一种智能停车库的道闸系统及道闸控制方法与流程

【技术领域】

本发明涉及道闸设备技术领域，具体涉及一种智能停车库的道闸系统及道闸控制方法。

背景技术：

目前，多种形式的智能立体车库已被广泛应用，车辆尺寸一般是在一个专门的平台或升降梯中测试，但是在使用过程中如果车辆尺寸超过智能立体车库的适停尺寸，车辆就需要做出库处理，通常需要车主重新上车，倒车出库。如果此时在车库门口存在排队的车辆，就会造成较大的不便，即使没有车辆排队，停车、测量、判断不符合、倒车出库本身也非常耗费时间，非常影响车主的停车体验，严重的情况下，部分适停尺寸较小的立体车库很容易造成死库(即不使用)的现象。如果能在停车场的进口的道闸处即对车辆的外廓尺寸进行测量，尺寸未超限的可以打开道闸栏杆放行入库，而尺寸超限的车辆设置分流通道将其引离车库，则可以解决该问题。

现有的雷达测量汽车尺寸的技术可以实现运动车辆外廓尺寸的测量，授权公告号为cn104655249b的中国发明专利了“一种公路车辆尺寸与重量自动测量系统及方法”，该系统使用前后龙门架的方式测量车辆的尺寸信息，其中在前龙门架上使用两个二维激光雷达组合测量单个车道上的车辆的宽高信息，能够有效的避免因车辆变形带来的测量难题；在后龙门架上使用单个激光雷达间接测量单个车道上车辆的长度信息。利用前龙门架上的激光雷达分离车辆为轴式称重衡提供单个车辆的起止信息。该系统具有测量速度快、精度高等优点，并且不影响车辆的正常行驶。

公开号为cn204535671u的中国实用新型专利公开了车辆外廓尺寸测量装置，通过在测试场地固定设置龙门架，激光雷达ⅰ、ii分别安装在龙门架的上部，并分别与配电箱内的电路板相连，所述激光雷达ⅰ测量车辆的宽度和高度，激光雷达ii测量车辆的长度；光电传感器ⅰ、闸机、车辆外廓测量提示液晶屏分别与配电箱相连，且固定设置在龙门架的一侧；在龙门架的另一侧，依序设置号牌识别仪、光电传感器ⅰ、ii、外观查验液晶屏、全景摄像头ⅰ、ii，所述号牌识别仪与车辆外廓测量提示液晶屏相连，所述全景摄像头ⅰ、ii分别与外观查验液晶屏相连。

上述技术应用均能实现车辆尺寸的测量，但上述技术都默认车辆处于直行驶入测试区，在智能停车库入口道闸处，如果采用上述方法测量车辆尺寸，车速相对较慢，此时，车辆很可能与测试区存在一定的角度，这就使得测试结果存在偏差，测试值比实际值可能偏大，智能停车库的车位尺寸限制较严，会造成可以停入的车辆被拒收的情况。因此，有必要对现有的道闸系统进行进一步改进。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种智能停车库的道闸系统，该道闸系统结合了激光雷达的测量技术，并通过计算修正，使得车辆尺寸测试结果更加准确，以满足智能停车库对车辆尺寸的严格筛选要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种智能停车库的道闸系统，包括控制机箱、道闸机箱、道闸栏杆和车辆尺寸测试装置；所述道闸机箱内设置有驱动装置，所述道闸栏杆的一端与所述驱动装置连接；所述控制机箱的内部设有控制主机；

车辆尺寸测试装置包括前龙门架、后龙门架、左激光雷达、右激光雷达、后激光雷达；所述前龙门架、后龙门架的两脚分别设置在通道道路两边，前龙门架、后龙门架和道闸栏杆相互平行，且后龙门架位于前龙门架与道闸栏杆之间；所述前龙门架上安装左激光雷达和右激光雷达，左激光雷达、右激光雷达位于通道道路的两侧，用于获取车辆两侧的临界位置信息以测得车辆的宽度和高度；后龙门架上安装后激光雷达，后激光雷达与左激光雷达、右激光雷达的距离相等，后激光雷达用于测量车辆距离后龙门架的距离；

