一种基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器的制作方法

本实用新型涉及高速公路用设备领域，具体涉及一种基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器。

背景技术：

车型分类器是高速公路无人值守自动发卡系统的重要组成部分，其对经过的车辆自动进行正确分类以便按照正确的收费费率实施收费。目前高速公路对车辆进行收费是按照车型进行划分，其中客车按照座位数划分为客1~客4类，货车按照额定载重量划分为货1~货5类，但是车型分类器直接采集客车的座位数或者货车的额定载重量是非常困难的，因此大多数车型分类器是对车辆的轴数、轮数、车头高度、轴距、车长等外形参数进行测量后，按照测量的参数对车辆进行分类。由于车辆的外形参数与车辆的座位数或者额定载重量之间并不存在一一对应的关系，因此，目前的车型分类器的精度都无法达到100%。

申请号为201020663494.9的实用新型专利申请公开了一种高速公路入口发卡机专用自动车型识别系统，包括车型识别控制器、两个红外测高光幕和五条压电薄膜传感器，该两个红外测高光幕相对的设置在检测区的车道两侧，该五条压电薄膜传感器沿行车方向依次铺设在检测区的车道内，彼此无交叉重叠，其中，第一压电薄膜传感器和第二压电薄膜传感器相互平行，第三压电薄膜传感器和第四压电薄膜传感器相互平行，并与第一、第二压电薄膜传感器的夹角为30~60度，第五压电薄膜传感器与第一、第二压电薄膜传感器平行。经过测试，该实用新型对车型分类精度可以达到95%以上，但是该实用新型无法对经过车辆的检测数据进行保存，以便后期进行数据回读分析。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，同时进一步提高车型分类器的精度，本实用新型提供了一种基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器。

一种基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器，包括压电薄膜传感器、红外光幕、控制器，所述红外光幕与所述控制器连接，还包括高清照相机、电荷放大器、车型分类服务器，所述车型分类服务器具有无线通信单元，所述高清照相机与所述控制器连接，所述压电薄膜传感器连接所述电荷放大器后与所述控制器连接，所述控制器与所述车型分类服务器连接。

优选的是，所述高清照相机设置于车型检测区结束端上方横杆上，且正对车头，用于采集车标图像。

上述任一方案优选的是，所述控制器为单片机。

上述任一方案优选的是，所述车型分类服务器内设置有数据库，所述数据库内有包括车辆的车标、轴数、轮数、车头高度、轴距、车长等外形参数，且车辆外形参数与车辆类型相匹配。

上述任一方案优选的是，所述压电薄膜传感器有四条，铺设于所述车型检测区路面上，且互不交叉。

上述任一方案优选的是，所述压电薄膜传感器为由金属编织芯线、压电材料和金属外壳制成同轴结构体。

上述任一方案优选的是，所述1号、3号和4号压电薄膜传感器相互平行，且垂直于车辆行进方向铺设，2号传感器铺设于1号和3号传感器之间，与1号、3号传感器成45度夹角。

上述任一方案优选的是，所述红外光幕由多个按固定距离规律排布的红外线发射器和接收器组成。

上述任一方案优选的是，所述红外光幕的所述红外线发射器和接收器分别设置于检测区车道两侧，且位于检测区开始的一端，用于对车辆进行轮廓扫描。

上述任一方案优选的是，所述4号压电薄膜传感器离所述红外光幕最近，所述1号压电薄膜传感器离所述红外光幕最远。

上述任一方案优选的是，所述红外光幕有光轴被遮挡时，和/或，所述4号压电薄膜传感器检测到压力时，所述控制器控制所述高清照相机拍摄车头照片。

上述任一方案优选的是，所述控制器将所述红外光幕信号、所述压电薄膜传感器信号和所述高清照相机采集的图片发送至所述车型分类服务器，所述车型分类服务器对上述信号处理后，得到车辆外形参数，并在所述数据库中寻找相匹配的数据，确定车辆类型。

上述任一方案优选的是，所述车型分类服务器将确定的车辆类型数据发送至所述控制器，所述控制器将所述车辆类型发送至自动发卡机。

上述任一方案优选的是，所述控制器通过串口与所述自动发卡机连接。

上述任一方案优选的是，所述车型分类服务器通过所述无线通信单元连接管理中心服务器，将采集到的所有数据以及最终确定的车辆类型发送至管理中心服务器，以便进行数据回读分析。

