一种基于无线定位的车辆违法行驶监控系统的制作方法

本发明涉及车辆违法行驶监控系统，尤其涉及一种基于无线定位的车辆违法行驶监控系统。

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背景技术：
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在机动车违法驾驶监控技术领域，现有技术已经做的比较完善。如十字路口的地感线圈触发摄像头抓拍、视频算法抓拍等方式，能将机动车闯红灯等违法行为进行监控和取证。

在车辆管理的应用中，不少技术都采用了射频识别技术，如申请号为cn2012100684187的发明公开了一种用于十字路口的交通违章检测系统及检测方法，检测系统有：监控服务器、多组rfid阅读器、分别与监控服务器相连的实时时钟、交通灯控制系统、交通图像采集装置、路由器以及多个汽车信息采集装置，实时时钟还分别连接交通灯控制系统、交通图像采集装置和多个汽车信息采集装置，用于提供高精度的时间基准，监控服务器通过路由器连接到交通管理信息网络。检测方法：将rfid阅读器分为驶入节点组和驶出节点组；读取汽车id；存储并传输给监控服务器；监控服务器判断汽车行驶方向；监控服务器判断汽车是否违章；监控服务器将接收到的信息和判断结果送到交通管理信息网络。

为了更进一步的提升rfid读取的准确性，申请号为cn2017104131956的发明公开了基于rfid的十字路口交通违章监控系统和监控方法，具体提供了一种基于rfid的十字路口交通违章监控方法，包括：搭载有rfid电子标签的汽车经过铺设在十字路口人行道下的感应线圈；触发车载rfid电子标签发送带有标识信息的rfid信号给路边的监控器；所述监控器根据rfid信号判断所述汽车是否属于违章驾驶；若属于违章驾驶，则所述监控器发送报警信息给后台服务器，否则不发送；所述后台服务器根据报警信息确定所述汽车信息后进行存储和管理，并发送违规信息给交通中心进行相应的处罚。

上述两项发明都是针对机动车的路口违法监控，这些设施和方法对非机动车的非法行驶是没有判决效果的。多年来，电单车的数量越来越多，在很多城市超过的机动车的数量。电单车或摩托车的违法行驶给交通安全带来了很大的隐患，所引起的交通事故也是时有发生。电单车的违法行驶包括：逆行、闯红灯、随意串入机动车道、横穿或斜穿马路等。由于电单车的体积小，其违法行驶可能在机动车道或人行道，其行驶路径是任意的，采用机动车道的管理方法难以对电单车的违法行为做有效的监控。

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技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是提供一种能够对电单车的违法行为进行有效识别的、基于无线定位的车辆违法行驶监控系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种基于无线定位的车辆违法行驶监控系统，包括定位阅读器、视频采集器、服务器和安装在车辆上的电子标签，电子标签以一定的时间间隔向外广播带有自身id的无线信号；在一个监控区内，包括至少两个个所述的定位阅读器，定位阅读器中包括一个主定位阅读器，其余为从定位阅读器；定位阅读器获取电子标签的信号特征数据和id数据，从定位阅读器与主定位阅读器通信连接，向主定位阅读器传输获取的电子标签数据；当安装有电子标签的车辆通过监控区时，主定位阅读器得到至少两个同一个电子标签在同一个时间点的信号特征数据后，根据定位算法计算电子标签的位置，形成车辆经过的若干个离散的定位点；主定位阅读器将这些定位点及定位点的生成时间上传至服务器；服务器收到主定位阅读器上传的数据后，将离散的定位点拟合到地图上，形成车辆行驶轨迹，并根据车辆行驶轨迹判定车辆是否违法行驶。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，在一个监控区内，包括至少三个所述的定位阅读器，三个定位阅读器按三角形布置；信号特征数据包括到达时间差数据、到达方向角数据和信号强度数据中的至少一种。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，在一个监控区内，设置两个所述的定位阅读器，信号特征数据为到达方向角数据。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，根据监控区内当时的交通指示灯进行判定：如果在红灯亮时，出现了通过红灯路口的车辆行驶轨迹，则判决相关车辆闯红灯违法。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，在直行车道，如果出现逆行、串入机动车道的电单车行驶轨迹，则判定相关电单车违法行驶。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，在任意监控区域，按任意一段车辆行驶轨迹，按轨迹的长度除以起点与终点的时差，获取行驶速度，用以判定相关车辆是否超速行驶。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，在直行监控区域，检测到横向或斜向的车辆行驶轨迹，则判定相关车辆违法横穿或斜穿道路。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，如果判定相关车辆违法行驶，则调出相关时段的视频录像，进行人工核对，进入违法处罚流程。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，定位阅读器安装在直行车道监控区或路口监控区的的非行驶区域，定位阅读器的编号和安装位置在服务器进行登记，安装位置使用服务器的地图坐标。

