一种自发电的信号灯路口违规检测系统

本发明涉及一种交通检测装置，尤其涉及一种自发电的信号灯路口违规检测系统。

背景技术：

目前，我国的电能供应普遍紧张，科学家们开始寻求创造能够将其他能转化为电能的设备，自发电装置应运而生。现如今，道路的车流量不断增多，每辆车的载荷也很大。车辆开过地面，会对地面产生很大的力(振动)。压电材料是一种受到压力作用时会在两端面间出现电压的智能材料，利用压电材料可实现机械能和电能的互相转换，从而实现自发电。

信号灯路口是交通违规现象较多的地点，也是交通事故的频发的地点。在信号灯路口主要有以下几种常见的违规行为：行人或车辆闯红灯、在绿灯快结束时为了冲过绿灯而超速行驶、实线变道、不按规定车道行驶。为了维护交通规则、保障人们的生命财产安全，很有必要对违规行为进行检测和相应处罚。

现有的信号灯路口交通违规检测装置存在以下问题：

(1)以往信号灯路口交通违规检测装置都是单一违规检测，设备的维护保养以及数据查询等都要分开进行，花费人力物力。将路口常见交通违规行为用同一套设备和控制器检测，维修保养可以一起进行，后期的数据查询导出等更加方便，也能实现人力资源的节省。

(2)以往信号灯路口变道检测设备多为摄像头机器识别，需要一直开启，耗电且耗内存，有些检测还要辅助以人工识别，且很多时候摄像头只能拍到车头，不能确定轮子是否真的压线，是全部还是小部分压线，而压电轴传感器则能实现精准检测。

(3)目前常用的不按车道行驶检测装置也为摄像头机器识别，其他类型装置较少，不管是从节能环保方面还是识别准确性方面都有待提高。

(4)以往信号灯路口交通违规检测装置都是普通电力供电，相比于可以自发电的检测装置不够节能环保。

技术实现要素：

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种自发电的信号灯路口违规检测系统，包括：

对行人通过斑马线时进行检测的第一压电轴传感器组，所述第一压电轴传感器组铺设在斑马线及其路沿地面下；

对车辆两排轮轴经过停车线时进行检测的第一压电轴传感器，所述第一压电轴传感器垂直于车道线铺设在停车线位置的地面下；

分别接收对所述第一压电轴传感器组传送的行人通过时的电信号和所述第一压电轴传感器传送的车辆两排轮轴经过时传送的电信号进行滤波、整流及放大处理的第一信号处理器和第四信号处理器；

接收所述第一信号处理器、第四信号处理器传送的电能进行存储的储能器；

对行人通过斑马线进行指示的第一红绿灯；

对车辆通过进行指示的第二红绿灯；

悬挂在第一红绿灯上方，对行人经过斑马线进行拍摄的第一摄像头；

悬挂在第二红绿灯上方，对车辆经过时进行拍摄的第二摄像头；

对行人发出语音警示的语音模块；

对违规的车辆进行警示文字显示的led显示屏；

接收所述第一压电轴传感器组传送的行人通过斑马线时的信号的控制器，当所述控制器监测到第一红绿灯的红灯亮起时，若所述控制器接收到第一压电轴传感器传送的行人通过斑马线时的信号，则所述控制器控制所述语音模块对违规闯红灯的行人发出语音警示；

所述控制器接收所述第一压电轴传感器传送的车辆两排轮轴通过停车线时的信号，当所述控制器监测到第二红绿灯的红灯亮起时，若所述控制器接收到第一压电轴传感器传送的车辆通过斑马线时的信号，则所述控制器控制第二摄像头对闯红灯车辆进行拍照并控制所述led显示屏对违规车辆信息进行显示；

所述储能器为所述第一信号处理器、所述第四信号处理器、所述语音模块、所述第一摄像头、所述第二摄像头、所述led显示屏和所述控制器提供电能，并接收控制器传送的控制信息。

