一种基于无人机的交通流量调查系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于无人机的交通流量调查系统，涉及智能交通领域。该交通流量调查系统由无人机、激光扫描模块、电子车牌、射频识别读写器、中控模块和通信模块组成。其中激光扫描模块、射频识别读写器、中控模块和通信模块设置在无人机上。电子车牌携带车辆信息安装于路面车辆上。该系统一方面通过激光扫描模块采集车辆通过时的波形发送给中控模块处理提取出车辆信息；另一方面通过射频识别读写器读取车辆信息。两方面获取的车辆信息对比实现最终的交通流量调查和稽查。本实用新型有别于现行常用的固定式交通流量调查方式，既满足灵活性机动性，又不受环境光线等影响，同时兼具稽查功能。
【专利说明】
一种基于无人机的交通流量调查系统
技术领域
[0001]本实用新型属于智能交通领域，具体涉及一种基于无人机的交通流量调查系统。
【背景技术】
[0002]交通流量调查是一种通过观测一定时间段内通过路面某断面的交通实体的调查业务，可为微观的交通组织研究和宏观的交通管理决策提供规范的、可比性强的交通流量调查基础数据。一方面，可评价当前的交通状况;另一方面，可预测未来交通量，并为道路养护、道路设计及道路新建提供科学依据。正因为此，国家交通部为此专门制定了交通流量调查标准《道路交通流量调查(GA/T 299-2001)》以供各单位各设备厂商遵循使用。
[0003]传统的交通流量调查方式是人工式，通过人工肉眼观测统计交通量来反应当前路段的交通情况。该种方式人工误差大，人力成本高，调查人员劳动负荷极重，且效率低下。除了教学与临时科研所用，基本处于淘汰状态。
[0004]现代交通流量调查方式是通过各种先进的传感技术来检测车辆，由此来提高交通流量调查自动化程度，提高调查效率和降低人工负荷。通过查阅相关文献及专利情况，分析汇总出目前常用的交通流量调查技术和方案如下:
[0005]—、磁感线圈检测技术，该类技术典型代表可见中国专利200810048978.X、200820068128.1和201220120163.X。该类专利通过车辆铁磁性质，经过地埋式线圈产生电磁感应来实现车辆的检测。
[0006]二、超声波检测技术，该类技术典型代表可见中国专利2010101 75563.6和
200820068127.7。该类专利通过安装于路面上方支架上的超声波探头来探测车辆通过时高度变化，实现车辆的检测。
[0007]三、微波检测技术，该类技术典型产品为微波车辆检测器，代表专利可见中国专利
201420619090.8。该类专利通过安装在路测的微波传感器发射微波，通过回波信息确定车流量或车速信息，实现交通流量调查。
[0008]四、压电式检测技术，该类技术典型代表可见中国专利200920127071.2。该类专利是通过压电式传感器感知车辆通过时的压力变化情况实现交通流量调查的，需埋设在路面以下。
[0009]五、视频检测技术，该类技术典型代表可见中国专利200820068135.1。该类专利通过安置在路面上方门架上的摄像机等图像传感器采集路面图像信息，从视觉的角度实现交通流量的统计的。
[0010]六、激光扫描技术，该类技术典型代表可见中国专利20 I 220686656.X和201210591615.7等。该类专利通过扫描式激光获取车辆外形尺寸等特征实现交通流量调查。
[0011]以上六种常见检测技术及代表性专利都是将传感器安装在门架上或埋设于路面，均隶属于固定式交通情况调查方式，虽然各种技术各有优劣，被市场所接受程度不一，但其根本还是一套设备固定调查一个点，设备功能单一，设备资源利用率受限。在面对宽范围和大面积的交通流量调查需求和应用场合时，固定式交通情况调查方式就显得笨重和不符要求了。
[0012]随着无人机技术的兴起和逐步完善，以及无人机在农业、地质勘查、摄影测量和环境监测等领域的成熟应用，也催生了交通领域另一种交通流量调查方式一一移动式交通流量调查。
[0013]移动式交通流量调查方式主要是依托无人机搭载相关信息采集设备进行抵近监测，可按时按需前往不同地点执行交通流量调查。由于其较高的灵活性和机动性，不失为固定式交通流量调查方式的一种补充。
