一種基于無人機的交通流量調查系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于無人機的交通流量調查系統，涉及智能交通領域。該交通流量調查系統由無人機、激光掃描模塊、電子車牌、射頻識別讀寫器、中控模塊和通信模塊組成。其中激光掃描模塊、射頻識別讀寫器、中控模塊和通信模塊設置在無人機上。電子車牌攜帶車輛信息安裝于路面車輛上。該系統一方面通過激光掃描模塊采集車輛通過時的波形發送給中控模塊處理提取出車輛信息；另一方面通過射頻識別讀寫器讀取車輛信息。兩方面獲取的車輛信息對比實現最終的交通流量調查和稽查。本實用新型有別于現行常用的固定式交通流量調查方式，既滿足靈活性機動性，又不受環境光線等影響，同時兼具稽查功能。
【專利說明】
一種基于無人機的交通流量調查系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于智能交通領域，具體涉及一種基于無人機的交通流量調查系統。
【背景技術】
[0002]交通流量調查是一種通過觀測一定時間段內通過路面某斷面的交通實體的調查業務，可為微觀的交通組織研究和宏觀的交通管理決策提供規范的、可比性強的交通流量調查基礎數據。一方面，可評價當前的交通狀況;另一方面，可預測未來交通量，并為道路養護、道路設計及道路新建提供科學依據。正因為此，國家交通部為此專門制定了交通流量調查標準《道路交通流量調查(GA/T 299-2001)》以供各單位各設備廠商遵循使用。
[0003]傳統的交通流量調查方式是人工式，通過人工肉眼觀測統計交通量來反應當前路段的交通情況。該種方式人工誤差大，人力成本高，調查人員勞動負荷極重，且效率低下。除了教學與臨時科研所用，基本處于淘汰狀態。
[0004]現代交通流量調查方式是通過各種先進的傳感技術來檢測車輛，由此來提高交通流量調查自動化程度，提高調查效率和降低人工負荷。通過查閱相關文獻及專利情況，分析匯總出目前常用的交通流量調查技術和方案如下:
[0005]—、磁感線圈檢測技術，該類技術典型代表可見中國專利200810048978.X、200820068128.1和201220120163.X。該類專利通過車輛鐵磁性質，經過地埋式線圈產生電磁感應來實現車輛的檢測。
[0006]二、超聲波檢測技術，該類技術典型代表可見中國專利2010101 75563.6和
200820068127.7。該類專利通過安裝于路面上方支架上的超聲波探頭來探測車輛通過時高度變化，實現車輛的檢測。
[0007]三、微波檢測技術，該類技術典型產品為微波車輛檢測器，代表專利可見中國專利
201420619090.8。該類專利通過安裝在路測的微波傳感器發射微波，通過回波信息確定車流量或車速信息，實現交通流量調查。
[0008]四、壓電式檢測技術，該類技術典型代表可見中國專利200920127071.2。該類專利是通過壓電式傳感器感知車輛通過時的壓力變化情況實現交通流量調查的，需埋設在路面以下。
[0009]五、視頻檢測技術，該類技術典型代表可見中國專利200820068135.1。該類專利通過安置在路面上方門架上的攝像機等圖像傳感器采集路面圖像信息，從視覺的角度實現交通流量的統計的。
[0010]六、激光掃描技術，該類技術典型代表可見中國專利20 I 220686656.X和201210591615.7等。該類專利通過掃描式激光獲取車輛外形尺寸等特征實現交通流量調查。
[0011]以上六種常見檢測技術及代表性專利都是將傳感器安裝在門架上或埋設于路面，均隸屬于固定式交通情況調查方式，雖然各種技術各有優劣，被市場所接受程度不一，但其根本還是一套設備固定調查一個點，設備功能單一，設備資源利用率受限。在面對寬范圍和大面積的交通流量調查需求和應用場合時，固定式交通情況調查方式就顯得笨重和不符要求了。
[0012]隨著無人機技術的興起和逐步完善，以及無人機在農業、地質勘查、攝影測量和環境監測等領域的成熟應用，也催生了交通領域另一種交通流量調查方式一一移動式交通流量調查。
