一种具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁

1.本发明属于无线物联技术领域，具体涉及一种具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁。


背景技术：

2.计算机视觉、5g物联网等技术的飞速发展给车位锁的改进提供了一种全新的思路。将计算机视觉及物联网技术融入到车位锁中，实现车牌号码的自动检测，并验证车主身份，控制车位锁智能上锁或解锁，同步无线接入到车位管理系统。
3.在计算机视觉技术中，传统的目标检测算法针对特定对象人工地选取边缘、纹理等特征来对物体进行检测，不具有普遍性，在环境光照不均、斜视、遮挡等不良条件下鲁棒性大大降低。而深度学习利用其强大的表征和建模能力能够自动学习到目标的特征表示，避免人工提取特征，近年来已经在目标检测任务中取得令人满意的成绩，可以很好地实现车牌号检测及车主身份识别。
4.物联网技术通过信息传感设备，按约定的协议将物体和网络相连接并进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位等功能。应用物联网技术将可使车位锁承载的车主身份、开合状态、位置等信息被充分利用起来，从而提高资源利用率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁。
6.本发明的目的通过如下技术方案来实现：
7.一种具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁包括：来车识别单元、车位检测单元、智能控制单元、车位锁锁体和物联通讯单元；所述来车识别单元包括高清光学摄像头、软件部分为faster-rcnn目标检测算法；所述车位检测单元包括红外测距传感器；两个单元安装于车位锁上部前端，当红外测距传感器感应到车位前方一定范围内有物体时，将发出中断信号唤醒系统进入工作状态，高清光学摄像头开始工作以采集车位前方的来车信息；车位锁解锁后呈平放姿态，红外测距传感器将对准垂直方向，以检测停放车辆是否离开车位，即当车位锁上方无车体时判定驶离车位，并发送中断信号给智能控制单元；所述智能控制单元采为嵌入式计算机，用于运行训练好的模型与发送相应的控制信号；所述车位锁锁体为锁体机械结构，包括驱动电机和控制与无线通讯集成电路，控制与无线通讯集成电路接收智能控制单元发出的控制信号，产生驱动电流控制驱动电机，从而控制车位锁立起与放倒，实现上锁与解锁；所述物联通讯单元为无线通讯模块，将存储器中信息上传至远程服务器。
8.进一步地，所述嵌入式计算机进入工作状态后将来车检测单元采集的图像处理后送入模型中进行检测，输出检测结果。若来车为车主登记车辆，则向车位锁锁体发出开锁控制信号，放倒车位锁；非车主登记车辆则进入低功耗状态。当车位检测单元触发中断时，向车位锁锁体发出上锁控制信号，立起车位锁。
9.本发明的有益效果在于：
10.克服了传统的电磁式车位锁需要手动解锁，在某些情况下由于操作不便或控制器失灵的问题；克服了传统目标检测算法车牌提取识别繁琐且低效的问题；提高了车位锁信息的利用率。
附图说明
11.图1是具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁的原理框图；
12.图2是具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁的结构示意图；
13.图3具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁的拆解结构示意图；
14.图4是备身份验证与无线互联功能的智能车位锁的控制流程；
15.图5是备身份验证与无线互联功能的智能车位锁的faster-rcnn网络结构框图；
16.图6是备身份验证与无线互联功能的智能车位锁的faster-rcnn网络训练过程。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明做进一步描述。
18.根据图1至图6，一种具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁包括：来车识别单元、车位检测单元、智能控制单元、车位锁锁体和物联通讯单元；
19.来车识别单元的硬件部分采用130万像素高清光学摄像头1与u81红外测距传感器2，并安装于车位锁5前方。当红外测距传感器2感应到车位前方一定范围内有物体时，将发出中断信号唤醒系统进入工作状态，高清光学摄像头1开始工作以采集车位前方的来车信息。
20.考虑到夜间低照度情况，在车位锁5外表面贴附光敏元件并安装辅助光源3。当环境光强跳变到低阈值时触发中断，修改智能控制单元中相应寄存器的值使能辅助光源3的控制口，在红外测距传感器2将高清光学摄像头1唤醒时，同时打开辅助光源3协助拍摄。当环境光强跳变到高阈值时，修改智能控制单元中相应寄存器的值去使能辅助光源3的控制口。
21.车位检测单元采用u81红外测距传感器2。红外测距传感器2安装于车位锁5前方，当车位锁5解锁后呈平放姿态，红外测距传感器2将对准垂直方向，以检测停放车辆是否离开车位，即当车位锁5上方无车体时判定驶离车位，并发送中断信号给智能控制单元。
22.智能控制单元采用嵌入式计算机，具体可采用arm架构的嵌入式处理系统，如raspberry pi-4b或nvidia jetson nano嵌入式系统。如使用raspberry pi-4b算力低的计算平台时，为加速faster-rcnn目标检测算法的计算速度，还可附加intel公司的第二代神经网络计算棒ncs2。嵌入式计算机搭建后，用以运行训练好的faster-rcnn模型，可实现车牌毫秒级识别。
