一种无线远程的客车超员主动监测装置及监测方法与流程

本发明属于智能交通装备技术领域，特别涉及一种无线远程的客车超员主动监测装置及监测方法。

背景技术

随着我国机动车辆增加，客运车辆的道路交通事故频繁发生，严重危及了人们的生命安全。造成客车交通事故的原因众多，其中客运车辆超员违法问题是引发重特大道路交通事故的主要安全隐患，是历年来交通秩序整治的重点，也是道路交通安全管理工作的重中之重。

随着“互联网+”、人工智能技术等高科技的快速发展，针对客运车辆超员现象严重以及交管部门管理难度大的现状，通过移动通信网络无线远程的对客车是否超员进行实时监测预警具有了重大的现实意义，可以有效的协助交管部门对超员的客运车辆进行监督，为交通监管、车辆调度、事故处理提供了必要的依据和证据。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种无线远程的客车超员智能主动监测装置，通过在客车门上安装红外双管，以及在车顶部安装摄像头，判断出客车是否超员，并将超员信息远程传输到交通管理部门，能够提高客车的行车安全系数。

本发明的目的之二是提供一种无线远程的客车超员智能主动监测方法，在通过红外双管判断客车是否超员的基础上，进一步通过对客车内图像进行图像处理和算法运算，判断处客车是否超员，能够提高判断结果的准确性。

