СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE SPEED MEASUREMENT METHOD

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для контроля движения на дорогах для контроля нарушения скоростного режима транспортными средствами и др.
Известны методы измерения скорости транспортных средств (ТС), широко используемые в настоящее время дорожно-патрульной службой ГИБДД, основанные на применении радиолокационных доплеровских измерителей скорости. Такие приборы основаны на анализе изменений параметров отраженного радиосигнала от движущегося транспортного средства [1].
Однако данный метод имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, он позволяет измерять скорость лишь одиночных ТС, попадание в зону его контроля двух и более ТС не позволяет корректно сопоставить значение измеренной скорости конкретному ТС. Во-вторых, испускаемый им в процессе работы радиосигнал может быть успешно обнаружен участниками движения с помощью специальных средств (антирадаром).
Для устранения подобных недостатков применяется метод измерения скорости ТС с использованием видеокамер, устанавливаемых на пути движения транспорта.
Известен способ определения скорости, где видеокамерой панорамного обзора непрерывно снимают выделенный участок дорожного полотна [2]. Скорость ТС вычисляют по расстоянию между двумя определенными положениями ТС, зафиксированными на двух кадрах, снимаемых данной видеокамерой, и по интервалу времени между этими кадрами. При этом видеокамера калибруется по четырем вершинам прямоугольника, которые реально размечены на дорожном полотне на известных расстояниях. Выявленное ТС - нарушитель регистрируется другой камерой - камерой, позволяющей получить видеокадр с более высоким разрешением. Недостатком такого метода является необходимость использования дополнительного оборудования.
Известен также способ определения скорости ТС, выбранный в качестве прототипа [3].
Способ включает излучение в направлении движущихся по участку дорожного полотна ТС импульсов электромагнитного излучения, прием импульсов отраженного электромагнитного излучения, скорости движения ТС путем сравнения параметров излученных и принятых импульсов и сравнение измеренной скорости ТС с максимально разрешенной на данном участке с последующими формированием, в случае регистрации превышения скорости, сигнала для распознавания государственного регистрационного знака нарушающего ТС с помощью видеокамеры распознавания государственного регистрационного знака, идентификацией ТС и автоматической регистрацией нарушений скоростного режима, импульсы радиолокатора излучают синхронно с видеосъемкой того же участка дорожного полотна видеокамерой панорамного обзора, вычисляют координаты и скорости транспортных средств, находящихся в кадре, после чего сравнивают получаемые независимо друг от друга посредством радиолокатора и видеокамеры панорамного обзора потоки данных, содержащие значения скоростей и координат всех ТС, находящихся в текущий момент на выбранном участке дорожного полотна, причем для получения метрологически достоверных данных о скоростях и координатах ТС используют данные радиолокатора, а за достоверные данные о координатах тех же ТС принимают данные, полученные от видеокамеры панорамного обзора, каждому ТС, нарушающему скоростной режим, обеспечивают дальнейшее сопровождение до момента распознавания государственного регистрационного знака, затем видеокамерой распознавания государственного регистрационного знака формируют кадр изображения ТС - нарушителя с распознанным государственным регистрационным знаком, датой, временем, зафиксированной скоростью и идентификатором видеокамеры, что позволяет осуществлять автоматическую регистрацию нарушений правил дорожного движения.
Однако такой метод, как описано выше, требует использования отдельной аппаратуры для измерения скорости и для распознавания номерного знака.
Технической задачей данного изобретения является создание метода измерения с высокой точностью скорости транспортных средств, движущихся в плотном потоке, с однозначной привязкой значения измеренной скорости к ТС. Поскольку данный метод основан на использовании только одного вида аппаратуры - видеокамеры как для распознавания номера, так и для измерения скорости, он позволяет упростить и удешевить систему для его реализации.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения скорости транспортного средства, заключающемся в том, что на пути движения транспортного средства (ТС) размещают видеокамеру, с помощью которой формируют последовательность видеокадров с изображением пластины государственного регистрационного знака (ГРЗ) ТС при перемещении его в зоне контроля видеокамеры и определяют значение скорости ТС за время пересечения им зоны контроля видеокамеры, согласно изобретению фиксируют, по крайней мере, два видеокадра с различимым изображением ГРЗ, для каждого зафиксированного видеокадра осуществляют распознавание ГРЗ, определяют и запоминают время фиксации видеокадра, определяют ширину и высоту изображения пластины ГРЗ на видеокадре, вычисляют отношение ширины и высоты изображения пластины ГРЗ, сравнивают это значение с эталонным для данного типа распознанной пластины ГРЗ, по результатам сравнений вычисляют коэффициент сужения пластины ГРЗ, с учетом которого корректируют измеренную ширину изображения пластины ГРЗ, затем, с учетом фокусного расстояния объектива видеокамеры, параметров матрицы видеокамеры и скорректированной ширины изображения пластины ГРЗ, определяют расстояния Ln, где n=1, 2, 3,… - номер зафиксированного видеокадра, от видеокамеры до пластины ГРЗ для каждого зафиксированного видеокадра, и определяют значение скорости для каждой из возможных пар зафиксированных видеокадров как отношение разности вычисленных расстояний ΔLn к разности времени фиксации ДТп соответствующих видеокадров, при этом в качестве искомого значения скорости выбирают значение, соответствующее максимальной скорости на данном участке зоны контроля видеокамеры.