进一步地，还包括对车辆车轮经过时进行检测的第二压电轴传感器组，所述第二压电轴传感器组平行于车道铺设在车道与车道之间的实线的地面下；所述控制器在10秒内接收所述第二压电轴传感器组传送的超过一次的车辆车轮压过时的信号，则所述控制器判定车辆进行了变道，此时所述控制器控制第二摄像头对违规车辆进行识别和记录，并控制所述led显示屏对违规车辆信息进行显示

进一步地，还包括对所述第二压电轴传感器组传送的车辆车轮经过时的电信号进行滤波、整流及放大处理的第二信号处理器，所述储能器接收第二信号处理器传送的电能进行存储，所述储能器为第二信号处理器提供电能。

进一步地，还包括对车辆两排轮轴经过时进行检测以及超速与否进行检测的第三压电轴传感器组，所述第三压电轴传感器组呈横向“n”字形铺设在实线范围内、接近实线末端处，垂直于车道的地面下；

和对车辆两排轮轴经过时进行检测的第二压电轴传感器，所述第二压电轴传感器铺设在第二红绿灯下方的斑马线的前方(车辆前进方向)3m位置的地面下；

悬挂在所述第二压电轴传感器的上前方，对车辆经过时进行拍摄的第三摄像头；

所述第三压电轴传感器组包括第四压电轴传感器、第五压电轴传感器和第六压电轴传感器；

所述第四压电轴传感器与所述第五压电轴传感器的一端相连接，所述第五压电轴传感器的另一端与所述第六压电轴传感器相连接；

所述第四压电轴传感器、第五压电轴传感器和第六压电轴传感器呈“n”字形排列；所述第四压电轴传感器和所述第五压电轴传感器的布设夹角为θ，第四压电轴传感器和第六压电轴传感器均垂直于车道线，所述第四压电轴传感器与所述第六压电轴传感器之间的布设距离为l；当车辆两个前轮同时压过第四压电轴传感器时，所述控制器记录时刻t1，当车辆右前轮和左前轮分别压过第五压电轴传感器时，控制器分别记录时刻t2和t3，当车辆两个前轮同时压过第六压电轴传感器时，控制器记录时刻t4；车辆左车轮到车道左边沿的距离y通过下列公式获得：

本发明以双向六车道为例，定义车道宽度为3.5m，若y＜3.5m，则该车辆在最左车道，若3.5m≤y＜7m，则为中间车道，若7m≤y＜10.5m，则为最右车道；

同时所述控制器控制第二摄像头对所有车辆拍照，并根据第三压电轴传感器组计算每辆车所在的车道，第二压电轴传感器受到车辆压力后发送信号给控制器，所述控制器控制第三摄像头对所有车辆进行拍照；若所述控制器判断有车辆违规，则所述控制器将违规车辆信息传送给所述led显示屏进行显示；判断方式如下：

1)若所在车道为仅允许直行车道，所述控制器将第二摄像头拍摄的该车的照片与第三摄像头拍摄的照片进行匹配，若没有匹配到同一车辆，则说明该车违规，说明该车在直行车道转弯了；

2)若所在车道为仅允许转弯车道，所述控制器将第二摄像头拍摄的该车的照片与第三摄像头拍摄的照片进行匹配，若匹配为同一车辆，则说明该车违规，在转弯车道直行了。

进一步地：当第二红绿灯的绿灯亮时，所述控制器开始超速检测，

根据车轮压过第四压电轴传感器的时间t1和第六压电轴传感器的时间t4的时差，通过下列公式来计算车辆速度v；

v＝l/t4-t1(2)

若v大于该信号灯路口规定车速，则所述控制器控制第二摄像头拍摄该车辆的照片并通过所述控制器识别照片中的车牌号码；并且所述控制器控制led显示屏对违规车辆进行显示。

进一步地：还包括对所述第三压电轴传感器组传送的车辆两排轮轴或车轮经过时的电信号进行滤波、整流及放大处理的第三信号处理器；

对所述第二压电轴传感器传送的车辆两排轮轴经过时的电信号进行滤波、整流及放大处理的第五信号处理器；

所述储能器接收第三信号处理器、第五信号处理器传送的电能进行存储，所述储能器为第三摄像头、第三信号处理器和第五信号处理器提供电能。

进一步地，所述第一压电轴传感器组里的传感器、第二压电轴传感器组里采用的传感器、第三压电轴传感器组里采用的传感器、第一压电轴传感器和第二压电轴传感器采用的传感器均为pvdf压电轴传感器。

