基于RFID和视频抓拍的非机动车违章监测系统及监测方法
技术领域
本发明属于智慧交通领域，具体是一种基于射频识别(RFID)和摄像头抓拍，用于非机动车交通违章行为监管的系统方案设计。
背景技术
近年来，非机动车尤其是电动自行车已成为居民日常短途出行常用的交通工具。工业和信息化部的数据显示，我国是全球电动自行车生产及销售第一大国，据不完全统计，今年电动自行车全社会保有量约2亿辆，年产量3000多万辆。然而，电动自行车的快速发展一直伴随着“管理难”、“安全事故多”等问题，交通安全事故时有发生。传统的道路违章识别主要针对机动车辆，通过布设摄像头、感应线圈、测速雷达等实现违章监管，但是现有的道路违章检测系统对于电动自行车、自行车、行人等非机动交通工具的违章行为难以做到精准识别，这主要是因为非机动交通工具数量繁多，种类复杂，轨迹相对混乱，且没有醒目的车牌等标志性特征。此外，当前关于电动自行车监管的相关法律法规尚未健全，电动自行车的监管问题成为道路交通管理的“老大难”问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种硬件布设简单，成本低廉，可以识别多个标签，识别精度高，且可以工作于各种恶劣环境的基于射频识别(RFID)和视频抓拍的非机动车违章监测系统及监测方法，以解决以电动自行车为典型代表的非机动车交通违章监管和取证困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于RFID和视频抓拍的非机动车违章监测系统，包括：
一上位机、多个RFID读写器、多个摄像头和若干无源RFID标签；
所述RFID读写器用于读取所述无源RFID电子标签内的车辆信息，并将读取的所述车辆信息发送给上位机；所述上位机判断违章行为并控制所述摄像头进行违章车辆的抓拍。
所述RFID读写器和摄像头设置在位于路口的横杆或路口左右两侧或路面下方。
所述RFID读写器用于读取粘贴有无源RFID电子标签的车辆通行信息，通过数据上传到上位机，由上位机读取模块读取RFID上传信息，再由相应功能单元判断通行车辆是否发生违章；所述读取模块用于读取RFID读写器上传的车辆通信信息；所述相应功能单元包括逆行判断功能单元、闯红灯判断功能单元、超速判断功能单元、未按车道行驶判断功能单元、超年限判断功能单元以及被盗车辆判断功能单元。
所述逆行判断功能单元包括排序模块以及判断模块；所述排序模块对读取模块读取的车辆通信信息的时间先后进行排序；所述判断模块根据排序模块的先后顺序做出是否逆行的判断。
所述闯红灯判断功能单元包括红绿灯状态读取模块、判断模块；所述红绿灯状态读取模块用于读取当前通行车辆通行方向交通灯的状态；所述判断模块则根据灯的状态和路口RFID读取车辆通行状态做出是否闯红灯的判断。
所述未按车道行驶判断功能单元包括读写器识别模块、判断模块；所述读写器识别模块用于识别上传非机动信息的RFID读写器所属车道信息；所述判断模块对读写器识别模块的车道信息做出是否未按车道行驶的判断。
所述超速判断功能单元包括车速计算模块、判断模块；所述车速计算模块用于计算车辆经过路口两个RFID读写器所用时间，计算出车辆的速度；所述判断模块根据车速计算模块的结果判断通行车辆是否超速。
所述超年限判断功能单元包括年限计算模块、判断模块；所述年限计算模块用于计算通行车辆的购买年限；所述判断模块根据年限计算模块的结果判断通行车辆是否超年限。
所述被盗车辆判断功能单元包括信息比对模块、判断模块；所述信息比对模块用来对比RFID读写器上传车辆信息是否与已登记遗失/被盗车辆数据库内信息吻合；所述判断模块根据信息比对模块结果做出车辆是否为遗失/被盗车辆的判断。
RFID读写器通过天线向空间发射一定频段的射频信号，检测在读写器有效识别范围内是否存在待识别的电子标签。
电子标签经过读写器时，标签天线接收读写器发射的射频信号，通过内部耦合电路产生感应电压，标签激活后，内部芯片识别读写器指令并根据指令对相关信息进行调制，通过内置天线将包含标签信息的射频信号发送给读写器；
读写器收到来自标签的应答信号后，对信号进行解调和解码，然后将处理后的数据发送给上位机；
预先设定各路口RFID读写器读取标签的逻辑顺序，作为违章行为的认定。
所述认定违章行为的标签读取逻辑顺序是：
十字交叉路口，按照上北下南、左东右西的坐标，若右侧非机动车道南北对象两路口的RFDI读写器读取电子标签顺序为先北后南(由上至下)，则认定为该电子标签对应非机动车辆逆行。其他车道逆行判定同理；
读取交通信号灯信息，若红灯持续时间内，位于相对方向的任意两RFID读写器先后读取到同一个电子标签，则判定该电子标签对应的非机动车辆闯红灯；
所述闯红灯行为的认定，当红灯持续时间内，第一个RFID读写器探测到标签发生移动，则向本车道摄像头发送控制指令，启动第一次视频抓拍，相对方向任一RFID读写器探测到该标签则启动相应车道的摄像头抓拍，从而完成两个读写器对违章标签的读取和视频抓拍取证。
