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技术领域

本发明涉及信息采集领域，尤其涉及一种城市道路车辆信息采集系 统。

背景技术

现有技术中充电桩只是提供了为电动汽车充电的功能，具有以下两个 缺陷：一方面，充电桩的本身结构效率较低，充电效果不佳，需要改善其 充电性能，另一方面，由于充电桩具有分散均匀、数量众多的分布特点， 可以用来作为本地数据采集终端，以为城市管理者提供参考数据。然而现 有技术中的充电桩都没有克服上述两个缺陷。

另外，在充电设施推进过程中，电动汽车的管理者面临充电桩分布无 法同时满足节省公共资源和迎合各个道路电动汽车充电需求这两个方面， 例如，如果在每一个道路旁边都设置数量充足的充电桩，这样将占据过多 的公共资源，相反，如果仅仅在一些重要地段设置充电桩，那么一些道路 上的电动汽车将面临无电可充的窘境。

因此，需要一种新型城市信息采集系统，能够以电动汽车的充电桩为 硬件平台，在充当本地数据采集终端的同时，对充电桩的充电性能进行改 善，从而从根本上方便电动汽车用户的使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种城市道路车辆信息采集系统， 首先，对充电桩的内部结构和辅助结构进行设备实现和改良，从整体上提 高充电桩的性能；更为关键的是，采集系统建立在充电桩上，在充电桩上 集成了识别车辆的环形线圈检测设备和识别电动车辆的车辆类型检测设 备，从而能够为电动汽车的城市管理者提供更有价值的参考数据。

根据本发明的一方面，提供了一种城市道路车辆信息采集系统，所述 系统包括环形线圈检测设备、3G通信设备、车辆类型检测设备、充电桩主 体结构和飞思卡尔MC9S12芯片，环形线圈检测设备用于检测附近道路是 否有汽车通过，车辆类型检测设备用于检测通过汽车的车辆类型，充电桩 主体结构用于对电动车充电，3G通信设备用于建立双向通信链路，飞思卡 尔MC9S12芯片与环形线圈检测设备、3G通信设备和车辆类型检测设备 分别连接。

