CN115439941A - 一种自助发卡机及高速公路自助发卡系统 - Google Patents

一种自助发卡机及高速公路自助发卡系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种自助发卡机及高速公路自助发卡系统，包括：发卡机本体；机械臂组件，活动设置于发卡机本体一侧；发卡组件，设置于机械臂组件一端，包括：箱体，设有收卡腔；辊组机构，位于收卡腔内，包括上下并排设置的第一辊组和第二辊组，第一辊组和第二辊组具有间隙；第三驱动电机，设置于箱体顶部，通过传动机构连接第一辊组上，实现车道自助发卡，实现收费智能化，节省高速公路管理公司营运成本。

Description

一种自助发卡机及高速公路自助发卡系统
技术领域
本发明涉及自助发卡系统技术领域，具体涉及一种自助发卡机及高速公路自助发卡系统。
背景技术
目前高速公路收费模式采用入口发卡机自助发卡，办发卡机无人值守，无法识别车型，因此只能发放无车型通行卡，出口按称重重量(货车)或座位数(客车)收费。2020年1月1日全国高速公路取消省界收费站以来，全国高速公路的收费模式统一为按车型收费模式，因此要求所有入口车辆进行精确的车型识别。
现有的高速公路自助发卡机只能发放无车型判别数据的通行卡，在汽车行驶状态下无法智能实现对车长和车高的计算，从而实现对车型的判断，进而实现智能发卡，货车在装货物时，车厂与车高可能会发生改变，根据现有的固定车型的长高比确定车长与车高从而确定另一项数据进而实现车型判断的方法太过片面，无法实现精确地对车型的确定，也可改为人工发卡的模式，由人工进行车型判断，但人工操作存在对操作员素质要求高，夜间视线不清楚导致误判，人工成本高等不足。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供了一种自助发卡机及高速公路自助发卡系统，其自助发卡机能够实现车道自助发卡，实现收费智能化，节省高速公路管理公司营运成本。
本发明采用以下技术方案：
一种自助发卡机，包括：发卡机本体；机械臂组件，活动设置于发卡机本体一侧；发卡组件，设置于机械臂组件一端，包括：箱体，设有收卡腔；辊组机构，位于收卡腔内，包括上下并排设置的第一辊组和第二辊组，第一辊组和第二辊组具有间隙；第三驱动电机，设置于箱体顶部，通过传动机构连接第一辊组上。
作为优选，所述收卡腔上开设有限位槽，所述限位槽上对称滑动连接有两个收拢板，两个所述收拢板位于所述收卡腔的两侧，所述收拢板外壁设有连接板，所述箱体底部设有驱动组件，所述驱动组件与两个所述连接板相连。
作为优选，所述驱动组件包括第四驱动电机，所述第四驱动电机两端设有螺纹方向相反的丝杆，每个所述丝杆上均螺纹连接有丝杆套，所述丝杆套与所述连接板连接，所述箱体两侧壁对称固定连接有支架，所述支架与所述丝杆端部转动连接。
作为优选，所述收卡腔的进口处设有上下对称的清洁板，两个所述清洁板之间具有空隙。
作为优选，所述发卡机本体靠近发卡组件的一侧壁上设置有弹性套，所述弹性套远离发卡机本体的一端固定连接有接卡头，所述发卡机本体外壁固定连接有回收槽，所述回收槽处于接卡头的下方。
作为优选，所述机械臂组件包括设置在发卡机本体一侧的第一线性丝杠模组，所述第一线性丝杠模组上滑动连接有第二线性丝杠模组，所述第二线性丝杠模组上滑动连接第一机械臂，所述第一机械臂上转动连接有第二机械臂，所述第二机械臂远离所述第一机械臂的一端固定连接有发卡组件。
一种高速公路自助发卡系统，包括车辆分离装置、车型识别设备、车型验证装置和自助发卡机，所述车辆分离器、车型识别设备和车型验证装置依次安装于收费站入口收费车道岛头并与入口设置一定距离，所述自助发卡机安装于收费站入口收费车道岛尾。