以上所述的车辆违法行驶监控系统，视频采集器安装在能覆盖监控区的合适位置，视频采集的影像数据传输到服务器。

本发明的车辆违法行驶监控系统通过获取车辆的行驶轨迹进行监控，解决了非机动车的随意行驶的监控问题；本发明不需要在道路上开挖埋设线圈，施工过程简单。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例1车辆违法行驶监控系统的原理框图。

图2是本发明实施例1十字路口车辆违法行驶监控示意图。

图3是本发明实施例1直行车道车辆违法行驶监控示意图。

图4是本发明实施例定位阅读器的原理框图。

图5是本发明实施例2直行车道车辆违法行驶监控示意图。

[具体实施方式]

本发明实施例1基于无线定位的车辆违法行驶监控系统的原理如图1至图4所示，包括电子标签、定位阅读器、视频采集器和服务器。电子标签是微功率短距离无线通信装置，以一定的时间周期向外广播带有自身id的无线信号。电子标签安装于车辆上。定位阅读器接收电子标签的信号，在一个监控区内，安装三个定位阅读器，实现对电子标签的定位，定位阅读器安装在道路或路口的非行驶区域。视频采集器安装在能覆盖监控区的合适位置，视频采集的影像数据传输到服务器。

电子标签的信号特征数据包括tdoa(到达时间差)、aoa(到达方向角)和rssi(信号强度)中的至少一种，多个定位阅读器同时收到电子标签的信号后，能根据其信号特征计算电子标签的空间位置。为节约数据传输资源，并节省服务器的运算资源，对标签的定位算法在定位阅读器的主设备中完成。多个定位阅读器中设置一个主设备，剩下的作为从设备。主设备和从设备通过无线通信，主设备获取到三个同一个标签在同一个时间点的信号特征数据后，根据定位算法计算标签的位置。当安装有电子标签的车辆通过监控区时，主设备形成车辆经过的若干个离散的定位点。主定位阅读器通过有线或无线网络将这些定位点及定位点的生成时间上传至服务器。

服务器收到阅读器上传的数据后，将离散的定位点拟合到地图上，形成行驶轨迹，并结合当时、当地的交通指示灯进行判决。有以下几种可能的情况：

在十字路口，如果在红灯亮时，出现了通过红灯路口的行车轨迹，则判决该车辆闯红灯违法；

在一般直行车道，如果出现逆行、串入机动车道的电单车轨迹，则判决该电单车违法行驶；

在任意监控区域，检测到任意一段行驶轨迹，通过轨迹的长度除以起点和终点的时差，获取行驶速度，用以判决该车辆是否超速行驶。

在直行监控区域，检测到横向或斜向的行驶轨迹，则判决该车辆违法横穿或斜穿道路。

以上违法行驶的行为判决后，服务器调取该地该时段的视频监控影像，进行人工确认和取证。根据电子标签的id号，可调取改车辆的用户信息，执法部门可以进行违法处罚。

如图3所示，本发明实施例的车辆违法行驶监控系统可以在直行车道部署。包括电子标签、定位阅读器、视频采集器和服务器。电子标签是微功率短距离无线通信装置，采用蓝牙低功耗的格式，以1秒的间隔发送广播信号。电子标签安装于车辆上。定位阅读器接收电子标签的信号，在一个监控区，安装三个定位阅读器，实现对电子标签的定位。本实施例中，安装三台定位阅读器，两台在马路一侧，另一台安装在马路另一侧，在监控区域构成一个三角形。定位阅读器的编号和安装位置需要在服务器进行登记，安装位置使用服务器的地图坐标，并且尽可能的精确。视频采集器安装在能覆盖监控区的合适位置，本实施例在道路两侧各安装一个视频采集器，覆盖监控区域，视频采集的影像数据传输到服务器。

