Комплекс видеофиксации и измерения скорости движения и координат транспортных средств

Полезная модель относится к системам регулирования и контроля движения дорожного транспорта и предназначена для обнаружения и видеофиксации нарушений правил дорожного движения транспортными средствами, в том числе для видеофиксации транспортных средств, превышающих скорость. Комплекс видеофиксации и измерения скорости движения и координат транспортных средств, содержащий размещенные в кожухе радар, видео-блок и соединенный с ними процессорный блок. В отличие от известных аналогов радар содержит передатчик, по меньшей мере, два приемника и модуль цифровой обработки сигналов, при этом радар выполнен с возможностью одновременного измерения скорости, дальности, азимута и габаритов транспортного средства. Видео-блок содержит видеокамеру высокого разрешения, согласованную с зоной обзора радара. Измерительный модуль, входящий в состав процессорного блока, предназначен для обработки получаемой информации, распознавания знаков государственной регистрации и формирования фотокадров с измеренными скоростями и номерными знаками. Полученная информация хранится во встроенной памяти и может передаваться на компьютер по одному из поддерживаемых каналов связи. Используемый многоцелевой радар измеряет для каждой цели в зоне контроля ее скорость, расстояние до цели, данные об угловой координате, и оценивает габаритные размеры цели. Благодаря этому, комплекс позволяет производить измерения с большой точностью и достоверностью и с отсутствием зависимости метрологических характеристик от качества видеоизображения и наличия калибровки. Комплекс имеет возможность проведения траекторных измерений без использования видеокамеры.

Полезная модель относится к системам регулирования и контроля движения дорожного транспорта и предназначена для обнаружения и видеофиксации нарушений правил дорожного движения транспортными средствами, в том числе для видеофиксации транспортных средств, превышающих скорость.

Известен фоторадарный комплекс «КРИС», выпускаемый в стационарном [с информацией можно ознакомиться в сети Интернет по адресу http://www.simicon.com/rus/product/gun/photoradar_kris_c.html] и передвижном [http://www.simicon.com/rus/product/gun/photoradar_kris_p.html] вариантах. Этот комплекс представляет собой радиолокатор (радар) с узкой диаграммой направленности, совмещенный с ТВ-камерой стандарта PAL, угол обзора которой совпадает с основным лепестком диаграммы направленности радара. Также в конструкцию включен ИК-прожектор для ночной работы и блок обработки информации. Когда в зону контроля въезжает транспортное средство (далее - ТС), радар измеряет его скорость, фиксируется несколько кадров с ТВ-камеры, после чего распознается государственный регистрационный знак (далее - ГРЗ), а наиболее качественная фотография ТС и данные о цели записываются в журнал. Недостатком этого комплекса является то, что он позволяет осуществлять контроль не более двух полос движения ТС (при наличии на них не более одного автомобиля в момент фиксации), а в типовом варианте стационарного размещения (над полосой) - не более одной полосы. Таким образом, для контроля многополосной дороги требуется возведение дорогостоящей форменной конструкции над проезжей частью и установка соответствующего количества фоторадарных датчиков.

В качестве прототипа данной полезной модели был выбран фоторадарный комплекс «Стрелка», использующий «Способ определения скорости движения и координат транспортных средств с последующей их идентификацией и автоматической регистрацией нарушений правил дорожного движения и устройство для его осуществления» [Патент РФ на изобретение 2382416, опубл. 20 февраля 2010 г.]. Данный фоторадарный комплекс содержит радар, видеокамеру распознавания ГРЗ и блок управления и обработки данных. Радар включает в себя модуль обработки сигналов, обеспечивающий вычисление скорости и дальности всех ТС, находящихся на выбранном участке дорожного полотна, а данные с видеокамеры панорамного обзора совместно с данными радара используются для получения скоростей и координат ТС, их идентификации и передачи данных для автоматической регистрации нарушений Правил дорожного движения (далее - ПДД).

