一种无队列计算的车型识别无人值守发卡系统的制作方法

本实用新型属于交通设备技术领域，具体涉及一种无队列计算的车型识别无人值守发卡系统。

背景技术：

目前无人值守发卡机在高速公路入口收费站车道应用非常普遍。其优点在于节约人力，全天候开放。受到用户和公路管理部门的普遍欢迎。

为了实现原来人工发卡具备的车型判别的功能，许多发卡系统配置了车型识别装置。比较常见的方式是采用一套光幕测量装置安装在收费岛头，在车辆进入车道时，开始对车辆轮廓进行扫描，通过获取的车辆侧面轮廓信息，实现车型识别分辨的功能。另外一种方式是在路面铺设压力传感器，在车辆通过时，对轮轴进行感应计数，据此进行车型识别。这些技术或者相互进行结合，可以基本实现客货车辆分离以及车辆大型不同车型的分类识别。

但是这些技术都存在一些不足之处，比如，由于这些传感器都设置在收费岛头位置，距离发卡机尚有16米左右距离，以容纳最长的货车。这么长的距离可以容纳多辆小车。为了保证车型识别和取卡车辆能够一一对应，往往需要在软件上进行排队，形成先进先出的队列数组。在队列的处理过程中，有时会受到外部因素的影响，比如人员走动或者车形状比较复杂，都会给部分传感器带来误动作可能，进而导致队列错误。这样就会出现识别出的车型结果和真正取卡车辆错位，完全不能对应，造成识别率严重下降，严重时甚至必须人工及时发现和处理。

另外随着无人值守卡机的推广个别地区会出现恶意多取卡问题，个别不良的驾驶员在车辆进入发卡机车道，领取通行卡后，车辆前行压上栏杆机线圈并进行倒车。在倒车过程中栏杆落下，只要再次压住“取卡”线圈，仍然可以按键领取通行卡；此时，系统无法判断该车是驶过栏杆，还是倒回到取卡位置。如此这般，可以恶意领取N 张通行卡。还有两辆车配合盗卡或者应用摩托车盗卡等行为。盗卡行为将会造成通行费严重流失。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题是提供一种无队列计算的车型识别无人值守发卡系统，通过在靠近发卡机的车道上方设置激光雷达采集车辆数据，经工控机的判断识别出车型后与发卡机发出的卡对应，能够避免复杂的队列计算并且可有效避免盗卡现象的发生。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种无队列计算的车型识别无人值守发卡系统，包括与工控机相连的发卡机、车型数据采集装置及报警装置，所述发卡机设置在车道一侧，关键在于：所述车型数据采集装置设置在车道上方，所述车型数据采集装置是数据采集激光雷达，数据采集激光雷达包括车型识别激光收发器、在车型识别电机驱动下具有单向旋转自由度的车型识别反射镜。

进一步的，所述车型数据采集装置距离车道地面的垂直高度为5.5-6.5米、距离车道边缘的水平距离为1.4-1.5米。

进一步的，所述发卡机与车型数据采集装置沿车道延伸方向的水平距离为0.8-1.2米。

进一步的，所述数据采集激光雷达发出的激光波长为600-900nm，所述车型识别反射镜的转速为600-1000转/分钟。

进一步的，在车道的一侧设有与工控机相连的辅助数据采集装置，所述辅助数据采集装置是辅助数据采集激光雷达，辅助数据采集激光雷达包括辅助激光收发器、在辅助识别电机驱动下具有单向旋转自由度的辅助识别反射镜。

进一步的，所述辅助数据采集激光雷达发出的激光波长为600-900nm，所述辅助识别反射镜的转速为600-1000转/分钟。

进一步的，所述发卡机与辅助数据采集装置沿车道延伸方向的水平距离为15-18米。

本实用新型的有益技术效果是：1、数据采集激光雷达高频率激光束摆动的方式对车辆进行扫描，车辆既可以处于运动状态，也可以处于静止状态，对车辆外形扫描精度没有影响；2、通过数据采集激光雷达采集车辆轮廓数据、辅助数据采集激光雷达扫描车辆侧轮廓计算出当前车辆的轴数和轴型，并且上述激光雷达和发卡机就近安装，避免复杂的队列计算，减少了出错几率，显著提高识别准确率，同时数据采集激光雷达可作为卡机前线圈使用，达到多功能效果；3、数据采集激光雷达对车辆背部纵向扫描，可以精确测量车辆长度、外形等数据，便于车型识别，通过对车辆形状扫描分析可以对摩托车，农用车进行精准判别，避免禁止车辆进入高速内，还可以通过车辆前进后退的形状不同，判别车辆的前进后退的方向，有效遏制车辆盗取卡现象的发生；4、数据采集激光雷达激光扫描频率较高，可以形成动态移动图像，测量车辆速度准确度较高。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型无队列计算的车型识别无人值守发卡系统的原理示意图；

