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电子车牌环境下交通路口车辆运行位置和速度的获取方法及逆行检测方法

基本信息

  • 申请号 CN201811377293.X 
  • 公开号 CN109493607A 
  • 申请日 2018/11/19 
  • 公开日 2019/03/19 
  • 申请人 哈尔滨工业大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 蒋贤才 谢志云  
  • 主分类号 G08G1/017 
  • 申请人地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号 
  • 分类号 G08G1/017;G08G1/052;G08G1/056;G08G1/08 
  • 专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 刘冰 
  • 有效性 审查中-实审 
  • 法律状态 审查中-实审
  •  

摘要

电子车牌环境下交通路口车辆运行位置和速度的获取方法及逆行检测方法,属于交通工程领域。
为了解决现有交通路口自适应控制方法所需控制数据对应的图像采集设备存在不能适用于各种天气的问题。
本发明基于设置在道路的交通路口处龙门架上的至少为两个读卡器实现的。
首先建立地面检测坐标系,并确定读卡器的位置坐标;然后读卡器发送并接收电磁波采集电子标签信息,并构建两个读卡器与电子标签的空间位置关系,并基于这个位置关系得到电子标签所在点V的位置坐标。
本发明适用于交通路口自适应控制的数据采集。
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权利要求书


1.电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法,是基于电子车牌信息检测系统实现的;所述电子车牌信息检测系统包括高度为h的龙门架、读卡器、设置于每个车辆上的电子标签;其特征在于,龙门架设置在道路的交通路口处;读卡器至少为两个,读卡器分别设置在龙门架上,每个读卡器之间距离为l,每个读卡器正对车辆行驶方向的道路;所述电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法,包括以下步骤:步骤一、检测坐标系的建立:建立地面检测坐标系,将道路所在的方向作为x轴,将龙门架在地面上的投影作为y轴,将龙门架的高度方向作为z轴,建立的三维坐标系便于计算车辆位置;确定读卡器的位置坐标:读卡器R1为(0,y1,h);读卡器R2为(0,y2,h);步骤二、车辆位置坐标的确定:读卡器Ri在tl时刻发射电磁波,在道路上的车辆对应的电子标签接收电磁波,然后将含有车辆信息的信号传递给读卡器,读卡器在tr时刻接收到返回的信息;得到电子标签与地面的距离h0,则有电子标签与读卡器Ri的直线距离Li如公式(1)所示: 式中,tl为读卡器发射出电磁波的时刻;tr为读卡器收到电子标签传送的信息的时刻;t′为传递损失时间;c为光速;从读卡器R1和读卡器R2向电子标签所在水平面投影,得到读卡器R1的投影点S1和读卡器R2的投影点S2;根据读卡器R1到电子标签所在点V的距离R1V得到投影点S1到电子标签所在点V的距离S1V,记为距离P1;根据读卡器R2到电子标签所在点V的距离R2V得到投影点S2到电子标签所在点V的距离S2V,记为距离P2;根据公式(4)、(5)、(6)得到电子标签所在点V的位置坐标V(xi,yi,zi), zi=h0 (6)将位置坐标V(xi,yi,zi)作为车辆的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法,其特征在于,所述得到投影点S1到电子标签所在点V的距离S1V的具体过程如下:读卡器R1到投影点S1的距离R1S1为h-h0;根据读卡器R1到电子标签所在点V的直线距离L1得到距离
