专利名称：车辆违章鸣笛电子取证工作站及取证方法
技术领域：
本发明属于交通管理领域，更具体说是涉及一种电子取证装置，并涉及一种该系统 采用的电子取证办法。
背景技术：
随着科学技术水平的不断提高和交通管理技术的发展，在交通卡口和路口大量使用 电子警察和电子卡口设备等电子设备自动监控道路交通情况是一种提高交通管理水平的 重要手段。现有的电子警察工作站大多针对视频取证而设计，主要采用了视频采集、图
片捕获和自动存储等设备。例如，申请号为200610097851的专利申请，提出一种违章 车辆数字视频信号和高清晰数码相片的获取方法，通过采用工业级数字摄像头在软件的 控制下自动工作于视频或照相工作状态下，实现违章时自动转换拍摄得到高清晰晰度数 码相片的目的。又如专利号为200520071856的实用新型公开了一种用于车载稽查超速行 驶、违法停车的便携式移动电子警察，其取证手段釆用摄像机和雷达。
目前，城市建设和道路交通快速发展，汽车鸣笛噪音已成为公害，影响到市民居住 质量和城市形象，已经引起职能部门充分重视，很多城市都颁布了禁鸣法规。但是有关 禁止汽车鸣笛的法规难以真正得到贯彻执行，其中一个很重要的原因是现有的电子系统 无法对违章鸣笛取得确实可信的证据，而没有真凭实据就难以管理和执法。很显然，现 有的电子系统无法满足车辆违章鸣笛取证的要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种能够对车辆违章鸣笛现象进行严密取证的电 子装置，并提出了一种此种电子装置采用的电子取证方法，利用本发明提出的电子装置 和电子取证方法，能够对违章鸣笛进行取证。
本发明提出的车辆违章鸣笛电子取证方法包括下列步骤
第一步在工作站上方开阔位置安装摄像头和麦克阵，并将其分别通过音频采集模 块和视频采集模块与计算机相连；
第二步计算机实时采集麦克阵接收的声音信息和各个摄像头接收的图像信息并将 其暂时保存；
第三步计算机实时对所采集到的声音信息进行笛声识别，若识别到笛声，则以当 时时间为基准，将该鸣笛时间段内接收到的图像信息序列和声音信息序列分别存储到计 算机存储器中；
第四歩计算机根据从麦克阵采集的声音信息进行声源定位；
第五步计算机根据麦克阵与摄像头之间的相对位置关系以及上一步所计算的笛声 声源位置，在所采集的图像信息上标注笛声声源位置。
在第四步或第五部之后还可以手动或自动控制摄像头对生源方位或违章车辆进行跟 踪拍摄，以获得更多细部特征。
在进行声源定位和图像标注时，由于已经明确是汽车鸣笛，笛声源自某个车辆，可以 用图像识别的方法对修订标注的位置，使标注更准确。
本发明还提出了采用此种方法的电子取证装置的技术方案
一种电子取证装置，包括麦克阵、音频采集模块、摄像头、视频采集模块、计算机， 其中麦克阵由两个或两个以上的麦克风构成，通过音频采集模块与计算机相连；至少一 个摄像头，通过视频采集模块与计算机相连；计算机根据从麦克阵采集的声音信息实时 识别汽车笛声，并将各个鸣笛时间段内接收到的图像信息序列和声音信息序列分别存储
到存储器中。
计算机还根据麦克阵与摄像头之间的相对位置关系和从麦克阵釆集的声音信息进 行声源定位，将笛声声源位置标注在所采集的图像信息上，并存储标注后的图像信息。
在计算机得出笛声生源的位置后可以手动或自动通过摄像头控制模块控制摄像头
对生源方位或鸣笛车辆进行更多的细节拍摄。
为了使笛声声源定位更为准确，电子取证装置还可以包括风向传感器、风速传感器 和温度传感器，微处理器模块在对笛声声源定位时，利用鸣笛时间段所采集的风速'风 向和温度信息对声源定位进行补偿。
本发明彻底解决了违章鸣笛处罚取证难的问题，不但能够逻辑严密的采集到违章鸣 笛的证据，而且提供了自动的违章鸣笛电子取证工作站系统。
