CN105314122A - 一种用于应急指挥和占道取证的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于应急指挥和占道取证的无人机，所述无人机设置有前向双目摄像机和后向双目摄像机，以及对应于所述前向双目摄像机的前向双目图像拼接模块、前向单目车辆识别模块，和对应于所述后向双目摄像机的后向双目图像拼接模块。前向双目摄像机包括前向左目摄像机和前向右目摄像机，前向双目图像拼接模块用于拼接前向双目摄像机的视频图像，输出前向拼接图和前向右目图；所述后向双目图像拼接模块用于拼接后向双目摄像机的视频图像，输出后向拼接图。所述单目车辆识别模块用于根据前向右目摄像机的视频图像识别车辆属性。本发明无人机能够对占用应急车道的车辆进行违法检测、取证，及时有效的疏通交通拥堵。

Description

一种用于应急指挥和占道取证的无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种用于应急指挥和占道取证的无人机。

背景技术

近年来，随着私家车保有量的持续上升，道路拥堵已成常态，且庞大、快速增长的驾驶人群体交通安全、文明素养良莠不齐，疲劳驾驶、占道行驶、超速超限、随意变道、争道抢行等交通违法违规行为仍然多发，引发交通事故，恶化本已拥堵的交通，延长拥堵时间。这些现象也同样存在高速公路的路况上，当发生追尾等严重事故时，因为道路拥堵，大量车辆占用高速应急车道，导致救援车辆无法及时到达现场，救援活动无法及时开展，从而造成驾乘人员死亡的悲剧。目前在高速公路上已经安装一些高速球机或者枪机，但是这些摄像机大都用来对整体路况进行监视，安装高度高，无法看清具体车辆细节。也在高速路的龙门架上安装了一些卡口相机，但这些相机只是用来读取过车车牌信息，或者对流量进行统计。目前上述这两种相机安装密度都不大，只是在高速公路的关键点上进行部署，无法对整个高速公路形成有效覆盖。但是交通事故发生和拥堵发生都是随机的，大多情况下拥堵发生地点都不在摄像机的有效覆盖范围内。

所以一旦发生因事故导致的交通拥堵的情况，现有相机无法清楚的观测到事故点详情，高速交警也就无法依据现有相机进行应急指挥。同时高速交警疲于交通疏导，对恶意违法占用应急车道的车辆无法进行取证处罚，故无法对这种恶意违法占用应急车道的情况进行有效的遏制和震慑。

无人机因其具有机动灵活、反应迅速、无人飞行和操作要求低等优点，应用越来月广泛。现有方案通过在无人机上搭载相机或摄像头，对占用应急车道的车辆抓拍或者实况录像。但总体来说，功能单一，无法提供清晰的高速路况全貌，不具有智能功能，也无法对恶意违法占用应急车道的车辆进行识别，无法为高速交警进行应急指挥提供参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于应急指挥和占道取证的无人机，通过无人机上挂载的高清摄像头拼接准立体全景图，并进行抓拍识别违规占道车辆，控制终端通过无人机上挂载的扩音喇叭实现应急指挥。

为实现以上目的，本发明技术方案如下：

一种用于应急指挥和占道取证的无人机，所述无人机设置有前向双目摄像机和后向双目摄像机，以及对应于所述前向双目摄像机的前向双目图像拼接模块、前向单目车辆识别模块，和对应于所述后向双目摄像机的后向双目图像拼接模块，其中：

所述前向双目摄像机包括前向左目摄像机和前向右目摄像机，所述前向右目摄像机用于抓拍应急车道车辆；

所述前向双目图像拼接模块用于拼接前向双目摄像机的视频图像，输出前向拼接图和前向右目图；

所述后向双目图像拼接模块用于拼接后向双目摄像机的视频图像，输出后向拼接图；

所述单目车辆识别模块用于根据前向右目摄像机的视频图像识别车辆属性。

进一步地，所述前向左目摄像机和前向右目摄像机的夹角小于45度，所述无人机还设置有与前向双目摄像机连接的双目立体测距模块，用于根据前向双目摄像机建立三维立体视觉图像，获取图像的深度信息。