上述任一方案优选的是，所述电荷放大器与所述单片机的模数转换接口连接，用于将所述压电薄膜传感器的信号进行放大，便于处理。

上述任一方案优选的是，所述单片机还连接有基准电压电路、串口转换电路和外置ram。

上述任一方案优选的是，所述控制器和所述车型分类服务器设置于机柜中。

采用本实用新型的基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器可以对经过车辆的检测数据进行保存，以便后期进行数据回读分析；因为采用车型分类服务器将每种车辆的外形参数与车型建立匹配关系，本实用新型的车型分类器的精度更高；采用四条薄膜压力传感器对车辆轴型进行检测，降低了成本，同时减少了处理数据，响应速度更快。

附图说明

图1为按照本实用新型的基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器的一优选实施例的结构示意图。

图2为按照本实用新型的基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器的如图1所示实施例的安装示意图。

图3为按照本实用新型的基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器的如图1所示实施例的控制器硬件组成的一优选实施例的示意图。

图4为按照本实用新型的基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器的如图1所示实施例的电荷放大器的一优选实施例的电路图。

图5为采用本实用新型的基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器的如图1所示实施例对车辆进行检测的压电传感器波形和轮廓扫描示意图。

图6为采用本实用新型的基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器的如图1所示实施例对车辆进行检测的另一压电传感器波形示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合具体实施例对本实用新型作详细说明。

实施例1

如图1所示，一种基于轴型检测和轮廓扫描的车型分类器，包括压电薄膜传感器10、红外光幕11、高清照相机12、控制器13、电荷当大气14和车型分类服务器15，所述车型分类服务器15具有无线通信单元16，所述红外光幕11与所述高清照相机12与所述控制器13连接，所述压电薄膜传感器10与所述电荷放大器14连接后与所述控制器13连接，所述控制器13与所述车型分类服务器15连接。所述控制器13连接自动发卡机，所述车型分类服务器15通过所述无线通信单元16连接管理中心服务器。

所述车型分类器安装于高速公路收费站入口处。如图2所示，在高速公路收费站入口处，依次分布着车型检测区、自动发卡机和栏杆机，自动发卡机设置于入口道路靠近驾驶员的一侧。在所述车型检测区靠近所述自动发卡机一端上方设置有横杆，在所述横杆上安装有所述高清照相机，所述高清照相机正对车辆驶来的方向，用于采集车头上的车标图像。在所述车型检测区远离所述自动发卡机的一端，即车型检测区开始的一端，设置有所述红外光幕。所述红外光幕由多个按固定距离规律排布的红外线发射器和接收器组成。所述红外光幕所述红外线发射器和接收器分别设置于车型检测区用于对车辆进行轮廓扫描。在所述检测区靠近所述红外光幕的一端路面上，靠近驾驶员的半侧区域范围内，铺设有四条互不交叉的压电薄膜传感器，分别编号为1号~4号压电薄膜传感器，所述1号、3号和4号压电薄膜传感器相互平行，且垂直于车辆行进方向铺设，2号传感器铺设于1号和3号传感器之间，与1号、3号传感器成45度夹角，所述4号压电薄膜传感器离所述红外光幕最近，所述1号压电薄膜传感器离所述红外光幕最远。所述压电薄膜传感器为由金属编织芯线、压电材料和金属外壳制成同轴结构体，其长度应保证车辆的一侧车轮肯定会压过所述压电薄膜传感器。在所述车型检测区道路一侧设置有机柜，在机柜内安装有所述控制器和所述车型分类服务器。所述机柜、所述自动发卡机、所述压电薄膜传感器位于道路同一侧，可以方便布线。

所述控制器为以单片机为核心的控制单元。如图3和图4所示，所述电荷放大器输入端与所述压电传感器连接，输出端与所述单片机的模数转换接口连接；所述红外光幕与所述单片机的外部中断脚连接，且通过rs232转换电路与所述单片机的一个串口连接；所述单片机还连接有基准电压电路、串口转换电路和外置ram。所述控制器通过串口与所述自动发卡机、所述车型分类服务器连接。所述电荷放大器将所述压电薄膜传感器的信号进行放大，便于处理，其采用输入偏置电流和失调电流都较低的集成运放组成，具有输入阻抗极高、零漂小、波形干净噪声小等优点。

实施例2

车辆进入车型检测区，每一个车轮压过一条所述压电薄膜传感器，都会产生一个与施加到传感器上的压力成正比的模拟脉冲信号，该信号的输出时间与轮胎停留在传感器上的时间相同，所述控制器采集车轮压过时所述压电薄膜传感器产生的模拟脉冲信号。红外光幕用于检测车辆的到达、离开以及进行车辆分离，车辆经过所述红外光幕时，有光轴被遮挡，光轴首次被遮挡时，说明车辆到达检测区，所有光轴再次未被遮挡，车辆驶离红外光幕，所述控制器每间隔一段时间检测光轴被遮挡的情况，完成车辆外形轮廓的扫描。所述控制器检测到所述红外光幕有光轴被遮挡时，和/或，检测到所述4号压电薄膜传感器产生模拟脉冲信号时，控制所述高清照相机拍摄车头照片。