3.根据权利要求1所述的电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法,其特征在于,所述得到投影点S2到电子标签所在点V的距离S2V的具体过程如下:读卡器R2到投影点S2的距离R2S2为h-h0;根据读卡器R2到电子标签所在点V的直线距离L2得到距离
4.电子车牌环境下交通路口车辆运行速度的获取方法,其特征在于,包括以下步骤:两次利用权利要求1至3之一所述的电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法获得车辆的位置坐标,并根据两次获得的车辆的位置坐标的时间确定车辆运行速度。
5.交通路口车辆逆行检测方法,其特征在于,包括以下步骤:两次利用权利要求1至3之一所述的电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法获得车辆的位置坐标,已知第一次检测时的时刻t1,车辆位置坐标V1(x1,y1,0);第二次检测时的时刻t2,车辆位置坐标V2(x2,y2,0),若x2-x1<0,则判断车辆此时逆向行驶。
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说明书

技术领域
本发明属于交通工程领域,具体涉及交通路口控制所需的数据采集方法。
背景技术
目前交通路口的车辆通行和放行都是基于固定时长的红绿灯控制;或者,行人手动按下绿灯按钮,等待一定时长后绿灯亮起,通过这种方式进行交通路口的控制。
这种方式存在控制适应能力差的问题,比如,有些横纵相交的交通路口的一个方向上的车流量较少,而与其相交方向上的车流量较多,这种方式还按照固定时长的红绿灯变化或者手动按键的红绿灯变化都会严重影响通行效率,甚至严重影响交通,造成拥堵。
目前,也有一些不定时长的交通信号灯控制方法,即自适应控制方法,这些方法需要交通路口的流量数据支持才能实现,主要是通过摄像头采集交通路口的车辆排队图像,然后基于图像的阈值分割算法确定出路口的等待通行的车辆数量,然后给交通控制信号灯的变化提供数据支撑,基于特定的算法计算出待通行车辆的方向上的放行时间。
这种方式能够有效的对交通路口进行控制,提高车辆的通行效率。
但是这种方式依然存在着诸多问题,比如,大雪天气、大雾天气、雾霾严重天气等都会造成能见度较低,针对这种能见度较低的情况,基于图像识别的交通控制数据采集方法就无法正常工作,并不能为交通控制提供数据支撑了。
并且,实际上目前的交通路口控制是没有考虑车辆速度数据的,也就是说目前需要的交通控制数据是不包括车辆速度数据的,也就是目前的设备并没有考虑这一点,也就对应的没有这方面的数据采集装置。
如果想要实现交通领域的自适应控制的话,是需要车辆速度数据的,但是上述的交通数据采集的方式仅仅能够获得排队车辆的数量,如果想要确定准确的通行时长还需要获得车辆的通行的速度,从而预测出通行时间并进行控制,目前的研究都是基于每个路口的建模确定车辆的通行速度或通行时间的。
实际上一般都是直接使用统计的通行时间数据作为通行时间的数据进行控制的。
也有一些基于建模确定通行速度的过程的方案,就是基于每天或者每月的各个时段的通行时间数据统计情况进行建模的方式确定车辆的通行速度的。
虽然这样能够考虑时间段流量的影响因素,但是由于车辆的通行速度具有一定的随机性和偶然性,例如每辆车的驾驶员的驾驶习惯是不同的,其对应的通行速度是具有随机性和偶然性的,所以导致其获得的车辆估计的速度并不能完全适用,还是不能较为准确的确定通行时间从而实现高效控制。
随着智能交通技术的发展,如果想要实现高效的交通控制就需要获得相对准确的数据支持,但是目前交通控制的基础数据支持严重影响了智能交通技术的发展。
为了给交通控制提供可靠的通行速度数据而获取交通路口的较为准确的车辆速度值,也是可以增加设备来实现的,例如在现有的交通路口基础上(现有的交通路口是不安装有测量测速装置的,车辆测速装置只是针对需要进行限速的路段增加的监控设备)增加车辆测速装置。