图1本发明所架设在工作站上的探测器的的结构示意图。图中，1是支架，2是链 接架，3、 4、 5是摄像机、6、 7、 8、 9是麦克风，10是风速传感器11是风向传感器。 图2本发明的车辆违章鸣笛电子取证工作站系统的结构框图。 图3本发明所采用的车辆违章鸣笛电子取证方法流程图。
具体实施例方式
首先在本实施例为车载移动工作站，可以根据需要停泊在任何可以停泊的地方。 麦克阵安装在车顶包括以某种预定的布局的多个麦克风布置，这些麦克风用于捕捉 来自各个方向并起源于空间中不同的点的声波，麦克阵通常用于语音处理系统。语音处 理系统在还原声音时，出于滤去环境噪声等的需要，需要根据从麦克阵采集的各个声道
的语音信息进行声源定位，寻找指向声源的方向在空间滤波中起了重要的作用，在某些 情况下，指向声源的方向被用于说话人跟踪和记录的音频信号的后处理。通过麦克阵进
行声源定位，现有技术已经有多种应用方式。例如发明专利02800828.6公开了一种用
于电视会议系统的方法和装置，其采用包括两个麦克风的阵列和一个静止照相机来自动 地找出说话者的位置并操作视频图像以产生可动的平移-倾斜-縮放("PTZ")照相机的效 果。采用计算机视觉算法来检测、定位和追踪处于广角的静止照相机的视场中的人物。 采用只包括两个水平间隔开的麦克风的麦克风阵列作为声源定位装置，利用该麦克风阵 列得到的估计声延迟来选择正在说话的人。本发明也利用麦克阵釆集到的多声道音频信 息进行声源定位。
本发明采用的探测器如图l所示，3个摄像头(3， 4， 5)和4个麦克风(6， 7， 8， 9) 共同安装在同一个车顶支架l上，4个麦克风分别通过链接架2与支架1连接，其中麦克风6、 麦克风7、麦克风8水平放置，距离支架l的中心点80cm，共同构成麦克阵，摄像头3、摄 像头4、摄像头5也安装在支架1上，摄像头3、摄像头4、摄像头5、麦克风6、麦克风7、 麦克风8在同一水平面上交错安装，每个相邻的摄像头和麦克风链接架2分别成60度夹角， 麦克风9安装在支架l的中心点垂直上方80cm处。
在本实施例中，3个摄像头与麦克阵集成在同一个支架上，实际应用中，也可以分别 独立安装。但无论怎样安装，系统在进行声源定位和图像标注时，都需要确切知道麦克 阵中各个麦克风的相对位置信息和麦克阵与各个摄像头的相对位置信息。本发明还在支 架顶端安装风速传感器10以及风向传感器11。风速和风向传感器并非本发明实施例必须 的电子器件，利用它们采集风向和风速信号目的是为了更为精确地进行声源定位补偿。
图2为本发明的车辆违章鸣笛电子取证工作站的结构框图。本发明的车辆违章鸣笛 电子取证工作站包括可以安装在车顶的电子取证装置和用于运算、确定声源位置并进行 图像标注的计算机两部分，电子取证装置包括麦克阵、 一个或多个摄像头、麦克阵通过 音频采集模块与计算机相连； 一个或多个摄像头通过视频采集模块与计算机相连。
计算机根据从麦克阵采集的声音信息实时识别汽车笛声，并将各个鸣笛时间段内接 收到的图像信息序列和声音信息序列分别存储到存储器中。这里的鸣笛时间段的定义是 以识别到有违章笛声存在的时刻为时间基准，在该时刻之后的截取一段短暂时间，如一 分钟，或者在该时刻之前和之后截取一段短暂时间，例如取前后各30秒钟。
计算机的声音识别功能是这样实现的，首先把各种车辆的鸣笛声特征提取出来建立 鸣笛声音识别模型数据库，并将其预先存入电子取证装置中用于笛声识别的软件系统。 用于笛声识别的软件进行实时笛声识别时，把采集到的麦克阵中的至少一个麦克风拾取 到的周围环境的声音与鸣笛声音识别模型数据库进行比对，从而判断出此时周围环境中 是否有车辆鸣笛。如果没有则继续识别，如果有，则以当前时间为基准，将这一时间段 的图像及声音信息(麦克阵的多声道数字声音信息)以及风速传感器和风向传感器记录
的风速风向信息(如果使用风速和风向传感器的话)储存到存储器里，然后继续对周围 环境中的声音信息进行实时识别。