所述驱动装置、左激光雷达、右激光雷达、后激光雷达分别与控制主机通过电路连接。

本发明中，优选地，所述控制主机包括自动控制元件和手动控制元件，所述自动控制元件为具有信号、数据处理与传输能力的控制器、处理器、单片机或pc机，所述自动控制元件分别与所述驱动装置、左激光雷达、右激光雷达、后激光雷达电连接，以接收信号、进行处理后发出指令控制所述驱动装置工作；所述手动控制元件为多个设在所述控制机箱外端面上的操作按钮，所述操作按钮与驱动装置连接用于控制所述驱动装置工作。

本发明中，优选地，所述驱动装置包括变速箱、驱动电机和驱动主轴；所述驱动电机与所述变速箱连接；所述变速箱与所述驱动主轴连接；所述驱动主轴与所述道闸杆连接；所述驱动电机分别与自动控制元件、操作按钮受控连接。

本发明中，优选地，所述控制机箱表面设有停车信息显示面板装置、语音播报装置，所述停车信息显示面板装置、语音播报装置均与所述自动控制元件控制连接。

本发明中，优选地，所述控制机箱的上方安装有车辆信息识别摄像头，所述车辆信息识别摄像头的拍摄方向朝向车辆进入方向，所述车辆信息识别摄像头与所述自动控制元件控制连接。

本发明中，优选地，所述前龙门架上设置有车辆监测摄像头，所述车辆监测摄像头的拍摄方向朝向车辆进入方向，所述车辆监测摄像头与所述自动控制元件控制连接。

本发明还公开了上述道闸系统的道闸控制方法，包括以下步骤：

(1)判断车辆是否进入待测区域：左激光雷达、右激光雷达和后激光雷达快速扫描，得到一系列的被测物外廓信息，通过坐标变换将被测物的轮廓信息转换到既定坐标系中的坐标点，数据经电路传至自动控制元件，检测区域中，被测物位于左、右激光雷达扫描平面处的跨度记为di，di＝bi-ai，其中，bt为ti时刻横坐标的最大值，at为ti时刻横坐标的最小值，当di大于阈值d0，即di＞d0时，则判断车辆进入检测区域；

(2)利用左激光雷达、右激光雷达、后激光雷达及自动控制元件测量和计算车辆的尺寸；

(3)将测量得到的车辆尺寸值与智能停车库的停放车辆尺寸要求进行对比，当车辆尺寸在尺寸要求范围内时，自动控制元件启动车辆信息获取摄像头，拍摄车辆信息并发送给自动控制元件测量，经自动控制元件测量分析后获得车牌号信息，将车牌号信息和系统时间通过停车信息显示面板装置显示出来，并同时进行语音播报；自动控制元件通过控制驱动装置工作使得道闸杆升起放行；当车辆尺寸超出尺寸要求范围时，自动控制元件通过停车信息显示面板装置显示车辆尺寸超限的信息，禁止通行的信息，并同时进行相应的语音播报。

本发明中，优选地，步骤(2)中所述测量和计算车辆的尺寸采用的是以下方法：

(1)车辆进入角度的修正计算：

各激光雷达持续扫描，处理得到一系列后激光雷达与车辆之间的距离值ci，数据经电路传至自动控制元件，在ti时刻，当ci大于阈值c0，即ci＞c0时，自动控制元件开始计算车辆宽度及角度修正；各个雷达均旋转n1圈，n1为经验值，此时车辆移动距离可忽略不计，得到一系列a、b、l值，取平均值，得到a1、b1、c1；

间距时间δt，期间各个雷达旋转n2圈，处理得到一系列a、b、l值，取平均值，得到a2、b2、c2；在该δt时间段内，车辆瞬时移动的距离为s1＝c2-c1；

设车辆左右两侧与道路的夹角分别为a1和b1，则：

a1＝arctan[s1/(a2-a1)]

b1＝arctan[s1/(b2-b1)]

去除异常值及进行曲线拟合，得到此时刻车辆与道路的实际夹角θ1；

(2)车辆宽度的计算：

修正后的车辆宽度为w1＝cosθ1*(b1-a1)；

迭代计算各个时刻的车辆宽度值，得到宽度的近似准确值w；

(3)车辆高度的计算：

当车辆离开检测区域时，激光雷达和自动控制元件已记录了检测开始时刻到结束时刻这一时间段中的所有左、右激光雷达传来的车辆外廓信息，通过坐标变换将被测物的轮廓信息转换到既定坐标系中的坐标点，经处理找出这些坐标点中，纵坐标的最小值ymin，则车辆的高度为：h＝h0-ymin；其中，h0为左、右雷达距离地面的高度值；

