專利名稱：車輛違章鳴笛電子警察路口機裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于交通管理領域，更具體說是涉及一種電子取證裝置。并涉及一種采 用該裝置的電子取證系統。
背景技術：
隨著科學技術水平的不斷提高和交通管理技術的發展，在交通卡口和路口大量使用 電子取證和電子卡口設備等電子設備自動監控道路交通情況是一種提高交通管理水平的 重要手段。現有的電子取證系統大多針對視頻取證而設計，主要采用了視頻采集、圖片自動捕獲和自動存儲等設備。例如，申請號為200610097851的專利申請，提出一種違 章車輛數字視頻信號和高清晰數碼相片的獲取方法，通過采用工業級數字攝像頭在軟件的控制下自動工作于視頻或照相工作狀態下，實現違章時自動轉換拍攝得到高清晰晰度 數碼相片的目的。又如專利號為200520071856的實用新型公開了一種用于車載稽查超速 行駛、違法停車的便攜式移動電子取證，其取證手段采用攝像機和雷達。目前，城市建設和道路交通快速發展，汽車鳴笛噪音己成為公害，影響到市民居住 質量和城市形象，己經引起職能部門充分重視，很多城市都頒布了禁鳴法規。但是有關 禁止汽車鳴笛的法規難以真正得到貫徹執行，其中一個很重要的原因是現有的電子取證系統無法對違章鳴笛取得確實可信的證據，而沒有真憑實據就難以管理和執法。很顯然， 現有的電子取證系統無法滿足車輛違章鳴笛取證的要求。發明內容本實用新型針對現有技術的不足，提出一種能夠對車輛違章鳴笛現象進行嚴密取證 的電子取證系統的路口機裝置，并提出了一種此種電子取證系統采用的電子警察系統， 利用本實用新型提出的電子取證系統和電子警察系統，能夠對違章鳴笛進行自動取證。 本實用新型主要提出了一種車輛違章鳴笛電子警察路口機裝置的技術方案 一種電子取證裝置，包括麥克陣、音頻采集模塊、攝像頭、視頻采集模塊、信息傳 輸模塊、其中麥克陣由兩個或兩個以上的麥克風構成，通過音頻采集模塊與信息傳輸模 塊相連；至少一個攝像頭，通過視頻采集模塊與信息傳輸模塊相連；信息傳輸模塊，實 時將從麥克陣采集的聲音信息和收到的圖像信息序列和聲音信息序列傳送給上位機。作為上述技術方案的補充，攝像頭控制模塊還可以通過信息傳輸模塊受上位機的控 制進行違章車輛的進一步細節追蹤拍攝。為了使笛聲聲源定位更為準確，電子取證裝置還可以包括風向傳感器和風速傳感頁器，上位機在對笛聲聲源定位時，利用鳴笛時間段所釆集的風速和風向信息對聲源定位 進行補償。本實用新型以上述的電子取證裝置為基礎，還提出一套完整的車輛違章鳴笛電子警 察系統，該系統包括麥克陣、音頻采集模塊、攝像頭、視頻采集模塊、信息傳輸接口、 上位機，其中麥克陣由兩個或兩個以上的麥克風構成，通過音頻采集模塊與信息傳輸模 塊相連；至少一個攝像頭，通過視頻采集模塊與信息傳輸模塊相連；麥克陣采集的聲音 信息序列和接收到圖像信息序列實時傳輸給上位機。從技術實現難以程度和設備成本方面考慮，笛聲識別和聲源定位還有圖像標注功能 由上位機完成由信息傳輸模塊將實時的圖像信息序列和聲音信息序列傳輸到上位機， 上位機在識別到笛聲時根據麥克陣與攝像頭之間的相對位置關系和從麥克陣采集的聲音 信息進行聲源定位，將笛聲聲源位置標注在所采集的圖像信息上，并存儲標注后的圖像{曰息。為了使得聲源定位更為準確，車輛違章鳴笛電子取證系統還可以包括風向傳感器和 風速傳感器，微處理器模塊或上位機在對笛聲聲源定位時，利用鳴笛時間段所采集的風 速和風向信息對聲源定位進行補償。本實用新型具有以下有益效果本實用新型徹底解決了違章鳴笛處罰取證難的問題，不但能夠邏輯嚴密的采集到違 章鳴笛的證據，而且提供了自動的違章鳴笛電子取證系統。很多交通事故都伴隨著鳴笛 聲，所以本實用新型提供的違章鳴笛電子取證系統還有間接的事故記錄功能。