本发明提供的一种自发电的信号灯路口违规检测系统，具有如下有益效果：

(1)检测信号灯路口的车辆和行人闯红灯情况，减少安全隐患，通过对过往车辆和行人的监控警示形成安全行车的环境，以降低信号灯路口交通事故的发生率；

(2)检测信号灯路口上车辆违规压实线、违规变道和超速行驶情况，减少安全隐患，通过对过往车辆的监控警示形成安全通过路口的环境，以降低信号灯路口交通事故的发生率，且检测方式具有创新性；

(3)节能环保，由压电装置将行人和车辆挤压地面产生的机械能转化为电能，是一种自发电系统；

(4)使用寿命长，埋地式pvdf压电轴传感器具有较高的抗压性，其埋于路面下方，不易受到曝晒或者腐蚀；

(5)集各种信号灯路口违规检测功能于一体，使用一套检测系统同时检测五种违章行为，摄像头、led显示屏可以由控制器控制并共用于多项违规检测项目。自动收集行人闯红灯，车辆违规的影像数据和违规时间，对行人闯红灯、车辆违反交通规则的行为的各种相关统计学分析提供便利。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的铺设示意图；

图2为本发明的模块连接图；

图3为本发明的第三压电轴传感器组示意图。

图中：1、第一压电轴传感器组，2、第二压电轴传感器组，3、第三压电轴传感器组，4、第一压电轴传感器，5、第二压电轴传感器，6、第一信号处理器，7、第二信号处理器，8、第三信号处理器，9、第四信号处理器，10、第五信号处理器，11、控制器，12、储能器，13、第一摄像头，14、第二摄像头，15、第三摄像头，16、第一红绿灯，17、第二红绿灯，18、led显示屏，19、语音模块，20、第四压电轴传感器，21、第五压电轴传感器，22、第六压电轴传感器，23、车辆，24、行人。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

图1为本发明的铺设示意图；图2为本发明的模块连接图；本发明提供了一种自发电的信号灯路口违规检测系统，包括：第一压电轴传感器组1、第二压电轴传感器组2、第三压电轴传感器组3、第一压电轴传感器4、第二压电轴传感器5、第一信号处理器6、第二信号处理器7、第三信号处理器8、第四信号处理器9、第五信号处理器10、控制器11、储能器12、第一摄像头13、第二摄像头14、第三摄像头15、第一红绿灯16、第二红绿灯17、led显示屏18、语音模块19；

所述第一压电轴传感器组1对行人24通过斑马线时进行检测，所述第一压电轴传感器组1铺设在斑马线及其路沿地面下；每条斑马线下铺设一条压电轴传感器；

所述第一压电轴传感器4对车辆23两排轮轴经过停车线时进行检测，所述第一压电轴传感器4垂直于车道线铺设在停车线位置的地面下；

所述第一压电轴传感器组1、第一压电轴传感器4分别将传送的行人24通过时的电信号和车辆23两排轮轴经过时产生的电信号传送给所述第一信号处理器6和所述第四信号处理器9进行滤波、整流及放大处理；

所述储能器12接收所述第一信号处理器6、第四信号处理器9传送的电能进行存储；

所述第一红绿灯16对行人24通过斑马线进行指示；

所述第二红绿灯17对车辆23通过路口进行指示；

所述第一摄像头13悬挂在所述第一红绿灯16上方，对行人24闯红灯进行拍摄；

所述第二摄像头14悬挂在所述第二红绿灯17上方，对车辆23经过时进行拍摄；

所述语音模块19对行人24发出语音警示；

所述led显示屏18对违规车辆23进行文字警示；

所述控制器11接收所述第一压电轴传感器组1传送的行人24通过斑马线时的信号，当所述控制器11监测到所述第一红绿灯16的红灯亮起时，若所述控制器11接收到第一压电轴传感器组1传送的行人24通过斑马线时的信号，则所述控制器11控制第一摄像头13对闯红灯行人进行拍照，所述语音模块19对违规行人24发出语音警示；

