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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 公路車(chē)輛動(dòng)態(tài)衡器“跳秤”智能識(shí)別系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 目前全國(guó)已有27個(gè)省、市實(shí)行計(jì)重收費(fèi)，其中絕大部分采用的是動(dòng)態(tài)計(jì)重衡器。貨車(chē)司機(jī)為了減輕重量，在車(chē)輛駛過(guò)計(jì)重秤臺(tái)時(shí)采取“跳秤”違規(guī)操作。如何檢測(cè)“跳秤”違規(guī)操作已成為日益被關(guān)注的問(wèn)題。公路車(chē)輛動(dòng)態(tài)衡器“跳秤”智能識(shí)別系統(tǒng)首先精確定位車(chē)牌，再利用金字塔LK稀疏光流法對(duì)精確定位到的車(chē)牌質(zhì)心進(jìn)行跟蹤，提取準(zhǔn)確的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡，判定車(chē)輛是否發(fā)生了“跳秤”。經(jīng)驗(yàn)證，系統(tǒng)準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性完全滿(mǎn)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(shí)配合治理超限運(yùn)輸工作，目前全國(guó)已有27個(gè)省、市實(shí)行計(jì)重收費(fèi)，其中絕大部分采用的是動(dòng)態(tài)計(jì)重衡器。貨車(chē)司機(jī)為了減輕重量，在車(chē)輛駛過(guò)計(jì)重秤臺(tái)時(shí)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(wèn)題。因此，研究開(kāi)發(fā)《公路車(chē)輛動(dòng)態(tài)衡器“跳秤”智能識(shí)別系統(tǒng)》具有重要的實(shí)用價(jià)值。 基于視頻檢測(cè)的基礎(chǔ)理論，對(duì)比研究了背景差分法、幀差法和光流法等幾種常用的檢測(cè)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(chǎng)景中同一點(diǎn)的鄰近的點(diǎn)具有相似的運(yùn)動(dòng)），提出了基于金字塔LK稀疏光流車(chē)牌跟蹤的軌跡提取方法。首先精確定位車(chē)牌，通過(guò)檢測(cè)是否有車(chē)牌來(lái)判定是否有車(chē)輛存在。對(duì)車(chē)牌的精確定位算法進(jìn)行了研究，先使用車(chē)牌在HSI顏色空間的顏色分布對(duì)車(chē)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(duì)初定位的車(chē)牌圖像進(jìn)行精確定位；在精確定位車(chē)牌的基礎(chǔ)上，提出了基于車(chē)牌質(zhì)心坐標(biāo)后向差分的軌跡提取算法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，利用金字塔LK稀疏光流法對(duì)精確定位到的車(chē)牌質(zhì)心進(jìn)行跟蹤，提取了準(zhǔn)確的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡。同時(shí)對(duì)軌跡提取方法的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)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(chē)牌軌跡提取算法可以準(zhǔn)確地提取車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡，且實(shí)時(shí)性完全可以達(dá)到實(shí)際要求。 對(duì)提取到的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡曲線進(jìn)行幅值和斜率特性分析，判斷車(chē)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(guò)與設(shè)定的閾值比較，便可判定出車(chē)輛是否發(fā)生了“跳秤”。實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)提取并分析車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)軌跡特性，能夠以較高的精度檢測(cè)出車(chē)輛的跳動(dòng)，該方法具有較高的可靠性。 在得出“跳秤”檢測(cè)算法的基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)了《公路車(chē)輛動(dòng)態(tài)衡器“跳秤”智能識(shí)別系統(tǒng)》，使得“跳秤”檢測(cè)算法得以實(shí)現(xiàn)。
作品圖片
作品專(zhuān)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(kāi)展了動(dòng)態(tài)公路車(chē)輛衡器“跳秤”智能識(shí)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(wèn)題，保證計(jì)重收費(fèi)的公平公正，保障國(guó)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(zhuān)業(yè)圖像采集盒實(shí)時(shí)采集收費(fèi)車(chē)道車(chē)輛視頻信息，采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、圖像處理方法設(shè)計(jì)“跳秤”檢測(cè)算法，應(yīng)用VS2005、SQLServer2005、Visual Assistant和OpenCV1.0等軟件編寫(xiě)動(dòng)態(tài)衡器“跳秤”檢測(cè)軟件。 