本发明提供的技术方案为：

一种无线远程的客车超员主动监测装置，包括：

多个红外对管，其分别安装在客车上客门及下客门的两侧；

电压比较器；

其中，所述红外对管包括红外发射管和红外接收管，所述红外发射管引脚一端连接电源，另一端接地；所述红外接收管一端接地，另一端连接电压比较器的正极引脚；

微控制器，其连接电压比较器的输出端；

摄像头，其安装在客车顶部，并与所述微控制器连接；

无线通讯模块，其与所述微控制器连接，用于向交通管理部门传输信息。

优选的是，所述微控制器的中断引脚连接所述红外接收管的数据输出引脚。

优选的是，还包括调节电位器，其连接所述红外对管，用于调节红外对管的感应距离。

一种无线远程的客车超员主动监测方法，使用所述的无线远程的客车超员主动监测装置，包括：

当乘客从上客门上车时，安装在上客门处的红外对管输出高电平信号至微控制器；

当乘客从下客门下车时，安装在下客门处的红外对管输出高电平信号至微控制器；

微控制器对接收到的高电平信号进行处理，判断客车是否超载；

当通过红外对管判断客车不超载时，微控制器获取摄像头拍摄的车内图像，并将车内图像进行处理后与样本数据进行匹配识别，进一步判断客车是否超载；

如果判断客车超载，微控制器通过无线通讯模块将超载信息传输至交通管理部门。

优选的是，通过车内图像判断客车是否超载的过程，包括：

步骤一、将车内图像进行预处理，得到包含客车过道的灰度图像pic1；

步骤二、将所述灰度图像pic1分成多个灰度等级，基于灰度值tv，将所述灰度等级分为第一类区域n1和第二类区域n2，两类区域的总方差为：

在灰度等级范围内，对tv进行依次赋值，得到对应的δ²；当δ²最大时，得到最佳图像分割阈值tvbest；

式中，为第一类像素出现的概率，为第二类像素出现的概率；gr为整幅图像pic1的平均灰度值；gr(tv)为第一类像素的灰度值；

步骤三、基于所述最佳图像分割阈值tvbest，对所述灰度图像pic1进行图像分割，将图像划分为目标区域和背景区域；

步骤四、对分割的出目标区域，进行特征提取，将过道的边缘轮廓作为识别特征与样本数据进行匹配识别，判断出客车是否超载。

优选的是，所述整幅图像pic1的平均灰度值gr为：

式中，为第一类像素的平均灰度；为第二类像素的平均灰度。

优选的是，在所述步骤四之前还包括，选择核函数，构建客车内场景特征图像训练样本分类器，得到样本数据。

优选的是，所述核函数为：

k(xi,xj)＝k(x^tixj)；

式中，xi和xj为两个特征向量。

附图说明

图1为本发明所述的无线远程的客车超员主动监测装置的总体框架图。

图2为本发明所述的红外线识别采集电路原理图。

图3为本发明所述的无线远程通信预警电路原理图。

图4为本发明所述的无线远程的客车超员主动监测方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种无线远程的客车超员主动监测装置，如图1所示，是本发明的总体架构框图。针对在公路上行驶的客运车辆，以arm微控制器为装置硬件核心，在客车前后上客门上安装红外线传感器，按照“前门上车、后门下车”的交通规则进行上下客车人数的监测，并实时在中文液晶电路上显示监测情况。针对乘客不遵守交通规则“前门上车、后门下车”导致监测不准的问题，同时启动摄像头采集电路，根据拍摄的车内现场照片进行图像处理和算法运算，智能识别出客车是否超员。若检测出客车超员，本装置能通过中国移动通信网络无线远程的将报警信息发送到交通管理平台手机上，及时通知交警等部门执法人员进行处理，同时在客车现场语音提醒司机注意超员，提高客车的行车安全系数。

如图2所示，本发明的红外线识别采集电路的电路由红外对管、电压比较器(u1)、电位器(vr1)构成。红外对管是一对红外传感器，包括红外发射管(s1)、红外接收管(s2)；电压比较器(u1)采用lm393集成电路。将红外对管安装在客车的前面上车门和后面下车门的两侧，红外发射管(s1)引脚一端接vcc电源，另一端接地，进行发射红外线；红外接收管(s2)一端接地，另一端连接电压比较器(u1)的正极引脚。通过调节电位器(vr1)来调节红外对管感应人的距离远近，当有人上下车时，红外接收管(s2)接收到了通过上下车人反射过来的原本由红外发射管(s1)发射出的红外线信号，并将该感应电压信号送入电压比较器(u1)进行比较，电压比较器(u1)输出高电平送arm微控制器—mcu(u0)进行处理。

如图3所示，为本发明的无线远程通信预警电路原理图。在本实施例中，本发明提供的无线远程的客车超员主动监测装置通过中国移动通信第2代网络(gsm网络)实现无线远程通信预警功能，gsm远程通信模块(u3)采用华为公司生产的gtm900无线通信模块，与通过rs232短距离通信接口与mcu(u0)物理连接，gsm远程通信模块(u3)引脚(vcc)连接mcu(u0)的引脚(vcc)，用于为gsm远程通信模块(u3)供电；gsm远程通信模块(u3)引脚(gnd)连接mcu(u0)的引脚(gnd)，用于2个电路的共地；gsm远程通信模块(u3)引脚(gtm900_t)连接mcu(u0)的引脚(pa3)，用于gsm远程通信模块(u3)向mcu(u0)返回数据发送成功的ack应答指令；gsm远程通信模块(u3)引脚(gtm900_r)连接mcu(u0)的引脚(pa2)，用于mcu(u0)向gsm远程通信模块(u3)发送数据和指令。gsm远程通信模块(u3)与mcu(u0)之间的rs232通信连接属于交叉连接。

如图4所示，本发明还提供了一种无线远程的客车超员主动监测方法，通过所述的无线远程的客车超员主动监测装置中的嵌入式软件程序实现。所述嵌入式软件程序为系统初始化、传感器信号采集、中文液晶显示、客车内场景图像采集、图像预处理、图像检测分割、图像特征提取、图像识别客车是否超员、gsm无线远程通信预警、现场语音提醒等程序。其具体实现步骤包括：

时钟、传感器、摄像头、中文液晶屏、无线远程通信模块、语音提醒模块初始化。具体的说，当系统通电之后，首先要进行系统各个硬件模块的初始化操作，目的是将各个硬件模块和arm微控制器带到一个合适的工作状态。在该模块中首先将系统时钟进行倍频到72mhz，实现微处理器内部总线和寄存器配置需要；接下来进行精准的ms级延时初始化，使用微处理器内部systick普通计数模式进行计数从而产生精准的延时；然后初始化软件使用到的外设，如：红外对管、液晶显示屏、摄像头、无线远程通信模块、语音提醒模块等；最后进行软件使用到的各个中断初始化。

