本实用新型涉及一种基于无人机的自主式巡检违章罚停系统，属于数字图像处理和无人机技术的交叉领域。
背景技术：
近年来，随着电子、机械、自动化控制、航空等行业的发展，直接推动了小型无人机和微小型无人机的应用，在搜救、营救、地图测绘、森林勘测、输电线实地巡检等方面，无人机具有巨大的潜力。
然而，在与人们息息相关的智能交通领域(ITS)，无人机的潜力尚未被发掘，目前，我国道路交通网络的发展无法满足大规模机车集中出行,使得各类违章停车的引发的问题不断加剧，一方面成为了危害城市交通安全的严重问题，另一方面给查处违章违停的警员增加了负担，而派遣警员查处违章停车的缺点和不足更加显现,例如实时检查效率不高，单人查处范围小等，从而促进以机动灵活为特点的无人机信息采集技术在处理交通违停领域的研究和应用。
现有查处违章罚停的方法中，一般由派遣交警进行人工查处，并手持相关设备输入违章记录，可见，现有方法存在工作效率低的问题。而使用无人机搭载摄像头进行违章取证，精确识别车辆车牌，匹配车牌车主信息，实行远程违章信息注册和远程短信通知，即可有效的解决此类问题。
随着光学摄像技术和电路的集成化发展，使得嵌入式机器视觉逐渐广泛的应用于无人机领域。基于无人机的自主式巡检违章罚停系统，只需在无人机上搭载摄像头和一个相对应的图像处理板即可，摄像头完成对数据的采集工作，图像处理板完成对数据的分析工作。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于无人机的自主式巡检违章罚停系统，用于解决现有智能交通领域查处车辆违章罚停需要人工操作，实时性不高、查处范围小、工作量大，进而导致工作效率低的问题。本实用新型旨在给出一种快速、准确、自主式的基于无人机的巡检违章罚停方法，且在低像素，不同天气条件下均有较高的实用性，在禁停路段，利用机载摄像头对无人机当前视野图像进行采集，进行快速的车牌定位和车牌字符识别，之后连接车牌数据库进行匹配，得到车主相关信息，同时联网进行违章信息的注册，最后发送短信告知车主当前车辆处于违停违章状态，尽快处理，进而实现远程提醒车主的作用。本实用新型主要用于智能交通领域，给无人机下达巡检任务后，无人机能进行自主巡检，自动进行违停取证。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本实用新型提供一种基于无人机的自主式巡检违章罚停系统，该系统包含无人机子系统、车牌定位识别子系统、车牌数据子系统及地面控制中心子系统，地面控制中心子系统分别与无人机子系统、车牌定位识别子系统、车牌数据子系统连接，其中：
无人机飞行控制子系统包括与电机连接的飞行控制板，用于根据地面控制中心子系统的指令控制无人机进行巡检；
车牌定位识别子系统包括机载摄像头、图像处理模块；图像处理模块用于对机载摄像头采集到的无人机当前飞行视角的图像进行处理，识别图像中的车牌信息；
车牌数据子系统，用于将车牌定位识别子系统识别的车牌信息发送到交通部门数据库中进行匹配，得到当前车辆的信息。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述无人机飞行控制子系统还包括与飞行主控板连接的无线传输模块。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述无线传输模块为GSM模块。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述图像处理模块采用运行linux系统的开发板树莓派3b。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述无人机飞行控制子系统还包括飞行主控板以及分别与其连接的超声波测距模块、机载GPS模块、气压计模块、加速度计模块；飞行主控板，用于根据接收到的超声波测距模块、机载GPS模块、气压计模块、加速度计模块回传的数据，向飞行控制板发送指令以控制无人机的飞行。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本实用新型能全自动化的、大范围的、高效率地进行道路检测排查违停车辆；