也就是为了实现车辆数量和速度数据的提供,需要车辆测速装置和摄像头等的图像捕捉装置;同时为了图像的处理还要具有强大运算能力的硬件,因为硬件要进行图像处理、阈值分割等一系列大量的运算,这样就导致数据采集需要很多硬件设备,需要花费大量成本。
发明内容
本发明为了解决现有交通路口自适应控制方法所需控制数据对应的图像采集设备存在不能适用于各种天气的问题。
电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法,是基于电子车牌信息检测系统实现的;所述电子车牌信息检测系统包括高度为h的龙门架、读卡器、设置于每个车辆上的电子标签;龙门架设置在道路的交通路口处;读卡器至少为两个,读卡器分别设置在龙门架上,;每个读卡器之间距离为l,每个读卡器正对车辆行驶方向的道路;所述电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法,包括以下步骤:步骤一、检测坐标系的建立:建立地面检测坐标系,将道路所在的方向作为x轴,将龙门架在地面上的投影作为y轴,将龙门架的高度方向作为z轴,建立的三维坐标系便于计算车辆位置;确定读卡器的位置坐标:读卡器R1为(0,y1,h);读卡器R2为(0,y2,h);步骤二、车辆位置坐标的确定:读卡器Ri在tl时刻发射电磁波,在道路上的车辆对应的电子标签接收电磁波,然后将含有车辆信息的信号传递给读卡器,读卡器在tr时刻接收到返回的信息;得到电子标签与地面的距离h0,则有电子标签与读卡器Ri的直线距离Li如公式(1)所示: 式中,tl为读卡器发射出电磁波的时刻;tr为读卡器收到电子标签传送的信息的时刻;t′为传递损失时间;c为光速;从读卡器R1和读卡器R2向电子标签所在水平面投影,得到读卡器R1的投影点S1和读卡器R2的投影点S2;根据读卡器R1到电子标签所在点V的距离R1V得到投影点S1到电子标签所在点V的距离S1V,记为距离P1;根据读卡器R2到电子标签所在点V的距离R2V得到投影点S2到电子标签所在点V的距离S2V,记为距离P2;根据公式(4)、(5)、(6)得到电子标签所在点V的位置坐标V(xi,yi,zi), zi=h0 (6)将位置坐标V(xi,yi,zi)作为车辆的位置坐标。
进一步地,所述得到投影点S1到电子标签所在点V的距离S1V的具体过程如下:读卡器R1到投影点S1的距离R1S1为h-h0;根据读卡器R1到电子标签所在点V的直线距离L1得到距离进一步地,所述得到投影点S2到电子标签所在点V的距离S2V的具体过程如下:读卡器R2到投影点S2的距离R2S2为h-h0;根据读卡器R2到电子标签所在点V的直线距离L2得到距离电子车牌环境下交通路口车辆运行速度的获取方法,包括以下步骤:两次利用所述的电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法获得车辆的位置坐标,并根据两次获得的车辆的位置坐标的时间确定车辆运行速度。
交通路口车辆逆行检测方法,其特征在于,包括以下步骤:两次利用所述的电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法获得车辆的位置坐标,已知第一次检测时的时刻t1,车辆位置坐标V1(x1,y1,0);第二次检测时的时刻t2,车辆位置坐标V2(x2,y2,0),若x2-x1<0,则判断车辆此时逆向行驶。
本发明具有以下有益效果:现有的交通路口的控制数据是基于摄像头等图像捕捉系统实现的,一旦遇到能见度较低的情况就不能有效、准确的工作,从而使自适应交通控制或者智能交通失去作用,导致交通路口的控制效率降低或者瘫痪,此时只能依靠交警进行控制。
但是本发明则完全不用考虑天气问题,无论是各种天气环境都能够正常工作,其对天气的适用率为100%,其适用性更强,本发明能够实现全年不间断工作。
实际上,交通控制所需的车辆数据可以基于摄像头等图像采集装置实现,但是其想要获得对应的数据需要强大的硬件设备支持,比如处理能力较强的、配置较高的图像处理设备或者数据运算设备,所以想要真正实现就需要花费高昂的设备投入成本。