作为优选，所述自助发卡系统包括一种自助发卡方法，所述自助发卡方法包括：S100：通过高速摄像机拍摄到北背景出现次数对车辆进行分离，进行同一辆车的车型鉴定；S200:通过车型识别设备中的车轮检测模块、单双轮识别装置进行客货车分离；S300：通过高速摄像机与雷达测速装置计算出车长并得出初步车型，得出车型的长高比，计算出初步车高；S400：通过多传感器对车高进行计算，与计算车高进行比较，得出实际车型；S500：通过自助发卡机打印装车库位信息条，并发给用户。
作为优选，所述S300中得出初步车型的步骤为：S301：实时提取拍摄的交通运行图像，并对图像进行缩放预处理，缩放尺寸为320*320像素；S302：使用改进后的RefineDet模型对实时拍摄的交通运行图像中以100帧/s的速率进行拍摄的图像进行车辆目标检测，并输出相应拍出整辆车所需的帧数对应的时间t，通过雷达测速装置测出车辆速度v，并计算出车长L＝vt；S303：通过车长初步预测车型，并根据特定车型的固定长高比初步计算出车高H。
作为优选，所述S400中还包括：S401：通过多传感器检测出汽车行驶时相对不变的最低点高度H1与最高点高度H2；S402：得出汽车实际高度H’＝H2-H1；S403：设置误差阈值为0.08，计算出H1与H2的误差
Figure BDA0003788721030000031
若η＜0.8％，则输出初步判定车型，若η大于0.8％，则根据L与H’的数据确定最终车型。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供了一种自助发卡机，通过第三驱动电机驱动第一辊组进行转动，使得CPC卡通过第一辊组和第二辊组发之间的空隙进行收发卡，通过发卡机本体、机械臂组件、发卡组件的配合能够实现车道自助发卡，实现收费智能化，节省高速公路管理公司营运成本。
2、本发明还提供了一种高速公路自助发卡系统，首先通过背景出现次数进行车辆分离从而对一辆车进行测量、通过车轮检测模块、单双轮识别装置进行客货车种类分离，然后通过高速摄像机设置固定帧率拍摄正对行驶车辆的整车侧身图所需时间和雷达测速装置检测出的车辆速度进行计算得出车长，通过固定车型的长高比得出初步车高，再通过多种传感器计算出实际车高，从而确定车型，进行自助发卡，本发明最大化利用发卡机资源，减少人力成本，设计收费站车道车型识别的系统，可以实现车型自动判断、车道自助发卡，实现收费智能化，节省高速公路管理公司营运成本。
附图说明
图1是本发明基于智能车型识别的高速公路自助发卡系统的模块结构图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明操作流程图。
图4是本发明自助发卡机立体结构示意图。
图5是本发明第一线性丝杠模组以及第二线性丝杠模组立体结构示意图。
图6是本发明箱体立体结构第一视角示意图。
图7是本发明箱体立体结构第二视角示意图。
图8是本发明A处放大图。
图9是本发明箱体剖视示意图。
图10是本发明完好的CPC卡插入接卡头的示意图。
图11是本发明弯折的CPC卡插入接卡头的示意图。
图中，车辆分离装置1、车型识别设备2、车型验证装置3、自助发卡机4、第一线性丝杠模组401、滑块402、第二线性丝杠模组403、安装板404、第一机械臂405、第二机械臂406、第一驱动电机407、接卡头408、箱体409、安装口410、第二驱动电机411、收卡腔412、第一辊组413、第二辊组414、第三驱动电机415、限位槽416、收拢板417、连接板418、清洁板419、第四驱动电机420、外轴421、丝杆422、丝杆套423、支架424、连接耳425、弹性套426、回收槽427、收费车道岛尾5、收费车道岛头6、手动栏杆7、自动栏杆8。
具体实施方式
为了便于理解本发明技术方案，以下结合附图与具体实施例进行详细说明。
实施例1
