一种车辆高度超限的测量及警告方法与流程

本发明涉及车辆高度超限的测量及警告方法，更具体而言涉及一种基于增强型图像分析的非接触式车辆高度超限测量及警告方法。

背景技术：

随着城市发展的加快，汽车的保有量增加迅速，许多道路出现了拥堵现象。为了缓减地面交通压力，在道路建设中出现了大批的高架桥和涵洞，同时也使道路结构更为复杂。为了防止车辆撞损桥梁和隧道，通常会对特定道路进行限高，并设置限高防护架。虽然在路上明确标示了车辆的限制高度，但仍有个别司机因为忽视了限高指示牌，或是并不知道车辆实际上已经超过了限制高度，所以驾驶车辆直接撞上限高防护架，甚至毁坏桥梁和隧道的事故仍屡见不鲜。

为了防止司机撞毁限高防护架，撞塌桥梁、隧道，堵塞交通，甚至造成人员伤亡，已有若干种车辆高度超限测量方法被提出。胡克振等人通过对桥涵限高防护架被撞脱落过程的分析，提出了利用单片集成式加速度传感器和单片机电路来测量振动加速度的一套方法，该方法电路简洁，设计的可靠冗余性较高，对于防护架的监测有较高的实用性和可靠性。但是该方法仅在车辆撞上限高防护架后才能够起到报警作用，而此时已经造成了车辆和防护架的损坏，因此不能起到有效预警的效果。李诚等人结合工作实践研制了一种光电式车辆限高仪，其将红外线发射和接收探头分别安装在限定高度的公路两侧，报警器安装在检测器前方约30m处，由红外发射探头连续发出红外线脉冲束，而接收探头则连续接收红外线信号；当有高度超限车辆通过时红外线被阻断，信号处理电路就会产生一定周期的延时信号，通过驱动装置使声音和显示报警器同时工作，向司机发出报警信息。刘长生等人则进一步提出了一种激光高度超限检测器，其利用发散角更小、功率密度更高、单色性更好的激光替代了普通的红外光，因此有效降低了测量装置的复杂性，并提高了对雨雾的抗干扰能力。但这两种测量方法仍然会受到飞鸟、落叶、杂物等干扰，且仅适用于单排车道通行的情况。陈之酋等人对比了多种传感器及测量方案，并最终利用多组光线式光电接近开关实现了一套能够同时检测车辆高度和宽度的装置。但由于其所用传感器仅能进行点式测量，因此无法感知传感器之间的高度超限部分，而且整个装置的构成也较为复杂。

因此对现有测量方法进行技术革新，提供一种能够准确检测车辆高度超限的方法，同时又能够适应多排车道同时检测的需求，对于预防撞毁限高防护架，撞塌桥梁、隧道等严重交通事故的发生具有深远意义。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能够准确检测且适应多排车道同时检测要求的车辆高度超限测量及警告方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种车辆高度超限测量及警告方法，包括以下步骤：

A、利用两支激光器在横亘公路的水平方向形成一条与限制高度相同的交线；

B、在经过激光交线处的公路两侧分别树立一支高度尺；

C、利用两个摄像机向两支激光器的激光照射方向上拍摄；

D、利用数字图像处理方法实时分析激光交线处是否存在高度超限车辆；

E、若激光交线处存在高度超限车辆，则在车辆前方的指示牌处显示高度超限警告，同时保存车辆在激光交线处的取证图像，并分析车牌号码供事后查证。

进一步地，所述两支激光器均为近红外波段一字线激光器，分别固定在两个三轴调整架A上，两个三轴调整架A上下排列固定在横亘于公路上方的支架上；每支激光器的照射方向上会形成一个激光出射面，且两支激光器所形成的出射面与出射面相交时能够形成一条激光交线；所述三轴调整架A具有航向角、俯仰角和横滚角调节功能；

所述激光交线形成的方法是利用三轴调整架A调整两支近红外波段一字线激光器的照射方向，实现在横亘公路的水平方向形成一条与车辆限制高度相同的激光交线；所述激光交线作为判定所经过车辆高度是否超限的参考线。

进一步地，利用激光器内集成的电光调制器对两支激光器发出的一字线激光进行周期性的光强调制，以便于在后续的图像处理时能够较容易地将激光线与背景干扰分离。

进一步地，所述高度尺的激光交线的照射处标有车辆限制高度标志；所述车辆限制高度标志由数字和图案组成；其中数字便于人眼识别高度，图案便于计算机识别高度。

进一步地，所述两个摄像机包括一个高速摄像机和一个高清摄像机，所述高速摄像机加装近红外带通滤光片，红外带通滤光片的中心波长与近红外波段一字线激光器相同；所述两个摄像机分别固定在一个三轴调整架B上，所述三轴调整架B固定在横亘于公路上方的支架上。利用三轴调整架B调整两个摄像机的拍摄方向，使其同时向两支激光器的激光照射方向上拍摄；所述三轴调整架B具有航向角、俯仰角和横滚角调节功能。

进一步地，所述数字图像处理方法是利用高速摄像机拍摄的多张连续图像与激光器的光强调制信号做相关运算处理，以提高图像上调制激光与背景干扰的对比度。具体运算处理方法步骤如下：将高速摄像机拍摄的图像输入到计算机内，将多张连续图像上同一位置的像素点的强度值作为被检信号，将光强调制信号作为参考信号，同时输入数字锁相放大器算法模块；数字锁相放大器算法模块的作用是，只有当被检信号的频率与参考信号的频率一致时才有输出。因为图像中仅有激光器所发出的激光与参考信号频率一致，因此输出图像中仅保留了激光器所发出的激光线，能够有效地将激光线与背景干扰光分离。所述背景干扰包括太阳光、道路照明光或汽车照明光。