并且实际上目前的交通路口数据是不包括车辆速度数据的,也就是目前的设备并没有考虑这一点,也就目前的交通路口控制系统没有这方面的设备,如果想好实现交通自适应控制就需要增加车辆测速装置,不仅仅会进一步增加设备的投入成本,而且将图像采集装置的车辆与测速装置采集的车速建立对应的映射关系,还学要一套运算设备或者在前述配置较高的数据运算设备基础上进一步加强处理能力,提高设备配置,进一步增加设备的投入成本。
但是本发明却可以很大程度上节省设备投入成本。
由于摄像头采集车辆的相关数据都是基于图像设备实现的,收到天气的制约。
即使没有本发明的设备需要,电子标签技术(单子车牌)是一种发展趋势,电子车牌今后必然会得到普及,等到单子车牌普及时,也必然会有电子标签的成本投入,所以本发明的电子标签设备的成本是不需要加在这套系统成本内的。
也就是说在电子车牌在车辆上配备的情况下,仅需要考虑读卡器的成本,相比上述设备的投入,本发明可以极大程度上节省设备的投入成本。
而且本发明的算法非常简单,不需要强大的硬件支持,仅需要处理能力不高的计算硬件就可以完成,相比上述设备的投入,能够进一步节省设备投入成本。
附图说明
图1为地面坐标系及读卡器位置示意图;图2为读卡器、投影点及电子标签的位置关系示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:电子车牌环境下交通路口车辆运行位置和速度的获取方法,是基于电子车牌信息检测系统实现的,所述电子车牌信息检测系统包括高度为h的龙门架、至少两个读卡器、设置于每个车辆上的电子标签。
电子标签最好设置在车辆的挡风玻璃前方,便于读卡器识别。
龙门架设置在道路的交通路口处,将读卡器分别设置在龙门架上,每个读卡器之间距离为l,每个读卡器正对车辆行驶方向的道路,与地面成俯角θ。
以上系统工作流程如下:车辆在经过安装有读卡器的路段时,读卡器发射超高频电磁波,车辆上设置的电子标签接收读卡器发射超高频电磁波,转换成电能启动工作程序,之后把车辆信息传递给读卡器,读卡器接收信息后,进一步对读卡器接收的信息进行处理。
电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法,包括以下步骤:步骤一:检测坐标系的建立由于车辆在道路上并不是完全平行于道路边线行驶,而是存在一定的角度偏差,且检测车辆时常存在换道行为;读卡器所发射的电磁波为一个范围,而不是确定的方向。
以上这些原因,导致车辆与读卡器的相对位置难以确定,因此,本设计建立地面检测坐标系(如附图1所示),将道路所在的方向作为x轴,将龙门架在地面上的投影作为y轴,将龙门架的高度方向作为z轴,建立的三维坐标系便于计算车辆位置;确定读卡器的位置坐标:读卡器R1为(0,y1,h);读卡器R2为(0,y2,h);步骤二:车辆位置坐标的确定读卡器Ri在tl时刻发射电磁波,在道路上的车辆对应的电子标签接收电磁波,然后将含有车辆信息的信号传递给读卡器,读卡器在tr时刻接收到返回的信息;车辆信息包括车主信息和车辆自身信息,从中得到电子标签与地面的距离h0,则有电子标签与读卡器Ri的直线距离Li如公式(1)所示: 式中,tl为读卡器发射出电磁波的时刻;tr为读卡器收到电子标签传送的信息的时刻;t′为传递损失时间;c为光速,取3×108m/s;从读卡器R1和读卡器R2向电子标签所在水平面投影,得到读卡器R1的投影点S1和读卡器R2的投影点S2;根据读卡器R1到电子标签所在点V的距离R1V得到投影点S1到电子标签所在点V的距离S1V,记为距离P1;根据读卡器R2到电子标签所在点V的距离R2V得到投影点S2到电子标签所在点V的距离S2V,记为距离P2;读卡器R1到投影点S1的距离为h-h0,读卡器R2到投影点S2距离为h-h0;读卡器Ri到电子标签在点V的直线距离为Li,由附图2可得到两个读卡器、电子标签所形成的三角形R1S1V和R2S2V,有R1S1=R2S2=h-h0,R1V=L1,R2V=L2,由此可以得公式(2)和(3)如下: 根据公式(4)、(5)、(6)得到电子标签所在点V的位置坐标V(xi,yi,zi), zi=h0 (6)将位置坐标V(xi,yi,zi)作为车辆的位置坐标。