所述车型分类服务器内设置有数据库，所述数据库内有各种车辆的车标、轴数、轮数、车头高度、轴距、车长等外形参数，且车辆外形参数与车辆类型相匹配。所述控制器将所述红外光幕信号、所述压电薄膜传感器信号和所述高清照相机采集的图片发送至所述车型分类服务器，所述车型分类服务器对上述信号处理后，得到车辆外形参数，并在所述数据库中寻找相匹配的数据，确定车辆类型。

所述车型分类服务器将确定的车辆类型数据发送至所述控制器，所述控制器将所述车辆类型发送至自动发卡机。

所述车型分类服务器通过所述无线通信单元连接管理中心服务器，将接收到的所有数据以及最终确定的车辆类型发送至管理中心服务器，以便进行数据回读分析。

实施例3

已知1、3、4号传感器之间的距离，当车辆一根轴上的轮胎压过这3根传感器时产生3个脉冲信号，这3个脉冲信号之间的间隔时间就是车辆经过这3根压电传感器的时间，根据距离和时间可以算出两个行驶速度，即车辆经过4、3号传感器的速度和车辆经过3、1号传感器的速度，取这两个速度的平均值作为车辆经过自动车型分类器的平均速度。

1、3、4号传感器中，同一根压电传感器产生的前后两个峰波为车辆的两轴经过该压电传感器的时间，该时间乘以车辆行驶平均速度为这两轴的轴距，也就是两轴汽车有一个轴距，三轴汽车有两个轴距，以此类推。这3根压电传感器中，同一根压电传感器产生的峰波个数就是车轴的个数，通过轴距进行组轴，从而判断车辆轴型。

2号压电传感器与车辆行驶方向的斜置角度为45°，用于检测轮胎的单双胎，车辆经过时产生的脉冲信号为双峰波说明是双胎，为单峰波则说明为单胎。

红外光幕检测到车辆到达和离开之间的时间乘以车辆行驶的平均速度就是该车的车长。

如图5所示，对所述控制器采集的所述红外光幕信号、所述压电薄膜传感器信号进行回读分析处理。脉冲信号1和5为车轮压过4号压电薄膜传感器产生的，脉冲信号2和6为车轮压过3号压电薄膜传感器产生的，脉冲信号3和7为车轮压过2号压电薄膜传感器产生的，脉冲信号4和8为车轮压过1号压电薄膜传感器产生的。t1为车辆经过4号、3号压电薄膜传感器之间距离所用的时间，t2为车辆经过3号、1号压电薄膜传感器之间距离所用的时间。4号与3号压电薄膜传感器之间的距离以及3号与1号压电薄膜传感器之间的距离为设置好的已知量，根据速度=距离/时间，可以计算出车辆经过4号、3号压电薄膜传感器之间距离和经过3号、1号压电薄膜传感器之间距离的速度，取两个速度的平均值作为车辆经过车型检测区的速度va。t3为车辆两轴经过4号压电薄膜传感器的时间，根据公式长度=速度×距离，即可计算出车辆两轴的轴距。2号传感器的脉冲信号均为为单峰波，说明该车辆的两个轴都为单胎。阴影部分为红外光幕扫描的车辆外形轮廓。从图中可以看出，红外光幕基本上把车辆的外形轮廓完整的扫描出来了。根据车辆外形轮廓可以计算车头高度、车身高度和底盘平整度等。

如图6所示，图中有9个脉冲波形，为车辆一边的轮胎压过压电薄膜传感器所产生的，其中1和5为车轮压过4号压电传感器产生的脉冲波形，2和6为车轮压过3号压电传感器产生的脉冲波形，3、7和8为车轮压过2号压电传感器产生的脉冲波形，4和9为车轮压过1号压电传感器产生的脉冲波形。同时，1～4为前轴轮胎经过4条压电传感器所产生的脉冲，5～9为后轴轮胎经过4根压电传感器所产生的脉冲。三根与车辆行驶方向垂直的压电传感器都产生了两个脉冲波形，说明车轴个数为2；3号压电传感器用于检测轮胎为单胎还是双胎，从图中可以看出，前轴轮胎压过3号传感器只产生了一个脉冲波形3，说明前轴轮胎为单胎，后轴轮胎压过3号传感器产生了两个脉冲波形7和8，说明后轴轮胎为双胎；由此判断该车的轴型为12型

需要说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应该理解：其可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型技术方案的范围。