所述控制器11同时接收所述第一压电轴传感器4传送的车辆两排轮轴通过停车线时的信号，当所述控制器11监测到第二红绿灯17的红灯亮起时，若所述控制器11接收到第一压电轴传感器4传送的车辆同轴双轮通过时的信号，则所述控制器11控制第二摄像头14对闯红灯车辆进行拍摄照片，并控制所述led显示屏18对违规车辆信息进行显示，违规车辆的显示信息包括车牌号码及具体违规行为；

所述储能器12为所述第一信号处理器6、所述第四信号处理器9、所述语音模块19、所述第一摄像头13、所述第二摄像头14、所述led显示屏18和所述控制器11提供电能，所述储能器的电能来源于该检测装置本身，采用可重复充放电的锂离子电池，其内部共设置两组电池组，两组的位置可以调换，通过控制器11控制。其中一组电池接收第一信号处理器6、第二信号处理器7、第三信号处理器8、第四信号处理器9和第五信号处理器10转换的电能时，另外一组用于为设备提供电能，当供电的一组电池组电能即将用尽时(剩余电量不足10％)，则控制器11控制两组位置调换，以此类推，循环往复。

进一步地，所述第二压电轴传感器组2对车辆车轮经过时进行检测，所述第二压电轴传感器组2平行于车道铺设在车道与车道之间的实线的地面下；所述控制器11在10秒内接收所述第二压电轴传感器组2传送的超过一次的车辆车轮压过的信号，则所述控制器11判定车辆进行了变道，此时所述控制器控制第二摄像头14对违规车辆进行识别和拍摄，同时控制所述led显示屏18对违规车辆信息进行显示。

所述第二信号处理器7对所述第二压电轴传感器组2传送的车辆车轮经过时的电信号进行滤波、整流及放大处理，所述储能器12接收第二信号处理器7传送的电能进行存储；所述储能器12为第二信号处理器7提供电能。

所述第三压电轴传感器组3对车辆两排轮轴经过时进行检测以及超速与否进行检测，所述第三压电轴传感器组3呈横向“n”字形铺设在实线范围内、接近实线末端处、垂直于车道的地面下；

所述第二压电轴传感器5对车辆两排轮轴经过时进行检测，所述第二压电轴传感器5铺设在第二红绿灯下方的斑马线的前方(车辆前进方向)3m位置的地面下；

所述第三摄像头15悬挂在所述第二压电轴传感器5的上方的前方，对车辆进行拍摄；

图3为本发明的第三压电轴传感器组示意图，所述第三压电轴传感器组3呈横向“n”字形铺设在实线范围内、接近实线末端处，垂直于车道线的地面下；所述第三压电轴传感器组3包括第四压电轴传感器20、第五压电轴传感器21和第六压电轴传感器22；

所述第四压电轴传感器20与所述第五压电轴传感器21的一端相连接，所述第五压电轴传感器21的另一端与所述第六压电轴传感器22相连接；

所述第四压电轴传感器20、第五压电轴传感器21和第六压电轴传感器22呈“n”字形排列；所述第四压电轴传感器20和所述第五压电轴传感器21的布设夹角为θ，第四压电轴传感器20和第六压电轴传感器22均垂直于车道线，所述第四压电轴传感器20与所述第六压电轴传感器22之间的布设距离为l；当车辆两个前轮同时压过第四压电轴传感器20时，所述控制器11记录时刻t1，当车辆右前轮和左前轮分别压过第五压电轴传感器21时，控制器11分别记录时刻t2和t3，当车辆两个前轮同时压过第六压电轴传感器22时，控制器11记录时刻t4；车辆左车轮到车道左边沿的距离y通过下列公式获得：

