CN110444043B - 一种基于定位技术的停车位巡检***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于定位技术的停车位巡检***及其方法，其主要技术特点是：包括智能巡检车和车辆定位服务器；智能巡检车用于获取智能巡检车的绝对坐标、以及智能巡检车和待定位车辆之间的相对坐标，并将这两组坐标数据上传给车辆定位服务器，车辆定位服务器根据这两组坐标数据判断待定位车辆是否在停车位上。该方法包括：车辆定位服务器建立车位地图；智能巡检车获取车牌和智能巡检车之间的相对坐标、智能巡检车的绝对坐标并将上述坐标上传车辆定位服务器；车辆定位服务器待判断待定位车辆是否在停车位。本发明设计合理，实现停车收费管理的中车辆精准定位功能，解决现有管理方法依靠人力进行车牌和车位的定位、致使人工成本很大的问题。
Description
技术领域
本发明属于智能停车技术领域，尤其是一种基于定位技术的停车位巡检***及其方法。
背景技术
随着私家车日益增多，道路两侧车辆乱停乱放问题非常严重、已经严重影响城市交通安全和市容市貌管理。长期以来，本领域技术人员尝试采用各种办法解决乱停乱放问题，但是仍然无法有效第解决上述问题，下面分别进行说明：
一种解决方案是基于地磁车位检测的占道停车管理，地磁车位检测只是限于检测当前车位是否有车，但不知道当前车位存入车辆的车牌号，因此无法将车牌和车位进行对应，由于路边停车场是开放式停车、没有专门的入口和出口。另外，由于只有部分车主在停车***完成了注册，而相当一部分车主并未在***进行注册，对于没有在***注册的用户驶入当前车位时，当前车位的地磁车位检测器由于不能够获取该用户的身份信息，使得停车管理***是无法自动识别该车主的身份和实现自动扣费的。基于此，就需要配备较多人员在路上监管或巡检，例如采取一个工作人员负责20几个车位的方法，当车辆离开停车位时，管理员对驶出的车辆进行收费管理，这种方法使得人工成本很大，致使人工成本已经成为停车管理公司沉重的负担。
另一种解决方案是是基于纯视觉的占道停车管理，车辆上安装几个摄像头，一些摄像头用于识别车位上的车辆，另一些摄像头用于识别车位上的车位号铭牌，然后将车牌和车位进行对应。此方法不足之处是车位号铭牌是贴在地面上，容易被污损或遮挡，影响车位号的识别，从而影响整个***的运行。
综上，由于目前没有一个实现自动识别车牌号并且自动将车牌号和其所在车位自动对位的***，因此无法实现停车收费管理的自动化、无法摆脱目前停车管理公司人工管理成本很大的困境。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于定位技术的停车位巡检***及其方法，解决现有管理方法依靠人力进行车牌和车位的定位、致使人工成本很大的问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于定位技术的停车位巡检***，包括智能巡检车和车辆定位服务器；所述的智能巡检车用于获取智能巡检车的绝对坐标、以及智能巡检车和待定位车辆之间的相对坐标，并将这两组坐标数据上传给车辆定位服务器，所述的车辆定位服务器根据这两组坐标数据判断待定位车辆是否在停车位上。
所述的车辆定位服务器包括车位地图和车辆定位算法；所述的车位地图包括完成预先标定的每个停车位的绝对坐标，所述的车辆定位算法用于判断待定位车辆的位置是否在停车位上、在哪个停车位上、或者在哪个停车位附近。
所述的智能巡检车包括全球卫星定位***、里程计、摄像头、定位模块、电源模块和通讯模块；所述的电源模块为全球卫星定位***、里程计、摄像头、定位模块、通讯模块供电；所述的里程计用于智能巡检车的绝对坐标；所述的全球卫星定位***用于校正里程计的绝对坐标；所述摄像头用于拍照待定位车辆的图像；所述的定位模块用于确定智能巡检车的绝对坐标和被拍摄车辆与巡检车的相对坐标，并将所述绝对坐标和所述相对坐标上传给车辆定位服务器。
所述的定位模块包括巡检车绝对定位模块和巡检车相对位置模块；所述的巡检车绝对定位模块包括接收全球卫星定位***的绝对坐标校正信息和接收里程计相对坐标累计信息模块，当巡检车绝对定位模块不能接收到全球卫星定位***数据时，则将接收到的里程计相对坐标累计信息加上上一次的全球卫星定位***绝对坐标作为巡检车当前绝对定位数据，当巡检车绝对定位模块能够接收到全球卫星定位***数据时，以当前接收到的全球卫星定位***数据作为巡检车的绝对定位数据。