(4)车辆长度的计算：

当车辆刚好驶出前龙门架时，即di＝0时，后龙门架上的激光雷达测得一个距离最小值cmin，即此时车辆最近点距离后龙门架的距离，由于前龙门架与后龙门架之间的距离是已知的，即在安装时就固定了，为l0；由公式l＝(l0-cmin)*sinθ1；经过不同θ1反复地迭代计算和修正，即得到长度的近似准确值。

本发明中，优选地，所述判断车辆是否进入待测区域的方法中，还包括设定一个y轴方向阈值，记为h0并过滤坐标点，将满足yi＜h0的点去除；当yi≥h0时才进行di的计算和比较。

本发明中，优选地，所述的道闸控制方法还包括步骤(4)：当车辆后方有其他车辆排队进入时，采用人工手动控制元件控制道闸杆升起，并人工提醒车主从智能停车库出口驶出让行；或者该步骤为，自动控制元件启动车辆监控摄像头进行拍摄得到图像，若经分析图像得知车辆后方有其他车辆排队进入，则自动控制元件通过停车信息显示面板装置显示后方有车辆进入，请从车库出口驶出让行的信息，同时进行相应的语音播报，再控制驱动装置工作将道闸杆升起放行。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的道闸系统结合了激光雷达车辆尺寸测试装置，无须进入专门的平台、升降梯，也无须下车，即可对车辆的尺寸进行测量，避免了车辆尺寸超限后需要重新倒车的麻烦。

2、本发明通过对现有的激光雷达测试车辆尺寸的方式从行驶角度方面进行修正，使得测试结果更加准确，以满足智能停车库对车辆尺寸的严格筛选要求。

3、本发明在车辆尺寸超限时，可以智能判断后方是否有车辆排队，如有排队情况，可自动打开道闸栏杆，通过语音提示驾驶员从车库出口离开，以免在道闸处拥堵。

4、本发明在测试前对宽度小于d0且高度小于y0的数据进行过滤，减少自动控制元件的处理负担和存储负担，保证系统的运算速度。

【附图说明】

图1为本发明一种智能停车库的道闸系统的整体布局示意图。

图2为道闸机箱1的功能示意图。

图3为控制机箱3的功能示意图。

图4为车辆在测试区域内的动态图。

图5本发明的虚拟计算模型。

图6为发明的道闸流程图。

其中，1-道闸机箱，101-驱动电机，102-变速箱，103-驱动主轴，2-车辆信息识别摄像头，3-控制机箱，301-自动控制元件，302-语音播报装置，303-停车信息显示面板装置，304-手动控制元件，4-道闸栏杆，5-后激光雷达，6-后龙门架，7-前龙门架，8-右激光雷达，9-车辆监测摄像头，10-左激光雷达。

【具体实施方式】

为了更清楚地表达本发明，以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1-3，本发明一种智能停车库的道闸系统，包括控制机箱3、道闸机箱1、道闸栏杆4和车辆尺寸测试装置；所述道闸机箱1内设置有驱动装置，所述道闸栏杆4的一端与所述驱动装置连接；所述控制机箱3的内部设有控制主机，控制机箱3外表面设置有停车信息显示面板303；

车辆尺寸测试装置包括前龙门架7、后龙门架6、左激光雷达10、右激光雷达8、后激光雷达5；所述前龙门架7、后龙门架6的两脚分别设置在通道道路两边，前龙门架7、后龙门架6和道闸栏杆4相互平行，前龙门架7、后龙门架6两者之间的间距大于5米，优选为6米，且后龙门架6位于前龙门架7与道闸栏杆4之间，后龙门架2与道闸栏杆之间的距离为1-3米；所述前龙门架7上安装左激光雷达10和右激光雷达8，左激光雷达10、右激光雷达8位于通道道路的两侧，其扫描平面垂直与道路路面，用于获取车辆两侧及顶部的临界位置信息以测得车辆的宽度和高度；后龙门架6上安装后激光雷达5，后激光雷达5与左激光雷达10、右激光雷达8的距离相等，即后激光雷达5位于左激光雷达10、右激光雷达8的水平中线上，后激光雷达5的朝向车辆行进方向，用于测量车辆距离后龙门架6的距离；左激光雷达10、右激光雷达8、后激光雷达5的安装高度为3000-5000mm，激光雷达的扫描频率为40-60hz。驱动装置、左激光雷达10、右激光雷达8、后激光雷达5分别与控制主机通过电路连接。左激光雷达10、右激光雷达8、后激光雷达5将测量得到的一系列的被测物外廓信息，通过坐标变换将被测物的轮廓信息转换到既定坐标系中的坐标点，然后将数据通过信号放大器和a/d转换器处理后传送给控制主机。