圖l本實用新型所采用的探測器的結構示意圖。圖中，l是支架，2是鏈接架，3、 4、 5是攝像機、6、 7、 8、 9是麥克風，10是風速傳感器11是風向傳感器。圖2本實用新型的車輛違章鳴笛電子警察路口機裝置的結構框圖。 圖3本實用新型所采用的車輛違章鳴笛電子警察系統流程圖。 圖4-8為本實用新型實施例的電路原理圖。
具體實施方式
麥克陣包括以某種預定的布局的多個麥克風布置，這些麥克風用于捕捉來自各個方 向并起源于空間中不同的點的聲波，麥克陣通常用于語音處理系統。語音處理系統在還 原聲音時，出于濾去環境噪聲等的需要，需要根據從麥克陣采集的各個聲道的語音信息 進行聲源定位，尋找指向聲源的方向在空間濾波中起了重要的作用，在某些情況下，指 向聲源的方向被用于說話人跟蹤和記錄的音頻信號的后處理。通過麥克陣進行聲源定位， 現有技術己經有多種應用方式。例如發明專利02800828.6公開了一種用于電視會議系統的方法和裝置，其釆用包括兩個麥克風的陣列和一個靜止照相機來自動地找出說話者 的位置并電操作視頻圖像以產生可動的平移-傾斜-縮放("PTZ")照相機的效果。采用計算 機視覺算法來檢測、定位和追蹤處于廣角的靜止照相機的視場中的人物。采用只包括兩 個水平間隔開的麥克風的麥克風陣列作為聲源定位裝置，利用該麥克風陣列得到的估計 聲延遲來選擇正在說話的人。本實用新型也利用麥克陣采集到的多聲道音頻信息進行聲 源定位。本實用新型采用的探測器如圖l所示，3個攝像頭(3， 4， 5)和4個麥克風(6， 7， 8， 9)共同安裝在同一個支架l上，4個麥克風分別通過鏈接架2與支架1連接，其中麥克 風6、麥克風7、麥克風8水平放置，距離支架l的中心點80cm，共同構成麥克陣，攝像頭3、 攝像頭4、攝像頭5也安裝在支架1上，攝像頭3、攝像頭4、攝像頭5、麥克風6、麥克風7、 麥克風8在同一水平面上交錯安裝，每個相鄰的攝像頭和麥克風鏈接架2分別成60度夾角， 麥克風9安裝在支架l的中心點垂直上方80cm處。在本實施例中，3個攝像頭與麥克陣集成在同一個支架上，實際應用中，也可以分別 獨立安裝。但無論怎樣安裝，系統在進行聲源定位和圖像標注時，都需要確切知道麥克 陣中各個麥克風的相對位置信息和麥克陣與各個攝像頭的相對位置信息。本實用新型還 在支架頂端安裝風速傳感器10以及風向傳感器11。風速和風向傳感器并非本實用新型實 施例必須的電子器件，利用它們采集風向和風速信號目的是為了更為精確地進行聲源定 位補償。圖2為本實用新型的車輛違章鳴笛電子取證系統的結構框圖。本實用新型的車輛違 章鳴笛電子取證系統包括可以安裝在道路監測點的電子取證裝置和用于運算、確定聲源 位置并進行圖像標注的計算機(或稱為上位機)兩部分，電子取證裝置包括麥克陣、音 頻采集模塊、 一個或多個攝像頭、視頻采集模塊、微處理器模塊、存儲器等。麥克陣通 過音頻采集模塊與微處理器模塊相連； 一個或多個攝像頭通過視頻釆集模塊與微處理器 模塊相連。微處理器模塊根據從麥克陣釆集的聲音信息實時識別汽車笛聲，并將各個鳴笛時間 段內接收到的圖像信息序列和聲音信息序列分別存儲到存儲器中。這里的鳴笛時間段的 定義是以識別到有違章笛聲存在的時刻為時間基準，在該時刻之后的截取一段短暫時 間，如一分鐘，或者在該時刻之前和之后截取一段短暫時間，例如取前后各30秒鐘。微 處理器模塊可以有多種實現形式，例如，利用單片機作為主控制器，利用DSP或語音識 別芯片完成對車輛違章鳴笛笛聲的識別。