【創(chuàng)新點(diǎn)】 1.采用圖像處理的方法通過(guò)車(chē)牌定位，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地跟蹤車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡，檢測(cè)貨車(chē)“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(kù)技術(shù)，實(shí)時(shí)保存“跳秤”視頻及其圖片，系統(tǒng)支持事后調(diào)閱“跳秤”檢測(cè)視頻、圖片及其“跳秤”檢測(cè)結(jié)果查詢(xún)。 【技術(shù)關(guān)鍵】 1.準(zhǔn)確地定位貨車(chē)車(chē)牌； 2.準(zhǔn)確地跟蹤貨車(chē)移動(dòng)視頻； 3.精確地計(jì)算貨車(chē)最大跳動(dòng)幅度。 【主要指標(biāo)】 1.“跳秤”檢測(cè)準(zhǔn)確率大于85%； 2.“跳秤”幅度檢測(cè)誤差小于8%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前國(guó)內(nèi)實(shí)際中對(duì)“跳秤”現(xiàn)象的處理只是通過(guò)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(chē)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(cè)技術(shù)的交通監(jiān)控系統(tǒng)已成為可能。國(guó)內(nèi)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理技術(shù)對(duì)“跳秤”識(shí)別技術(shù)的研究與識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)目前還處于初創(chuàng)階段。 通過(guò)實(shí)際環(huán)境的調(diào)研和分析，車(chē)輛“跳秤”行為直接反映在車(chē)體頭部的底盤(pán)部分，而這一部分最明顯的就是車(chē)牌，目前車(chē)牌特征提取比較可靠，而且車(chē)牌區(qū)域在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的形狀特性、顏色特征等保持在一個(gè)恒定的范圍，并且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中雖然車(chē)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(chē)牌質(zhì)心來(lái)獲取運(yùn)動(dòng)軌跡的方法。在車(chē)牌定位的基礎(chǔ)上，視頻中車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)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(chē)牌的軌跡提取方法，只對(duì)車(chē)牌質(zhì)心周?chē)?0×10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(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、2011年4月獲長(zhǎng)安大學(xué)第七屆“挑戰(zhàn)杯”科技競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 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(guó)內(nèi)尚無(wú)與本作品相同的文獻(xiàn)報(bào)道。 查新結(jié)論：國(guó)內(nèi)有公路稱(chēng)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(chēng)重“跳秤”問(wèn)題的文獻(xiàn)僅有1篇（西安電子科技大學(xué)的發(fā)明專(zhuān)利——《高速公路計(jì)重收費(fèi)中的“跳秤”行為被動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)》），其使用圖像視頻技術(shù)采集車(chē)輛通過(guò)動(dòng)態(tài)稱(chēng)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(chē)輛形狀特征和停止位置，對(duì)圖像進(jìn)行仿射變換，全局計(jì)算光流場(chǎng)，對(duì)照行為判定閾值判斷車(chē)輛是否發(fā)生“跳秤”，而本查新項(xiàng)目是采用精確車(chē)牌定位跟蹤圖像視頻處理技術(shù)，通過(guò)車(chē)牌質(zhì)心的后向差分技術(shù)提取運(yùn)動(dòng)軌跡并計(jì)算跳動(dòng)幅值，二者技術(shù)思路不同。綜上所述，尚未見(jiàn)到與本項(xiàng)目查新點(diǎn)相同的國(guó)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(chǎng)演示、圖片、視頻
