点位置和终点位置进行拍摄，以或者测试起点或终点信号，测试道路上的起点位置和终点位置可以通过在测试道路上画白线的方式进行标定，当地面摄像机采集到白线时，通过对视频画面的分析，可以确定测试起点和测试终点，即开始进行测试以及视频画面的合成等等。地面摄像机、显示装置可以通过不锈钢锁扣或者不锈钢托架等安装在测试车辆上，只要能将上述部件进行安装即可，不对安装方式进行具体的限定。
在本实施例的一种情况中，为了仿真测试的便利性，所述通讯装置优选为无线通讯方式，如无线网络、4G、5G、蓝牙等无线通讯方式，具体不做限定。当然，如果能保证有线通讯方式下对测试车辆的运动不造成影响的话，也可以考虑使用有线通讯方式，如电缆等。
如图3所示，在本实施例的一种情况中，测试车辆在测试道路上行驶，所述测试车辆为零尾气排放的车辆，如电动车等，当地面摄像机拍摄到测试道路上的白线时，此时开始进行仿真测试，中心处理单元根据地面摄像机采集到的地面图片特征，得出图片灰度、汽车速度和背景光强，并且中心处理单元获取测试车辆的实时车速信息（具体可以通过与测试车辆CAN总线连接的方式进行速度获取），中心处理单元根据获取的测试车辆的实时速度信息以及输入的黑烟颗粒大小和汽车排量建立数学模型，导入空气流体力学扩散模型、黑烟浓度等级，并结合气象数据，动态生成黑烟仿真图像，叠加到现实背景上，通过增强现实AR方式，中心处理单元通过深度学习模拟产生黑烟视频，将黑烟视频通过显示装置进行显示。
本发明上述实施例提供了一种机动车尾气黑烟仿真系统，并基于该机动车尾气黑烟仿真系统提出了一种机动车尾气黑烟仿真方法，结合增强现实技术AR、空气流体力学扩散模型和高频LED宽视角显示技术，实现机动车尾气黑烟可复用、可调参、无污染的仿真，为黑烟车视频抓拍设备提供一种可用的计量校准标准参照。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种机动车尾气黑烟仿真系统，其特征在于，包括安装在测试道路上的气象采集仪和摄像机，以及设置在测试车辆上的显示装置、中心处理单元和地面摄像机，所述气象采集仪和摄像机通过通讯装置与所述中心处理单元通讯，所述气象采集仪用于实时采集气象数据，所述摄像机用于对测试车辆进行抓拍；所述显示装置和地面摄像机与中心处理单元通讯，所述地面摄像机用于获取地面的图片特征，中心处理单元生成黑烟仿真视频。
2.根据权利要求1所述的一种机动车尾气黑烟仿真系统，其特征在于，所述显示装置为全彩LED屏幕，所述全彩LED屏幕为非镜面屏。
3.根据权利要求1所述的一种机动车尾气黑烟仿真系统，其特征在于，所述地面摄像机还用于对测试道路上的起点位置和终点位置进行拍摄，以确定测试起点和测试终点。
4.根据权利要求1所述的一种机动车尾气黑烟仿真系统，其特征在于，所述通讯装置通过无线通讯方式实现摄像机、气象采集仪与所述中心处理单元的通讯。
5.一种机动车尾气黑烟仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在测试道路上标定起点位置和终点位置，作为模拟黑烟产生的起始和结束位置；
S2，实时采集气象数据，将所得气象数据发送给中心处理单元；
S3，测试车辆行驶过测试道路上的起点位置和终点位置，所述测试车辆为零尾气排放的车辆；
S4，当测试车辆上的地面摄像机采集到起点位置时，开始进行黑烟模拟，中心处理单元根据地面摄像机采集到的地面图片特征，得出图片灰度、汽车速度和背景光强，并且中心处理单元获取测试车辆的实时车速信息，中心处理单元根据获取的测试车辆的实时速度信息以及输入的黑烟颗粒大小和汽车排量建立数学模型，导入空气流体力学扩散模型、黑烟浓度等级，并结合气象数据，动态生成黑烟仿真图像，叠加到现实背景上，通过增强现实AR方式，中心处理单元通过深度学习模拟产生黑烟视频，将黑烟视频通过显示装置进行显示，该显示装置显示的画面被安装在测试道路上的摄像机抓拍获得。
6.根据权利要求5所述的一种机动车尾气黑烟仿真方法，其特征在于，所述显示装置为全彩LED屏幕，所述全彩LED屏幕为非镜面屏，全彩LED屏幕的视角为160°。
7.根据权利要求5所述的一种机动车尾气黑烟仿真方法，其特征在于，所述气象数据通过气象采集仪检测，所述气象数据包括风速、风向、温度、湿度和气压，所述气象采集仪与中心处理单元通讯。
8.根据权利要求7所述的一种机动车尾气黑烟仿真方法，其特征在于，所述气象采集仪与中心处理单元通过无线方式通讯。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112145976A (zh) * | 2020-08-12 | 2020-12-29 | 海隆石油工业集团有限公司 | 基于红外气云成像的探测系统、方法及应用该系统的机器人 |
| CN113049037A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-29 | 交通运输部天津水运工程科学研究所 | 一种尾气超标船舶的智能监测系统及方法 |
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- 2019-11-25 CN CN201911167161.9A patent/CN111024570A/zh active Pending
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