微處理器模塊的聲音識別功能是這樣實現的，首先把各種車輛的鳴笛聲特征提取出 來建立鳴笛聲音識別模型數據庫，并將其預先存入電子取證裝置中用于笛聲識別的微處 理器，如DSP或語音識別芯片中。用于笛聲識別的微處理器進行實時笛聲識別時，把采 集到的麥克陣中的至少一個麥克風拾取到的周圍環境的聲音與鳴笛聲音識別模型數據庫進行比對，從而判斷出此時周圍環境中是否有車輛鳴笛。如果沒有則繼續識別，如果有， 則以當前時間為基準，將這一時間段的圖像及聲音信息(麥克陣的多聲道數字聲音信息) 以及風速傳感器和風向傳感器記錄的風速風向信息(如果使用風速和風向傳感器的話) 儲存到存儲器里，然后繼續對周圍環境中的聲音信息進行實時識別。電子取證裝置安裝在道路監控點處，電子取證裝置與計算機之間的數據通信接口可 以設計成多種形式，例如，如果在道路監控點附近設置作為上位機的工控機，電子取證 裝置與工控機兩者之間可以通過RS233、 USB等通信，由工控機接收電子取證裝置傳輸來 的在各個鳴笛時間段采集到的聲音信息和圖像信息，并進行笛聲聲源定位和圖像標注， 此時，工控機相對于電子取證裝置的微處理器模塊而言，稱為上位機。工控機再通過有 線網絡或無線網絡與交通管理部門的控制中心進行數據通信。如果道路監控點附近不設 置上位機，作為上位機的計算機設置在交通管理部門的控制中心，電子取證裝置還可以 通過工業現場總線、以太網接口通信或者是采用無線通信方式與計算機通信，向計算機 傳輸鳴笛時間段內接收到的圖像信息序列和聲音信息序列，可以實時處理也可以分時段 傳輸處理。這種情況下由設置在在交通管理部門的控制中心的計算機實現聲源定位和圖 像標注功能。上位機對每一組鳴笛時間段的信息進行處理，處理的過程包括兩個步驟，首先通過 麥克陣的安裝位置信息計算出鳴笛的笛聲聲源與麥克陣的三維空間相對位置關系，本實 用新型實施例采用的定位算法原理如下-四個相同的麥克風Si， S2， S3， S4放置在測量區域內，這些傳感器位置坐標分別為S"x" y丄，zj， S2(x2， y2， z2)， S3(x3， y3， z3)， S4(x4， y4， z4)。當測量區域內任意點T(x,y,z)處有聲源產生時，聲波傳到麥克風，分別產生四個聲信號Si(t)，S2(t)， S3(t)， S4(t)。每個麥克風上的微處理器首先刻ti， t2， t3， t4，并送給上位機。聲源到達四個麥克風的實際時間是tp+、， tp+t2， tp + t3， tp+t4其中tp為聲音事件開始到假定四個麥克風同時開始采樣的時間，四個麥克風需有同一個 采樣時間基準。上位機同時采集來自測量區域旁的風速、風向傳感器的信號，而得到當 地的風速矢量Vw(Vx,Vy，Vz)。通過適當的傳感器上位機也可以得到當地聲音傳播速度c。 于是有如下方程組(l)成立(Xl - X)2 + & — y)2 + (Zl - Z)2 = [(c + Vl) . " + tj2<formula>formula see original document page 7</formula>(1)其中h， V2， V3， V4分別是風速矢量Vw(Vjj， vy， vj在矢量 TSi， TS2， TS3， TS4上的投影。它們由關系式(2)算得。