电子取证装置安装在车顶处，电子取证装置的计算机与交管指挥中心之间的数据通 信接口可以设计成多种形式，例如，如果在道路监控点附近设置作为上位机的工控机， 电子取证装置与工控机两者之间可以通过RS233、 USB等通信。工作站通过有线网络或无 线网络与交通管理部门的控制中心进行数据通信。
计算机对每一组鸣笛时间段的信息进行处理，处理的过程包括两个步骤，首先通过
麦克阵的安装位置信息计算出鸣笛的笛声声源与麦克阵的三维空间相对位置关系，本发 明实施例采用的定位算法原理如下
四个相同的麦克风Sp S2， S3， S4放置在测量区域内，这些传感器位置坐标分别
为S"x" yp zO， S2(x2， y2， z2), S3(x3， y3， z3)， S4(x4， y4， z4)。当
测量区域内任意点T(x,y,z〕处有声源产生时，声波传到麦克风，分别产生四个声信号
S"t)，S2(t)， S3(t)， S4(t〕。每个麦克风上的微处理器首先刻ti， t2， t3， t4,并
送给上位机。声源到达四个麦克风的实际时间是tp+、， tp+t2， tp + t3， tp+t4
其中tp为声音事件开始到假定四个麦克风同时开始采样的时间，四个麦克风需有同一个 采样时间基准。上位机同时采集来自测量区域旁的风速、风向传感器的信号，而得到当 地的风速矢量Vw(Vx，Vy,vJ。通过适当的传感器上位机也可以得到当地声音传播速度c。 于是有如下方程组(i)成立
<formula>formula see original document page 7</formula>(1)
其中Vi， V2， V3， V4分别是风速矢量Vw(Vx, Vy， Vz)在矢量
TSy TS2， TS3， TS4上的投影。它们由关系式(2)算得。
<formula>formula see original document page 8</formula><formula>formula see original document page 9</formula>
其中1;21 = 1;2 —、， = 1:3—1^ t4:l = t4 —t1 构成声源对应的时间差矢量
△ Tm (t21， t31， t41)。
方程组(3)是关于变量x， y， z，的高次方程组，由观测得到的对应声源位置的时间
差矢量ATm (t21， t31， 1:41)可以求得声源的位置T (x， y， y)。对于任意的四个麦克
风位置坐标，风速Vw以及当地声速c而言，用数值解法求解。
以上方程由上位机通过数值法求解，得出声源位置坐标，将麦克阵的每个麦克风上 所接受的声信号进行适当的数字信号处理而算得信号的特征峰值时刻代入方程都是由上 位机自动操作完成的。当考虑到实施成本时可以不安装风速传感器和风向传感器，风速 以o值带入计算。
得到笛声声源的位置坐标后，通过麦克阵和摄像头之间的相对位置关系使用三维虚 拟技术把声源点的空间位置虚拟出来，利用摄像头位置信息和镜头角度信息做出虚拟摄 像头视角，使用虚拟技术用虚拟的摄像头视角拍摄虚拟出来的声源位置点，得出该点在 摄像头拍摄图像上的二维图像，得到该点在摄像头拍摄图像上的二维坐标，将该坐标标 注于同时刻(计算声源位置所使用的声音信息的时刻)的摄像头实拍的图像上。图像上 笛声声源位置标注的车辆就是当时鸣笛的车辆。这就是利用声学位置判断和光学位置判 断的时间空间一致性。
本实施例的探测器采用由四个麦克风构成的麦克阵，在实际应用中，麦克风的个数 不是固定的，最少可以设置成由两个麦克风构成的麦克阵，如上面所提到的发明专利 02800828.6。在现有技术中，用于声源定位的麦克风的个数已经有6个、8个等，其 空间布局方式也是多种多样的。 一般而言，麦克阵里的麦克风之间距离不应太近，相距 较远时，抗干扰能力较强，麦克风的个数设置的越多，所可能获取的声音信息也越多， 声源定位也能够更为准确。