[0014]目前，移动式交通流量调查方式中见诸报道的技术方案为无人机搭载摄像设备，典型代表可见已公开的中国专利201110287250.4、201310375004.3、201410484449.X和201510257264.X。该类专利中的技术方案虽然解决了交通流量调查设备的灵活性和机动性，由于采用视觉作为检测手段，仍避免不了受天气环境和光线等的影响，无法实现特殊时段的交通情况调查，比如傍晚时分或晚8点时分的交通流量调查。
[0015]上述固定式交通流量调查方式只能实现单点单测，无法实现调查设备的周转利用，调查成本较高，资源利用率低;移动式交通流量调查方式中的无人机搭载摄像设备虽可实现灵活机动调查，但克服不了视觉中受光线视角等影响，无法满足各种条件下的移动交通流量调查。此外，已有移动式交通流量调查系统只具备单方面的调查，无法实现稽查功會K。
【发明内容】
[0016]本实用新型针对上述现行固定式交通流量调查技术和方案以及已有的移动式交通流量调查设备和技术方案的不足，提出一种既满足灵活性机动性，又不受环境光线等影响，还能实现交通稽查功能的交通流量调查系统一一一种基于无人机的交通流量调查系统。
[0017]—种基于无人机的交通流量调查系统，如图1所示，包括无人机(I)、激光扫描模块
(2)、电子车牌(3)、射频识别读写器(4)、中控模块(5)和通信模块(6)。
[0018]其中，所述的激光扫描模块(2)、射频识别读写器(4)、中控模块(5)和通信模块(6)设置在无人机上；
[0019]所述的电子车牌(3)携带车辆信息安装于路面车辆上；
[0020]所述的无人机(I)与中控模块(5)相连，用于接收中控模块(5)的飞行任务指令；
[0021]所述的激光扫描模块(2)与中控模块(5)相连，将采集的路面车辆波形发送给中控模块处理；
[0022]所述的射频识别读写器(4)与中控模块(5)相连，将读取的路面车辆电子车牌信息发送给中控模块处理；
[0023]所述的中控模块(5)实时处理激光扫描模块(2)采集的波形提取出车辆信息，与射频识别读写器(4)读取的车辆信息进行比对，得到交通流量调查信息；
[0024]所述的通信模块(6)与中控模块(5)相连，将交通流量调查员下达的交通流量调查任务发送给中控模块，将中控模块处理得到的交通流量调查信息发送至交通流量调查中心；
[0025]其中，所述的激光扫描模块(2)，包含N(N>1)个二维或三维扫描激光器，扫描范围覆盖待测路面。
[0026]其中，所述的通信模块(6)，采用3G、4G或5G网络通信，优选的是采用4G网络。
[0027]其中，所述的交通流量调查信息，包括分车型分车道交通流量、平均车速、平均车头时距、平均车头间距和跟车百分比。
[0028]该交通流量调查系统实现移动式交通流量调查和稽查的具体流程如图2所示:
[0029]S1:交通流量调查操作员下达交通流量调查任务，包括调查地点信息和无人机飞行航线信息；
[0030]S2:中控模块接收交通流量调查任务，按照规划好的飞行航线向无人机下达飞行任务指令，前往指定路段；
[0031]S3:中控模块控制无人机调整飞行姿势和飞行高度，悬停在调查路段上方;其中，优选的飞行姿势为无人机前进方向顺着待测道路延伸方向，无人机机身所在平面平行路面所在平面，悬停高度优选在Sm至50m，悬停位置处在路面宽度方向中央位置；
[0032]S4:激光扫描模块实时采集路面车辆波形发送给中控模块处理；
[0033]S5:射频识别读写器实时读取无人机下方通过时的车辆信息发送给中控模块处理；
[0034]S6:中控模块处理激光扫描模块采集的波形提出去车辆信息与射频识别读卡器读取的车辆信息对比，得到交通流量调查信息；
[0035]S7:通信模块将中控模块处理得到的交通流量调查信息发送给交通流量调查中心；
[0036]S8:中控模块结束交通流量调查任务，控制无人机返回。
[0037]本实用新型以无人机为载体实现对交通流量的移动调查与稽查，其有益效果如下:
[0038]1、无人机可以突破现行常见的固定式交通流量调查方式的单点单测限制，大大提高调查设备的灵活性与机动性，提高交调设备的周转率和设备资源的利用率，满足大面积临时性的交通流量调查应用。
[0039]2、射频识别读卡器与电子车牌之间的交互，能实现单方面交通流量信息的获取；
[0040]3、激光扫描模块，能够解决无人机搭载摄像机方案下的特殊时段特殊环境光线下的影响，满足多种情况复杂环境下的调查需求，实现单方面的交通流量的获取。
[0041 ] 4、通过效果2和效果3两方面获取的交通流量信息对比，能够实现交通流量的准确获取，同时实现交通稽查功能，打击伪造虚假电子车牌的作用。此外，在电子车牌尚未普及的情况下，激光扫描模块仍可实现交通流量的调查。
【附图说明】
[0042]图1系统组成；
[0043]图2系统工作流程；
[0044]图3实施例1方案；
[0045]图4垂直激光极坐标系；
[0046]图5宽高坐标系；
[0047]图6实施例2方案。
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图，对实用新型的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0049]实施例1
[0050]因科研需要，需从交通流量调查中心前往省道53061(23+350处调查18:30分交通流量，调查时长60min。采用本实用新型提供的一种基于无人机的交通流量调查系统执行本次调查任务。
[0051]如图3所示，该调查系统由无人机(I)、激光扫描模块(2)、电子车牌(3)、射频识别读写器(4)、中控模块(5)和通信模块(6)组成。
[0052]其中，激光扫描模块(2)、射频识别读写器(4)、中控模块(5)和通信模块(6)设置在无人机(I)上；电子车牌(3)携带车辆信息安装于路面车辆上;所述的无人机(I)与中控模块
(5)相连，用于接收中控模块(5)的飞行任务指令;所述的激光扫描模块(2)与中控模块(5)相连，将采集的路面车辆波形发送给中控模块(5)处理;所述的射频识别读写器(4)与中控模块(5)相连，将读取的路面车辆电子车牌(3)信息发送给中控模块(5)处理;所述的中控模块(5)实时处理激光扫描模块(2)采集的波形提取出车辆信息，与射频识别读写器(4)读取的车辆信息进行比对，得到交通流量调查信息;所述的通信模块(6)与中控模块(5)相连，将交通流量调查员下达的交通流量调查任务发送给中控模块(5)，将中控模块(5)处理得到的交通流量调查信息发送至交通流量调查中心；
[0053]具体的是，激光扫描模块(2)包含2个二维扫描激光器，扫描范围覆盖路面:一个沿垂直车身长度方向扫描，其扫描平面如图3中的面OAB，定义为垂直激光器;另一个沿着车身宽度方向扫描，其扫描平面与OAB呈现45度夹角，如图3中面OCD所示，定义为倾斜激光器。垂直激光器与倾斜激光器二者规格参数一样，扫描角度范围为0-180度，角度分辨率为0.5度，扫描频率为50HZ;激光扫描模块(2)通过2个二维扫描激光器实时采集路面车辆通过时的波形；
[0054]具体的是，通信模块(6)采用4G网络通信。
[0055]本实用新型提供的交通流量调查系统，按如下流程进行工作:
[0056]S1:中控模块接收交通流量调查任务，具体为:地点省道S306K23+350位置;调查起止时间为:18:30—一19: 30;飞行路线为:交通流量调查中心起飞，经无人区飞行至省道S306K23+350 上空。
[0057]S2:中控模块接收交通流量调查任务，控制无人机按照规划好的飞行航线前往指定路段；
[0058]S3:中控模块控制无人机调整飞行姿势为无人机前进方向顺着待测道路延伸方向，无人机机身所在平面平行路面所在平面，悬停高度为距离路面I Im，悬停位置处在路面宽度方向中央位置；
[0059]S4:激光扫描模块实时采集路面车辆波形发送给中控模块处理；
[0060]S5:射频识别读写器实时读取无人机下方通过时的车辆信息发送给中控模块处理；