进一步地，所述单目车辆识别模块还用于根据所述双目立体测距模块建立的三维立体视觉图像，与预先建立的车辆三维模型进行智能匹配，识别出车辆的车型。

进一步地，所述无人机设置有主控模块，所述主控模块根据所述双目立体测距模块获取的所要抓拍车辆的深度信息，控制无人机靠近或远离所要抓拍的车辆。

进一步地，所述无人机还设置有扩音喇叭，用于播报所述单目车辆识别模块识别出的违法占用应急车道的车辆，或接收控制中心的指挥进行语音广播。

进一步地，所述无人机设置有主控模块，所述单目车辆识别模块还用于识别出每帧前向右目图中的车辆数量，与预设的阈值进行比较，如果大于预设的阈值，则通知主控模块降低无人机的飞行高度，否则升高无人机的飞行高度。

本发明所述无人机还设置有通讯传输模块，所述通讯传输模块用于传输无人机与控制中心的控制通讯，以及传输前向双目摄像机和后向双目摄像机的视频码流。

本发明所述无人机还设置有导航模块，所述导航模块用于为无人机提供基于地图的导航。

本发明所述无人机还设置有前向雷达和下向雷达，所述前向雷达用于探测前方障碍物，保障飞行的安全，所述下向雷达用于探测无人机距离地面的高度。

本发明提供了一种用于应急指挥和占道取证的无人机，无人机上挂载四目相机，将拼接视频信号通过接收基站实时传输到控制终端，从而提供清晰的高速路况全貌，为高速交警进行应急指挥提供参考。前向右目配合前向双目测距判断车宽、车长，识别车辆属性，对占用应急车道的车辆进行违法检测、取证，并实时播报。根据无人机飞行速度和高度等参数，估计出占用应急车道机动车的最大数量。本发明能够及时有效的疏通交通拥堵，使得救援车辆能够及时到达现场，开展救援活动，降低悲剧的发生。

附图说明

图1为本发明无人机结构框图；

图2a为本发明无人机摄像机分布俯视图；

图2b为本发明无人机摄像机分布侧视图；

图3为本发明视频图像拼接全景图；

图4为本发明实施例无人机飞行高度与摄像机视野长度关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

如图1所示，本实施例一种用于应急指挥和占道取证的无人机，包括主控模块，以及连接到主控模块的飞行模块、前向雷达、下向雷达、导航模块和通讯传输模块。

其中，导航模块用于为无人机提供基于地图的导航，例如GPS导航或北斗导航，导航模块可以通过预设的预飞道路轨迹进行导航，并按照接收道路基站ID标识进行辅助飞行。前向雷达用于探测前方障碍物，保障飞行的安全。下向雷达用于探测无人机距离地面的高度，为了能够使得无人机挂载的摄像机能够看清违法占用应急车道的车辆车牌，无人机飞行高度以4-5米为宜。

通讯传输模块用于传输无人机与控制中心的控制通讯，以及传输摄像机的视频码流。本实施例通讯传输模块采用无线传输，例如WIFI或者4G，在道路的两侧交替安装有无线传输基站，或在道路的绿化隔离带安装无线基站，实现无人机与控制中心的通信。保证无人机在任何一个方向车道上飞行时，始终道路两侧各有一个基站接收到无人机信号，无人机同时使用两个基站传输码流，即减轻每个基站信道传输带宽，同时又能保证无人机高码率码流的传输带宽。为保证图像的完整性，前向双目码流使用相同信道传输，后向双目码流实现另一个相同信道传输。无线基站天线均为定向天线，保证信号只沿着高速公路传输。

主控模块用于无人机各模块的信息交互，控制飞行模块动作带动无人机飞行。例如根据从通讯传输模块接收的控制指令、以及导航模块、前向雷达、下向雷达的参数，控制飞行模块动作。飞行过程中通过不断接收到的GPS信号和基站ID信号，修正飞行方向，并通过前向雷达和下向雷达探测，修正飞行高度。关于无人机的飞行和控制，这里不再赘述。