Так как обычно действия по фиксации нарушения скоростного режима ТС включают измерение скорости - выявление нарушения - распознавание номера ТС - формирование постановления и квитанции для оплаты штрафа, то очевидно, что реализация функций распознавания номера и измерения скорости ТС с помощью одного устройства позволит достичь поставленных целей и устранить недостатки, присущие традиционным системам.
Предлагаемый способ поясняется на фиг.1-3.
Способ определения скорости транспортного средства реализуется следующим образом.
Видеокамеру устанавливают на треноге (или штативе) на обочине дороги на высоте около 1,5 м. Угол между лучом зрения камеры и направлением дороги составляет примерно 2-4°. В кадр попадает участок дороги, по которому движутся ТС навстречу видеокамере. В процессе работы комплекса видеокамера в постоянном режиме формирует последовательность видеокадров зоны контроля видеокамеры. Дальняя граница зоны контроля для всех полос практически одинакова и зависит от выбранной оптики (на фиг.1 отображена вертикальной линией) - на дальней границе зоны контроля изображение пластины ГРЗ на видеокадре имеет минимальный видимый размер, достаточный для распознавания. Ближняя граница зоны контроля различается для полос движения: самая ближняя к обочине полоса движения имеет наибольшую протяженность зоны контроля (верхний левый автомобиль на фиг.1), самая удаленная от обочины полоса имеет наименьшую протяженность зоны контроля (нижний правый автомобиль на фиг.1). При пересечении ТС зоны контроля видеокамеры изображение пластины ГРЗ, расположенной на передней части ТС, будет зафиксировано на последовательности видеокадров. Из последовательности видеокадров фиксируют от 2-х и более видеокадров с изображением пластины ГРЗ. Для каждого видеокадра производится распознавание ГРЗ, запоминается время фиксации каждого видеокадра, затем определяется ширина и высота изображения пластины ГРЗ на видеокадре. Зная реальные размеры пластины ГРЗ из параметров распознанного ГРЗ, а также параметры оптической системы и матрицы используемой видеокамеры, определяют расстояние от видеокамеры до пластины с ГРЗ на дороге.
Поскольку пластина ГРЗ располагается в зоне контроля видеокамеры не перпендикулярно оптическому лучу видеокамеры, то ее видимое изображение в видеокадре кадре будет сужено, что приводит к искажению пропорций изображения пластины ГРЗ, т.е. видимая на видеокадре пластина с ГРЗ будет соответствовать более удаленному расстоянию от видеокамеры.
n
n
n
n
n
1
Для выявления и устранения таких искажений необходимо проанализировать изображения ГРЗ на всей последовательности видеокадров. Для каждого изображения пластины ГРЗ вычисляют отношение его ширины S к высоте H, сравнивают с эталонным значением (для данного типа ГРЗ) и вычисляют коэффициент сужения К пластины ГРЗ. Корректируют измеренную ширину пластины S для каждого кадра с учетом коэффициента сужения К пластины ГРЗ: S =S/К.
Затем преобразуют ширину изображения пластины ГРЗ с учетом типа матрицы используемой видеокамеры для каждого видеокадра. Для этого умножают значение скорректированной ширины изображения пластины в пикселях на ширину одного пикселя в метрах:
n
1
Snw=S хPw,
где Pw - ширина одного пикселя (м).
Расстояние до пластины ГРЗ от видеокамеры с учетом параметров оптической системы видеокамеры, а именно фокусного расстояния f, определяется как:
э
nw
Ln=f×S/S
где Sэ - эталонное значение ширины пластины ГРЗ для данного типа распознанной пластины;
n - номер зафиксированного видеокадра.
Если величина фокусного расстояния f неизвестна или требует уточнения, ее определяют по схеме, приведенной на фиг.3.
Ln-f·Sr/Snw.
Значение скорости V транспортного средства определяют как: V=ΔL/ΔТ,
где ΔL - разность между расстояниями от видеокамеры до пластины с ГРЗ для выбранной пары видеокадров,
ΔТ - разность между временами фиксации указанной выбранной пары видеокадров.
Таким образом вычисляется набор значений скоростей для всех возможных пар видеокадров. Следует отметить, что каждое значение скорости из полученного набора соответствует значению средней скорости на некотором отрезке пути в зоне контроля. Поскольку среднее значение скорости на отрезке пути всегда меньше, чем максимальное значение мгновенной скорости на этом же отрезке, то из полученного набора значений средней скорости как искомое значение скорости ТС выбирается максимальное значение.
Источники информации
1. Пат. RU 2237266.
2. Пат. RU №2175780.
3. Пат. RU № 2382416 (прототип).