进一步地，所述高度超限车辆的判定方法如下：当高度超限车辆由远及近驶入两支激光器的照射范围时，则在处理后的高速摄像机所拍摄的图像上首先看到两条照射在车辆上的激光线。当车辆到达激光交线处时，则图像上的两条激光线会合二为一；而当高度未超限车辆驶入两支激光器的照射范围时，由于其不会到达激光交线的高度，因此图像上不会出现两条激光线合二为一的情况。依此判定驶过的车辆是否高度超限。

进一步地，所述取证图像的处理方法如下：经判定激光交线处存在高度超限车辆时，则将高速摄像机图像中激光交线处的激光线，叠加到高清摄像机同时拍摄的图像中的同一位置，作为取证图像信息上传至交通管理中心的服务器；所述取证图像信息包含高度超限车辆、照射在高度超限车辆上的用做判定其高度超限的激光线以及照射在高度尺上的用做高度参考的激光线。

进一步地，所述显示高度超限警告的方法如下：若激光交线处存在高度超限车辆，则在车辆前方的电子指示牌处用图形或文字显示高度超限警告，同时显示引导车辆绕道通行的引导图形或文字。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点及效果：

1、本发明利用两支激光器在横亘公路的水平方向形成一条与限制高度相同的交线，并以此交线作为判定所经过车辆高度是否超限的参考线。属于一种非接触的车辆高度超限测量方法，能够有效减少对行驶车辆的影响。

2、由于两支激光器在水平方向形成一条与限制高度相同的交线是横亘于整条公路之上的，因此本发明在配合摄像机进行车辆高度超限检测时，可以同时测得多条车道上的高度超限车辆。

3、由于进行车辆高度超限检测时会先后拍摄车辆经过参考线前后的图像，并通过对比来判定车辆是否高度超限，因此本发明能够有效减少飞鸟、落叶、杂物等造成的干扰。

4、本发明在经过两支近红外波段一字线激光器所形成交线的公路两侧分别树立一支高度尺，并在高度尺上激光交线的照射处标有限高高度。因此当激光交线发生意外偏移时，能够通过摄像机拍摄的图像自动识别出故障，可有效提高系统工作的稳定性。

5、本发明利用一个加装近红外带通滤光片的高速摄像机和一个高清摄像机分别获取场景的红外图像和可见光图像，不但有利于准确判定车辆是否高度超限，而且可同时获取高度超限车辆的车牌号码、外貌特征、行驶状态等信息，为后续的处理工作提供了现场证据。

6、本发明利用高速摄像机拍摄的多张连续图像与一字线激光器的光强调制信号做相关运算处理，可有效提高图像上调制激光与背景干扰(如太阳光)的对比度，降低系统产生误判的概率。

7、若激光交线处存在高度超限车辆，本发明在车辆前方的电子指示牌处用图形或文字显示高度超限警告，同时也可显示引导车辆绕道通行的引导图形或文字，有利于减少因车辆滞留造成的交通拥堵。

附图说明

图1示出了根据本发明的用于车辆高度超限测量的典型方法。

图2示出了当高度超限车辆行驶至公路上方激光交线处的情况。

图3示出了当高度未超限车辆行驶至公路上方激光交线处的情况。

具体实施方式

以下结合附图介绍根据本发明的一个具体实施例。该实施例为本发明一种典型的实施方式，但并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

图1示出了根据本发明的用于车辆高度超限测量的典型方法，所述方法主要包括下述步骤1至5：

步骤1：以架设于公路两侧的高度尺为参照，利用三轴调整架A调整两支近红外一直线激光器的照射方向，使得在横亘公路的水平方向形成一条与限制高度相同的激光交线。

步骤2：利用三轴调整架B分别调整两个摄像机的姿态，使得两个摄像机同时向两支激光器的激光照射方向上拍摄，且使拍摄到的图像恰好能够包含架设于公路两侧的高度尺。

步骤3：当高度超限车辆由远及近驶入两个激光器的照射范围时，则会在车辆上形成由激光照射而产生的两条激光线。当车辆到达两激光交线处时，则车辆上的两条激光线会合二为一，如图2所示。此时，通过高速摄像机所拍摄的图像可以判定高度超限车辆的存在，进而将高速摄像机图像中交线处的激光线，叠加到高清摄像机同时拍摄的图像中的同一位置，作为取证图像。同时，在车辆前方的电子指示牌处上显示“车辆高度超限，请绕行！”的字样，并从取证图像中提取车牌号码，与取证图像一同上传至交通管理中心的服务器。

步骤4：当高度未超限车辆由远及近驶入两个一字线激光器的照射范围时，也会在车辆上形成由激光照射而产生的两条激光线。但由于车辆高度未达到两激光交线的高度，因而车辆上的两条激光线不会出现合二为一的情况，如图3所示。此时，不做任何提示，车辆正常行驶通过。

步骤5：当多条车道上同时存在车辆时，可依据不同车道在摄像机所拍摄图像中位置的不同进行图像分割和高度判别。

综上所述本发明提供了一种能够准确检测车辆高度超限的方法，同时又能够适应多排车道同时检测的需求，对于预防撞毁限高防护架，撞塌桥梁、隧道等严重交通事故的发生具有深远意义。