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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 公路車輛動態(tài)衡器“跳秤”智能識別系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 目前全國已有27個省、市實(shí)行計(jì)重收費(fèi)，其中絕大部分采用的是動態(tài)計(jì)重衡器。貨車司機(jī)為了減輕重量，在車輛駛過計(jì)重秤臺時采取“跳秤”違規(guī)操作。如何檢測“跳秤”違規(guī)操作已成為日益被關(guān)注的問題。公路車輛動態(tài)衡器“跳秤”智能識別系統(tǒng)首先精確定位車牌，再利用金字塔LK稀疏光流法對精確定位到的車牌質(zhì)心進(jìn)行跟蹤，提取準(zhǔn)確的車輛運(yùn)動軌跡，判定車輛是否發(fā)生了“跳秤”。經(jīng)驗(yàn)證，系統(tǒng)準(zhǔn)確性、實(shí)時性完全滿足實(shí)際要求。
- 詳細(xì)介紹：
- 為了進(jìn)一步規(guī)范收費(fèi)公路的管理，同時配合治理超限運(yùn)輸工作，目前全國已有27個省、市實(shí)行計(jì)重收費(fèi)，其中絕大部分采用的是動態(tài)計(jì)重衡器。貨車司機(jī)為了減輕重量，在車輛駛過計(jì)重秤臺時采取“跳秤”違規(guī)操作。如何發(fā)現(xiàn)隱蔽性逃費(fèi)，并為遏制隱蔽性逃費(fèi)提供依據(jù)已成為日益被關(guān)注的問題。因此，研究開發(fā)《公路車輛動態(tài)衡器“跳秤”智能識別系統(tǒng)》具有重要的實(shí)用價值。 基于視頻檢測的基礎(chǔ)理論，對比研究了背景差分法、幀差法和光流法等幾種常用的檢測方法，結(jié)合此項(xiàng)目實(shí)際的使用環(huán)境（亮度基本恒定、圖像幀之間變化不大、場景中同一點(diǎn)的鄰近的點(diǎn)具有相似的運(yùn)動），提出了基于金字塔LK稀疏光流車牌跟蹤的軌跡提取方法。首先精確定位車牌，通過檢測是否有車牌來判定是否有車輛存在。對車牌的精確定位算法進(jìn)行了研究，先使用車牌在HSI顏色空間的顏色分布對車牌圖像進(jìn)行初定位，再利用基于紋理熵和紋理標(biāo)準(zhǔn)偏差以及橫向灰度跳變和顏色跳變信息約束的方法對初定位的車牌圖像進(jìn)行精確定位；在精確定位車牌的基礎(chǔ)上，提出了基于車牌質(zhì)心坐標(biāo)后向差分的軌跡提取算法。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，利用金字塔LK稀疏光流法對精確定位到的車牌質(zhì)心進(jìn)行跟蹤，提取了準(zhǔn)確的車輛運(yùn)動軌跡。同時對軌跡提取方法的準(zhǔn)確性和實(shí)時性進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金字塔LK稀疏光流跟蹤車牌軌跡提取算法可以準(zhǔn)確地提取車輛運(yùn)動軌跡，且實(shí)時性完全可以達(dá)到實(shí)際要求。 對提取到的車輛運(yùn)動軌跡曲線進(jìn)行幅值和斜率特性分析，判斷車輛是否發(fā)生了“跳秤”。利用軌跡點(diǎn)平均值法擬合軌跡曲線，采用后向差分法判斷曲線的波峰位置，并計(jì)算出曲線的最大幅值和最大正斜率，通過與設(shè)定的閾值比較，便可判定出車輛是否發(fā)生了“跳秤”。實(shí)驗(yàn)證明，通過提取并分析車輛的運(yùn)動軌跡特性，能夠以較高的精度檢測出車輛的跳動，該方法具有較高的可靠性。 在得出“跳秤”檢測算法的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了《公路車輛動態(tài)衡器“跳秤”智能識別系統(tǒng)》，使得“跳秤”檢測算法得以實(shí)現(xiàn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 【目的】 本作品開展了動態(tài)公路車輛衡器“跳秤”智能識別系統(tǒng)的研究，旨在解決高速公路計(jì)重收費(fèi)中存在的“跳秤”問題，保證計(jì)重收費(fèi)的公平公正，保障國家財(cái)政收入。 【基本思路】 利用CCD攝像機(jī)、同軸視頻線、LCD監(jiān)示器和MV-U2000外置專業(yè)圖像采集盒實(shí)時采集收費(fèi)車道車輛視頻信息，采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、圖像處理方法設(shè)計(jì)“跳秤”檢測算法，應(yīng)用VS2005、SQLServer2005、Visual Assistant和OpenCV1.0等軟件編寫動態(tài)衡器“跳秤”檢測軟件。 