在上客门(前门)口附近安装红外对管(包括发射管和接收管)，检测上车人数；在下客门(后门)口附近安装红外对管(包括发射管和接收管)，检测下车人数。采用mcu(u0)的中断引脚连接红外接收管的数据输出引脚，当上车门检测到人上车时，传感器数字输出高电平，此时引起mcu(u0)产生外部跳变沿中断，则程序指针立即保存现场，转入外部中断服务函数中执行中断服务功能；当下车门检测到人下车与上车中断过程基本相同。

红外对管按照“前门上车、后门下车”的交通规则进行上下客车人数的监测，并实时在中文液晶电路上显示。

若乘客不遵守交通规则“前门上车、后门下车”导致监测不准的问题，同时启动摄像头采集电路，当红外双管监测不超员时，进一步根据摄像头拍摄的车内现场照片进行图像处理和算法运算，智能识别出客车是否超员，其具体过程包括：

采集客车内场景图像并对该帧原始图像进行预处理(包括图像灰度化、图像增强等)，得到包含客车过道的灰度图像pic1；

根据先验知识，判断客车是否超员主要看客车内部的过道处是否站着乘客，过道处是否有乘客引起图像特征明显不同，据此将客车过道作为目标检测区域，对该幅图像进行图像分割，找出图像中的目标检测，并将图像划分为目标区域和背景区域。

首先，针对预处理后的图像pic1，采用自适应的阈值分割图像的算法，确定图像分割阈值：

将图像pic1分成m个灰度等级(0,1,2…m-1)，灰度值为i的像素个数为ki，则pic1中总的像素个数为：

每级灰度等级出现的概率为：

基于灰度值tv，将pic1中的像素分为n1和n2两大类，n1类包含灰度值[0，tv-1]区间的像素区域，n2类包含灰度值[tv，m-1]区间的像素区域，则n1类和n2类出现的概率分别为：

n1类和n2类的平均灰度为：

式中，gr是整幅图像pic1的平均灰度值(与所给的初始阈值tv有关)；为第一类像素从[0，tv-1]的累加灰度值，即第一类像素的灰度值，

n1类和n2类的内部方差分别为：

两类区域的总方差为：

针对公式(10)，在[0，m-1]范围内依次对tv进行取值，当δ²最大时，此时的tv为最佳图像分割阈值。目标图像和背景图像按照边缘轮廓进行图像分割，遍历整个图像像素灰度值，大于tv的是背景图像，小于tv的是目标图像，从而得到目标区域图像pic2和背景区域图像pic3。

之后，针对分割出的客车过道目标区域，进行特征提取，即将过道的边缘轮廓作为识别特征与分类器样本库中的样本数据进行匹配识别，进而检测出客车是否超载；

针对线性函数：

k(xi,xj)＝k(x^tixj)(11)

式(11)中，xi和xj为2个特征向量，选取公式(11)作为核函数，构建客车内场景特征图像训练样本分类器。分类器样本库分为正训练集tp和负训练集tn这2个训练集，在tp中训练的是客车在未超员情况下的客车过道轮廓特征样本；在tn中训练的是客车在超员情况下的客车过道轮廓特征样本。针对分割出的客车过道目标区域pic2，进行特征提取，将过道的边缘轮廓作为识别特征与分类器样本库中的样本数据进行匹配识别，进而检测出客车是否超载。

微控制器实时驱动中文液晶屏显示当前客车核载人数、当前客车实载人数；若当前客车乘客大于规定的核载人数，则中文液晶显示屏立即显示当前核载、实载人数、超载的人数，并进行语音提醒司机注意超员；同时mcu(u0)首先将预警内容(如超载客车车牌号、超载人数等信息)进行打包成数据单元，然后将交警的手机号进行两两数字互换，接着将打包好的预警内容和手机号拷贝到pdu发送数组中，通过串口接口函数首先发送“at+cmgf＝0”at指令驱动gsm模块使能pud格式发送，再发送“at+cmgs＝81”at指令告诉gsm模块的发送预警消息的长度，最后将设计好的数据单元数组发送到交通管理平台手机上，及时通知交警等部门执法人员进行处理。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。