專利名稱：多車道自由流視頻車輛定位和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能交通技術(shù)領(lǐng)域，涉及自由流電子收費系統(tǒng)的視頻 車輛定位和協(xié)調(diào)控制方法，該方法能夠在車輛自由行駛狀態(tài)下，完成 電子收費。
背景技術(shù)：
隨著城市規(guī)模的不斷擴大，高速公路的快速發(fā)展，城市交通流量 迅速增長，交通密度大幅提高，給道路收費站的車輛通行能力提出了 新的要求。
傳統(tǒng)的人工半自動收費方式，必須"停車一繳費一起步"，經(jīng)常
發(fā)生車輛擁堵現(xiàn)象。而目前國內(nèi)采用的ETC電子不停車收費系統(tǒng)還需 要有收費站存在，還要設(shè)置自動欄桿，車輛在通過收費站時必須沿某 個車道行駛通過，車輛的通行能力依然不高。
多車道自由流(Multi-Line Free Flow ETC, MLFF)收費技術(shù)是 一種更先進的高速公路不停車電子收費技術(shù)。這種收費技術(shù)沒有車道 隔離設(shè)施，能讓車輛隨意通過收費點，車輛通過收費點時司機感覺不 到收費過程的發(fā)生。
在多車道自由流不停車電子計費模式下，當(dāng)車輛通過收費區(qū)域 時，可能有變道和多車并行的情況出現(xiàn)，若不對高速行駛的車輛進行 準(zhǔn)確定位，則可能出現(xiàn)誤檢和漏檢。
而目前高速公路的視頻檢測器一般采用的方式是設(shè)置一個虛擬 線圈覆蓋一個車道來檢測這個車道情況， 一旦有車輛駛過，車輛觸發(fā) 虛擬線圈，視頻檢測器經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到具體車道車輛和車道交通信 息，而對于位置信息，只能確定在某一車道，高速公路單車道寬度范 圍3.75米，這達不到在自由流收費模式下車輛定位精度的要求。
高速公路上車輛以較高的速度行駛通過收費系統(tǒng)、車輛在收費區(qū) 域有變道和多車并行的可能，視頻檢測區(qū)域和微波通信區(qū)域長度有限， 這就要求通信和處理的時間間隔要求非常迅速，才能防止車輛漏檢和 檢測失誤。車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)要在很短的時間協(xié)調(diào)控制各個子系統(tǒng)完 成收費區(qū)域內(nèi)所有車輛的收費工作，對該子系統(tǒng)的實時性和可靠性是 一個不小的考驗。所以研發(fā)一個合理的車道邏輯控制方法是實現(xiàn)多車 道自由流電子不停車收費的另一個關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多車道自由流視頻車輛定位和協(xié)調(diào) 控制方法，該方法能夠在車輛自由行使?fàn)顟B(tài)下完成車輛的準(zhǔn)確定位， 并通過車輛協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，最終實現(xiàn)多車道自由流模式下 的高速公路電子收費功能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種多車道自由流視頻車輛定位和控制方法，其特征是該方法 包括以下工作流程
步驟一、系統(tǒng)啟動，視頻檢測器和全景攝像機開始工作，視頻檢 測器在全景攝像機的視野內(nèi)設(shè)置虛擬線圈，全景攝像機的視野覆蓋全 部車道，視頻檢測器按一定的密度設(shè)置虛擬線圈，即每個車道內(nèi)對應(yīng) 設(shè)置多個虛擬線圈，從而構(gòu)成精確的檢測區(qū)，若沒有車輛進入檢測區(qū)， 全景攝像機中圖像背景灰度值不發(fā)生變化，視頻檢測器不向車道協(xié)調(diào) 控制系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器發(fā)出中斷請求，車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各 系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；