本实施例一种用于应急指挥和占道取证的无人机，为了更好地实现应急指挥和占道取证，设置有前向双目摄像机和后向双目摄像机。如图2a所示，前向双目摄像机包括前向左目摄像机Ca和前向右目摄像机Cb，后向双目摄像包括后向左目摄像机Ca'和后向右目摄像机Cb'。朝前的前向双目摄像机的两个摄像机的中轴线夹角为β，朝后的后向双目摄像机的两个摄像机的中轴线夹角为β'。因为前向双目摄像机还需要进行双目测距，其夹角β一般小于45度，而后向双目摄像机的夹角β'一般大于50度，可以观察到更大的视野。前向双目摄像机两个摄像机构造相同，每个摄像机的水平视场角为α。后向双目摄像机两个摄像机构造相同，每个摄像机的水平视场角为α'。在本实施例中，后向双目摄像机的水平视场角α'要大于前向双目摄像机的水平视场角为α，可以获得更为广泛的视野，提供后向拼接图传输到控制中心作为应急指挥的参考。图2b中角度θ为前向双目摄像机和后向双目摄像机光轴与水平面的夹角。

对于前向双目摄像机，本实施例无人机还设置有前向双目图像拼接模块，用于拼接Ca和Cb的视频图像；以及双目立体测距模块，用于根据前向双目摄像机建立三维立体视觉图像，获取图像的深度信息；还包括前向单目车辆识别模块，用于根据Cb的视频图像识别车辆属性。对于后向双目摄像机，本实施例无人机还设置有后向双目图像拼接模块，用于拼接Ca'和Cb'的视频图像。

需要说明的是，前向双目图像拼接模块和后向双目图像拼接模块可以在无人机上，也可以在后端控制中心。如果在无人机上，则前向双目图像拼接模块和后向双目图像拼接模块分别对前后拼接图像进行编码，产生H.264码流或者H.265码流，前向双目图像拼接模块传输Ca和Cb的拼接码流Cab，以及单独的Cb码流，后向双目图像拼接模块传输Ca'b'的码流。如果前向双目图像拼接模块和后向双目图像拼接模块在控制中心，则前向双目摄像机和后向双目摄像机直接向控制中心传输Ca和Cb、Ca'和Cb'的单独码流。

本实施例无人机设置的单目车辆识别模块，用于根据Cb的视频图像识别车辆属性，包括车牌识别、车型识别。当然该模块也可以设置在后端控制中心。Cb用来抓拍占用应急车道的违法车辆，本实施例对前向右目摄像机Cb单独编码传输，以便于对违法占道车辆进行清晰取证。

本实施例无人机设置的双目立体测距模块，用于根据前向双目摄像机建立三维立体视觉图像，从而获取图像的深度信息，即获得无人机与车辆之间的距离。从而可以根据车辆的三维图像，结合前向单目车辆识别模块可以识别车辆的车型。

在对车型进行识别时，本实施例根据双目立体测距模块，可以得到车辆的3D图像，从而在前向单目车辆识别模块中，通过与预先建立的车辆3D模型，进行智能匹配，可以得到所观测车辆的车型。

在抓拍违法车辆时，如果车辆距离无人机太远将无法获取有效的证据图片，容易造成车辆车牌模糊识别不清，因此根据双目立体测距模块建立的三维图像，可以获取车辆的深度信息，获知与该车辆的距离，从而将深度信息反馈到主控模块，主控模块控制无人机飞近该车辆后再进行抓拍，抓拍到清晰有效的证据图片。

本实施例无人机还携带有扩音喇叭，用于播报单目车辆识别模块识别出的违法占用应急车道的车辆，或接收控制中心的指挥进行语音广播。在实际的应用中，根据前向右目摄像机的视频图像可以监控应急车道的占用状况，当发现有车辆占用时，进行抓拍和识别，并通过扩音喇叭进行播报。控制中心通过接收的实况全景图，也可以对现场进行指挥，通过扩音喇叭进行语音广播。

本实施例无人机用于应急指挥和占道取证的过程如下：

无人机飞行时，把前向双目图像拼接模块、后向双目图像拼接模块拼接的视频图像通过通讯传输模块和道路上的基站实时传输到控制中心，控制中心通过大屏实时观看前后拼接图像以及朝前的右目图像，可以根据前后拼接图像对道路拥堵情况或事故现场进行查看和应急指挥。

前向双目图像拼接模块用于拼接Ca和Cb的视频图像，形成前向拼接图和前向右目图，发送到后端的控制中心；同时后向双目图像拼接模块用于拼接Ca'和Cb'的视频图像，发送到后端的控制中心。后端控制中心大屏的全景图像如图3所示。