<formula>formula see original document page 7</formula>(2)對方程組(l)進行消去tp的處理，得到方程組(3)<formula>formula see original document page 7</formula>(xi — x)2 + (y廣y)2 + (z廣z)y)2 + (zt — z)2 + vx (Xi - x) + vy 〔x3 + x)2 + (y3 + y)2 + 03 + z)2 fe + z)c. V(x3 _x)2 + (y3-y)2 + (z3 — z)2 + vx . (x3 — X) + vy七3—y) + vz,(z3 + z):14Oi — x)2 + (yi—y)2 + (Zl — z)2y)2+(Zl —z)2 + vx.(Xl —x)+vy (x4 + x)2 + (y4 + y)2 + (z4 + z)2七i—y) + vz■h + z)C'V(x4 —x)2 + (y4 -y)2 + (z4 - z)2 + vx (x4 — x) + vy.(y4—y) + vz(3)其中t21-tz一tl， tji-t3—ti， ^1 = 1^ —、，構成聲源對應的時間差矢量△ Tm (t21， t31， t41)。方程組(3)是關于變量x， y， z，的高次方程組，由觀測得到的對應聲源位置的時間差矢量ATm (t21， t31， 141)可以求得聲源的位置T (x， y， y)。對于任意的四個麥克風位置坐標，風速Vw以及當地聲速C而言，用數值解法求解。以上方程由上位機通過數值法求解，得出聲源位置坐標，將麥克陣的每個麥克風上 所接受的聲信號進行適當的數字信號處理而算得信號的特征峰值時刻代入方程都是由上 位機自動操作完成的。當考慮到實施成本時可以不安裝風速傳感器和風向傳感器，風速 以o值帶入計算。得到笛聲聲源的位置坐標后，通過麥克陣和攝像頭之間的相對位置關系使用三維虛 擬技術把聲源點的空間位置虛擬出來，利用攝像頭位置信息和鏡頭角度信息做出虛擬攝 像頭視角，使用虛擬技術用虛擬的攝像頭視角拍攝虛擬出來的聲源位置點，得出該點在 攝像頭拍攝圖像上的二維圖像，得到該點在攝像頭拍攝圖像上的二維坐標，將該坐標標 注于同時刻(計算聲源位置所使用的聲音信息的時刻)的攝像頭實拍的圖像上。圖像上 笛聲聲源位置標注的車輛就是當時鳴笛的車輛。這就是利用聲學位置判斷和光學位置判 斷的時間空間一致性。本實施例的探測器采用由四個麥克風構成的麥克陣，在實際應用中，麥克風的個數 不是固定的，最少可以設置成由兩個麥克風構成的麥克陣，如上面所提到的發明專利02800828.6。在現有技術中，用于聲源定位的麥克風的個數已經有6個、8個等，其空間布局方式也是多種多樣的。 一般而言，麥克陣里的麥克風之間距離不應太近，相距 較遠時，抗干擾能力較強，麥克風的個數設置的越多，所可能獲取的聲音信息也越多， 聲源定位也能夠更為準確。本實施例中，電子取證裝置只是用來識別笛聲，并把與各個鳴笛時間段所采集的聲 音信息和圖像信息傳輸到上位機中，由上位機機完成聲源定位和圖像標注的功能。在實 際應用中，如果電子取證裝置的微處理器模塊另外設計有專門執行聲源定位和圖像標注 功能的DSP，如果再加上可控變焦攝像頭和可控云臺，電子取證裝置當時就能控制攝像 頭對聲源進行更準確的跟蹤拍攝，以獲得更多的鳴笛車輛的細部特征，更有利于交管部 門的執法，那么存儲器里存儲的就是更準確聲源位置信息而不僅僅是多聲道數字音頻信 號了 ，當然同樣可以通過各種數據傳輸手段傳輸到上位機進行圖像標注處理。交管部門可以根據每個攝像頭圖像上的標注對被標注的車輛依法進行處罰，從圖像 上尋找被標注車輛的牌照號等細部特征。 具體電路實現參見見圖4-8。 