步驟二、當(dāng)車輛進入檢測區(qū)時，全景攝像機圖像背景灰度值發(fā)生 變化，視頻檢測器啟動相應(yīng)的算法程序?qū)M入檢測區(qū)的移動目標(biāo)進行 計算提取，視頻檢測器具有跟蹤定位功能，車輛駛?cè)霗z測區(qū)后，視頻 檢測器通過視頻定位技術(shù)對車輛進行連續(xù)跟蹤定位直至車輛離開檢測 區(qū)；處于不同車道的車輛會觸發(fā)全景攝像機中對應(yīng)的虛擬線圈，虛擬 線圈像素的顏色、灰度發(fā)生變化，視頻檢測器內(nèi)部的算法程序經(jīng)過計 算，獲得車輛在車道中的位置，然后視頻檢測器通過串行口向中央處 理器發(fā)出中斷請求，檢測區(qū)內(nèi)的每個車輛構(gòu)成一個外部中斷源，各車 輛觸發(fā)不同的虛擬線圈，則外部中斷源的入口地址也各不相同；
步驟三、車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器響應(yīng)中斷請求，按 照優(yōu)先級的順序，將外部中斷源的入口地址讀入，該入口地址表征車 輛在車道中的位置，然后中央處理器進入中斷服務(wù)程序，按照程序的 設(shè)定同時執(zhí)行下面兩項操作
第一項是啟動微波通信系統(tǒng)中的微波定位模塊工作，微波定位模 塊通過微波定位技術(shù)對進入檢測區(qū)的車輛進行自動跟蹤定位，在自動 跟蹤定位過程中利用微波通信天線與該車的車載電子標(biāo)簽應(yīng)答器通 信；然后微波通信系統(tǒng)將車載電子標(biāo)簽信息輸入給邏輯比對系統(tǒng)；
第二項是啟動圖像抓拍系統(tǒng)，圖像抓拍系統(tǒng)讓相應(yīng)車道的抓拍攝 像機開始工作，抓拍攝像機將現(xiàn)場抓拍到的車輛圖像反饋給車牌識別 系統(tǒng)，經(jīng)車牌識別系統(tǒng)處理后，辨識出當(dāng)前車輛的車牌號，車牌號被 輸入到邏輯比對系統(tǒng)；
步驟四、邏輯比對系統(tǒng)首先判斷該車是否具有電子標(biāo)簽信息，如 果沒有，則直接執(zhí)行下面的步驟八，如果有，則執(zhí)行步驟五；
步驟五、邏輯比對系統(tǒng)判斷該車電子標(biāo)簽信息中記載的車牌號與 車牌識別系統(tǒng)辨識出的當(dāng)前車輛的車牌號是否一致，如果不一致，則
直接執(zhí)行下面的步驟八，如果一致，則執(zhí)行步驟六；
步驟六、從車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的內(nèi)存中刪除現(xiàn)場抓拍到的車輛圖
像；
'步驟七、利用微波通信天線與該車的車載電子標(biāo)簽應(yīng)答器通信， 進行電子收費交易，交易后形成交易記錄； 步驟八、轉(zhuǎn)入后臺計費系統(tǒng)進一步處理；
步驟九、返回主程序，等待新的中斷請求或繼續(xù)處理己經(jīng)向中央 處理器發(fā)出的優(yōu)先級別較低的中斷請求。 本方法具有如下優(yōu)點
一、 單個視頻檢測器多個虛擬線圈的準(zhǔn)確定位
本方法采用單視頻檢測器設(shè)置多個虛擬線圈的方法對車輛進行 定位，減少了視頻檢測器的個數(shù)，使系統(tǒng)效率大大提高，成本降低。 由于定位的準(zhǔn)確，可以對車輛出現(xiàn)變線和超車的情況進行精確處理， 還可以有效地避免車輛定位出現(xiàn)的粘連現(xiàn)象。另外可以根據(jù)實際情況 調(diào)整虛擬線圈的個數(shù)、寬窄及線圈之間的空隙以提高定位精度。
二、 車道的協(xié)調(diào)控制
本方法通過軟件的編寫、優(yōu)先級的設(shè)定、中斷方式的設(shè)置實現(xiàn)了 多任務(wù)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，可以防止車輛漏檢和檢測失誤。


圖1是收費站點硬件設(shè)備布局示意圖。
圖2是圖1的俯視圖。
圖3是圖1的主視圖。
圖4是車輛跟蹤定位的原理圖。
圖5是虛擬線圈的布局示意圖。
圖6是本發(fā)明的電路原理框圖。
圖7是車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器主程序流程圖。
圖8是車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器中斷服務(wù)程序流程圖。
圖9是本發(fā)明的多線程任務(wù)間調(diào)用關(guān)系示意圖。
具體實施例方式
請參照圖1、圖2、圖3，實施本方法時，要在收費站點安裝一些 硬件設(shè)備，硬件設(shè)備主要包括抓拍攝像機6、微波通信天線7，龍門架 8、龍門架9、全景攝像機10、車牌識別系統(tǒng)11、車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 12。