如图3所示，本发明中，控制主机包括自动控制元件301和手动控制元件304，自动控制元件301是指具有信号、数据处理与传输能力的控制器、处理器、单片机或pc机，自动控制元件301分别与所述驱动装置、左激光雷达10、右激光雷达8、后激光雷达5通过电路连接，具体通过信号放大器和a/d转换器连接，以接收信号、进行处理后发出指令控制所述驱动装置工作；所述手动控制元件304为多个设在所述控制机箱3外端面上的操作按钮，所述操作按钮与驱动装置连接用于控制所述驱动装置工作。

如图2所示，本发明中，所述驱动装置包括变速箱102、驱动电机101和驱动主轴103；所述驱动电机101与所述变速箱102连接；所述变速箱102与所述驱动主轴103连接；所述驱动主轴103与所述道闸栏杆4连接；所述驱动电机101分别与自动控制元件301、操作按钮受控连接。所述道闸栏杆4由弹性、软质材料制成；所述道闸栏杆4为直杆式，折杆式，栅栏式中的一种。

继续参阅图3，控制机箱3表面设有停车信息显示面板装置303、语音播报装置302，所述停车信息显示面板装置303、语音播报装置302均与所述自动控制元件301通过电路连接，使用中，接收信息或指令，进行信息的显示和语音播报。

本发明中，优选在所述控制机箱3的上方安装有车辆信息识别摄像头2，所述车辆信息识别摄像头2的拍摄方向朝向车辆进入方向，所述车辆信息识别摄像头2与所述自动控制元件301控制连接，车辆信息识别摄像头2可以识别车辆的车牌号码，便于控制系统进行车牌号显示和播报、以及进行停车计费，停车计费也采用现有技术即可，不是本申请需要改进的点，在此不作赘述。

本发明中，优选在前龙门架7上设置有车辆监测摄像头9，所述车辆监测摄像头9的拍摄方向朝向车辆进入方向，所述车辆监测摄像头9与所述自动控制元件301控制连接。设置该摄像头的目的在于，监控被测车辆后方是否有车辆排队现象，如果有，即使车辆的尺寸超限制，自动控制元件301也打开道闸栏杆4使车辆放行，以免造成车库入口车队堵塞。

以上述道闸系统为基础，本发明还公开了上述系统相应的道闸控制方法，包括以下步骤：

(1)判断车辆是否进入待测区域：左激光雷达10、右激光雷达8和后激光雷达5快速扫描，得到一系列的被测物外廓信息，通过坐标变换将被测物的轮廓信息转换到既定坐标系中的坐标点，数据经电路传至自动控制元件301，检测区域中，被测物位于左、右激光雷达8扫描平面处的横向跨度记为di，di＝bi-ai，其中，bt为ti时刻横坐标的最大值，at为ti时刻横坐标的最小值，当di大于阈值d0，即di＞d0时，则判断车辆进入检测区域；d0为系统设定值，根据车辆的尺寸特点，此处可以将d0设为1.5米。

(2)利用左激光雷达10、右激光雷达8、后激光雷达5及自动控制元件301测量和计算车辆的尺寸；

(3)将测量得到的车辆尺寸值与智能停车库的停放车辆尺寸要求进行对比，当车辆尺寸在尺寸要求范围内时，自动控制元件301启动车辆信息获取摄像头，拍摄车辆信息并发送给自动控制元件301测量，经自动控制元件301测量分析后获得车牌号信息，将车牌号信息和系统时间通过停车信息显示面板装置303显示出来，并同时进行语音播报；自动控制元件301通过控制驱动装置工作使得道闸杆升起放行；当车辆尺寸超出尺寸要求范围时，自动控制元件301通过停车信息显示面板装置303显示车辆尺寸超限的信息，禁止通行的信息，并同时进行相应的语音播报。