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 【使用說(shuō)明】 軟件使用說(shuō)明參見(jiàn)附件《公路車(chē)輛動(dòng)態(tài)衡器“跳秤”智能識(shí)別系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)》。 【作品特點(diǎn)】 1)實(shí)用性較強(qiáng)、穩(wěn)定性較好、檢測(cè)精度較高 2)24小時(shí)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(shí)檢測(cè)和離線檢測(cè) 【適應(yīng)范圍】 系統(tǒng)適應(yīng)于：計(jì)重收費(fèi)模式下，中國(guó)各省、市采用動(dòng)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(shuō)明】 項(xiàng)目中采用的數(shù)據(jù)庫(kù)SQL server技術(shù)是中國(guó)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(yǔ)言編寫(xiě)。此項(xiàng)目中采用的編寫(xiě)語(yǔ)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(chǎng)份額。 【市場(chǎng)分析及其經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)】 截止2010年底，全國(guó)高速公路總里程約7.4萬(wàn)公里，收費(fèi)站約3800座，出口車(chē)道11400多個(gè)，采用動(dòng)態(tài)衡器的車(chē)道數(shù)約為5700個(gè)（取50%的市場(chǎng)），該“跳秤”智能識(shí)別系統(tǒng)一套售價(jià)為10萬(wàn)元，則全國(guó)范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)總量為5.7億元。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 根據(jù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)信息及專(zhuān)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(guó)國(guó)情下存在的一種現(xiàn)象。目前國(guó)內(nèi)實(shí)際中對(duì)“跳秤”現(xiàn)象的處理只是通過(guò)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(chē)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(cè)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(cè)技術(shù)較其它交通檢測(cè)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(jiǎn)單，不影響路面交通狀況。所以，無(wú)論從實(shí)用角度還是從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，基于視頻檢測(cè)的交通監(jiān)控系統(tǒng)和違規(guī)識(shí)別系統(tǒng)都具有非常好的應(yīng)用前景。 國(guó)內(nèi)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理技術(shù)對(duì)“跳秤”識(shí)別技術(shù)的研究與識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)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(yáng)等人的發(fā)明專(zhuān)利——高速公路計(jì)費(fèi)稱(chēng)重中的“跳秤”行為被動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng),申請(qǐng)公布日為2010年5月26日，目前處于公示期。其通過(guò)檢測(cè)測(cè)區(qū)域二值化后的區(qū)域面積大小判斷車(chē)型方法易受前景目標(biāo)的干擾。其光流的計(jì)算是在整個(gè)檢測(cè)區(qū)域上進(jìn)行，包括車(chē)頭的整個(gè)范圍，但是車(chē)頭部分分駕駛室和車(chē)輛底盤(pán)兩部分。當(dāng)車(chē)輛載重質(zhì)量較大時(shí)，車(chē)輛正常起動(dòng)時(shí)，駕駛室都會(huì)產(chǎn)生明顯的上下抖動(dòng)。所以把駕駛室也列為光流計(jì)算區(qū)域會(huì)造成檢測(cè)精度的降低。而且整個(gè)檢測(cè)區(qū)域的光流計(jì)算復(fù)雜度也較大。 通過(guò)分析以上國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，為了更好地解決“跳秤”問(wèn)題，本項(xiàng)目“跳秤”檢測(cè)算法的研究從尋找能正確反映貨車(chē)行為的特征點(diǎn)開(kāi)始，通過(guò)對(duì)實(shí)際環(huán)境的調(diào)研和分析，車(chē)輛“跳秤”行為直接反映在車(chē)頭的底盤(pán)部分，而這一部分最明顯的就是車(chē)牌，目前車(chē)牌特征提取比較可靠，而且車(chē)牌區(qū)域在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的形狀特性、顏色特征等保持在一個(gè)恒定的范圍，并且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中雖然車(chē)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(chē)牌質(zhì)心來(lái)獲取運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，為此項(xiàng)目對(duì)車(chē)牌精確定位方法進(jìn)行了研究。在車(chē)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(chē)牌的軌跡提取方法。只對(duì)車(chē)牌質(zhì)心的一個(gè)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(duì)方法的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析，系統(tǒng)性能完全可以滿(mǎn)足實(shí)際要求。