本发明以双向六车道为例，假设车道宽度为3.5m，若y＜3.5m，则该车辆在最左车道，若3.5m≤y＜7m，则为中间车道，若7m≤y＜10.5m，则为最右车道；

同时所述控制器11控制第二摄像头14对所有车辆拍照，并根据第三压电轴传感器组2计算每辆车所在的车道，第二压电轴传感器5受到车辆压力后发送信号给控制器11，所述控制器11控制第三摄像头15对所有车辆进行拍照；若控制器判断有车辆不按规定车道行驶，则所述控制器11记录违规车辆的相关信息；判断方式如下：

1)若所在车道为仅允许直行车道，所述控制器11将第二摄像头14拍摄的该车的照片与第三摄像头15拍摄的照片进行匹配，若没有匹配到同一车辆，则说明该车违规，在直行车道转弯了；

2)若所在车道为仅允许转弯车道，所述控制器11将第二摄像头14拍摄的该车的照片与第三摄像头15拍摄的照片进行匹配，若匹配为同一车辆，则说明该车违规，在转弯车道直行了。

当第二红绿灯17的绿灯亮时，所述控制器11开始超速检测，

根据车轮压过第四压电轴传感器20的时间t1和第六压电轴传感器22的时间t4的时差，通过下列公式来计算车辆速度v；

v＝l/t4-t1(2)

若v大于该信号灯路口规定车速，则所述控制器11控制第二摄像头14拍摄该车辆的照片并通过所述控制器识别照片中的车牌号码；同时所述控制器11控制led显示屏18显示违规车辆的车牌号码和违规内容。

所述第三信号处理器8对所述第三压电轴传感器组3传送的车辆两排轮轴经过时的电信号进行滤波、整流及放大处理；

所述第五信号处理器10对所述第二压电轴传感器2传送的车辆两排轮轴经过时的电信号进行滤波、整流及放大处理；

所述储能器12接收第三信号处理器8、第五信号处理器10传送的处理后的电能进行存储，所述储能器12为第三摄像头15、第三信号处理器8和第五信号处理器10提供电能。

本实施例中，讨论在双向六车道的信号灯路口的情况下，同方向的三条车道分别为：左转、直行、右转车道，以下为具体5种违规检测方法：

1、行人的闯红灯检测：

(1)当第一红绿灯16的红灯亮起时，若控制器11检测到有行人24通过斑马线，控制器11则控制第一摄像头对闯红灯行人进行拍摄，同时语音模块19发出警示声音：“您已闯红灯，请退回等待区。”

(2)当第一红绿灯16的绿灯亮起并只剩最后五秒时，控制器11控制语音模块19发出警示声音：“绿灯时间还有五秒，请尽快通过。”

2、车辆的闯红灯检测：

(1)当第二红绿灯17的红灯亮起时，若控制器11检测到车辆23两排轮轴先后都压过了第一压电轴传感器4时，所述控制器11控制第二摄像头14拍摄车辆23的照片并发送回控制器11，所述控制器11识别车辆23的车牌号码，同时，控制器6控制led显示屏18显示车辆23的车牌号码和违规内容：“您已闯红灯。”

控制器11采用有线网络或无线传输方式将记录下的车牌号码、拍摄的车辆23照片连同时间、地点等信息一并传输到交管中心，作为对信号灯路口闯红灯车辆23的处罚依据。

(2)当第一红绿灯16的红灯或绿灯亮起时，若控制器11检测到有行人24通过斑马线，控制器11控制led显示屏18显示警示文字“前方有行人，请小心驾驶。”