需要说明的是，本发明属于一种组合发明，是一种在技术应用上具有创新性的发明 创造，其中所涉及的麦克阵、摄像头、风向和风速传感器、视频采集模块、图像采集模 块、声音识别技术、声源定位技术、图像标注技术等，都属于已有技术并且已有多种形 式和应用。这里只是以本发明的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或 某些特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述本发明， 实际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变 形和应用都应该属于本发明的范围内。
权利要求
1. 一种电子取证装置，包括麦克阵、摄像头、计算机、摄像头控制模块其中，麦克阵由两个或两个以上的麦克风构成，通过音频采集模块与计算机相连或者直接与计算机相连；至少一个摄像头，通过图像采集模块与计算机相连或直接与计算机相连；计算机，根据从麦克阵采集的声音信息实时识别汽车笛声或利用外接声音识别模块实时识别汽车笛声，并将各个鸣笛时间段内(鸣笛时间和鸣笛时间前后的一段时间和称为鸣笛时间段)接收到的图像信息序列和声音信息序列处理并存储到计算机的存储器中。
2. 根据权利要求1所述的电子取证装置，其特征在于，所述计算机根据麦克阵与摄像 头之间的相对位置关系和从麦克阵采集的声音信息进行声源定位，将笛声声源位置标 注在所采集的图像信息上，并存储标注后的图像信息。
3. 根据权利要求2所述的电子取证装置，其特征在于，所述电子取证装置还包括风向 传感器、风速传感器和温度传感器，计算机在对笛声声源定位时，利用鸣笛时间段所 采集的风速、风向温度信息对声源定位计算进行补偿和修正。
4. 根据权利要求2所述的电子取证装置，其特征在于，所述电子取证装置还包括摄像头控制模块，可以控制摄像头对生源方位进行拍摄，以取得个多的笛声生源的图像细 节信息。
5. 根据权利要求2所述的电子取证装置，其特征在于，所述电子取证装置可以安装在建筑上也可以安装在车辆上形成移动取证工作站。
6. —种车辆违章鸣笛电子取证方法，包括下列步骤第一步在工作站安装摄像头和麦克阵，并将其分别通过音频采集模块和视频采集 模块与计算机相连；第二步计算机实时采集麦克阵接收的声音信息和各个摄像头接收的图像信息并将 其暂时保存；第三步计算机实时对所采集到的声音信息进行笛声识别或利用外接声音识别模块 实时识别汽车笛声，若识别到笛声，则以当时时间为基准，将该鸣笛时间段内接收到的 图像信息序列和声音信息序列分别存储到计算机的存储器中；第四步计算机根据从麦克阵采集的声音信息进行声源定位；第五步计算机根据麦克阵与摄像头之间的相对位置关系以及上一步所计算的笛声 声源位置，在所采集的图像信息上标注笛声声源位置并显示。
7. 根据权利要求6所述电子取证方法，其特征在于，在第四步或第五部之后还可以手 动或自动控制摄像头对生源方位或违章车辆进行跟踪拍摄，以获得更多细部特征。
8. 根据权利要求6所述电子取证方法，其特征在于，在进行声源定位和图像标注时， 由于已经明确是汽车鸣笛，笛声源自某个车辆，可以用图像识别的方法对修订标注的 位置，使标注更准确。
全文摘要
本发明属于交通管理领域，涉及一种电子取证方法工作站上方开阔区域安装摄像头和麦克阵，利用计算机实时采集麦克阵接收的声音信息和各个摄像头接收的图像信息，并实时对所采集到的声音信息进行笛声识别，若识别到笛声，则以当时时间为基准，将该鸣笛时间段内接收到的图像信息序列和声音信息序列分别存储到存储器中。并根据从麦克阵采集的声音信息进行声源定位和图像信息标注和控制摄像头拍摄更多违章鸣笛车辆的细节。本发明还涉及电子取证工作站系统。本发明彻底解决了违章鸣笛处罚取证难的问题，能够逻辑严密的采集到违章鸣笛的证据。
文档编号H04N7/18GK101377885SQ20071014757
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者凌子龙 申请人:凌子龙