[0013]移動式交通流量調查方式主要是依托無人機搭載相關信息采集設備進行抵近監測，可按時按需前往不同地點執行交通流量調查。由于其較高的靈活性和機動性，不失為固定式交通流量調查方式的一種補充。
[0014]目前，移動式交通流量調查方式中見諸報道的技術方案為無人機搭載攝像設備，典型代表可見已公開的中國專利201110287250.4、201310375004.3、201410484449.X和201510257264.X。該類專利中的技術方案雖然解決了交通流量調查設備的靈活性和機動性，由于采用視覺作為檢測手段，仍避免不了受天氣環境和光線等的影響，無法實現特殊時段的交通情況調查，比如傍晚時分或晚8點時分的交通流量調查。
[0015]上述固定式交通流量調查方式只能實現單點單測，無法實現調查設備的周轉利用，調查成本較高，資源利用率低;移動式交通流量調查方式中的無人機搭載攝像設備雖可實現靈活機動調查，但克服不了視覺中受光線視角等影響，無法滿足各種條件下的移動交通流量調查。此外，已有移動式交通流量調查系統只具備單方面的調查，無法實現稽查功會K。
【發明內容】
[0016]本實用新型針對上述現行固定式交通流量調查技術和方案以及已有的移動式交通流量調查設備和技術方案的不足，提出一種既滿足靈活性機動性，又不受環境光線等影響，還能實現交通稽查功能的交通流量調查系統一一一種基于無人機的交通流量調查系統。
[0017]—種基于無人機的交通流量調查系統，如圖1所示，包括無人機(I)、激光掃描模塊
(2)、電子車牌(3)、射頻識別讀寫器(4)、中控模塊(5)和通信模塊(6)。
[0018]其中，所述的激光掃描模塊(2)、射頻識別讀寫器(4)、中控模塊(5)和通信模塊(6)設置在無人機上；
[0019]所述的電子車牌(3)攜帶車輛信息安裝于路面車輛上；
[0020]所述的無人機(I)與中控模塊(5)相連，用于接收中控模塊(5)的飛行任務指令；
[0021]所述的激光掃描模塊(2)與中控模塊(5)相連，將采集的路面車輛波形發送給中控模塊處理；
[0022]所述的射頻識別讀寫器(4)與中控模塊(5)相連，將讀取的路面車輛電子車牌信息發送給中控模塊處理；
[0023]所述的中控模塊(5)實時處理激光掃描模塊(2)采集的波形提取出車輛信息，與射頻識別讀寫器(4)讀取的車輛信息進行比對，得到交通流量調查信息；
[0024]所述的通信模塊(6)與中控模塊(5)相連，將交通流量調查員下達的交通流量調查任務發送給中控模塊，將中控模塊處理得到的交通流量調查信息發送至交通流量調查中心；
[0025]其中，所述的激光掃描模塊(2)，包含N(N>1)個二維或三維掃描激光器，掃描范圍覆蓋待測路面。
[0026]其中，所述的通信模塊(6)，采用3G、4G或5G網絡通信，優選的是采用4G網絡。
[0027]其中，所述的交通流量調查信息，包括分車型分車道交通流量、平均車速、平均車頭時距、平均車頭間距和跟車百分比。
[0028]該交通流量調查系統實現移動式交通流量調查和稽查的具體流程如圖2所示:
[0029]S1:交通流量調查操作員下達交通流量調查任務，包括調查地點信息和無人機飛行航線信息；
[0030]S2:中控模塊接收交通流量調查任務，按照規劃好的飛行航線向無人機下達飛行任務指令，前往指定路段；
[0031]S3:中控模塊控制無人機調整飛行姿勢和飛行高度，懸停在調查路段上方;其中，優選的飛行姿勢為無人機前進方向順著待測道路延伸方向，無人機機身所在平面平行路面所在平面，懸停高度優選在Sm至50m，懸停位置處在路面寬度方向中央位置；
[0032]S4:激光掃描模塊實時采集路面車輛波形發送給中控模塊處理；
[0033]S5:射頻識別讀寫器實時讀取無人機下方通過時的車輛信息發送給中控模塊處理；
[0034]S6:中控模塊處理激光掃描模塊采集的波形提出去車輛信息與射頻識別讀卡器讀取的車輛信息對比，得到交通流量調查信息；
[0035]S7:通信模塊將中控模塊處理得到的交通流量調查信息發送給交通流量調查中心；
[0036]S8:中控模塊結束交通流量調查任務，控制無人機返回。
[0037]本實用新型以無人機為載體實現對交通流量的移動調查與稽查，其有益效果如下:
[0038]1、無人機可以突破現行常見的固定式交通流量調查方式的單點單測限制，大大提高調查設備的靈活性與機動性，提高交調設備的周轉率和設備資源的利用率，滿足大面積臨時性的交通流量調查應用。
[0039]2、射頻識別讀卡器與電子車牌之間的交互，能實現單方面交通流量信息的獲取；
[0040]3、激光掃描模塊，能夠解決無人機搭載攝像機方案下的特殊時段特殊環境光線下的影響，滿足多種情況復雜環境下的調查需求，實現單方面的交通流量的獲取。
[0041 ] 4、通過效果2和效果3兩方面獲取的交通流量信息對比，能夠實現交通流量的準確獲取，同時實現交通稽查功能，打擊偽造虛假電子車牌的作用。此外，在電子車牌尚未普及的情況下，激光掃描模塊仍可實現交通流量的調查。
【附圖說明】
[0042]圖1系統組成；
[0043]圖2系統工作流程；
[0044]圖3實施例1方案；
[0045]圖4垂直激光極坐標系；
[0046]圖5寬高坐標系；
[0047]圖6實施例2方案。
【具體實施方式】
[0048]下面結合附圖，對實用新型的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0049]實施例1
[0050]因科研需要，需從交通流量調查中心前往省道53061(23+350處調查18:30分交通流量，調查時長60min。采用本實用新型提供的一種基于無人機的交通流量調查系統執行本次調查任務。
[0051]如圖3所示，該調查系統由無人機(I)、激光掃描模塊(2)、電子車牌(3)、射頻識別讀寫器(4)、中控模塊(5)和通信模塊(6)組成。
[0052]其中，激光掃描模塊(2)、射頻識別讀寫器(4)、中控模塊(5)和通信模塊(6)設置在無人機(I)上；電子車牌(3)攜帶車輛信息安裝于路面車輛上;所述的無人機(I)與中控模塊
(5)相連，用于接收中控模塊(5)的飛行任務指令;所述的激光掃描模塊(2)與中控模塊(5)相連，將采集的路面車輛波形發送給中控模塊(5)處理;所述的射頻識別讀寫器(4)與中控模塊(5)相連，將讀取的路面車輛電子車牌(3)信息發送給中控模塊(5)處理;所述的中控模塊(5)實時處理激光掃描模塊(2)采集的波形提取出車輛信息，與射頻識別讀寫器(4)讀取的車輛信息進行比對，得到交通流量調查信息;所述的通信模塊(6)與中控模塊(5)相連，將交通流量調查員下達的交通流量調查任務發送給中控模塊(5)，將中控模塊(5)處理得到的交通流量調查信息發送至交通流量調查中心；
[0053]具體的是，激光掃描模塊(2)包含2個二維掃描激光器，掃描范圍覆蓋路面:一個沿垂直車身長度方向掃描，其掃描平面如圖3中的面OAB，定義為垂直激光器;另一個沿著車身寬度方向掃描，其掃描平面與OAB呈現45度夾角，如圖3中面OCD所示，定義為傾斜激光器。垂直激光器與傾斜激光器二者規格參數一樣，掃描角度范圍為0-180度，角度分辨率為0.5度，掃描頻率為50HZ;激光掃描模塊(2)通過2個二維掃描激光器實時采集路面車輛通過時的波形；
[0054]具體的是，通信模塊(6)采用4G網絡通信。
[0055]本實用新型提供的交通流量調查系統，按如下流程進行工作:
[0056]S1:中控模塊接收交通流量調查任務，具體為:地點省道S306K23+350位置;調查起止時間為:18:30—一19: 30;飛行路線為:交通流量調查中心起飛，經無人區飛行至省道S306K23+350 上空。
[0057]S2:中控模塊接收交通流量調查任務，控制無人機按照規劃好的飛行航線前往指定路段；
[0058]S3:中控模塊控制無人機調整飛行姿勢為無人機前進方向順著待測道路延伸方向，無人機機身所在平面平行路面所在平面，懸停高度為距離路面I Im，懸停位置處在路面寬度方向中央位置；
[0059]S4:激光掃描模塊實時采集路面車輛波形發送給中控模塊處理；
[0060]S5:射頻識別讀寫器實時讀取無人機下方通過時的車輛信息發送給中控模塊處理；