龍門架8和龍門架9跨接在公路上，龍門架8位于龍門架9的前 方，抓拍攝像機6和微波通信天線7，安裝在龍門架8上，本實施例 中，公路上有三個車道，三個抓拍攝像機6的位置分別與三個車道對 應(yīng)，全景攝像機IO和視頻檢測器11都安裝在龍門架9上，車道協(xié)調(diào) 控制系統(tǒng)12安裝在公路的一側(cè)。
請參照圖6，車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)12內(nèi)部包括中央處理器，還包括 圖像抓拍系統(tǒng)、車牌識別系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)、邏輯比對系統(tǒng)等幾個 子系統(tǒng)。
圖像抓拍系統(tǒng)是由視頻卡構(gòu)成，通過PCI總線與三個抓拍攝像機 6相連，車牌識別系統(tǒng)由純軟件實現(xiàn)，對抓拍到的圖像進行識別，微 波通信系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的微波通信協(xié)議。視頻檢測器通11過串口 RS232 與車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)的中央處理器連接，中央處理器的主程序和子 程序流程圖分別如圖7、圖8所示。
請參照圖6、圖7、當(dāng)系統(tǒng)加電后，中央處理器執(zhí)行主程序，等 待中斷請求，當(dāng)車輛進入檢測區(qū)時，觸發(fā)全景攝像機中的虛擬線圈， 虛擬線圈像素的顏色、灰度發(fā)生變化，此時視頻檢測器輸出端輸出的 信號翻轉(zhuǎn)，由上升沿變?yōu)橄陆笛?，該下降沿加載到車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 內(nèi)部的中央處理器的串口上，引起中斷請求，中央處理器按照優(yōu)先級 的順序響應(yīng)中斷請求，執(zhí)行圖8所示的中斷服務(wù)程序。
請參照圖4，本發(fā)明的視頻檢測器具有自動跟蹤定位功能，對運 動車輛進行連續(xù)跟蹤定位，這是本方法得以實現(xiàn)的非常重要的環(huán)節(jié)。 因為圖像抓拍系統(tǒng)由視頻檢測器啟動，每次對比過程中，抓拍攝像機 只針對一個運動車輛的圖像進行抓拍。
圖4中的方框A代表視頻檢測器對車輛進行實時跟蹤定位，方框 B代表微波通信天線與各車輛的車載電子標(biāo)簽應(yīng)答器進行通信，通信 過程中，微波通信系統(tǒng)也在自動跟蹤定位移動的車輛，確保抓拍攝像 機的對象與微波通信的對象是在一時間的同一位置，這樣能夠保證邏 輯比對系統(tǒng)每次比較的數(shù)據(jù)來自同一個車輛，其實時性如方框C所示， 車輛l、 2、 3、 4、 5在自由流的狀態(tài)下進入檢測區(qū)，依次觸發(fā)虛擬線 圈，視頻檢測器向中央處理器的串口發(fā)出五次中斷請求，中央處理器 按照優(yōu)先級的順序五次調(diào)用中斷服務(wù)程序，邏輯比對系統(tǒng)每次比較的 數(shù)據(jù)來自同一個車輛，比較后，得出的結(jié)果是車輛1沒有安裝車載電 子標(biāo)簽應(yīng)答器，屬非法車輛，車輛2、 3、 4、 5都安裝有電子標(biāo)簽應(yīng)答 器，屬合法注冊車輛，因此視頻檢測器和微波通信系統(tǒng)對車輛的精確 定位是解決多車道自由流中車輛變線、超車、倒車的關(guān)鍵。
本系統(tǒng)采用在視頻檢測器中增加虛擬線圈的方法來實現(xiàn)車輛準(zhǔn) 確定位。具體思路加大設(shè)置虛擬線圈的密度。在一個車道上設(shè)置三 個虛擬線圈，每個虛擬線圈之間留有間隙，間隙寬度小于虛擬線圈的 寬度，外側(cè)線圈距離道路邊緣的間隙寬度為X，由于是道路邊緣，這
個間隙可以稍大一些，如為普通車輛的2/3寬度。這樣，原來一個車 道大范圍的位置信息就變成了 5個小范圍的位置信息，如圖5所示 單車道被三個虛擬線圈分成五個位置。
本方法根據(jù)虛擬線圈的觸發(fā)情況判定車輛的位置，具體判定方法
如下設(shè)車輛在車道上位置的橫向坐標(biāo)為d。
當(dāng)車輛的輪廓側(cè)邊緣位于虛擬線圈一中時
d = X+ (xl) /2,上式中xl代表虛擬線圈一的寬度。