一种基于射频识别(RFID)和视频抓拍的非机动车违章监测方法，包括以下步骤：
(1)安装于机动车道和非机动车道路口上方的RFID读写器通过天线发射射频信号，时刻探测进入有效识别范围的电子标签；
(2)当电子标签进入读写器有效识别范围，标签激活，识别读写器指令并通过内置天线发送标签信息给读写器；
(3)读写器收到标签应答信号，对信号进行解调和解码，并将处理后的数据发送给上位机系统；
(4)上位机系统根据标准判断标签信息，对数据进行过滤、整合等处理后，上位机向读写器发送下一步命令；
(5)若读写器判定标签发生违章行为，发送数据给上位机，上位机发出指令启动摄像头抓拍，形成完整的RFID数据和图像取证。
有益效果：
本发明通过在非机动车道路口布设RFID读写器和摄像头，电动自行车配合加装RFID电子标签，可以实现非机动车辆尤其是电动自行车的有效监管，并提供完整的数据和图像取证。该发明采用RFID设备，性能稳定、测量精度高、成本低廉，可工作于各种恶劣环境，易于推广。
附图说明
图1用于非机动车违章抓拍的RFID系统组成。
图2上位机违章判定功能单元。
图3上位机工作流程。
图4为各路口非机动车辆监测装置编号示意。
图5为判定车辆逆行的行驶轨迹。
图6为红灯持续时间内判定非机动车闯红灯等违章行为的轨迹(以路口B为例)。
具体实施方式
本发明基于射频识别(RFID)和视频抓拍的非机动车违章监测系统，应用场景如图1所示(以十字路口为例)，图2为其平面图，包括8非机动车道路口支架，16个摄像头，16个RFID读写器，1个上位机和若干个无源RFID标签。
其中，非机动车道支架可以是门形框也可以是路灯延长杆的形式(外观可根据具体道路情况灵活设计，也可以布设于路口两侧以及埋设地面下方)，用于固定RFID读写器，以获取该车道通行非机动车辆信息。
摄像头为选装，若现有路口图像采集设备能够拍摄到非机动车道信息，则无需布设；若无非机动车道监控设备，则与RFID读写器共同布设于支架上。
RFID读写器固定在支架上，其有效探测范围需覆盖相应的非机动车道路口和机动车道。
上位机读取模块读取RFID上传信息，再由相应功能单元判断通行车辆是否发生违章。上位机的相应功能单元包括逆行判断功能单元、闯红灯判断功能单元、超速判断功能单元、未按车道行驶判断功能单元、超年限判断功能单元以及被盗车辆判断功能单元。
逆行判断功能单元用于对车辆是否存在逆行的违法行为进行判断；包括排序模块以及判断模块；排序模块对读取模块读取的车辆通信信息的时间先后进行排序；判断模块根据排序模块的先后顺序做出是否逆行的判断。
闯红灯判断功能单元用于对车辆是否存在闯红灯的违法行为进行判断；包括红绿灯状态读取模块和判断模块；红绿灯状态读取模块用于读取当前通行车辆通行方向交通灯的状态；判断模块则根据灯的状态和路口RFID读取车辆通行状态做出是否闯红灯的判断。
超速判断功能单元用于对车辆是否存在超速的违法行为进行判断；包括车速计算模块、判断模块；车速计算模块用于计算车辆经过路口两个RFID读写器所用时间，计算出车辆的速度；判断模块根据车速计算模块的结果判断通行车辆是否超速。
未按车道行驶判断功能单元用于对车辆是否存在未按车道行驶的违法行为进行判断；包括读写器识别模块、判断模块；读写器识别模块用于识别上传非机动信息的RFID读写器所属车道信息；判断模块对读写器识别模块的车道信息做出是否未按车道行驶的判断。
超年限判断功能单元用于对车辆是否存在超年限的违法行为进行判断；包括年限计算模块、判断模块；年限计算模块用于计算通行车辆的购买年限；判断模块根据年限计算模块的结果判断通行车辆是否超年限。
被盗车辆判断功能单元用于对车辆是否是被盗车辆的违法行为进行判断。包括信息比对模块、判断模块；信息比对模块用来对比RFID读写器上传车辆信息是否与已登记遗失/被盗车辆数据库内信息吻合；判断模块根据信息比对模块结果做出车辆是否为遗失/被盗车辆的判断。
本发明一种基于射频识别(RFID)和视频抓拍的非机动车违章监测方法，步骤包括：
(1)如图2所示，对十字路口的8个非机动车道(A-H)和8个机动车道(a-h)进行编号，根据所述编号进行非机动车辆交通违法行为的判定；
(2)如图3所示，无论信号灯是红灯禁行还是绿灯通行状态，若车辆由其他位置进入椭圆区域，则判定通过的非机动车辆逆行。
以机动车道b和非机动车道B为例，无论非机动车从非机车道道A/C/D/E/F/G/H或机动车道a/c/d/e/f/g/h，驶出并进入道机动车道b和非机动车道B，均判定为逆行。
(3)以图4中路口B为例，读取路口信号灯状态，假设南北向信号灯为红灯，若各路口读写器顺序为：
(4)读写器将所述电子标签信息上传给上位机，上位机启动进行数据存储、处理，以及向摄像头下达指令，启动抓拍，以完成RFID数据+图像抓拍的完整违章车辆取证。