(2)本实用新型实现远程记录违停信息、短信通知车主违章行为，大大解放警员的手工劳动力；
(3)本实用新型成本低廉，一次研制，多次使用，方便维护与修改程序。
附图说明
图1为本系统整体框架图；
图2为车牌识别子系统示意图；
图3为地面控制中心子系统示意图；
图4为一次巡检结果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，本实用新型中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本实用新型的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本技术领域技术人员可以理解的是，本实用新型中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
本实用新型包含四大子系统，如图1所示分别为：无人机飞行控制子系统、车牌识别子系统、车牌数据子系统、地面控制中心子系统。本实用新型，用于解决当前查处违章需要人工操作，而导致工作效率低的问题，实现了无人机的全自动查处违章，记录和联网注册车辆违章信息，提高了工作效率。
本实用新型的系统包括四大子系统：
1.无人机飞行控制子系统包括无人机飞行控制板和飞行主控板、超声波测距模块、机载GPS模块、气压计模块、加速度计模块、GSM模块。超声波测距模块，用于检测无人机与周围环境障碍物是否处于安全距离内。机载GPS模块，用于帮助无人机按照预先规定好的路径进行飞行。气压计模块，用于无人机定高飞行，保证无人机处于一定的高度，确保行人及无人机安全。加速度计模块，用于通过数据融合得到无人机沿各个方向的加速度，帮助飞行控制板控制无人机的沿XYZ三轴的速度变化。GSM模块，用于给违停车辆车主发送提醒短信。
2.车牌识别子系统包括机载摄像头、图像处理模块，图像处理模块用于对机载摄像头采集到的无人机当前飞行视角的图像进行处理，识别图像中的车牌信息。其中，图像处理模块采用运行linux系统的开发板树莓派3b进行车牌识别，如图2所示包含车牌定位、字符分割、字符识别三个步骤：
(1)车牌定位，使用开源的EasyPr方法完成车牌的定位工作，具体使用EasyPr中自带的Sobel定位和颜色定位相结合，树莓派读入的帧图像使用EasyPr后反馈得到车牌定位的结果，得到的车牌矩形框为140*40；
(2)字符分割，本步骤将传入的车牌定位照片继续使用EasyPr完成车牌字符的分割工作，具体将每一个车牌文字进行有效分割，之后进行下一步骤。
(3)字符识别、训练。识别部分使用后EasyPr的识别模块进行识别，将字符矩形框图像一个一个输入EasyPr识别模块中即可获取到判断出的字符，反馈得到车牌字符串，进行字符识别调用的就是此前由训练数据训练好的.XML文件；训练使用OpenCV自带的人工神经网络类——CvANN_MLP进行字符训练，将EasyPr分割的字符传入，其中30％作为测试数据，70％作为训练数据。
3.车牌数据子系统将车牌定位识别子系统识别的车牌信息发送到交通部门数据库，进行数据匹配即可得到当前车辆的车主情况，其中包含车主的联系方式、所有车辆信息等，然后进行违章注册，将该车主的违章记录记录到交通部门，最后短信通知该车主当前车辆处于违停状态。同时，车牌数据库亦可作为车牌定位SVM训练和车牌字符识别ANN训练的训练文件，实现资源的重复利用。
4.地面控制中心子系统，如图3所示，主要用于发送巡检任务和及时查看当前无人机所处位置、巡检结果、无人机飞行状态及当无人机处于故障模式下能切换为手动模式，确保无人机安全。进一步的，无人机所处位置包括无人机当前所处路段，无人机GPS模块获取到的GPS信息及搜星情况；巡检结果包含已处理几处违章停车行为、违停车辆的信息、以及违章车辆照片、是否提醒车主等；无人机飞行状态包括无人机所属编号、无人机剩余电量、无人机飞行高度等状态信息。地面控制中心子系统给无人机下达巡检命令，无人机即按照预先设定好的路线，结合机载GPS模块，进行自主巡检。当地地面控制中心子系统下达巡检命令时，无人机响应巡检任务请求，开始按照预先设定好的路线进行巡检。与可以停车和禁止停车的相关道路数据，均事先保存在无人机的机载储存系统上，无人机行驶到禁止停车的路段时，启用摄像头捕获当前视野前是否存在车辆，若无车辆，则前往下一路段，若检测到车辆，则捕获车辆照片，提取车牌。