步骤三:车速的获取根据步骤二进行两次检测,已知第一次检测时的时刻t1,车辆位置坐标V1(x1,y1,0);第二次检测时的时刻t2,车辆位置坐标V2(x2,y2,0),则车辆的地点车速v如公式(7)所示: 通过车辆的运行位置数据可以获得交通路口车辆的数量,进而为自适应交通控制提供交通路口车辆数量和速度信息,自适应交通控制方案可以基于提供信息进行只适应控制规划。
即,本发明不仅能够提供车辆的数量和速度信息,而且还能够提供车辆的位置信息,能够为自适应控制方案提供更加全面的数据,即,交通路口的只适应控制还能够将车辆的距离信息考虑进去,基于车辆的距离、数量、速度给出更加准确的控制方案,从而提高交通的控制效率。
其中的车辆的距离数据是目前的交通路口的设备所不能提供的,而应用本发明能够基于车辆位置数据提供车辆的距离数据,所以能够提供更加全面的有效的数据。
现有的交通路口的控制数据是基于摄像头等图像捕捉系统实现的,一旦遇到能见度较低的情况就不能有效、准确的工作,从而使自适应交通控制或者智能交通失去作用,导致交通路口的控制效率降低或者瘫痪,此时只能依靠交警进行控制。
但是本发明则完全不用考虑天气问题,无论是各种天气环境都能够正常工作,其对天气的适用率为100%,其适用性更强,本发明能够实现全年不间断工作。
实际上,交通控制所需的车辆数据可以基于摄像头等图像采集装置实现,但是其想要获得对应的数据需要强大的硬件设备支持,比如处理能力较强的、配置较高的图像处理设备或者数据运算设备,所以想要真正实现就需要花费高昂的设备投入成本。
并且实际上目前的交通路口数据是不包括车辆速度数据的,也就是目前的设备并没有考虑这一点,也就目前的交通路口控制系统没有这方面的设备,如果想好实现交通自适应控制就需要增加车辆测速装置,不仅仅会进一步增加设备的投入成本,而且将图像采集装置的车辆与测速装置采集的车速建立对应的映射关系,还学要一套运算设备或者在前述配置较高的数据运算设备基础上进一步加强处理能力,提高设备配置,进一步增加设备的投入成本。
但是本发明却可以很大程度上节省设备投入成本。
由于摄像头采集车辆的相关数据都是基于图像设备实现的,收到天气的制约。
即使没有本发明的设备需要,电子标签技术(单子车牌)是一种发展趋势,电子车牌今后必然会得到普及,等到单子车牌普及时,也必然会有电子标签的成本投入,所以本发明的电子标签设备的成本是不需要加在这套系统成本内的。
也就是说在电子车牌在车辆上配备的情况下,仅需要考虑读卡器的成本,相比上述设备的投入,本发明可以极大程度上节省设备的投入成本。
而且本发明的算法非常简单,不需要强大的硬件支持,仅需要处理能力不高的计算硬件就可以完成,相比上述设备的投入,能够进一步节省设备投入成本。
具体实施方式二:基于本发明的硬件设备,还能够在不增加硬件设备的基础上实现其他很多功能,例如交通路口车辆逆行检测,这是现有设备上实现不了的,如果想要实现交通路口车辆逆行检测就需要对应投入相应的硬件检测装置和/或开发对应的车辆逆行检测方法。
但是基于本发明则不需要额外投入硬件成本,也仅仅通过现有的数据经过简单的处理就能够对交通路口车辆逆行进行检测。
具体实现过程如下:交通路口车辆逆行检测方法,包括以下步骤:两次利用所述的电子车牌环境下交通路口车辆运行位置的获取方法获得车辆的位置坐标,已知第一次检测时的时刻t1,车辆位置坐标V1(x1,y1,0);第二次检测时的时刻t2,车辆位置坐标V2(x2,y2,0),若x2-x1<0,则判断车辆此时逆向行驶。
可见,只要利用本发明的方法可以在固定的硬件设备基础上,经过简单的处理就能够实现交通路口车辆逆行检测,实现一套设备具有多种功能。
如果基于现有的设备或者基于现有技术开发出的上述检测设备上增加车辆逆行检测功能就需要额外增加设备投入成本。
也就是在具备相同功能的基础上,本发明的方法不仅容易实现,而且硬件的设备投入成本较低。
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