更具体地，在所述城市道路车辆信息采集系统中，包括：环形线圈检 测设备，埋设在充电站附近道路的下方，用于检测过往目标是否为汽车， 并在检测到汽车时发出存在汽车信号；其中，环形线圈检测设备包括第一 感应线圈、第二感应线圈、耦合振荡电路、信号整形放大电路和微处理器 组成，第二感应线圈设置在第一感应线圈的正前方，耦合振荡电路与第一 感应线圈和第二感应线圈分别连接，以在有目标依次通行过第一感应线圈 和第二感应线圈时检测第一感应线圈和第二感应线圈各自的线圈电感量 的变化，信号整形放大电路与耦合振荡电路连接，用于对耦合振荡电路的 输出信号进行整形放大以获得整形放大信号，微处理器与信号整形放大电 路连接，用于基于接收到的整形放大信号判断经过的目标是否为汽车以确 定是否发出存在汽车信号；充电桩主体结构，包括电力供应设备和电力供 应插头；电力供应设备包括第一开关、第二开关、上拉电压接入端、第一 电阻、第一交流电源线输入端、第一交流电源线输出端、第一中线输入端、 第一中线输出端、第一接地端、电压检测器和第一输出接口，第一开关位 于第一交流电源线输入端和第一交流电源线输出端之间，第二开关位于第 一中线输入端和第一中线输出端之间，第一电阻的一端连接上拉电压，另 一端连接电压检测器，第一输出接口包括四个输出端，分别为第一交流电 源线输出端、第一中线输出端、第一接地端和第一电阻的另一端；电力供 应插头包括第二交流电源线输入端、第二交流电源线输出端、第二中线输 入端、第二中线输出端、第二接地端、第二电阻、第三开关、第三电阻和 第二输出接口，第二交流电源线输入端、第二中线输入端和第二接地端与 第一交流电源线输出端、第一中线输出端和第一接地端分别连接，第二交 流电源线输出端、第二中线输出端与第二交流电源线输入端、第二中线输 入端分别连接，第三电阻的一端与第一电阻的另一端连接，另一端与第二 电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第二接地端连接，第三开关的一端 与第二接地端连接，另一端与第三电阻的另一端连接，第二输出接口包括 三个输出端，分别为第二交流电源线输出端、第二中线输出端和第二接地 端，第二输出接口用于与电动车的充电插头连接；3G通信设备，与远端的 电动车信息采集中心建立无线双向通信链路；FLASH存储设备，预先存储 了黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所 述FLASH存储设备还预先存储了多个灰度化电动车形状模版，每一个灰 度化电动车形状模版为对不同类型的基准电动车进行拍摄所得到的电动 车图像执行灰度化处理而获得；CCD图像采集设备，用于对附近道路进行 拍摄，以获得附近道路图像；车辆类型检测设备，与CCD图像采集设备 和FLASH存储设备分别连接，包括灰度化处理子设备、图像预处理子设 备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分 割子设备和目标识别子设备，所述灰度化处理子设备与所述CCD图像采 集设备连接，以对所述附近道路图像执行灰度化处理以获得灰度化道路图 像；所述图像预处理子设备与所述灰度化处理子设备连接，以对所述灰度 化道路图像依次执行对比度增强和基于7×7像素窗口的中值滤波，以获 得预处理道路图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所 述FLASH存储设备分别连接，将所述预处理道路图像的每一个像素的灰 度值与所述黑白阈值分别比较，当像素的灰度值大于所述黑白阈值时，将 像素记为白色像素，当像素的灰度值小于所述黑白阈值时，将像素记为黑 色像素，从而获得二值化道路图像；所述列边缘检测子设备与所述二值化 处理子设备和所述FLASH存储设备分别连接，用于对所述二值化道路图 像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈 值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所 述FLASH存储设备分别连接，用于对所述二值化道路图像，计算每行黑 色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘 行；所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设 备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述 二值化道路图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所述 目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述FLASH存储设备分别连接， 将所述目标子图像与所述多个灰度化电动车形状模版匹配，匹配成功，则 输出存在电动车信号，并输出对应的电动车车型，匹配失败，则输出不存 在电动车信号；飞思卡尔MC9S12芯片，与3G通信设备、车辆类型检测 设备和环形线圈检测设备分别连接，当接收到存在汽车信号时，汽车数量 自加1，当接收到存在汽车信号且接收到存在电动车信号时，电动车数量 自加1，非电动车数量为汽车数量减去电动车数量，汽车数量、电动车数 量和非电动车数量每月自动清零，飞思卡尔MC9S12芯片通过3G通信设 备将汽车数量、电动车数量和非电动车数量发送给远端的电动车信息采集 中心位置处的服务器。

更具体地，在所述城市道路车辆信息采集系统中：电压检测器根据其 所在位置的电压来判断电力供应插头的第二输出接口是否与电动车的充 电插头完全连接。

更具体地，在所述城市道路车辆信息采集系统中：飞思卡尔MC9S12 芯片还与电力供应设备连接。

更具体地，在所述城市道路车辆信息采集系统中：飞思卡尔MC9S12 芯片还与电力供应插头连接。

更具体地，在所述城市道路车辆信息采集系统中：飞思卡尔MC9S12 芯片使用内置定时器进行定时控制。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的城市道路车辆信息采集系统的结构 方框图。

附图标记：1环形线圈检测设备；23G通信设备；3车辆类型检测设 备；4充电桩主体结构；5飞思卡尔MC9S12芯片

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的城市道路车辆信息采集系统的实施方案 进行详细说明。

电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别(异)在于四大部件，驱动 电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言，他由公 用充电桩完成充电。电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低 也取决于这四大部件的品质。电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直 接相关。