Данный комплекс, по сравнению с ранее рассмотренным, позволяет одновременно контролировать до 4 полос движения с помощью видеокамеры высокого разрешения с широкоугольным объективом. Причем для установки комплекса не требуется строительство ферменных конструкций, возможна установка на столбе рядом с краем проезжей части.

Для выделения отдельных целей в потоке с требуемым уровнем достоверности в прототипе используются следующие данные:

- Дальность - с радара и видеокамеры,

- Скорость - с радара,

- Угловая координата - с видеокамеры.

Недостатком прототипа является необходимость комплексирования данных с видеокамеры и радара для обеспечения работы всей системы. В случае если видеоданные по каким-либо причинам не доставляются или имеют низкое качество (например, в сложных погодных условиях или в условиях недостаточной видимости), надежность работы системы падает вплоть до полной неработоспособности.

Второй недостаток - необходимость проведения предварительной калибровки видеокамеры, в процессе которой осуществляется соотнесение точек на изображении с расстояниями от видеокамеры до соответствующих точек на дорожном полотне. Необходимость калибровки резко снижает гибкость системы при работе в передвижном исполнении, поскольку уже сделанная калибровка действительна только для одного пространственного положения комплекса относительно проезжей части дороги.

В реальной практике такой комплекс в передвижном исполнении используется, будучи установленным на микроавтобусе на телескопической штанге известной геометрии, что значительно увеличивает стоимость системы, накладывает ограничения на количество возможных мест установки, а также на эффективность комплекса из-за высокой заметности всей системы для водителей. Установка комплекса на компактную треногу или на произвольные окружающие предметы потребовала бы проведения калибровки при каждой смене дислокации, что, как правило, неосуществимо силами пользователя.

Для того чтобы устранить указанные недостатки, необходимо отказаться от обязательного использования данных с видеокамеры для определения координат ТС в зоне контроля, полностью возложив задачу отслеживания целей на радар. Таким образом, условия работы видеокамеры перестают влиять на точность выделения отдельных ТС в потоке, а калибровка системы перед запуском становится необязательной, что значительно упрощает и удешевляет использование комплекса в передвижном варианте.

Таким образом, задачей настоящей полезной модели является повышение точности измерений и надежности комплекса, а также исключение зависимости от качества видеоизображения и наличия калибровки.

Для решения данной задачи предложен комплекс видеофиксации и измерения скорости движения и координат транспортных средств, содержащий размещенные в кожухе радар, видео-блок и соединенный с ними процессорный блок. В отличие от прототипа радар выполнен с возможностью одновременного измерения скорости, дальности, азимута и габаритов транспортного средства, и содержит передатчик, по меньшей мере, два приемника и модуль цифровой обработки сигналов. В предпочтительном варианте видео-блок включает в себя видеокамеру с объективом, модуль индикации и модуль управления, выполненный с возможностью управления видеокамерой, объективом и модулем индикации.

Предпочтительно видеокамера имеет разрешение не менее 1 мегапикселя.

Процессорный блок предпочтительно содержит измерительный модуль, соединенные с ним модуль управления и устройство хранения, а также модуль связи, соединенный с модулем управления.

Измерительный модуль предпочтительно снабжен программным обеспечением для распознавания номерных знаков транспортных средств, находящихся в зоне контроля, по крайней мере, на четырех полосах дорожного движения, а также для синхронизации работы радара и видеокамеры, идентификации транспортных средств-нарушителей, сохранения и передачи данных для автоматической регистрации нарушений правил дорожного движения.

Модуль связи может содержать высокоскоростной канал связи для осуществления удаленной технической поддержки, а также может содержать высокоскоростной канал связи для передачи данных о скорости движения, координат и привязанных к ним распознанных номерных знаков транспортных средств.

Комплекс может дополнительно содержать встроенный резистивный сенсорный дисплей, выполненный с возможностью настройки и ориентирования комплекса при монтаже.

Кожух предпочтительно включает в себя откидной защитный козырек и основание с разъемами для коммутации входящих в состав комплекса блоков.