当出现禁止通行的情况时，被禁止的车辆可以选择倒车倒出驶离，当车辆后方有其他车辆排队进入时，车辆的倒车驶离就难以实现，会影响到后车。因此，本发明的道闸控制方法还包括后续处理的第四步骤：

(4)当车辆后方有其他车辆排队进入时，采用人工手动控制元件304控制道闸杆升起，并人工提醒车主从智能停车库出口驶出让行；或者该步骤为，自动控制元件301启动车辆监控摄像头进行拍摄得到图像，若经分析图像得知车辆后方有其他车辆排队进入，则自动控制元件301通过停车信息显示面板装置303显示后方有车辆进入，请从车库出口驶出让行的信息，同时进行相应的语音播报，再控制驱动装置工作将道闸杆升起放行。

其中，步骤(2)中所述测量和计算车辆的尺寸采用的是以下方法：

2.1车辆进入角度的修正计算：

各激光雷达持续扫描，处理得到一系列后激光雷达5与车辆之间的距离值ci，数据经电路传至自动控制元件301，在ti时刻，当ci大于阈值c0，即ci＞c0时，自动控制元件301开始计算车辆宽度及角度修正；c0为系统设定值，根据前后龙门架6之间距离的不同而定，如前后龙门架6之间距离为6米，可以将c0设为5.5米。通过该设定，可以过滤掉一部分数据。另外，为了过滤掉更多无效数据，还可以设定一个y轴方向阈值，记为y0并过滤坐标点，将满足yi＜y0的点去除以节约雷达和自动控制元件301的数据存储空间；当yi≥y0时才进行下一步di的计算和比较。y0为系统设定值，根据车身高度的特点，可以取值为1.0米或1.2米。

ti时刻后，各个雷达均旋转n1圈，此时车辆移动距离可忽略不计，得到一系列a、b、l值，取平均值，得到a1、b1、c1；其中，n1为经验值，可以根据精度需要进行设定，后续计算频次越高，精度越大，但对系统的计算存储的压力也较大。

此后，间距时间δt，期间各个雷达旋转n2圈，n2也为经验值，处理得到一系列a、b、l值，取平均值，得到a2、b2、c2；在该δt时间段内，车辆瞬时移动的距离为s1＝c2-c1；将车辆虚拟化为一个长方形，将δt时间段内车辆的位置变化虚拟为计算模型，见图5；

设车辆左右两侧与道路的夹角分别为a1和b1，则：

a1＝arctan[s1/(a2-a1)]

b1＝arctan[s1/(b2-b1)]

去除异常值及进行曲线拟合，得到此时刻车辆与道路的实际夹角θ1；

2.2车辆宽度的计算：

修正后的车辆宽度为w1＝cosθ1*(b1-a1)；

迭代计算各个时刻的车辆宽度值，得到宽度的近似准确值w；

2.3车辆高度的计算：

当车辆离开检测区域时，激光雷达和自动控制元件301已记录了检测开始时刻到结束时刻这一时间段中的所有左、右激光雷达8传来的车辆外廓信息，通过坐标变换将被测物的轮廓信息转换到既定坐标系中的坐标点，经处理找出这些坐标点中，纵坐标的最小值ymin，则车辆的高度为：h＝h0-ymin；其中，h0为左、右雷达距离地面的高度值；

2.4车辆长度的计算：

当车辆刚好驶出前龙门架7时，即di＝0时，后龙门架6上的激光雷达测得一个距离最小值cmin，即此时车辆最近点距离后龙门架6的距离，由于前龙门架7与后龙门架6之间的距离是已知的，即在安装时就固定了，为l0；由公式l＝(l0-cmin)*sinθ1；经过不同θ1反复地迭代计算和修正，即得到长度的近似准确值。

智能停车库的车位的限制尺寸一般为长5米，宽1.9米，高1.5米。一辆长度为4.658米，宽1.8米，高1.416米的本田思域轿车，如果与道路宽度方向的夹角70°驶入，按照现有技术，测试的宽度值为1.92米，长度为4.957米，按该计算方式得出的结果，则该辆车不适合停放在该智能车库。采用本发明的计算方式，计算得到的长为4.669米，宽1.815米，高1.415米，证明本发明通过角度修正使测试结果更准确。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。