图2是本实用新型无队列计算的车型识别无人值守发卡系统的结构示意图；

图3是图2去除车辆后的俯视图；

图4是本实用新型无队列计算的车型识别无人值守发卡系统中数据采集激光雷达和辅助数据采集激光雷达的结构示意图。

在附图中：10是工控机，20是发卡机，30是车型数据采集装置，40是报警装置，50是辅助数据采集装置，60是车辆，箭头代表激光的发射和被反射后进入激光接收管的传播方向，A代表发卡机与车型数据采集装置沿车道延伸方向的水平距离，B代表车型数据采集装置与车道地面的距离，C代表车型数据采集装置距离车道边缘的水平距离，D代表发卡机与辅助数据采集装置沿车道延伸方向的水平距离。

具体实施方式

参见附图1-3，本实用新型提供了一种无队列计算的车型识别无人值守发卡系统，包括与工控机10相连的发卡机20、车型数据采集装置30及报警装置40，上述的发卡机20设置在车道一侧。

参见附图2-4，在具体实施时，车型数据采集装置30距离车道地面的垂直高度B为5.5-6.5米、距离车道边缘的水平距离C为1.4-1.5米。发卡机20与车型数据采集装置30沿车道延伸方向的水平距离A为0.8-1.2米。

上述的车型数据采集装置30设置在车道上方，车型数据采集装置30是数据采集激光雷达，数据采集激光雷达包括车型识别激光收发器、在车型识别电机驱动下具有单向旋转自由度的车型识别反射镜。在本实施例中车型识别反射镜采用四面棱镜。

数据采集激光雷达发出的激光波长为600-900nm，车型识别反射镜的转速为600-1000转/分钟。车型识别激光收发器中的激光发射管发射出一束激光到旋转的车型识别反射镜上，经过车型识别反射镜反射后射出遇到车辆60的顶部，激光被车辆60反射后，一部分回到车型识别反射镜并按原路径反射返回到紧靠发射管的激光接收管。根据发射到入射的时间差，可以计算车辆60距离激光雷达的距离。车型识别反射镜一直处于单向高速旋转状态，其四个面均具备同样的反射功能。发射出的光束按一定扇形角度进行扫描，形成一定的检测范围并且该范围内光束扫描范围的物体每一点的距离均能够测量。工控机10通过把这些距离点连接成线后，可以得到车辆顶部纵向轮廓，成为车型判别的基础数据之一。工控机10根据激光雷达的扫描数据，描绘出车辆轮廓图形。并且可以计算出以下参数：1、车头高，2、车身高，3、车长，4、车厢平整度，5、车头车身及连接形状，6、车辆运行方向。

根据上述的参数，可以将车辆分为客车和货车。而且可以按长度座位数划分为小型、中型、大型、特大型。货车也可以分为小型、中型、大型、特大型等多种车型。

激光雷达安装在发卡机20附近，其扫描范围覆盖发卡机20前面的取卡位置。这样取卡车辆60的车型可以直接由激光雷达进行识别，不会出现多辆车队列容易出错的问题。并且能够替代现有的线圈车检器输出有车信号到车道计算机，真正实现有车辆输出车信号解决线圈车检器对金属物的误输出，同时通过激光雷达的快速高精度扫描解决了线圈车检器跟车过紧问题。

根据激光雷达能够准确的输出车辆60信息优势，结合激光雷达能够精确的看到车辆60运行轨迹，实现激光雷达的防盗卡功能：1、对于正向驶入车道的符合车辆特征的物体输出车信号到工控机10；2、对于摩托车、倒车、人员等不符合车辆特征的物体不输出车信号；3、对于已经输出车型并收到抬杆信号的倒车行为进行报警输出，或对于停止不前的车辆直接屏蔽车信号输出。

参见附图2-4，在车道的一侧设有与工控机10相连的辅助数据采集装置50，上述的辅助数据采集装置50是辅助数据采集激光雷达，辅助数据采集激光雷达包括辅助激光收发器、在辅助识别电机驱动下具有单向旋转自由度的辅助识别反射镜。在本实施例中辅助识别反射镜采用四面棱镜。发卡机20与辅助数据采集装置50沿车道延伸方向的水平距离D为15-18米。

辅助数据采集激光雷达发出的激光波长为600-900nm，辅助识别反射镜的转速为600-1000转/分钟。激光发射管发射出来的激光碰到物体后，被原路反射进入收发器中的接收管。根据收到信号与发射信号的时间差可以判断物体的远近，进而判断在一定距离内是否有物体存在。当车道位置没有任何物体时，可以认为车辆已经完全通过。

辅助数据采集装置50，安装到收费车道侧面，通过扫描车辆侧轮廓计算出当前车辆的轴数和轴型，并把结果传送到逻辑判断和处理装置（工控机10），作为车型数据采集装置30数据分析结果的校正。

辅助数据采集激光雷达发射出一束激光照射到快速旋转的反光镜上，光束被反射后射出到检测区域。当光束遇到车辆等物体后，反射的激光同样经过反光镜回到紧靠发射管的接收管。通过测量激光和的飞行时间，可以计算物体的远近，进而精确判断检测区内是否存在物体。

上述检测方式通过测量物体远近来判断是否存在物体。因此该技术只需要设置垂直扫描激光装置，即可检测一定的范围物体，实现了简化装置的目的。

当工控机10对车辆的车型进行识别后，通过发卡机20发出卡片，司机取卡后，打开栏杆机，车辆即可通行。