Предпочтительно радар, видео-блок и процессорный блок каждый размещены в отдельном герметичном корпусе и предпочтительно установлены на основании и закрыты сверху защитным козырьком.

Кожух может быть дополнительно снабжен защитной крышкой, закрывающей доступ к дисплею.

Комплекс может быть дополнительно снабжен устройством чтения-записи карт памяти типа SD/SDHC. Устройство чтения-записи карт памяти предпочтительно закрыто герметичной крышкой.

Комплекс также может быть дополнительно снабжен встроенной инфракрасной подсветкой, синхронизированной с видеокамерой.

Комплекс может дополнительно иметь встроенный модуль навигации GPS/GLONASS, выполненный с возможностью определения местонахождения комплекса.

Кроме того, комплекс может быть дополнительно оснащен системой климат-контроля.

Техническим результатом, достигаемым полезной моделью является повышение точности измерений и надежности комплекса, а также исключение зависимости от качества видеоизображения и наличия калибровки.

Заявленная полезная модель представлена на прилагаемых фигурах.

На Фиг.1 представлена схема размещения радара вблизи дорожного полотна.

На Фиг.2 представлено изображение, полученное с помощью заявленного комплекса (изображение с видеокамеры - слева, данные радара - справа),

На Фиг.3 представлена схема заявляемого комплекса,

На Фиг.4 представлен вид спереди заявленного комплекса,

На Фиг.5 представлен рисунок, иллюстрирующий принцип работы заявленного комплекса.

Для осуществления безошибочного отслеживания целей с помощью радара необходимо определить критерий пригодности радара с точки зрения определения местоположения целей на дорожном полотне. Для этого необходимо сформулировать требования к допустимым погрешностям измерения ими полярных координат - дальности от места установки до цели и азимута (угла между оптической осью радара и направлением на цель). Исходным положением возьмем требование к погрешности определения позиции цели в поперечном к направлению движения направлении: ошибка не должна превышать половины ширины кузова автомобиля.

Ось антенны направлена под углом ₀ направлению движения. D - ширина проезжей части, x - положение цели относительно края дороги. Измеряемые радаром координаты: d - расстояние от радара до цели, - азимутальный угол.

Положение ТС x связано с измеряемыми координатами соотношением:

Здесь - угол наклона оси антенны по отношению к горизонтальной плоскости, возникающий при размещении радара на некотором возвышении (несколько метров). Отсюда максимальная погрешность определения x:

Здесь d и - погрешности определения мгновенных координат цели. Систематическая погрешность x из-за неточности определения стационарных величин ₀, L₀ и не учитывается, поскольку она программно исключается привязкой измеряемых координат к видеоизображению дорожного полотна.

Пределы допускаемых погрешностей определим как 3·СКО соответствующих величин. В связи с малостью угла наклона антенны к горизонтальной плоскости пренебрежем незначительным снижением погрешности за счет косинуса и положим cos=1. Помимо этого необходимо учесть использование в данном комплексе методики спрямления траектории движения цели, что позволяет снизить СКО точек построенной траектории по сравнению с СКО отдельных точек. Обозначив коэффициент снижения N, получим окончательное выражение для погрешностей:

Это выражение позволяет получить численные ограничения на допустимые величины отклонений измерения координат CКО_d и СКО. Для этого достаточно подставить в него численные значения входящих параметров.

Предел допускаемой погрешности определения положения цели по ширине дороги возьмем равным половине ширины кузова среднего легкового автомобиля:

Максимальные значения возьмем:

При ширине четырехполосной дороги D=15 м и расстоянии до края полотна L₀=5 м

Снижение погрешности за счет траекторной обработки для применяемой методики составляет N=2,8.

Подставляя эти числовые значения в (3), получим ограничение на погрешности измерения координат:

Здесь величина СКО[°] берется в градусах.

Исходя из экспериментальных результатов измерений погрешности, были установлены ограничения:

- удовлетворяющие требованию (8).