【創(chuàng)新點(diǎn)】 1.采用圖像處理的方法通過車牌定位，準(zhǔn)確實(shí)時地跟蹤車輛運(yùn)動軌跡，檢測貨車“跳秤”現(xiàn)象，系統(tǒng)給出定量化的“跳秤”幅度。 2.采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)時保存“跳秤”視頻及其圖片，系統(tǒng)支持事后調(diào)閱“跳秤”檢測視頻、圖片及其“跳秤”檢測結(jié)果查詢。 【技術(shù)關(guān)鍵】 1.準(zhǔn)確地定位貨車車牌； 2.準(zhǔn)確地跟蹤貨車移動視頻； 3.精確地計(jì)算貨車最大跳動幅度。 【主要指標(biāo)】 1.“跳秤”檢測準(zhǔn)確率大于85%； 2.“跳秤”幅度檢測誤差小于8%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前國內(nèi)實(shí)際中對“跳秤”現(xiàn)象的處理只是通過人為的監(jiān)督和干預(yù)方法。但這種情況往往造成收費(fèi)糾紛和阻礙車輛通行的情況。隨著視頻技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高，基于計(jì)算機(jī)視頻檢測技術(shù)的交通監(jiān)控系統(tǒng)已成為可能。國內(nèi)利用計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)對“跳秤”識別技術(shù)的研究與識別系統(tǒng)的開發(fā)目前還處于初創(chuàng)階段。 通過實(shí)際環(huán)境的調(diào)研和分析，車輛“跳秤”行為直接反映在車體頭部的底盤部分，而這一部分最明顯的就是車牌，目前車牌特征提取比較可靠，而且車牌區(qū)域在運(yùn)動過程中的形狀特性、顏色特征等保持在一個恒定的范圍，并且在運(yùn)動過程中雖然車牌逐漸變大，但其質(zhì)心位置基本不存在形變或者丟失，所以本項(xiàng)目使用了基于車牌質(zhì)心來獲取運(yùn)動軌跡的方法。在車牌定位的基礎(chǔ)上，視頻中車輛的運(yùn)動軌跡提取算法也進(jìn)行了研究。提出了利用金字塔LK稀疏光流跟蹤車牌的軌跡提取方法，只對車牌質(zhì)心周圍10×10大小的鄰域進(jìn)行金字塔光流可以大大減少了計(jì)算量。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、2011年4月獲長安大學(xué)第七屆“挑戰(zhàn)杯”科技競賽特等獎。 2、2011年4月13日，經(jīng)教育部科技查新工作站（G01）查新鑒定，國內(nèi)尚無與本作品相同的文獻(xiàn)報(bào)道。 查新結(jié)論：國內(nèi)有公路稱重系統(tǒng)方面的研究文獻(xiàn)，但采用圖像視頻技術(shù)進(jìn)行研究公路稱重“跳秤”問題的文獻(xiàn)僅有1篇（西安電子科技大學(xué)的發(fā)明專利——《高速公路計(jì)重收費(fèi)中的“跳秤”行為被動檢測方法及系統(tǒng)》），其使用圖像視頻技術(shù)采集車輛通過動態(tài)稱重衡器的連續(xù)圖像，采用灰度化、二值化和濾波噪聲預(yù)處理，根據(jù)圖像中車輛形狀特征和停止位置，對圖像進(jìn)行仿射變換，全局計(jì)算光流場，對照行為判定閾值判斷車輛是否發(fā)生“跳秤”，而本查新項(xiàng)目是采用精確車牌定位跟蹤圖像視頻處理技術(shù)，通過車牌質(zhì)心的后向差分技術(shù)提取運(yùn)動軌跡并計(jì)算跳動幅值，二者技術(shù)思路不同。綜上所述，尚未見到與本項(xiàng)目查新點(diǎn)相同的國內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)合作
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、視頻