當(dāng)車輛的輪廓側(cè)邊緣位于虛擬線圈一和虛擬線圈二之間時
d = X + xl + (x2) /2,上式中x2代表虛擬線圈一和虛擬線圈二 之間的寬度。
當(dāng)車輛的輪廓側(cè)邊緣位于虛擬線圈二中時
d = X + xl+x2+ (x3) /2，上式中x3代表虛擬線圈二的寬度。
當(dāng)車輛的輪廓側(cè)邊緣位于虛擬線圈二和虛擬線圈三之間時
d = X + xl +x2+x3+ (x4) /2，上式中x4代表虛擬線圈二和虛擬 線圈三之間的寬度。
當(dāng)車輛的輪廓側(cè)邊緣位于虛擬線圈三中時
d = X + xl + x2 + x3 +x4 + (x5) /2，上式中x5代表虛擬線圈三 的寬度。
當(dāng)車輛的輪廓側(cè)邊緣位于虛擬線圈三和虛擬線圈四之間時
d = X + xl + x2 + x3+x4+X5+ (x6) /2，上式中x6代表虛擬線 圈三和虛擬線圈四之間的寬度。
這樣對3.75米寬的單車道來說，在去掉路兩邊各80厘米的間隙 的情況下，分為5份，那么每個位置有43厘米，這種定位精度完全滿 足高速公路對視頻定位的要求。
同樣的方法應(yīng)用于第二個車道和第三個車道，虛擬線圈的位置信 息由第一個車道向后遞推，多車道中各個位置信息統(tǒng)一管理。由于定 位的準(zhǔn)確，所以即使車輛出現(xiàn)變線和超車的情況也可以進行精確處理。
另外虛擬線圈的個數(shù)、寬窄及線圈之間的空隙都可以根據(jù)實際情 況進行相應(yīng)的調(diào)整，以提高定位精度。每條車道布置多個虛擬線圈并 連續(xù)編號，每個虛擬線圈對應(yīng)一個橫向坐標(biāo)范圍，當(dāng)一個或多個虛擬 線圈被觸發(fā)，通過被觸發(fā)的虛擬線圈的編號來計算得到車輛的準(zhǔn)確位 置，有效地避免車輛定位出現(xiàn)的粘連現(xiàn)象。
本發(fā)明是一實時控制方法，現(xiàn)場的各個參數(shù)、信息隨時間和現(xiàn)場 的情況不斷變化，因此，本方法需要利用中央處理器的中斷功能，有 了中斷功能，外界的這些變化量可以根據(jù)要求，隨時向中央處理器發(fā) 出中斷請求，要求中央處理器馬上響應(yīng)，進行及時處理。
多個車輛在公路上高速行駛時，通過收費站點時，可能出現(xiàn)超車、 變線或多車并行的情況，視頻檢測和微波通信檢測區(qū)域長度有限，視 頻檢測器和無線電定位模塊可以同時自動跟蹤進入檢測區(qū)的多個運動
目標(biāo)，通信、抓拍、比對非常迅速，相鄰的兩輛車的處理的時間間隔 很短，為了防止車輛漏檢和檢測失誤，可以通過程序設(shè)置中央處理器 響應(yīng)外部中斷源的優(yōu)先級，由于進入檢測區(qū)的每個移動目標(biāo)都構(gòu)成了 一個外部中斷源，因此，可以將車速最快的車輛設(shè)置為最高優(yōu)先級， 車速最慢的車輛設(shè)置為最低優(yōu)先級，依次處理各中斷源請求，由于中 央處理器在幾個時鐘周期內(nèi)便可響應(yīng)中斷請求，執(zhí)行中斷服務(wù)程序的 速度非常迅速，因此不會出現(xiàn)滯后。
多車道自由流不停車收費要求系統(tǒng)通信和處理的時間間隔非常迅 速，這樣才能防止車輛漏檢和檢測失誤。核心控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計是 實現(xiàn)實時性和協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵。這就是本發(fā)明所涉及的另一個內(nèi)容 車道協(xié)調(diào)控制方法。
系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)性是需要考慮的主要內(nèi)容，具體需
要滿足
l]保證系統(tǒng)當(dāng)前運行的永遠是當(dāng)前最重要、最需要處理的工作， 不重要的工作永遠讓位于重要的工作。
2]相同重要的工作按先后次序運行。
請參照圖9，在軟件設(shè)計中考慮各子系統(tǒng)的工作通過多個任務(wù)來 體現(xiàn)。系統(tǒng)中各個任務(wù)定義
l]網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)與后臺計費系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)傳輸；