控制中心可以对前向拼接图像使用直线检测技术，检测车道分割线(白虚线)、应急车道分割线(白实线)以及高速公路边缘线(白实线)进行检测，并判断出应急车道位置(应急车道始终在最右边)。在发现应急车道被占用时，可以通过主控模块控制前向右目摄像机对占道的车辆进行抓拍，并控制单目车辆识别模块通过抓拍图片对占用应急车道的车辆进行车牌识别、车型识别，并对违法占用车道的车牌、时间、GPS地址信息、车型等信息后，保存入库，同时把这些信息实时反馈给无人机主控模块，无人机主控模块控制扩音喇叭实时对该违法车辆信息(车牌、车型、违法占用应急车道情况)现场播报，提醒占用应急车道的车辆让开车道。

同时控制中心指挥人员还可以通过无人机上的扩音喇叭对现场语音通话，对交通拥堵进行疏通。

图4示出了本实施例无人机飞行高度与摄像机视野长度的关系，假设θ为摄像机光轴与水平方向的夹角，为前向摄像机的竖直视场角。由平面几何知识得到：

L＝L2-L1

其中H为无人机飞行高度，L为摄像机视野长度。设车辆的平均长度为l_d，则摄像机视野内可以看到的机动车数目为：

$Num=\[\frac{L}{l_d}\]$

其中运算符号[]表示取整数，容易理解的是，根据无人机飞行高度和速度等参数，在拥堵时，能够估算出违法占用应急车道的车辆数目。此外，当无人机飞的越高，则Num数量越大。但是飞的过高，容易造成视野里的车辆太小，无法进行抓拍取证。

因此本实施例可以根据视野内车辆的数量Num，来调整飞行的高度，以使得摄像机视野中的车辆大小合适。具体地，单目车辆识别模块还用于识别出每帧前向右目图中的车辆数量，与预设的阈值进行比较，如果大于预设的阈值，则通知主控模块降低无人机的飞行高度，否则升高无人机的飞行高度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于应急指挥和占道取证的无人机，其特征在于，所述无人机设置有前向双目摄像机和后向双目摄像机，以及对应于所述前向双目摄像机的前向双目图像拼接模块、前向单目车辆识别模块，和对应于所述后向双目摄像机的后向双目图像拼接模块，其中：

所述前向双目摄像机包括前向左目摄像机和前向右目摄像机，所述前向右目摄像机用于抓拍应急车道车辆；

所述前向双目图像拼接模块用于拼接前向双目摄像机的视频图像，输出前向拼接图和前向右目图；

所述后向双目图像拼接模块用于拼接后向双目摄像机的视频图像，输出后向拼接图；

所述单目车辆识别模块用于根据前向右目摄像机的视频图像识别车辆属性。

2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述前向左目摄像机和前向右目摄像机的夹角小于45度。

3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述无人机还设置有与前向双目摄像机连接的双目立体测距模块，用于根据前向双目摄像机建立三维立体视觉图像，获取图像的深度信息。

4.根据权利要求3所述的无人机，其特征在于，所述单目车辆识别模块还用于根据所述双目立体测距模块建立的三维立体视觉图像，与预先建立的车辆三维模型进行智能匹配，识别出车辆的车型。

5.根据权利要求3所述的无人机，其特征在于，所述无人机设置有主控模块，所述主控模块根据所述双目立体测距模块获取的所要抓拍车辆的深度信息，控制无人机靠近或远离所要抓拍的车辆。

6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还设置有扩音喇叭，用于播报所述单目车辆识别模块识别出的违法占用应急车道的车辆，或接收控制中心的指挥进行语音广播。

7.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机设置有主控模块，所述单目车辆识别模块还用于识别出每帧前向右目图中的车辆数量，与预设的阈值进行比较，如果大于预设的阈值，则通知主控模块降低无人机的飞行高度，否则升高无人机的飞行高度。

8.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还设置有通讯传输模块，所述通讯传输模块用于传输无人机与控制中心的控制通讯，以及传输前向双目摄像机和后向双目摄像机的视频码流。

9.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还设置有导航模块，所述导航模块用于为无人机提供基于地图的导航。

10.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还设置有前向雷达和下向雷达，所述前向雷达用于探测前方障碍物，保障飞行的安全，所述下向雷达用于探测无人机距离地面的高度。