3、车辆的违规变道检测：

在垂直于停车线的两车道之间的实线地面下埋设第二压电轴传感器组2，当有车辆车轮压过实线时，若短时间内(10s)控制器11接收到一次第二压电轴传感器组2的信号，则为车轮不小心压到实线，可以不做处理(也可视当地交通局实际规定而定)。若10s时间内接收到两次及以上第二压电轴传感器组2传输的信号，则开启第二摄像头14拍摄照片并发送回控制器11，控制器11进行照片识别和记录；并且控制器11控制led显示屏18显示违规车辆的车牌号码和违规内容：“您已违规变道。”发送相关信息给交管局。

4、车辆的不按车道标志行驶检测：

以三车道为例，根据n字形布设的第三压电轴传感器组3可以计算得出车辆所处的车道：

当车辆两个前轮同时压过第四压电轴传感器20时，控制器11记录时刻t1，当车辆右前轮和左前轮分别压过第五压电轴传感器21时，控制器分别记录时刻t2和t3，当车辆两个前轮同时压过第六压电轴传感器22时，控制器11记录时刻t4；车辆23左车轮到车道左边沿的距离y可由控制器按照公式(1)获得：

假设该车道宽度为3.5m，若y＜3.5m，则该车辆在最左车道，若3.5m≤y＜7m，则为中间车道，若7m≤y＜10.5m，则为最右车道；

同时控制器11控制第二摄像头14对车辆拍摄照片并发送回控制器，根据第三压电轴传感器组3计算每辆车所在的车道，第二压电轴传感器5受到车辆压力后发送信号给控制器11，控制器11控制第三摄像头15拍摄照片并发送回控制器11。①若控制器计算得某辆车所在车道为仅允许直行车道，控制器11将第二摄像头14拍摄的该车的照片与第三摄像头15拍摄的照片进行匹配，若没有匹配到同一车辆(车牌号码相同)，则说明该车在直行车道转弯了；②若控制器计算得某辆车所在车道为仅允许转弯车道，控制器11将第二摄像头14拍摄的该车的照片与第三摄像头15拍摄的照片进行匹配，若匹配为同一车辆，则说明该车在转弯车道直行了。在情况②下，控制器11识别该车辆图片中的车牌号码，发送相关信息给交管局。

5、车辆的超速检测：

超速检测工作在第二红绿灯17的绿灯亮时才开启工作，根据车轮压过第三压电轴传感器组3的其中第四压电轴传感器20和第六压电轴传感器22的时差来计算速度，计算公式如(2)；

若v大于该信号灯路口规定车速，则控制器11控制第二摄像头14拍摄照片并发送回控制器11，控制器11识别照片中的车牌号码，发送相关信息给交管局；并且控制器11控制led显示屏18显示违规车辆的车牌号码和违规内容：“您已超速，请减速行驶。”若v小于规定车速则不予操作。

另外，各压电轴传感器(组)独立工作，互不干扰。由于车辆一般平行于车道线行驶，所以除了第一压电轴传感器组1以行人的压力为控制器识别的一次信号单位和第二压电轴传感器组2、第五压电轴传感器21以车辆车轮的压力为一次信号单位，其他都以同轴双轮为一次信号单位。控制器11可以分多个控制单元来分别对应不同的检测项目。也可以根据实际车流和车道数情况增设摄像头和控制器11数量，但所有涉及本专利相同或类同的技术均属于本专利的保护范围。

进一步地，控制器11采用有线网络或无线传输方式将记录下的所有违章车辆的车牌号码、拍摄的车辆照片连同时间、地点等信息一并传输到交管中心，作为对信号灯路口违章车辆的处罚依据。

进一步地，所述控制器11内含mcu芯片即scm单片微型计算机，和大容量存储器，以此来执行控制、存储照片及相关信息，所述控制器11是整个装置的大脑。

进一步地，所述第一压电轴传感器组1里的传感器、第二压电轴传感器组2里采用的传感器、第三压电轴传感器组3里采用的传感器、第一压电轴传感器4和第二压电轴传感器5采用的传感器均为pvdf压电轴传感器。所述压电轴传感器均铺设于城市沥青路面的面层的离地约5cm-10cm处。

进一步地，所述第一摄像头13、第二摄像头14、第三摄像头15均为红外摄像头。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。