下面以具体应用谈谈本系统的工作流程：
首先由交通部门或相关部门，根据当前所负责的道路，进行道路分类，规划出道路中哪些路段可以停车，哪些路段禁止停车，并将道路的GPS数据转化为无人机可识别接收的数据，无人机将根据设定好的路径及路径数据，由机载GPS模块获取当前无人机所处位置的实际GPS数据信息，和预先设定的GPS数据进行对比，无人机的飞行控制板和飞行主控板根据误差及时调整飞行方向及飞行姿态。
本系统无人机的四周避障系统主要由超声波测距模块检测障碍并由避障算法完成，可以使无人机在横向环境里保持一个安全距离，搭载在无人机机身四周的超声波模块时时刻刻发送超声波，根据超声波反射原理，遇到障碍物时反射，计算发射与接受的时间差，即可得到当前障碍物的距离。设超声波在空间中传播时间为T，超声波在空间中传播的速度为C，则距离为S＝C*T/2，得到的S即为当前障碍物距离无人机的距离，当距离小于预先规定好的安全距离时，飞行主控模块向飞行控制模块发送避障指令，此时无人机将根据指令做出避障动作，确保无人机的横向安全。
此外，无人机搭载气压计模块，确保无人机能在垂直平面处于一定的高度，如此，无人机结合超声波和气压计，可确保无人机在三维环境中始终处于安全区域。
当地面控制中心下达巡检命令时，无人机自主起飞，进行悬停定高3秒,无人机在悬停期间进行快速自检，检测超声波模块与无人机控制板的通信连接，机载GPS模块是否能获取到正确的GPS坐标以及GPS的搜星速度是否适合本次巡检工作，以及由机载GPS模块得到的位置和需求巡检起始点的位置坐标差。
无人机执行完一系列的自检程序后，正式进入巡检工作，无人机以固定的速度向当前道路进行飞行，无人机读取当前加速度计模块的值，即可得到无人机沿XYZ三个轴的加速度，当进行偏航或俯仰动作时，融合加速度计的实际值，无人机主控制板能快速响应需求，并下达指令给无人机的飞行控制板，飞行控制板操控电机完成姿态转换。
无人机飞行过程中，若经过违停路段区域，启用机载摄像头进行图像捕获，检测当前无人机视野中是否存在车辆车牌，若存在，则图像处理模块则进行车牌定位和识别，定位使用EasyPr的Sobel定位和颜色定位相结合，识别部分使用EasyPr的识别模块进行。在车牌定位和识别过程中，无人机始终处于静止悬停状态，直至将违停车辆的车牌信息提取完毕，并注册好违章记录，再进行转向检测此路段其他方向是否存在违停车辆，若无，则向下一巡检路段飞行，若有，重复上述车牌定位和识别过程。
进一步的，在车牌字符识别阶段，若识别到非常相似的字符，如“o”与“0”，为了确保准确性，此时图像处理模块将向无人机发出请求，无人机的飞行主控板响应后向地面控制中心子系统发送人工鉴别车牌的请求，此时可由人工根据传入图像进行人工鉴别车牌，以提高本系统的准确度。
进一步的，图像处理模块为可以运行linux系统的开发板，具体为：树莓派3b。
在进行车牌定位和识别后，图像处理模块返回当前车牌的字符串，无人机的飞行主控板将会把字符串进行联网匹配交通数据库，得到本车的车主信息，如图4所示，可知当前车主姓名，手机号等信息，同时进行违章信息的注册，此时，由机载的GSM模块将发送短信通知车主，以完成远程提醒，警示的作用。
在完成车牌识别，违章注册，短信通知的任务后，无人机当前的一套工作执行完成，若未收到地面控制系统的返回或停止命令，则将继续按照预先设定好的路径飞行，结合实际GPS坐标数据和预输入好的GPS坐标进行自主飞行巡检。
本实用新型公开的一种基于无人机的自主式巡检违章罚停系统，分析了当前智能交通领域中无人机扮演的角色，结合常见的违章停车的情况，将无人机赋以车牌识别技术，将机动灵活的无人机引入智能交通领域，以机载摄像头和图像处理模块实时检测和识别违停道路的车辆车牌信息，并将识别到的车牌进行联网匹配，达到远程注册违章信息和远程提醒车主的作用，对智能交通领域查处违章停车具有重要应用价值。
以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。