Входящий в состав комплекса многоцелевой радар, работа которого основана на принципе фазовой пеленгации, благодаря наличию двух приемников и работе с непрерывным частотно-манипулированным сигналом имеет возможность измерения для всех целей в зоне контроля не только скорости и расстояния до них, но и данных об угловой координате каждой цели, а также выдачи данных по габаритным размерам цели.

Работа радара основана на принципе фазовой пеленгации. Радар включает в себя передатчик, не менее двух приемников и модуль цифровой обработки сигналов. Передатчик излучает комбинированный сигнал, сочетающий линейную частотную модуляцию и частотную манипуляцию, благодаря чему обеспечивается сочетание высокой точности и скорости измерения параметров целей (дальность, скорость) в модуле цифровой обработки. Приемники принимают отраженный сигнал, по разности фаз между сигналами с различных приемников блок цифровой обработки определяет направление на цель. Все данные о целях в уже обработанном виде непрерывно передаются на измерительный модуль комплекса.

Таким образом, данные радара позволяют определить все параметры движения каждой цели в зоне контроля. Пример изображения, получаемого с помощью заявленного комплекса, приведен на Фиг.2 (изображение с видеокамеры - слева, данные радара - справа). Следовательно, при известных параметрах видеокамеры (фокусное расстояние объектива, размеры фоточувствительной матрицы телекамеры, соосность с главным лепестком диаграммы направленности радара) калибровка комплекса перед каждым запуском не является необходимой, а получение качественного изображения с видеокамеры более не является необходимым условием для функционирования комплекса. По сравнению с прототипом, преимущество предлагаемой полезной модели также состоит в значительном увеличении точности привязки фотографий к данным о скоростях целей, мгновенном измерении параметров движения целей (без продолжительного отслеживания по видеозаписи), увеличении качества распознавания за счет получения данных о цели в момент ее появления в кадре.

Помимо выявления нарушителей скоростного режима в потоке транспорта, многоцелевой радар обеспечивает возможность проведения траекторных измерений без использования данных от видеокамер, позволяющих выявлять нарушения правил парковки, проезда нерегулируемых пешеходных переходов, перекрестков, железнодорожных переездов, факты движения по полосе общественного транспорта и другие нарушения ПДД.

На Фиг.3 приведена схема заявленного комплекса. Конструктивно комплекс состоит из многоцелевого радара 1, видео-блока 2 и процессорного блока 3 с программным обеспечением для дальнейшей обработки зафиксированной информации. Видео-блок 2 содержит видеокамеру 4 высокого разрешения («мегапиксельную») с широкоугольным объективом 5, поле зрения видеокамеры согласовано с зоной контроля радара 1 (см. Фиг.5). Кроме того, в его состав входят модуль 6 управления и модуль 7 индикации. Видеокамера 4 и радар 1 взаимосвязаны с процессорным блоком 3. Процессорный блок 3 включает в себя измерительный модуль 8, взаимосвязанный с устройством 9 хранения и модулем 10 управления, который в свою очередь взаимосвязан с модулем 11 связи.

Каждый из блоков размещен в отдельном герметичном корпусе, и все они помещены в кожух (Фиг.4), состоящий из общего основания 12 и защитного откидного козырька 13. Блоки смонтированы на основании 12, снабженном разъемами для их коммутации, и сверху закрыты защитным козырьком 13. Комплекс снабжен встроенной ИК подсветкой 14, синхронизированной с видеокамерой, имеющей объектив 5, и способен обеспечивать визуальную читаемость и автоматическое распознавание стандартных знаков государственной регистрации в любое время суток. Радар размещен внутри кожуха и закрыт крышкой 15. Кожух выполнен во всепогодном исполнении.

Полученная информация хранится в устройстве хранения и может передаваться на компьютер по одному из поддерживаемых каналов связи. При этом один компьютер может работать с несколькими фоторадарными комплексами.