2]視頻檢測任務(wù)負責(zé)處理車輛到來后對車輛跟蹤、定位、并觸 發(fā)微波通信任務(wù)。讀串口數(shù)據(jù)(異步通信處理)，解數(shù)據(jù)包得到車輛位 置信息。根據(jù)車輛不同的位置，啟用不同的線程進行處理；
3]微波通信任務(wù)由視頻監(jiān)控任務(wù)觸發(fā)，啟動微波通信，讀取車 載標(biāo)簽，得到車輛信息；
4]圖像抓拍任務(wù)完成拍攝，圖像壓縮，儲存。由于圖像抓拍和 車牌識別是嚴格的前后相連的兩個步驟，所以放到同一線程中會使處 理更加快速、有效；
5]系統(tǒng)主程序初始化各個子任務(wù)，協(xié)調(diào)各任務(wù)間的關(guān)系，進行 各任務(wù)間的數(shù)據(jù)處理。通過網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)和后臺計費系統(tǒng)通信，將數(shù) 據(jù)傳給后臺計費系統(tǒng)，接受后臺計費系統(tǒng)發(fā)送的指令。
這些任務(wù)之間的關(guān)系及實現(xiàn)是相互獨立的，也是相互聯(lián)系的。各 個任務(wù)對于系統(tǒng)的重要性程度也是不同的。系統(tǒng)使視頻檢測、微波通 信等任務(wù)優(yōu)先得到運行。可以設(shè)置微波通信任務(wù)和視頻檢測任務(wù)有相 同的優(yōu)先級。重要性相同的任務(wù)可以使用在實時嵌入式系統(tǒng)中稱為輪 換調(diào)度(Round-Robin Scheduling)機制，設(shè)置相同的優(yōu)先級，來保證同 樣重要的任務(wù)同時執(zhí)行，不發(fā)生滯后。網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)的優(yōu)先級低于其 它任務(wù)的優(yōu)先級。
外部事件在系統(tǒng)軟件設(shè)計中是以外部硬件中斷的方式出現(xiàn)的。各 個外部設(shè)備(如傳感器)會通過外部接口和中央處理器相連，當(dāng)傳感
器檢測到外部事件產(chǎn)生時，外部設(shè)備會發(fā)送中斷信號給中央處理器， 同時會把相關(guān)的數(shù)據(jù)通過接口上的數(shù)據(jù)線傳送給中央處理器。
軟件設(shè)計中，設(shè)置屏蔽與系統(tǒng)無關(guān)的硬件中斷，避免這些無關(guān)的 中斷對系統(tǒng)實時性的影響，而與系統(tǒng)相關(guān)的外部事件設(shè)置為中斷觸發(fā) 方式，由于實時系統(tǒng)中的中斷優(yōu)先原則，即系統(tǒng)中有中斷發(fā)生時，操 作系統(tǒng)會停止所有正在進行的工作，來優(yōu)先對中斷事件進行處理。這 樣才能保證系統(tǒng)在第一時刻立即對相關(guān)事件進行響應(yīng)并處理。
經(jīng)過分析，與系統(tǒng)有關(guān)的外部事件有以下類型-
l]視頻檢測中斷當(dāng)檢測到車輛，向系統(tǒng)發(fā)生中斷請求，上傳車 輛位置及相關(guān)數(shù)據(jù)；
2]微波通信中斷微波通信數(shù)據(jù)接收； 3]網(wǎng)絡(luò)傳輸中斷收費信息數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。 上述中斷是系統(tǒng)必須快速處理的外部中斷。
中斷處理機制是當(dāng)外部事件發(fā)生時，中央處理器CPU會根據(jù)這個 中斷的種類到中斷向量表中查找和這個中斷關(guān)聯(lián)的中斷服務(wù)程序地 址，程序會跳到這個中斷服務(wù)程序進行中斷處理。
在本系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的重要度最低，而視頻檢測和微波通信的重要 度最高。所以可考慮暫時屏蔽不重要的中斷，來保證視頻檢測和微波 通信中斷的實時響應(yīng)和處理。
本發(fā)明是一種多車道自由流視頻車輛定位和控制方法，其特征 是該方法包括以下工作流程