本发明实施例1的车辆违法行驶监控系统中，定位阅读器的射频部分采用蓝牙接收芯片，型号是cc2640r2f，根据其厂家提供的算法，能够实现到标签和天线的到达角(aoa)计算。三台具有aoa功能的定位阅读器，同时接收一个标签信号，其中一台设定为主定位阅读器，其余两台设定为从定位阅读器。从定位阅读器将读到的标签数据和到达角信息通过短距离无线的方式传输给主定位阅读器，主定位阅读器通过三个阅读器的数据能计算出标签的实时位置。(无线传感器网络中aoa节点定位改进算法研究，电子工程设计第20卷第13期王梓有周宪英)。当车载的标签经过时，会在行驶轨迹上留下一连串的离散位置点。使用三个或以上不在同一直线上的定位阅读器，可以计算出电子标签在三维空间的位置，理论上，定位阅读器越多，形成的定位点通过最小二乘法求取平均值，会使定位结果更精确。

本发明实施例2基于无线定位的车辆违法行驶监控系统的原理如图5所示，与实施例1的区别是，在一个监控区内，可以只安装两个定位阅读器，实现对电子标签的定位，定位阅读器安装在道路或路口的非行驶区域的同一侧。视频采集器安装在能覆盖监控区的合适位置，视频采集的影像数据传输到服务器。实施例2的定位阅读器采用aoa定位阅读器，采集的电子标签的信号特征数据为aoa(到达方向角)数据。

如图5所示，aoa定位阅读器装有天线阵列，天线阵列根据电子标签发送的信号来确定入射角度。定义第i个定位阅读器所测的信号入射角为αi，以各定位器为起点，入射角方向构造直线的交点，即为电子标签的位置。假设电子标签的坐标为(x,y)，n个定位阅读器的位置坐标为(xi,yi)根据其几何意义，则它们之间满足

将上式展开，可以得到：

通过上式可知，任意两组定位阅读器的坐标和到达角即可解出一组电子标签的坐标值。而多组解通过最小二乘法可以得出最优的(x,y)坐标值。

根据本发明对车辆违法行驶的判决需求，主要是计算车辆行驶的方向和趋势，可以放宽对定位精度的要求，一般亚米级即可。因此，通过aoa定位算法，在一般车道较少的路段，可以最少安装两台定位阅读器来进行监控，在交通较复杂的地段则安装更多的定位阅读器来达到更高的精度。

在本发明以上实施例中，定位阅读器主定位阅读器通过4g无线传输的方式和服务器进行通信。定位阅读器主定位阅读器将标签经过时的一连串离散位置点数据上报至服务器，服务器将这些离散点导入到地图中，形成行驶轨迹。通过行驶轨迹，可以判断该标签所属的车辆有没有逆行、串道等违法行驶行为。如果判决该车辆违法行驶，则调出该时段的视频录像，进行人工核对，进入违法处罚流程。

本发明以上实施例的车辆违法行驶监控系统在传统的rfid电子标签用于身份识别功能基础上，增加了获取车辆行驶轨迹的功能。根据行驶轨迹来进行违法行驶的判定，判决的准确性高。本发明以上实施例的车辆违法行驶监控系统施工简单，不需要在道路上开挖并埋设线圈。本发明以上实施例的车辆违法行驶监控系统基于两点定位或三点定位的原理进行轨迹监控，不针对固定车道和固定的行驶路线，解决了非机动车的随意行驶的监控问题。