电动汽车因为内部构造的原因，使得其相对传统能源汽车来说，具有 各个方面的优势，然而，制约电动汽车发展的一个主要原因在于其充电电 网的配置很难与电动汽车的分布情况相适应，如果布置太多充电桩，虽然 能够避免电动汽车无电可充的情况发生，但是却占用太多资源，给经营者 带来难以承受的经济负担，相反，如果只在电动汽车出现频繁的道路旁边 布置充电桩，虽然减少了对资源的占用，但一方面，电动汽车出现频繁的 判断一般依靠过往的经验，判断不够科学，另一方面，容易造成电动汽车 难以寻找到充电桩的情况发生，给电动汽车用户带来时间和经济上的损 失。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种城市道路车辆信息采集系统， 首先，以充电桩结构为硬件平台，完成附近道路车辆类型的统计；其次， 优化了现有技术中的充电桩结构，提高了充电桩的充电效率，丰富了用户 的使用体验；上述硬件结构的同时实施，从根本上解决了上述问题。

图1为根据本发明实施方案示出的城市道路车辆信息采集系统的结构 方框图，所述系统包括环形线圈检测设备、3G通信设备、车辆类型检测设 备、充电桩主体结构和飞思卡尔MC9S12芯片，环形线圈检测设备用于检 测附近道路是否有汽车通过，车辆类型检测设备用于检测通过汽车的车辆 类型，充电桩主体结构用于对电动车充电，3G通信设备用于建立双向通信 链路，飞思卡尔MC9S12芯片与环形线圈检测设备、3G通信设备和车辆 类型检测设备分别连接。

接着，继续对本发明的城市道路车辆信息采集系统的具体结构进行进 一步的说明。

所述系统包括：环形线圈检测设备，埋设在充电站附近道路的下方， 用于检测过往目标是否为汽车，并在检测到汽车时发出存在汽车信号。

环形线圈检测设备包括第一感应线圈、第二感应线圈、耦合振荡电路、 信号整形放大电路和微处理器组成，第二感应线圈设置在第一感应线圈的 正前方，耦合振荡电路与第一感应线圈和第二感应线圈分别连接，以在有 目标依次通行过第一感应线圈和第二感应线圈时检测第一感应线圈和第 二感应线圈各自的线圈电感量的变化，信号整形放大电路与耦合振荡电路 连接，用于对耦合振荡电路的输出信号进行整形放大以获得整形放大信 号，微处理器与信号整形放大电路连接，用于基于接收到的整形放大信号 判断经过的目标是否为汽车以确定是否发出存在汽车信号。

所述系统包括：充电桩主体结构，包括电力供应设备和电力供应插头； 电力供应设备包括第一开关、第二开关、上拉电压接入端、第一电阻、第 一交流电源线输入端、第一交流电源线输出端、第一中线输入端、第一中 线输出端、第一接地端、电压检测器和第一输出接口，第一开关位于第一 交流电源线输入端和第一交流电源线输出端之间，第二开关位于第一中线 输入端和第一中线输出端之间，第一电阻的一端连接上拉电压，另一端连 接电压检测器，第一输出接口包括四个输出端，分别为第一交流电源线输 出端、第一中线输出端、第一接地端和第一电阻的另一端。

电力供应插头包括第二交流电源线输入端、第二交流电源线输出端、 第二中线输入端、第二中线输出端、第二接地端、第二电阻、第三开关、 第三电阻和第二输出接口，第二交流电源线输入端、第二中线输入端和第 二接地端与第一交流电源线输出端、第一中线输出端和第一接地端分别连 接，第二交流电源线输出端、第二中线输出端与第二交流电源线输入端、 第二中线输入端分别连接，第三电阻的一端与第一电阻的另一端连接，另 一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第二接地端连接，第三 开关的一端与第二接地端连接，另一端与第三电阻的另一端连接，第二输 出接口包括三个输出端，分别为第二交流电源线输出端、第二中线输出端 和第二接地端，第二输出接口用于与电动车的充电插头连接。