步驟一、系統(tǒng)啟動，視頻檢測器和全景攝像機開始工作，視頻檢 測器在全景攝像機的視野內(nèi)設(shè)置虛擬線圈，全景攝像機的視野覆蓋全 部車道，視頻檢測器按一定的密度設(shè)置虛擬線圈，例如，可以在每個 車道內(nèi)設(shè)置三個虛擬線圈，從而構(gòu)成精確的檢測區(qū)，若沒有車輛進入 檢測區(qū)，全景攝像機中圖像背景灰度值不發(fā)生變化，視頻檢測器不向 車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器發(fā)出中斷請求，車道協(xié)調(diào)控制系 統(tǒng)內(nèi)部各系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；
步驟二、當(dāng)車輛進入檢測區(qū)時，全景攝像機圖像背景灰度值發(fā)生 變化，視頻檢測器啟動相應(yīng)的算法程序?qū)M入檢測區(qū)的移動目標(biāo)進行 計算提取，視頻檢測器具有跟蹤定位功能，車輛駛?cè)霗z測區(qū)后，視頻 檢測器通過視頻定位技術(shù)對車輛進行連續(xù)跟蹤定位直至車輛離開檢測 區(qū)；處于不同車道的車輛將會觸發(fā)全景攝像機中對應(yīng)的虛擬線圈，虛 擬線圈像素的顏色、灰度發(fā)生變化，各車道上布置的虛擬線圈是連續(xù) 編號的，每個虛擬線圈對應(yīng)一個橫向坐標(biāo)范圍，當(dāng)一個或多個虛擬線 圈被觸發(fā)時，視頻檢測器內(nèi)部的算法程序通過被觸發(fā)的虛擬線圈的編 號，計算出車輛在車道中的準(zhǔn)確位置，然后視頻檢測器通過串行口向 中央處理器發(fā)出中斷請求，檢測區(qū)內(nèi)的每個車輛構(gòu)成一個外部中斷源， 各車輛觸發(fā)不同的虛擬線圈，則外部中斷源的入口地址也各不相同；
視頻定位技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，應(yīng)用最廣泛的有背景減除算法，即從 當(dāng)前幀和背景幀的差異來檢測運動目標(biāo)，利用幀間差分信息來生成背 景，能夠應(yīng)用于多個運動目標(biāo)的場合，首先通過自適應(yīng)閾值獲得濾波 后的相鄰幀差值圖像。其次，為了消除差值圖像中噪聲的影響，標(biāo)記此 二值圖像的連通像素來檢測出運動目標(biāo)所在的區(qū)域,并與邊緣檢測出 的空間信息結(jié)果比較得到運動目標(biāo)模型。最后，將圖像分成若干區(qū)域, 在每個分隔區(qū)域內(nèi)依次連接每個運動目標(biāo)模型的最外圍輪廓點，由此 構(gòu)成目標(biāo)閉合輪廓。利用得到的連續(xù)邊界，對運動目標(biāo)進行提取。
采用差分圖像投影和邊緣投影相結(jié)合的方法來定位車體，同時利 用雙向加權(quán)聯(lián)合圖匹配方法對運動車輛區(qū)域進行跟蹤，即將對運動車 輛區(qū)域跟蹤問題轉(zhuǎn)化為搜索具有最大權(quán)的聯(lián)合圖的問題。該算法不僅 能實時地定位和跟蹤直道上運動的車輛，同時也能實時地定位和跟蹤 彎道上運動的車輛，對運動車輛區(qū)域的定位具有很好的魯棒性。
步驟三、車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器響應(yīng)中斷請求，按 照優(yōu)先級的順序，將外部中斷源的入口地址讀入，該入口地址表征車
輛在車道中的位置，然后中央處理器進入中斷服務(wù)程序；中斷服務(wù)程 序是由外部隨機事件引起的實時響應(yīng)，在本發(fā)明中，外部隨機事件即 是指有車輛闖入全景攝像機的檢測區(qū)；在中斷服務(wù)程序中，中央處理 器按照程序的設(shè)定同時執(zhí)行下面兩項操作
第一項是啟動微波通信系統(tǒng)中的微波定位模塊工作，微波定位模 塊通過微波定位技術(shù)對進入檢測區(qū)的車輛進行自動跟蹤定位，在自動 跟蹤定位過程中利用微波通信天線與該車的車載電子標(biāo)簽應(yīng)答器通 信，然后微波通信系統(tǒng)將車載電子標(biāo)簽信息輸入給邏輯比對系統(tǒng)；電 子標(biāo)簽信息包括車型、車牌號和入口信息，也可以包括出口信息；
第二項是啟動圖像抓拍系統(tǒng)，圖像抓拍系統(tǒng)讓相應(yīng)車道的抓拍攝 像機開始工作，抓拍攝像機將現(xiàn)場抓拍到的車輛圖像反饋給車牌識別 系統(tǒng)，車牌識別系統(tǒng)將車牌圖像進行預(yù)處理,濾波除噪，圖象銳化，對比 度增強，然后進行圖像分割，并對分割后的目標(biāo)圖像進行特征提取， 用提取的特征進行分類識別，通過相應(yīng)的算法進行計算，得到車牌號, 并將獲得的車牌號輸入到邏輯比對系統(tǒng)，微波定位技術(shù)利用雷達線性 調(diào)頻技術(shù)原理，對路面發(fā)射微波，通過對回波信號進行高速實時的數(shù) 字化處理分析，實現(xiàn)對運動車輛的微波跟蹤定位；