所述的里程计采用如下激光里程计、惯导里程计、视觉里程计的一种或者它们的组合。
所述的巡检车相对定位模块包括：车牌到摄像头距离算法模块、车牌到车体距离算法模块和车牌绝对坐标算法模块；其中车牌到车体距离算法包括摄像头到车体距离算法、以及车牌到车体距离算法。
一种基于定位技术的停车位巡检方法，包括以下步骤：
步骤1、车辆定位服务器建立车位地图；
步骤2、智能巡检车获取车牌和智能巡检车之间的相对坐标；
步骤3、智能巡检车获取智能巡检车的绝对坐标；
步骤4、智能巡检车将步骤2获得的相对坐标和步骤3获得的绝对坐标上传车辆定位服务器；
步骤5、车辆定位服务器计算得到车牌的绝对坐标，并根据车位地图判断待判断待定位车辆是否在停车位。
所述步骤2是依次采用相机标定算法、坐标反算算法、景深计算算法以及车牌位置算法计算实现的。
所述步骤3是采用里程计和全球卫星定位***相结合的方式实现的。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明克服了传统的偏见，即分别识别车牌号和车位号、然后将车牌和车位进行对应的方法，采用了本领域技术人员不容易想到的反推算的方法，即先定位车牌和巡检车之间的相对坐标、再通过巡检车的绝对坐标定位车牌的绝对坐标、最后将车牌绝对坐标拿到定位服务器、与定位服务器车位地图坐标相匹配，从而将车牌和车位进行对应的方法。经过验证，本发明检测精度达到厘米级别，完全可以代替纯视觉的车牌和车位对应的方法，从而将车主停车遵纪情况上报给相关部门作为诚信度考核的证据，最终实现停车管理的无人化办公，大大节省了停车管理公司的人力成本。
2、本发明克服了本领域长期以来的技术难题，即获取车牌绝对坐标的技术难题、以及将车牌和车位自动对应的难题：通过相机标定算法、坐标反算算法、景深计算算法、车牌位置计算算法，获得了车牌和巡检车之间的相对坐标，再将里程计和全球卫星定位***二者巧妙结合，即弥补了全球卫星定位***信号在某些地区接收不到的欠缺，又利用全球卫星定位***校正了里程计的累计误差，获取了巡检车的绝对坐标，最终获得车牌的绝对坐标，从而解决了第一个技术难题，又通过建立车位地图、将车牌绝对坐标和车位地图自动匹配，从而解决了第二个技术难题。
3、本发明将智能巡检车的全球卫星定位***、里程计、摄像头、绝对定位模块和相对定位模块与定位服务器的判断车辆是否在停车位模块、待定位车辆这三方面有机结合，组合以后各个部分之间相互支持和相互依赖，解决了将车牌和车位自动对应的新的技术问题，取得了将车牌和车位精准对位的新的技术效果。
附图说明
图1为本发明的基于定位技术的停车位巡检***结构框图；
图2为本发明的车辆定位服务器结构框图；
图3为本发明的智能巡检车结构框图；
图4为本发明的智能巡检车定位模块结构框图；
图5为本发明的智能巡检车绝对定位模块结构框图；
图6为本发明的智能巡检车相对定位模块结构框图；
图7为计算车牌在车体坐标系中位置的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施做进一步详述。
一种基于定位技术的停车位巡检***，如图1所示，包括智能巡检车、车辆定位服务器；所述的智能巡检车用于获取智能巡检车的绝对坐标、以及智能巡检车和待定位车辆之间的相对坐标，并将这两组坐标数据上传给车辆定位服务器，所述车辆定位服务器根据这两组坐标数据判断待定位车辆是否在停车位上。
如图1、图2所示，所述的车辆定位服务器包括车位地图、车辆定位算法。所述的车位地图包括完成预先标定的每个停车位的绝对坐标，所述的车辆定位算法判断待定位车辆的位置是否在停车位上、在哪个停车位上、或者在哪个停车位附近。
如图3所示，所述的智能巡检车包括全球卫星定位***、里程计、摄像头、定位模块、电源模块、通讯模块。所述的电源模块为全球卫星定位***、里程计、摄像头、定位模块、通讯模块供电；所述的里程计用于智能巡检车的绝对坐标；所述的全球卫星定位***可以采用GPS模块或北斗模块用于校正里程计的绝对坐标；所述摄像头用于拍照待定位车辆的图像；所述定位模块用于智能巡检车的绝对坐标和被拍摄车辆与巡检车的相对坐标，并将所述绝对坐标和所述相对坐标上传给车辆定位服务器。