Комплекс также включает в себя устройство чтения-записи карт памяти типа SD/SDHC. На карту памяти записываются данные о целях, включающие в себя две фотографии нарушителя, распознанный номер, зафиксированную скорость ТС, метку о движении по полосе общественного транспорта, направление движения, дату и время нарушения, значение максимально допустимой скорости на данном участке дороги, название контролируемого участка, географические координаты, серийный номер датчика. Карта памяти SD и SIM-карта защищены герметичной крышкой, обеспечена быстрая замена карт.

Комплекс также содержит встроенный модуль навигации GPS/GLONASS, обеспечивающий определение местонахождения комплекса. Географические координаты комплекса включаются в постановление об административном правонарушении.

Видео-блок может быть снабжен встроенным резистивным сенсорным дисплеем, предназначенным для настройки и ориентирования комплекса при монтаже. Использование персонального компьютера для настройки комплекса не требуется. Дисплей снабжен подогревом, обеспечивающим возможность функционирования при отрицательных температурах.

Комплекс также может быть снабжен системой климат-контроля, служащей для обеспечения работы комплекса в широком диапазоне температур. Обеспечивается удаленный мониторинг состояния внешней системы охлаждения с целью предупреждения отказов.

Комплекс снабжен высокоскоростным диагностическим каналом связи для осуществления удаленной технической поддержки производителем (включая возможность удаленного обновления встроенного комплекса программного обеспечения).

В комплексе обеспечена поддержка передачи данных как по проводным каналам связи (Ethernet), так и по защищенным беспроводным каналам (VPN-канал через 3G, Wi-Fi). Кроме того, предусмотрена возможность питания как от аккумуляторного бокса со стандартным свинцово-кислотным аккумулятором, так и от сети 220 В. В заявленном комплексе также обеспечена совместимость с уже используемыми системами крепления фоторадарных комплексов.

Заявленный комплекс работает следующим образом.

Многоцелевой радар 1 непрерывно передает в измерительный модуль 8 данные обо всех целях в зоне контроля: скорость, дистанция, азимут. Видеокамера 4 с широкоугольным объективом 5, согласованным с зоной контроля радара 1, передает видеоматериал в измерительный модуль 8, в котором изображения ТС сопрягаются с данными, полученными от радара 1, таким образом, осуществляется фиксация целей. Далее измерительный модуль осуществляет распознавание ГРЗ проезжающих транспортных средств, выявляет нарушителей, формирует изображения и сохраняет данные о нарушителях в журнал на устройстве 9 хранения. Данные о зафиксированных целях также могут высылаться на внешние устройства через модуль 11 связи, поддерживающий различные технологии проводной и беспроводной передачи данных.

Управление этими процессами осуществляется модулем 11 управления процессорного блока. Модуль управления 6 видео-блока 2 управляет работой видеокамеры 4, воспринимает команды пользователя, взаимодействует с ним через модуль 7 индикации и/или через модуль 11 связи (при использовании персонального компьютера для настройки и контроля работы комплекса).

Комплекс автоматически измеряет скорость всех транспортных средств в зоне контроля (см. Фиг.5) и сохраняет две фотографии для каждого нарушителя: общим планом (групповой снимок всей зоны контроля с выделением данного нарушителя) и крупным планом (фотография нарушителя с визуально различимым номерным знаком). Комплекс предназначен для работы при неподвижном расположении на высоте от 1,7 до 8 метров от уровня проезжей части дороги.

Комплекс допускает использование как в стационарном, так и в передвижном исполнении. В стационарном исполнении фоторадарный комплекс монтируется на стационарной конструкции (мачта освещения, опора фермы и т.д.) с помощью кронштейна и через блок электропитания подключается к сети 220 В.

В передвижном исполнении фоторадарный комплекс монтируется на треноге (допускается использование других предметов в качестве опоры) и устанавливается сбоку на обочине контролируемого участка дороги, ориентируется относительно дорожного полотна согласно маркерам на верхней части корпуса и подключается к аккумуляторному блоку. Конструкция комплекса позволяет оперативно свернуть оборудование и развернуть на другом участке дороги. Существенное преимущество полезной модели по сравнению с прототипом - использование компактной и легкой треноги (обусловленное отсутствием необходимости в калибровке) вместо специализированного микроавтобуса с телескопическим подъемным механизмом, что значительно увеличивает гибкость в выборе мест дислокации, снижает стоимость эксплуатации комплекса, его заметность на местности и требования к обслуживающему персоналу.