步驟四、邏輯比對系統(tǒng)首先判斷該車是否具有電子標(biāo)簽信息，如 果沒有，則直接執(zhí)行下面的步驟八，如果有，則執(zhí)行步驟五；
步驟五、邏輯比對系統(tǒng)判斷該車電子標(biāo)簽信息中記載的車牌號與 車牌識別系統(tǒng)辨識出的當(dāng)前車輛的車牌號是否一致，如果不一致，則 直接執(zhí)行下面的步驟八，如果一致，則執(zhí)行步驟六；
步驟六、從車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的內(nèi)存中刪除現(xiàn)場抓拍到的車輛圖
像；
步驟七、利用微波通信天線與該車的車載電子標(biāo)簽應(yīng)答器通信，
進行電子收費交易，交易后形成交易記錄； 步驟八、轉(zhuǎn)入后臺計費系統(tǒng)進一步處理；
步驟九、返回主程序，等待新的中斷請求，或繼續(xù)處理己經(jīng)向中 央處理器發(fā)出的優(yōu)先級別較低的中斷請求。
所述步驟八中，后臺計費系統(tǒng)針對流程出口的不同分別采用下面 三種方式進行處理
若流程出口為步驟四則該車沒有電子標(biāo)簽信息，該車屬于黑名 單車，由車牌識別系統(tǒng)辨識出的車牌號和現(xiàn)場抓拍到的車輛圖像將被 存儲在后臺計費系統(tǒng)的黑名單數(shù)據(jù)庫中，以便日后進行稽査和費用追 繳；
'若流程出口為步驟五則該車有電子標(biāo)簽信息，但電子標(biāo)簽信息
中記載的車牌號與車牌識別系統(tǒng)辨識出的車牌號不相符，電子標(biāo)簽信 息被人為的篡改，該車屬于灰名單車，該車的電子標(biāo)簽信息、由車牌 識別系統(tǒng)辨識出的車牌號以及現(xiàn)場抓拍到的車輛圖像將被存儲在后臺
計費系統(tǒng)的灰名單數(shù)據(jù)庫中，以便日后進行稽查和費用追繳；
若流程出口為步驟七則該車有電子標(biāo)簽信息，電子標(biāo)簽信息中 記載的車牌號與車牌識別系統(tǒng)辨識出的車牌號相符，該車屬于合法注 冊車輛，則將交易記錄和電子標(biāo)簽信息存在后臺計費系統(tǒng)的合法車輛 信息數(shù)據(jù)庫中°
口^電子標(biāo)簽與車輛是唯一對應(yīng)的，每個電子標(biāo)簽應(yīng)答器固定安裝在 車輛上，不可隨意拆卸。微波通信讀取電子標(biāo)簽，即可知道該車輛在 注冊時記錄的車型和車牌信息，按照車型進行正確的計費。
權(quán)利要求
1、一種多車道自由流視頻車輛定位和控制方法，其特征是該方法包括以下工作流程步驟一、系統(tǒng)啟動，視頻檢測器和全景攝像機開始工作，視頻檢測器在全景攝像機的視野內(nèi)設(shè)置虛擬線圈，全景攝像機的視野覆蓋全部車道，視頻檢測器按一定的密度設(shè)置虛擬線圈，即每個車道內(nèi)對應(yīng)設(shè)置多個虛擬線圈，從而構(gòu)成精確的檢測區(qū)，若沒有車輛進入檢測區(qū)，全景攝像機中圖像背景灰度值不發(fā)生變化，視頻檢測器不向車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器發(fā)出中斷請求，車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；步驟二、當(dāng)車輛進入檢測區(qū)時，全景攝像機圖像背景灰度值發(fā)生變化，視頻檢測器啟動相應(yīng)的算法程序?qū)M入檢測區(qū)的移動目標(biāo)進行計算提取，視頻檢測器具有跟蹤定位功能，車輛駛?cè)霗z測區(qū)后，視頻檢測器通過視頻定位技術(shù)對車輛進行連續(xù)跟蹤定位直至車輛離開檢測區(qū)；處于不同車道的車輛會觸發(fā)全景攝像機中對應(yīng)的虛擬線圈，虛擬線圈像素的顏色、灰度發(fā)生變化，視頻檢測器內(nèi)部的算法程序經(jīng)過計算，獲得車輛在車道中的位置，然后視頻檢測器通過串行口向中央處理器發(fā)出中斷請求，檢測區(qū)內(nèi)的每個車輛構(gòu)成一個外部中斷源，各車輛觸發(fā)不同的虛擬線圈，則外部中斷源的入口地址也各不相同；步驟三、車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部的中央處理器響應(yīng)中斷請求，按照優(yōu)先級的