如图4-11所示，一种自助发卡机，自助发卡机包括发卡机本体、设置在发卡机本体一侧的第一线性丝杠模组401，第一线性丝杠模组401上滑动连接有滑块402，滑块402上固定连接有第二线性丝杠模组403，第二线性丝杠模组403上滑动连接有安装板404，安装板404上固定连接有第一机械臂405，第一机械臂405上转动连接有第二机械臂406，第一机械臂405端部固定连接有第一驱动电机407，第一驱动电机407输出轴与第二机械臂406固定连接，第二机械臂406远离第一机械臂405的一端固定连接有发卡组件。
具体的：第一线性丝杠模组401用于控制发卡组件水平移动，从而适应车辆相对于自助发卡机4的水平距离，第二线性丝杠模组403用于控制发卡组件垂直移动，从而适应车辆的高度，第一驱动电机407用于控制第二机械臂406进行旋转，从而改变发卡组件的朝向，以使得发卡组件能够朝向车辆或者朝向发卡机本体，从而便于收发CPC卡；
可以理解的是，车辆驶入自助发卡机4一侧的时候，每辆车辆相对于自助发卡机4的距离以及高度都不一样，本发明能够有效地杜绝距离以及高度的影响，将CPC卡送入到驾驶员方便拿取的位置或者方便将驾驶员递出的CPC卡收回到自助发卡机4中。
发卡组件包括箱体409，箱体409一端开设有安装口410，第二机械臂406远离第一机械臂405的一端安装于安装口410，且第二机械臂406远离第一机械臂405一端的内部固定连接有第二驱动电机411，第二驱动电机411输出轴与安装口410内壁固定连接，箱体409内开设有收卡腔412，收卡腔412内壁由上而下依次设置有第一辊组413以及第二辊组414，且第一辊组413与第二辊组414之间具有空隙，箱体409顶部固定连接有第三驱动电机415，第三驱动电机415通过带传动的方式与第一辊组413相连，第一辊组413以及第二辊组414均由多个辊筒通过带传动的方式进行相连。
具体的：收卡过程中，第三驱动电机415启动，从而带动第一辊组413进行旋转，驾驶员将CPC卡沿着收卡腔412的开口送入，在第一辊组413旋转摩擦的作用下，使得CPC卡进入到收卡腔412中，然后第二机械臂406在第一驱动电机407旋转的作用下复位，且箱体409在第二驱动电机411旋转的作用下进行转向，使得收卡腔412的开口朝向自助发卡机4，然后通过第一线性丝杠模组401控制箱体409朝自助发卡机4方向水平复位，接着第三驱动电机415反向旋转，将收卡腔412中的CPC卡插入在自助发卡机4上，完成收卡动作，发放卡片的动作与上述相反即可。
收卡腔412上开设有限位槽416，限位槽416上对称滑动连接有两个收拢板417，两个收拢板417处于收卡腔412的两侧，收拢板417外壁固定连接有连接板418，箱体409底部固定连接有驱动组件，驱动组件与两个连接板418相连；
收卡腔412进口处固定连接有清洁板419，清洁板419有两个且上下对称，两个清洁板419之间具有空隙。
具体的：在收卡之前，通过驱动组件控制两个收拢板417进行背向的同步移动，使得收卡腔412的插入口变宽，方便驾驶员将CPC卡插入在收卡腔412中，提高插卡的效率，加快通行时间，并且CPC卡随着第一辊组413进入收卡腔412的同时，收拢板417相向同步移动，从而同时推动CPC卡进行宽度方向的水平移动，使得CPC卡对齐收卡腔412，从而CPC卡在从收卡腔412进入到自助发卡机4中的时候也能够对齐自助发卡机4中的入卡口，提高CPC卡插入在自助发卡机4中的准确性；
其中，收拢板417背向移动之后，收拢板417与收卡腔412外侧壁之间的距离应小于CPC卡的宽度，避免CPC卡的掉落；
并且，CPC卡在从收卡腔412中出来以及进入的时候，清洁板419能够对CPC卡的外壁进行清洁，避免细小的沙子等固体杂物附着在CPC卡上，也可以在清洁板419上包裹有浸了消毒水的海绵，从而能够对CPC卡进行消毒处理，且驾驶员在将CPC卡插入收卡腔412中的时候，清洁板419外壁的倾斜导向面能够为CPC卡对齐插入收卡腔412提供引导作用，提高插入的准确性；