Сочетание многоцелевого радара с фазовой пеленгацией целей и возможностью траекторных измерений, технологии распознавания регистрационных знаков по изображению с обзорной видеокамеры и комплексирования данных с радара и видеокамеры с целью осуществления фиксации транспортных средств позволяет значительно улучшить характеристики заявленного комплекса по сравнению с существующими аналогами.

Реализованный по заявляемой полезной модели комплекс позволяет производить измерения скорости и траекторные измерения в диапазоне 20-250 км/час при одновременном контроле четырех полос движения ТС и может найти применение в работе дорожно-патрульной службы.

Техническим результатом, достигаемым заявленной полезной моделью, является повышение точности и достоверности измерений и исключение зависимости от качества видеоизображения и наличия калибровки. В отличие от прототипа в комплексе используется усовершенствованный многоцелевой радар, который благодаря наличию двух приемников и работе с непрерывным частотно-манипулированным сигналом имеет возможность измерения для всех целей в зоне контроля не только скорости и расстояния до них, но и данных об угловой координате каждой цели, а также выдачи данных по габаритным размерам цели.

1. Комплекс видеофиксации и измерения скорости движения и координат транспортных средств, содержащий размещенные в кожухе радар, видеоблок и соединенный с ними процессорный блок, отличающийся тем, что радар содержит передатчик, по меньшей мере, два приемника и модуль цифровой обработки сигналов, при этом радар выполнен с возможностью одновременного измерения скорости, дальности, азимута и габаритов транспортного средства.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что видеоблок содержит видеокамеру с объективом, модуль индикации и модуль управления, выполненный с возможностью управления видеокамерой, объективом и модулем индикации.

3. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что поле зрения видеокамеры согласовано с зоной обзора радара.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что видеокамера имеет разрешение не менее 1 мегапикселя.

5. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что процессорный блок содержит измерительный модуль, соединенные с ним устройство хранения и модуль управления, а также взаимосвязанный с модулем управления модуль связи.

6. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что измерительный модуль снабжен программным обеспечением для распознавания номерных знаков транспортных средств, находящихся в зоне контроля, по крайней мере, на четырех полосах дорожного движения, а также для синхронизации работы радара и видеокамеры, идентификации транспортных средств-нарушителей, сохранения и передачи данных для автоматической регистрации нарушений правил дорожного движения.

7. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что модуль связи содержит высокоскоростной канал связи для осуществления удаленной технической поддержки.

8. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что модуль связи содержит высокоскоростной канал связи для передачи данных о скорости движения, координат и привязанных к ним распознанных номерных знаков транспортных средств.

9. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что видеоблок дополнительно снабжен встроенным резистивным сенсорным дисплеем, выполненным с возможностью настройки и ориентирования комплекса при монтаже.

10. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что кожух включает в себя откидной защитный козырек и основание с разъемами для коммутации входящих в состав комплекса блоков.

11. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что радар, видеоблок и процессорный блок каждый размещены в отдельном герметичном корпусе.

12. Комплекс по п.11, отличающийся тем, что упомянутые блоки установлены на основании и закрыты сверху упомянутым защитным козырьком.

13. Комплекс по п.9, отличающийся тем, что кожух дополнительно снабжен защитной крышкой, закрывающей доступ к упомянутому дисплею.

14. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен устройством чтения-записи карт памяти типа SD/SDHC.

15. Комплекс по п.14, отличающийся тем, что устройство чтения-записи карт памяти закрыто герметичной крышкой.

16. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен встроенной инфракрасной подсветкой, синхронизированной с видеокамерой.

17. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен встроенным модулем навигации GPS/GLONASS, выполненным с возможностью определения местонахождения комплекса.

18. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен системой климат-контроля.