如图3所示，所述的里程计采用如下激光里程计、惯导里程计、视觉里程计的一种或者它们的组合。
如图4-5所示，所述的定位模块包括巡检车绝对定位模块和巡检车相对位置模块；所述的巡检车绝对定位模块包括接收全球卫星定位***的绝对坐标校正信息和接收里程计相对坐标累计信息模块，当巡检车绝对定位模块不能接收到全球卫星定位***数据时，则将接收到的里程计相对坐标累计信息加上上一次的全球卫星定位***绝对坐标作为巡检车当前绝对定位数据，当巡检车绝对定位模块能够接收到全球卫星定位***数据时，以当前接收到的全球卫星定位***数据作为巡检车的绝对定位数据。
如图6所示，所述巡检车相对定位模块包括：车牌到摄像头距离算法模块、车牌到车体距离算法模块、车牌绝对坐标算法模块；其中车牌到车体距离算法又分为摄像头到车体距离算法、以及车牌到车体距离算法。
本发明还提供一种基于定位技术的停车位巡检***的巡检方法，其设计思想是：通过相关算法获得车牌到巡检车的相对坐标、通过里程计和全球卫星定位***得到巡检车的绝对坐标，通过巡检车的绝对坐标和车牌到巡检车的相对坐标，最后获得车牌的绝对坐标。
一种基于上述路边停车位巡检***的定位方法，包括以下步骤：
步骤1、车辆定位服务器建立车位地图。
车位地图是预先对每个车位进行标定后建立在定位服务器数据库中的车位地图。该车位地图记载了每个车位在世界坐标系下的位置，也称作绝对坐标。
对车位进行标定方法可以有多种，本实施例对车位标定的方法如下：第一、环境中具有可移动的标定车以及定位车辆位置的至少3块反光板，可移动的标定车随时知道自己在世界坐标系下的位置；第二、在每个车位上布设至少2块反光板(这两块反光板按照一定规律布设在每个车位上)，这两块反光板用于计算反光板到标定车的相对距离；第三、通过标定车的绝对坐标和车位上反光板到标定车的相对坐标，最后获得车位反光板在世界坐标系下的坐标，从而得到每个车位在世界坐标系下的坐标，由此完成了对于每个车位的标定。
步骤2、智能巡检车获取车牌和智能巡检车之间的相对坐标。
获取计算车牌到巡检车相对坐标是本专利的关键点和难点。
本步骤通过相机标定算法、坐标反算算法、景深计算算法、车牌位置计算算法，获得车牌和巡检车之间的相对坐标，具体方法如下：
1、车牌到摄像头的距离(景深)算法：
(1)相机(摄像头)标定算法：
内参：从不同角度拍摄采集10张以上的图像作为数据，以平面标定法；来标定相机内参，内参矩阵为一个3×3的矩阵；
外参：即摄像头在车体坐标系(车体中心为原点，车头方向为轴正方向)下的坐标，以及摄像头到地面的高度、俯视角β，摄像头朝向与车体x轴正方向的夹角θ；
(2)坐标反算算法：由摄像头所拍摄到的图像信息，与摄像头标定参数(不同摄像机标定参数都不同)计算出拍摄到的车牌到摄像头的距离。
设内参矩阵为：
该矩阵中的像素(u，v)，那么该像素在摄像头坐标(注：摄像头坐标系以镜头光心为原点，主轴为z轴，x轴平行于图像平面x轴)中的计算公式(相机Z轴＝1表示的平面算法)：
通过上面的算法，计算出车牌四个顶点在相机中的坐标，便可以计算出车牌在摄像头坐标系中的大小。
(3)景深计算方法：
设实际车牌长度为length，宽度为width，车牌在摄像头坐标系中的长度为L，宽度为W；因为车牌和摄像头之间存在角度偏移，根据外参中摄像头与地面的俯视角β、摄像头朝向与车体x轴正方向的夹角θ，将车牌位置摆正并计算景深，如图7所示。
摆正后车牌在摄像头坐标中的景深公式如下：
2、计算车牌在车体坐标系中的位置：
(1)通过摄像头标定的外参，即可计算出摄像头相对于车体中心的坐标；
(2)根据外参：摄像头与地面的俯视角β，以及景深可以通过三角函数计算出底边，即车牌与相机的水平距离：z0
那么车牌中心在摄像头的坐标系下位置为(xc，yc，zc)；
其中车牌中心x0、y0的计算方式：车牌四个顶点在摄像头坐标系下的位置，来计算矩形中心；
由于摄像头坐标是左手坐标系，因此转换成右手坐标系即:(z0，x0，-y0)；
再通过外参标定的车体中心和摄像头相对位置计算出车牌位置相对于车体中心的位置，设：车摄像头在车体坐标系中的位置为(xc，yc，zc)
具体转换公式如下：
步骤3、智能巡检车获取智能巡检车的绝对坐标。