可以理解的是：在高速公路行驶过程中，对于CPC卡的放置，驾驶员通常不会特别留意，有些车主车内环境差，容易导致CPC卡外壁吸附固体杂物、细菌或者其余的杂物，固体杂物在进入到自助发卡机4中的入口时会造成卡顿甚至入卡口的损坏，本发明中在CPC卡进入自助发卡机4之前进行清洁处理，能够有效地保障CPC卡进入自助发卡机4的流畅度，而通过清洁板419外壁的倾斜导向面能够加大CPC卡插入的开口面积并能够进行CPC卡插入动作的引导，降低驾驶员对齐插入的难度。
驱动组件包括第四驱动电机420，第四驱动电机420两端均固定连接有外轴421，两个外轴421均固定连接有丝杆422，且两个丝杆422的螺纹方向相反，每个丝杆422上均螺纹连接有丝杆套423，丝杆套423与连接板418固定连接，箱体409两侧壁对称固定连接有支架424，支架424与丝杆422端部转动连接。
具体的：第四驱动电机420驱动带动两个丝杆422进行双向旋转，从而通过连接板418可以控制丝杆套423进行横向往复移动，从而带动收拢板417同步移动，实现收拢板417横向往复移动，丝杆424通过支架424进行转动支撑，且限位槽416对收拢板417旋转的旋转作用用于同步对丝杆套423进行旋转限位，从而保障直线移动的进行。
箱体409由上框板以及下框板共同组成，上框板与下框板上均固定连接有连接耳425，连接耳425通过螺丝进行固定，从而固定箱体409的结构，同时也便于箱体409的拆开，使得箱体409内部结构便于修护以及清洁。
发卡机本体靠近发卡组件的一侧壁上设置有弹性套426，弹性套426远离发卡机本体的一端固定连接有接卡头408，发卡机本体外壁固定连接有回收槽427，回收槽427处于接卡头408的下方。
具体的：参阅图10、图11，CPC卡在驾驶员的手中可能会因为意外导致CPC卡的弯折，弯折的CPC卡强行插入接卡头408中会导致CPC卡以及接卡头408的损坏，在第一辊组413正常旋转出卡的过程中，CPC卡的弯折部分无法与接卡头408对齐，此时当第一辊组413正常出卡的旋转动作完成之后，CPC卡会向下掉落，从而进入到回收槽427中，这时CPC卡无法进入到接卡头408中，也就意味着无法读取卡片信息，那么通道上的自动栏杆就无法打开，此时能够对驾驶员将CPC卡折弯的行为进行处理，避免驾驶员强行插入折弯的CPC卡，从而进行逃离。
一种高速公路自助发卡系统，包括车辆分离装置1、车型识别设备2、车型验证装置3和自助发卡机4，所述车辆分离器1、车型识别设备2和车型验证装置3依次安装于收费站入口收费车道岛头6并与入口设置一定距离，所述自助发卡机4安装于收费站入口收费车道岛尾5，所述车辆分离装置1用于分离连续车辆，并将分离出来的车辆图像传送至所述车型识别设备2，所述车型识别设备2根据该车辆图像初步计算识别车辆类型，并将车型识别数据传输至车型验证装置3，所述车型验证装置3验证车型信息并将正确车型信息发送到自助发卡机4，所述自助发卡机4以该车型识别数据为依据发放CPC卡。
具体的，所述车辆分离装置1采用高速摄影机抓取经过收费站入口收费车道岛头4的车辆侧面图形，车辆分离装置1包括收费车道一侧与收费车道垂直设置的高速摄像机和位于收费车道另一侧与高速摄像机正对的背景，具体分离车辆的方法如下：
找到车头、车尾时刻，从拼接缓存大图中将车头至车尾的片段抠出“车侧图”，因车形状各样，算法不好直接准确识别出车头和车尾，车辆分离算法主要思路为找背景，如背景被挡则有车，直至背景露出则车离开。
所述车型识别设备2由车轮检测模块、单双轮识别装置、雷达测速装置组成。
其中车型识别设备2各模块功能如下：由车轮检测模块、单双轮识别装置进行客货分离；由高速摄像机与雷达测速装置计算初步车长，并得出车型的长高比，计算出初步车高；