[0061]S6:中控模塊處理激光掃描模塊采集的波形提取出車輛信息與射頻識別讀卡器讀取的車輛信息對比，得到交通流量調查信息，包括分車型分車道交通流量、平均車速、平均車頭時距、平均車頭間距和跟車百分比；
[0062]S7:通信模塊將中控模塊處理得到的交通流量調查信息發送給交通流量調查中心；
[0063]S8:中控模塊結束交通流量調查任務，控制無人機返回。
[0064]在步驟S5中，射頻識別讀寫器讀取的實時車輛信息有車長、車寬、車高和車型以及車牌號。
[0065]在步驟S6中，中控模塊處理激光掃描模塊采集的波形，提取出車輛信息方法如下:
[0066]在車輛通過無人機下方時，激光掃描模塊每l/50HZ= 20ms采集一幀車輛寬度方向波形;激光掃描模塊中垂直激光器實時采集的波形如圖4所示，矩形框內是有車區域，由于采用的是從0-180度掃描，波形處于極坐標中，需經坐標轉換得到明確的寬高。如圖5所示，圖中所示當前掃描幀車輛寬高為2000mm*2500mm。中控模塊通過一系列的寬高幀波形提取出車輛寬度和高度信息；當車輛連續通過垂直激光器和傾斜激光器掃描平面時，通過時間距離差可計算出車輛行駛速度，進而求取出車輛長度信息，最終得到車輛的長寬高以及車型與車速。
[0067]此時，中控模塊對比射頻識別讀寫器讀取的車輛信息，如果兩方面車輛信息長寬高和車型基本相符則納入統計，如果出入較大則進入稽查識別，確定為偽造電子車牌。
[0068]實施例2
[0069]本實施例與實施例1在系統方案和執行的交調任務情況一樣，如圖6所示:
[0070]該調查系統同樣由無人機(1)、激光掃描模塊(2)、電子車牌(3)、射頻識別讀寫器
(4)、中控模塊(5)和通信模塊(6)組成，且各部分連接相同。
[0071]不同的是激光掃描模塊(2)只包含一個三維掃描激光器，掃描范圍覆蓋整個路面，其掃描方向為平行車輛行駛方向和垂直車輛行駛方向掃描。
[0072]在工作流程方面與實施例1相同，同樣需要經過SI至S8八個步驟，不同的是在S6中中控模塊處理激光掃描模塊采集的波形，提取出車輛信息的處理方法不同，具體如下:
[0073]車輛通過無人機下方時，激光掃描控制模塊中的三維掃描激光器采集車身橫向和縱向信息，直接提取出單車的長寬高，通過單車車頭在激光掃描模塊中的運動位移及運動時差計算出單車速度。
[0074]此時，中控模塊對比射頻識別讀寫器讀取的車輛信息，如果兩方面車輛信息長寬高和車型基本相符則納入統計，如果出入較大則進入稽查識別，確定為偽造電子車牌。
【主權項】
1.一種基于無人機的交通流量調查系統，包括無人機、激光掃描模塊、電子車牌、射頻識別讀寫器、中控模塊和通信模塊，其特征在于， 所述的激光掃描模塊、射頻識別讀寫器、中控模塊和通信模塊設置在無人機上； 所述的電子車牌攜帶車輛信息安裝于路面車輛上； 所述的無人機與中控模塊相連，用于接收中控模塊的飛行任務指令； 所述的激光掃描模塊與中控模塊相連，將采集的路面車輛波形發送給中控模塊處理；所述的射頻識別讀寫器與中控模塊相連，將讀取的路面車輛電子車牌信息發送給中控模塊處理； 所述的中控模塊實時處理激光掃描模塊采集的波形提取出車輛信息，與射頻識別讀寫器讀取的車輛信息進行比對，得到交通流量調查信息； 所述的通信模塊與中控模塊相連，將交通流量調查員下達的交通流量調查任務發送給中控模塊，將中控模塊處理得到的交通流量調查信息發送至交通流量調查中心。2.如權利要求1所述的一種基于無人機的交通流量調查系統，其特征在于，所述激光掃描模塊，包含N>1個二維或三維掃描激光器，掃描范圍覆蓋待測路面。3.如權利要求1所述的一種基于無人機的交通流量調查系統，其特征在于，所述通信模塊，采用3G、4G或5G網絡通信。4.如權利要求1所述的一種基于無人機的交通流量調查系統，其特征在于，所述交通流量調查信息，包括分車型分車道交通流量、平均車速、平均車頭時距、平均車頭間距和跟車百分比。
【文檔編號】G08G1/065GK205621284SQ201620415476
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】蔣難得, 楊勇剛, 張英杰, 武宏偉
【申請人】武漢萬集信息技術有限公司