本步骤将里程计和全球卫星定位***二者巧妙结合，即弥补了全球卫星定位***信号在某些地区接收不到的欠缺，又利用全球卫星定位***校正了里程计的累计误差，获取了巡检车的绝对坐标。实现将车牌在车体坐标系下的坐标转换到世界坐标系下的坐标的功能，具体方法如下：
设：车体中心的全球卫星定位***定位为:(x，y，γ)w
车牌在车体中心坐标下的位置为:(x，y，z）c
转换计算公式为：
得到车牌在世界坐标系中的坐标为:(xG，yG)，即智能巡检车的绝对坐标。
步骤4、智能巡检车将步骤2获得的相对坐标和步骤3获得的绝对坐标上传车辆定位服务器。
步骤5、定位服务器计算得到车牌的绝对坐标，根据车位地图判断待定位车辆是否在停车位。
本发明未述及之处适用于现有技术。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于定位技术的停车位巡检***，其特征在于：包括智能巡检车和车辆定位服务器；所述的智能巡检车用于获取智能巡检车的绝对坐标、以及智能巡检车和待定位车辆之间的相对坐标，并将这两组坐标数据上传给车辆定位服务器，所述的车辆定位服务器根据这两组坐标数据判断待定位车辆是否在停车位上；
所述的车辆定位服务器包括车位地图和车辆定位算法；所述的车位地图包括完成预先标定的每个停车位的绝对坐标，所述的车辆定位算法用于判断待定位车辆的位置是否在停车位上、在哪个停车位上、或者在哪个停车位附近；
所述的智能巡检车包括全球卫星定位***、里程计、摄像头、定位模块、电源模块和通讯模块；所述的电源模块为全球卫星定位***、里程计、摄像头、定位模块、通讯模块供电；所述的里程计用于智能巡检车的绝对坐标；所述的全球卫星定位***用于校正里程计的绝对坐标；所述摄像头用于拍照待定位车辆的图像；所述的定位模块用于确定智能巡检车的绝对坐标和被拍摄车辆与巡检车的相对坐标，并将所述绝对坐标和所述相对坐标上传给车辆定位服务器；
所述的定位模块包括巡检车绝对定位模块和巡检车相对定位模块；所述巡检车相对定位模块包括相机标定算法、坐标反算算法、景深计算算法、车牌位置计算算法。
2.根据权利要求1所述一种基于定位技术的停车位巡检***，其特征在于：所述的巡检车绝对定位模块包括接收全球卫星定位***的绝对坐标校正信息和接收里程计相对坐标累计信息模块，当巡检车绝对定位模块不能接收到全球卫星定位***数据时，则将接收到的里程计相对坐标累计信息加上上一次的全球卫星定位***绝对坐标作为巡检车当前绝对定位数据，当巡检车绝对定位模块能够接收到全球卫星定位***数据时，以当前接收到的全球卫星定位***数据作为巡检车的绝对定位数据。
3.根据权利要求1所述一种基于定位技术的停车位巡检***，其特征在于：所述的里程计采用如下激光里程计、惯导里程计、视觉里程计的一种或者它们的组合。
4.根据权利要求1所述一种基于定位技术的停车位巡检***，其特征在于：所述的巡检车相对定位模块包括：车牌到摄像头距离算法模块、车牌到车体距离算法模块和车牌绝对坐标算法模块；其中车牌到车体距离算法包括摄像头到车体距离算法、以及车牌到车体距离算法。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述基于定位技术的停车位巡检***的巡检方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、车辆定位服务器建立车位地图；
步骤2、智能巡检车获取车牌和智能巡检车之间的相对坐标；
步骤3、智能巡检车获取智能巡检车的绝对坐标；
步骤4、智能巡检车将步骤2获得的相对坐标和步骤3获得的绝对坐标上传车辆定位服务器；
步骤5、车辆定位服务器计算得到车牌的绝对坐标，并根据车位地图判断待判断待定位车辆是否在停车位。
6.根据权利要求5所述一种基于定位技术的停车位巡检***的巡检方法，其特征在于：所述步骤2是依次采用相机标定算法、坐标反算算法、景深计算算法以及车牌位置算法计算实现的。
7.根据权利要求5所述一种基于定位技术的停车位巡检***的巡检方法，其特征在于：所述步骤3是采用里程计和全球卫星定位***相结合的方式实现的。
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