所述车型验证装置3包括多传感器和车型输出模块，所述多传感器对车高进行计算，与计算车高进行比较，得出实际车型，车型决策等算法后，输出最终车型。其中客货分离算法又包含反光带识别，包含皮卡的客货深度学习识别算法等。各模块缺一不可，其中有错将对最终车型结果造成影响。
优选的，所述收费站入口收费车道岛头4对应所述车辆分离器1前方设有手动栏杆7，可根据现场交通情况手动控制栏杆的升降。所述收费站入口收费车道岛尾5对应所述自助发卡机4后方设有自动栏杆8，当所述自助发卡机4发放CPC卡后，所述自动栏杆自动抬杆，车辆进入高速公路。
所述自助发卡系统包括一种自助发卡方法，所述自助发卡方法包括：
S100：通过高速摄像机拍摄到北背景出现次数对车辆进行分离，进行同一辆车的车型鉴定；
S200:通过车型识别设备2中的车轮检测模块、单双轮识别装置进行客货车分离；
S300：通过高速摄像机与雷达测速装置计算出车长并得出初步车型，得出车型的长高比，计算出初步车高；
S400：通过多传感器对车高进行计算，与计算车高进行比较，得出实际车型；
S500：通过自助发卡机4打印装车库位信息条，并发给用户。
其中，所述S300中得出初步车型的步骤为：
S301：实时提取拍摄的交通运行图像，并对图像进行缩放预处理，缩放尺寸为320*320像素；
S302：使用改进后的RefineDet模型对实时拍摄的交通运行图像中以100帧/s的速率进行拍摄的图像进行车辆目标检测，并输出相应拍出整辆车所需的帧数对应的时间t，通过雷达测速装置测出车辆速度v，并计算出车长L＝vt；
S303：通过车长初步预测车型，并根据特定车型的固定长高比初步计算出车高H。
具体的，所述改进后的RefineDet模型是指，结合区域卷积神经网络RCNN与目标检测算法SSD的优势，使用经典分类模型VGG16作为基网络的目标检测模型RefineDet进行优化，优化实现方法为在RefineDet特征提取部分额外添加卷积层Conv7_1、Con7_2、Conv8_1和Conv8_2以加深网络结构；通过在RefineDet模型的分类损失上采用新的Focal Loss损失，优化网络的损失函数，使用隧道内车辆目标数据集对目标检测模型RefineDet进行训练，得到改进后的RefineDet模型。
所述S400中还包括：
S401：通过多传感器检测出汽车行驶时相对不变的最低点高度H1与最高点高度H2；
S402：得出汽车实际高度H’＝H2-H1；
S403：设置误差阈值为0.08，计算出H1与H2的误差
Figure BDA0003788721030000111
若η＜0.8％，则输出初步判定车型，若η大于0.8％，则根据L与H’的数据确定最终车型。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围以权利要求所限定的范围为准，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内作出的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自助发卡机，其特征在于，包括：
发卡机本体；
机械臂组件，活动设置于发卡机本体一侧；
发卡组件，设置于机械臂组件一端，包括：
箱体(409)，设有收卡腔(412)；
辊组机构，位于收卡腔(412)内，包括上下并排设置的第一辊组(413)和第二辊组(414)，第一辊组(413)和第二辊组(414)具有间隙；
第三驱动电机(415)，设置于箱体(409)顶部，通过传动机构连接第一辊组(413)上。