所述系统包括：3G通信设备，与远端的电动车信息采集中心建立无 线双向通信链路；FLASH存储设备，预先存储了黑白阈值和像素数阈值， 所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述FLASH存储设备还预先 存储了多个灰度化电动车形状模版，每一个灰度化电动车形状模版为对不 同类型的基准电动车进行拍摄所得到的电动车图像执行灰度化处理而获 得。

所述系统包括：CCD图像采集设备，用于对附近道路进行拍摄，以获 得附近道路图像。

所述系统包括：车辆类型检测设备，与CCD图像采集设备和FLASH 存储设备分别连接，包括灰度化处理子设备、图像预处理子设备、二值化 处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和 目标识别子设备，所述灰度化处理子设备与所述CCD图像采集设备连接， 以对所述附近道路图像执行灰度化处理以获得灰度化道路图像。

所述图像预处理子设备与所述灰度化处理子设备连接，以对所述灰度 化道路图像依次执行对比度增强和基于7×7像素窗口的中值滤波，以获 得预处理道路图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所 述FLASH存储设备分别连接，将所述预处理道路图像的每一个像素的灰 度值与所述黑白阈值分别比较，当像素的灰度值大于所述黑白阈值时，将 像素记为白色像素，当像素的灰度值小于所述黑白阈值时，将像素记为黑 色像素，从而获得二值化道路图像。

所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述FLASH存储 设备分别连接，用于对所述二值化道路图像，计算每列黑色像素的数目， 将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘 检测子设备与所述二值化处理子设备和所述FLASH存储设备分别连接， 用于对所述二值化道路图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数 目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行。

所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子 设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所 述二值化道路图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所 述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述FLASH存储设备分别连 接，将所述目标子图像与所述多个灰度化电动车形状模版匹配，匹配成功， 则输出存在电动车信号，并输出对应的电动车车型，匹配失败，则输出不 存在电动车信号。

所述系统包括：飞思卡尔MC9S12芯片，与3G通信设备、车辆类型 检测设备和环形线圈检测设备分别连接，当接收到存在汽车信号时，汽车 数量自加1，当接收到存在汽车信号且接收到存在电动车信号时，电动车 数量自加1，非电动车数量为汽车数量减去电动车数量，汽车数量、电动 车数量和非电动车数量每月自动清零。

飞思卡尔MC9S12芯片还通过3G通信设备将汽车数量、电动车数量 和非电动车数量发送给远端的电动车信息采集中心位置处的服务器。

可选地，在所述系统中：电压检测器根据其所在位置的电压来判断电 力供应插头的第二输出接口是否与电动车的充电插头完全连接；飞思卡尔 MC9S12芯片还与电力供应设备连接；飞思卡尔MC9S12芯片还与电力供 应插头连接；以及飞思卡尔MC9S12芯片还可以使用内置定时器进行定时 控制。

另外，电动汽车大部分车辆直接采用电动机驱动，有一部分车辆把电 动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其 难点在于电力储存技术。

电动机的驱动电能，本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电 量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。

电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设 备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。正是这些优点，使电动汽车 的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。

电动汽车采用类似于手机充电的ICM阶梯波六段式充电，具有较好 的去硫化效果，可对电池首先激活，然后进行维护式快速充电，具有定时、 充满报警、电脑快充、密码控制、自识别电压、多重保护、四路输出等功 能，配套万能输出接口，可对所有的电动车快速充电。

汽车充电网络建设模式，在充电设施推进过程中，亟待突破的难题就 是充电服务网络布点问题。电力部门依托现有的停车场设施，因地制宜地 建设微电网、分布式、综合化的可充、可换全功能充电站，可避免充电模 式存在的两个短板：一是充电时间长，二是停车环境有限。

采用本发明的城市道路车辆信息采集系统，针对现有技术难以确定合 适的充电桩分布方式的技术问题，首先，以充电桩为硬件平台，搭建了一 套汽车类型统计分析设备，并通过无线网络发送给充电桩的管理方，从而 便于管理方根据第一手数据科学地布置充电桩；其次，采用优化后的充电 桩硬件结构，迎合电动汽车用户的各类需求。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施 例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离 本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术 方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的 范围内。