順序，將外部中斷源的入口地址讀入，該入口地址表征車輛在車道中的位置，然后中央處理器進入中斷服務(wù)程序，按照程序的設(shè)定同時執(zhí)行下面兩項操作第一項是啟動微波通信系統(tǒng)中的微波定位模塊工作，微波定位模塊通過微波定位技術(shù)對進入檢測區(qū)的車輛進行自動跟蹤定位，在自動跟蹤定位過程中利用微波通信天線與該車的車載電子標(biāo)簽應(yīng)答器通信；然后微波通信系統(tǒng)將車載電子標(biāo)簽信息輸入給邏輯比對系統(tǒng)；第二項是啟動圖像抓拍系統(tǒng)，圖像抓拍系統(tǒng)讓相應(yīng)車道的抓拍攝像機開始工作，抓拍攝像機將現(xiàn)場抓拍到的車輛圖像反饋給車牌識別系統(tǒng)，經(jīng)車牌識別系統(tǒng)處理后，辨識出當(dāng)前車輛的車牌號，車牌號被輸入到邏輯比對系統(tǒng)；步驟四、邏輯比對系統(tǒng)首先判斷該車是否具有電子標(biāo)簽信息，如果沒有，則直接執(zhí)行下面的步驟八，如果有，則執(zhí)行步驟五；步驟五、邏輯比對系統(tǒng)判斷該車電子標(biāo)簽信息中記載的車牌號與車牌識別系統(tǒng)辨識出的當(dāng)前車輛的車牌號是否一致，如果不一致，則直接執(zhí)行下面的步驟八，如果一致，則執(zhí)行步驟六；步驟六、從車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的內(nèi)存中刪除現(xiàn)場抓拍到的車輛圖像；步驟七、利用微波通信天線與該車的車載電子標(biāo)簽應(yīng)答器通信，進行電子收費交易，交易后形成交易記錄；步驟八、轉(zhuǎn)入后臺計費系統(tǒng)進一步處理；步驟九、返回主程序，等待新的中斷請求或繼續(xù)處理已經(jīng)向中央處理器發(fā)出的優(yōu)先級別較低的中斷請求。
2、如權(quán)利要求1所述的多車道自由流視頻車輛定位和控制方法， 其特征是所述步驟八中，后臺計費系統(tǒng)針對流程出口的不同分別采 用下面三種方式進行處理若流程出口為步驟四則該車沒有電子標(biāo)簽信息，該車屬于黑名 單車，由車牌識別系統(tǒng)辨識出的車牌號和現(xiàn)場抓拍到的車輛圖像將被 存儲在后臺計費系統(tǒng)的黑名單數(shù)據(jù)庫中，以便日后進行稽査和費用追 繳；若流程出口為步驟五則該車有電子標(biāo)簽信息，但電子標(biāo)簽信息 中記載的車牌號與車牌識別系統(tǒng)辨識出的車牌號不相符，電子標(biāo)簽信 息被人為的篡改，該車屬于灰名單車，該車的電子標(biāo)簽信息和由車牌 識別系統(tǒng)辨識出的車牌號以及現(xiàn)場抓拍到的車輛圖像；將被存儲在后 臺計費系統(tǒng)的灰名單數(shù)據(jù)庫中，以便日后進行稽査和費用追繳；若流程出口為步驟七則該車有電子標(biāo)簽信息，電子標(biāo)簽信息中 記載的車牌號與車牌識別系統(tǒng)辨識出的車牌號相符，該車屬于合法注 冊車輛，則將交易記錄和電子標(biāo)簽信息存在后臺計費系統(tǒng)的合法車輛 信息數(shù)據(jù)庫中。
全文摘要
一種多車道自由流視頻車輛定位和控制方法，其流程是步驟一、在全景攝像機視野內(nèi)設(shè)置虛擬線圈，構(gòu)成檢測區(qū)，步驟二、當(dāng)車輛進入檢測區(qū)時，視頻檢測器啟動算法程序獲得車輛位置，步驟三、中央處理器啟動微波通信系統(tǒng)和圖像抓拍系統(tǒng)；步驟四、邏輯比對系統(tǒng)判斷該車是否具有電子標(biāo)簽信息，如果沒有，則執(zhí)行步驟八；步驟五、邏輯比對系統(tǒng)判斷電子標(biāo)簽信息中的車牌號與車牌識別系統(tǒng)辨識出的車牌號是否一致，如果不一致，則執(zhí)行步驟八；步驟六、刪除抓拍到的車輛圖像；步驟七、進行收費交易，交易后形成交易記錄；步驟八、轉(zhuǎn)入后臺計費系統(tǒng)進一步處理；步驟九，返回主程序，本方法通過對車輛的準(zhǔn)確定位和對系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)多車道自由流模式下電子收費功能。
文檔編號G07B15/06GK101350109SQ20081011968
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者杰 劉, 劉鴻偉, 張北海, 王東柱, 迪 肖, 馬曉姣 申請人:交通部公路科學(xué)研究所