[0061]S6:中控模块处理激光扫描模块采集的波形提取出车辆信息与射频识别读卡器读取的车辆信息对比，得到交通流量调查信息，包括分车型分车道交通流量、平均车速、平均车头时距、平均车头间距和跟车百分比；
[0062]S7:通信模块将中控模块处理得到的交通流量调查信息发送给交通流量调查中心；
[0063]S8:中控模块结束交通流量调查任务，控制无人机返回。
[0064]在步骤S5中，射频识别读写器读取的实时车辆信息有车长、车宽、车高和车型以及车牌号。
[0065]在步骤S6中，中控模块处理激光扫描模块采集的波形，提取出车辆信息方法如下:
[0066]在车辆通过无人机下方时，激光扫描模块每l/50HZ= 20ms采集一帧车辆宽度方向波形;激光扫描模块中垂直激光器实时采集的波形如图4所示，矩形框内是有车区域，由于采用的是从0-180度扫描，波形处于极坐标中，需经坐标转换得到明确的宽高。如图5所示，图中所示当前扫描帧车辆宽高为2000mm*2500mm。中控模块通过一系列的宽高帧波形提取出车辆宽度和高度信息；当车辆连续通过垂直激光器和倾斜激光器扫描平面时，通过时间距离差可计算出车辆行驶速度，进而求取出车辆长度信息，最终得到车辆的长宽高以及车型与车速。
[0067]此时，中控模块对比射频识别读写器读取的车辆信息，如果两方面车辆信息长宽高和车型基本相符则纳入统计，如果出入较大则进入稽查识别，确定为伪造电子车牌。
[0068]实施例2
[0069]本实施例与实施例1在系统方案和执行的交调任务情况一样，如图6所示:
[0070]该调查系统同样由无人机(1)、激光扫描模块(2)、电子车牌(3)、射频识别读写器
(4)、中控模块(5)和通信模块(6)组成，且各部分连接相同。
[0071]不同的是激光扫描模块(2)只包含一个三维扫描激光器，扫描范围覆盖整个路面，其扫描方向为平行车辆行驶方向和垂直车辆行驶方向扫描。
[0072]在工作流程方面与实施例1相同，同样需要经过SI至S8八个步骤，不同的是在S6中中控模块处理激光扫描模块采集的波形，提取出车辆信息的处理方法不同，具体如下:
[0073]车辆通过无人机下方时，激光扫描控制模块中的三维扫描激光器采集车身横向和纵向信息，直接提取出单车的长宽高，通过单车车头在激光扫描模块中的运动位移及运动时差计算出单车速度。
[0074]此时，中控模块对比射频识别读写器读取的车辆信息，如果两方面车辆信息长宽高和车型基本相符则纳入统计，如果出入较大则进入稽查识别，确定为伪造电子车牌。
【主权项】
1.一种基于无人机的交通流量调查系统，包括无人机、激光扫描模块、电子车牌、射频识别读写器、中控模块和通信模块，其特征在于， 所述的激光扫描模块、射频识别读写器、中控模块和通信模块设置在无人机上； 所述的电子车牌携带车辆信息安装于路面车辆上； 所述的无人机与中控模块相连，用于接收中控模块的飞行任务指令； 所述的激光扫描模块与中控模块相连，将采集的路面车辆波形发送给中控模块处理；所述的射频识别读写器与中控模块相连，将读取的路面车辆电子车牌信息发送给中控模块处理； 所述的中控模块实时处理激光扫描模块采集的波形提取出车辆信息，与射频识别读写器读取的车辆信息进行比对，得到交通流量调查信息； 所述的通信模块与中控模块相连，将交通流量调查员下达的交通流量调查任务发送给中控模块，将中控模块处理得到的交通流量调查信息发送至交通流量调查中心。2.如权利要求1所述的一种基于无人机的交通流量调查系统，其特征在于，所述激光扫描模块，包含N>1个二维或三维扫描激光器，扫描范围覆盖待测路面。3.如权利要求1所述的一种基于无人机的交通流量调查系统，其特征在于，所述通信模块，采用3G、4G或5G网络通信。4.如权利要求1所述的一种基于无人机的交通流量调查系统，其特征在于，所述交通流量调查信息，包括分车型分车道交通流量、平均车速、平均车头时距、平均车头间距和跟车百分比。
【文档编号】G08G1/065GK205621284SQ201620415476
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】蒋难得, 杨勇刚, 张英杰, 武宏伟
【申请人】武汉万集信息技术有限公司