本實施例采用雙微處理器結構主控制器為C8051F040，利用語音識別芯片HL7300 進行聲音識別，存儲芯片為FLASH, USB通訊芯片為C8051F340。1) C8051F040的P4.7 4.0腳，P5.0-5.2腳控制語音識別芯片運行，P5.4 P5.7、 P6.0-6.7 讀取語音識別數據存入單片機。P1.0 P1.7為FLASH存儲器控制端口， P2.0~2.7為 FLASH數據端口。 P0.0~0.1為與C8051F340串口通訊接口，接收四路麥克風(MIC0、 MIC1、 MC2、 MIC3)采集信號通過接口 (18-21)進行AD轉換為數字信號進行處 理和存儲，單片機(52~54腳)接收視頻采集卡的數據進行處理和存儲。2) 語音識別電路以主芯片HL7003組成，HL7003組成的語音識別電路有兩種主要的操 作模式字記錄模式和字識別模式。除了此兩種模式之外，HL7003還可以在信號中 檢測按鍵和產生輸出信號。全部操作都由HL7003內部程序處理，四路麥克風中的任 何一路通過電路接入HL7003的27腳，由單片機C8051F040的P4.7~4.0端口 ， P5.0~5.2 端口控制語音識別芯片運行，C8051F040并通過HL7003的識別結果對信號的存儲進 行控制。3) FLASH為大容量存儲設備，用于存儲與識別到的笛聲相關的聲音數據文件。4) C8051F340芯片用于USB通訊，通過USB接口與作為上位機的計算機通訊交換數據。 需要說明的是，本實用新型屬于一種組合發明，是一種在技術應用上具有創新性的發明創造，其中所涉及的麥克陣、攝像頭、風向和風速傳感器、視頻采集模塊、圖像采 集模塊、聲音識別技術、聲源定位技術、圖像標注技術等，都屬于已有技術并且己有多 種形式和應用。這里只是以本實用新型的實施例為中心展開了詳細的說明，所描述的優 選方式或某些特性的具體體現，應當理解為本說明書僅僅是通過給出實施例的方式來描 述本實用新型，實際上在組成、構造和使用的某些細節上會有所變化，包括部件的組合和組配，這些變形和應用都應該屬于本實用新型的范圍內。
權利要求1. 一種車輛違章鳴笛電子警察路口機裝置，其特征是包括麥克陣、音頻采集模塊、攝像頭、視頻采集模塊、信息傳輸模塊，其中，通過音頻采集模塊與信息傳輸模塊相連；至少一個攝像頭，通過視頻采集模塊與信息傳輸模塊相連。
2. 根據權利要求1所述的車輛違章鳴笛電子警察路口機裝置，其特征在于，麥克陣由兩 個或兩個以上的麥克風構成。
3. 根據權利要求1所述的車輛違章鳴笛電子警察路口機裝置，其特征在于，音頻采集模 塊、視頻采集模塊實時將麥克陣和攝像頭采集到的信息通過信息傳輸模塊傳輸給不包 含在路口機裝置中的上位機。
4. 根據權利要求1所述的車輛違章鳴笛電子警察路口機裝置，其特征在于，還有一個攝 像頭控制模塊，該攝像頭控制模塊能夠通過信息傳輸模塊接收上位機的控制信息，從 而實現上位機對攝像頭的控制。
專利摘要本實用新型屬于交通管理領域，涉及一種電子警察路口機裝置包括在道路監控點安裝的攝像頭和麥克陣，和信息傳輸模塊。利用信息傳輸模塊實時將麥克陣接收的聲音信息和各個攝像頭接收的圖像信息傳遞給不包含在本裝置中的上位機，上位機是能實時對所采集到的聲音信息進行笛聲識別，若識別到笛聲，由上位機根據從麥克陣采集的聲音信息進行聲源定位和圖像信息標注的計算機系統。本實用新型徹底解決了違章鳴笛處罰取證難的問題，能夠邏輯嚴密的采集到違章鳴笛的證據。
文檔編號H04N7/18GK201097380SQ20072014338
公開日2008年8月6日 申請日期2007年4月23日 優先權日2007年4月23日
發明者凌子龍 申請人:凌子龍