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 【使用說明】 軟件使用說明參見附件《公路車輛動態(tài)衡器“跳秤”智能識別系統(tǒng)說明書》。 【作品特點(diǎn)】 1)實(shí)用性較強(qiáng)、穩(wěn)定性較好、檢測精度較高 2)24小時連續(xù)工作 3)與現(xiàn)有高速公路收費(fèi)系統(tǒng)兼容性較強(qiáng) 4)支持在線實(shí)時檢測和離線檢測 【適應(yīng)范圍】 系統(tǒng)適應(yīng)于：計(jì)重收費(fèi)模式下，中國各省、市采用動態(tài)衡器計(jì)重收費(fèi)的各高速公路收費(fèi)站。 【推廣前景的技術(shù)性說明】 項(xiàng)目中采用的數(shù)據(jù)庫SQL server技術(shù)是中國高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中廣泛采用的技術(shù)，另外收費(fèi)系統(tǒng)軟件基本上都是利用C或者C++語言編寫。此項(xiàng)目中采用的編寫語言為C++，所以兼容性比較好，可以方便地移植到目前的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中。因此該項(xiàng)目研究成果具有較大市場份額。 【市場分析及其經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測】 截止2010年底，全國高速公路總里程約7.4萬公里，收費(fèi)站約3800座，出口車道11400多個，采用動態(tài)衡器的車道數(shù)約為5700個（取50%的市場），該“跳秤”智能識別系統(tǒng)一套售價為10萬元，則全國范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)總量為5.7億元。
同類課題研究水平概述
- 根據(jù)對互聯(lián)網(wǎng)信息及專利信息的搜索，“跳秤”——作為計(jì)重收費(fèi)中的一種違規(guī)行為，是目前中國國情下存在的一種現(xiàn)象。目前國內(nèi)實(shí)際中對“跳秤”現(xiàn)象的處理只是通過人為的監(jiān)督和干預(yù)方法。但這種情況往往造成收費(fèi)糾紛和阻礙車輛通行的情況。 隨著視頻技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的提高，基于計(jì)算機(jī)視頻檢測技術(shù)的交通監(jiān)控系統(tǒng)已成為可能?；谟?jì)算機(jī)視頻的檢測技術(shù)較其它交通檢測技術(shù)而言，主要特點(diǎn)是安裝調(diào)試方便，不破壞路面，設(shè)備維護(hù)簡單，不影響路面交通狀況。所以，無論從實(shí)用角度還是從經(jīng)濟(jì)角度來看，基于視頻檢測的交通監(jiān)控系統(tǒng)和違規(guī)識別系統(tǒng)都具有非常好的應(yīng)用前景。 國內(nèi)利用計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)對“跳秤”識別技術(shù)的研究與識別系統(tǒng)的開發(fā)目前還處于初創(chuàng)階段，唯一的一份文獻(xiàn)報(bào)道是西安電子科技大學(xué)盧朝陽等人的發(fā)明專利——高速公路計(jì)費(fèi)稱重中的“跳秤”行為被動檢測方法及系統(tǒng),申請公布日為2010年5月26日，目前處于公示期。其通過檢測測區(qū)域二值化后的區(qū)域面積大小判斷車型方法易受前景目標(biāo)的干擾。其光流的計(jì)算是在整個檢測區(qū)域上進(jìn)行，包括車頭的整個范圍，但是車頭部分分駕駛室和車輛底盤兩部分。當(dāng)車輛載重質(zhì)量較大時，車輛正常起動時，駕駛室都會產(chǎn)生明顯的上下抖動。所以把駕駛室也列為光流計(jì)算區(qū)域會造成檢測精度的降低。而且整個檢測區(qū)域的光流計(jì)算復(fù)雜度也較大。 通過分析以上國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，為了更好地解決“跳秤”問題，本項(xiàng)目“跳秤”檢測算法的研究從尋找能正確反映貨車行為的特征點(diǎn)開始，通過對實(shí)際環(huán)境的調(diào)研和分析，車輛“跳秤”行為直接反映在車頭的底盤部分，而這一部分最明顯的就是車牌，目前車牌特征提取比較可靠，而且車牌區(qū)域在運(yùn)動過程中的形狀特性、顏色特征等保持在一個恒定的范圍，并且在運(yùn)動過程中雖然車牌逐漸變大，但其質(zhì)心位置基本不存在形變或者丟失，所以本項(xiàng)目使用基于車牌質(zhì)心來獲取運(yùn)動軌跡的方法，為此項(xiàng)目對車牌精確定位方法進(jìn)行了研究。在車牌精確定位的基礎(chǔ)上，提出了利用金字塔LK稀疏光流跟蹤車牌的軌跡提取方法。只對車牌質(zhì)心的一個較小鄰域進(jìn)行金字塔光流計(jì)算可大大減少計(jì)算量，最后對方法的準(zhǔn)確性和實(shí)時性進(jìn)行了分析，系統(tǒng)性能完全可以滿足實(shí)際要求。