2.根据权利要求1所述的一种自助发卡机，其特征在于，所述收卡腔(412)上开设有限位槽(416)，所述限位槽(416)上对称滑动连接有两个收拢板(417)，两个所述收拢板(417)位于所述收卡腔(412)的两侧，所述收拢板(417)外壁设有连接板(418)，所述箱体(409)底部设有驱动组件，所述驱动组件与两个所述连接板(418)相连。
3.根据权利要求2所述的一种自助发卡机，其特征在于，所述驱动组件包括第四驱动电机(420)，所述第四驱动电机(420)两端设有螺纹方向相反的丝杆(422)，每个所述丝杆(422)上均螺纹连接有丝杆套(423)，所述丝杆套(423)与所述连接板(418)连接，所述箱体(409)两侧壁对称固定连接有支架(424)，所述支架(424)与所述丝杆(422)端部转动连接。
4.根据权利要求1所述的一种自助发卡机，其特征在于，所述收卡腔(412)的进口处设有上下对称的清洁板(419)，两个所述清洁板(419)之间具有空隙。
5.根据权利要求1所述的一种自助发卡机，其特征在于，所述发卡机本体靠近发卡组件的一侧壁上设置有弹性套(426)，所述弹性套(426)远离发卡机本体的一端固定连接有接卡头(408)，所述发卡机本体外壁固定连接有回收槽(427)，所述回收槽(427)处于接卡头(408)的下方。
6.根据权利要求1所述的一种自助发卡机，其特征在于，所述机械臂组件包括设置在发卡机本体一侧的第一线性丝杠模组(401)，所述第一线性丝杠模组(401)上滑动连接有第二线性丝杠模组(403)，所述第二线性丝杠模组(403)上滑动连接第一机械臂(405)，所述第一机械臂(405)上转动连接有第二机械臂(406)，所述第二机械臂(406)远离所述第一机械臂(405)的一端固定连接有发卡组件。
7.一种高速公路自助发卡系统，其特征在于，包括车辆分离装置(1)、车型识别设备(2)、车型验证装置(3)和自助发卡机(4)，所述车辆分离器(1)、车型识别设备(2)和车型验证装置(3)依次安装于收费站入口收费车道岛头(6)并与入口设置一定距离，所述自助发卡机(4)安装于收费站入口收费车道岛尾(5)。
8.根据权利要求7所述的一种高速公路自助发卡系统，其特征在于，所述自助发卡系统包括一种自助发卡方法，所述自助发卡方法包括：
S100：通过高速摄像机拍摄到北背景出现次数对车辆进行分离，进行同一辆车的车型鉴定；
S200:通过车型识别设备(2)中的车轮检测模块、单双轮识别装置进行客货车分离；
S300：通过高速摄像机与雷达测速装置计算出车长并得出初步车型，得出车型的长高比，计算出初步车高；
S400：通过多传感器对车高进行计算，与计算车高进行比较，得出实际车型；
S500：通过自助发卡机(4)打印装车库位信息条，并发给用户。
9.根据权利要求8所述的一种高速公路自助发卡系统，其特征在于，所述S300中得出初步车型的步骤为：
S301：实时提取拍摄的交通运行图像，并对图像进行缩放预处理，缩放尺寸为320*320像素；
S302：使用改进后的RefineDet模型对实时拍摄的交通运行图像中以100帧/s的速率进行拍摄的图像进行车辆目标检测，并输出相应拍出整辆车所需的帧数对应的时间t，通过雷达测速装置测出车辆速度v，并计算出车长L＝vt；
S303：通过车长初步预测车型，并根据特定车型的固定长高比初步计算出车高H。
10.根据权利要求8所述的一种高速公路自助发卡系统，其特征在于，所述S400中还包括：
S401：通过多传感器检测出汽车行驶时相对不变的最低点高度H1与最高点高度H2；
S402：得出汽车实际高度H’＝H2-H1；
S403：设置误差阈值为0.08，计算出H1与H2的误差
Figure FDA0003788721020000031
若η＜0.8％，则输出初步判定车型，若η大于0.8％，则根据L与H’的数据确定最终车型。
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