23.物联通讯单元采用lora无线通讯模块或nb-iot无线通讯模块，通过tcp网络与远程服务器建立通讯连接，将存储器中车位锁5的状态、车位进入时间、图像、车主身份等信息上传至远程服务器，车主可通过移动终端查阅这些信息，管理员也可以通过管理系统对信息进行存储、查询、统计等管理。进一步地，可以部署在云端服务器，在移动终端，如手机、平板、智能手表上开发软件，利用这些信息搭建智慧平台，实现信息共享。
24.根据图2-3，车位锁5锁体由锁体机械结构，包括驱动电机7、控制与无线通讯集成电路10、太阳能电池板4和交流电源电路9。控制与无线通讯集成电路10接收智能控制单元发出的控制信号，产生驱动电流控制驱动电机7，从而控制锁体机械结构的立起与放倒，实现上锁与开锁。太阳能电池板4在日间储存电能，可为系统提供备用能源。交流电源电路9将电网中的电能转换为可供车位锁5使用的直流电源。
25.根据图4，通常车位锁5系统处于低功耗状态，仅来车识别系统的红外测距传感器2进行工作。当红外测距传感器2检测到车位前方一定范围内存在物体时，唤醒车位锁5系统进入工作状态。当智能控制单元在高清摄像头1采集的图像中检测到车主车辆时，向车位锁5锁体发出开锁控制信号放倒车位锁5，否则系统重新回到低功耗状态。若此时环境光照强度较低，则启动辅助光源3协助拍摄。车位锁5开锁后呈放倒姿态，红外测距传感器3开始探测车位锁5上方遮挡情况。车辆停放在车位时会长时间遮挡车位锁5，当车位检测单元检测到这个信号时触发中断，使系统回到低功耗状态。当车辆离开车位时，车位锁5的上方不再被遮挡，当车位检测单元检测到这个信号时触发中断，唤醒系统进入工作状态，智能控制单元发出上锁信号立起车位锁5，上锁后系统回到低功耗状态。
26.根据图5，rpn网络与fast-rcnn网络的共享网络由5个卷积层组成，原始的图像经过共享网络转换为特征图。rpn网络除共享权值网络外，还包含3个卷积层和1个softmax层。fast-rcnn网络除共享网络外，还包含1个roipooling层、4个全连接层和1个softmax层。
27.来车识别单元采集的车辆图像输入到权值共享的卷积神经网络中，经过5层卷积层特征提取后生成特征图。rpn网络将特征图再一次通过卷积层提取特征，随后使用两个卷积层分别输出候选框的位置信息和候选框中包含车牌的置信度，softmax层用于归一化置信度。rpn网络生成的候选框在共享网络生成的特征图上的映射区作为roi送入fast-rcnn网络中的roipooling层，池化后得到特征经过2个全连接层做非线性变换，最后使用两个全连接层分别输出候选框的修正位置信息和候选框中包含车牌的置信度，softmax层用于归一化置信度。
28.根据图6，使用公开的ccpd数据集对算法进行训练和测试，使用四步交替训练方法训练出共享网络权值的rpn网络和fast-rcnn网络，步骤如下：
29.第一步：首先用ccpd数据集初始化，独立训练一个rpn网络；
30.第二步：仍然用ccpd数据集初始化，但是使用上一步rpn网络产生的proposal作为输入，训练一个fast-rcnn网络，至此，两个网络每一层的参数完全不共享；
31.第三步：使用第二步的fast-rcnn网络参数初始化一个新的rpn网络，但是把rpn、fast-rcnn共享的那些卷积层的学习率设置为0，也就是不更新，仅仅更新rpn特有的那些网络层，重新训练，此时，两个网络已经共享了所有公共的卷积层；
32.第四步：仍然固定共享的那些网络层，把fast-rcnn特有的网络层也加入进来，形成一个统一的网络，继续训练，微调fast-rcnn特有的网络层。
33.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁，其特征在于：包括来车识别单元、车位检测单元、智能控制单元、车位锁锁体和物联通讯单元；所述来车识别单元包括高清光学摄像头(1)、软件部分为faster-rcnn目标检测算法；所述车位检测单元包括红外测距传感器(2)；两个单元安装于车位锁(5)上部前端，当红外测距传感器(2)感应到车位前方一定范围内有物体时，将发出中断信号唤醒系统进入工作状态，高清光学摄像头(1)开始工作以采集车位前方的来车信息；车位锁(5)解锁后呈平放姿态，红外测距传感器(2)将对准垂直方向，以检测停放车辆是否离开车位，即当车位锁(5)上方无车体时判定驶离车位，并发送中断信号给智能控制单元；所述智能控制单元采为嵌入式计算机，用于运行训练好的模型与发送相应的控制信号；所述车位锁锁体为锁体机械结构，包括驱动电机(7)和控制与无线通讯集成电路(10)，控制与无线通讯集成电路(10)接收智能控制单元发出的控制信号，产生驱动电流控制驱动电机(7)，从而控制车位锁(5)立起与放倒，实现上锁与解锁；所述物联通讯单元为无线通讯模块，将存储器中信息上传至远程服务器。2.根据权利要求1所述的一种具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁，其特征在于：所述嵌入式计算机进入工作状态后将来车检测单元采集的图像处理后送入模型中进行检测，输出检测结果。若来车为车主登记车辆，则向车位锁锁体发出开锁控制信号，放倒车位锁(5)；非车主登记车辆则进入低功耗状态。当车位检测单元触发中断时，向车位锁锁体发出上锁控制信号，立起车位锁(5)。

技术总结
本发明属于无线物联技术领域，具体涉及一种具备身份验证与无线互联功能的智能车位锁。包括来车识别单元、车位检测单元、智能控制单元、车位锁锁体和物联通讯单元；来车识别单元包括高清光学摄像头；车位检测单元包括红外测距传感器；红外测距传感器感应到车位前方有物体，发出中断信号，高清光学摄像头采集信息；车位锁解锁，红外测距传感器将对准垂直方向，检测车辆驶离车位，发送中断信号给智能控制单元；智能控制单元采为嵌入式计算机，发送控制信号；车位锁锁体为锁体机械结构，包括驱动电机和控制与无线通讯集成电路，控制与无线通讯集成电路接收智能控制单元发出的控制信号，控制车位锁立起与放倒。本发明操作简单，提高车位锁信息利用率。位锁信息利用率。位锁信息利用率。


技术研发人员：沙建军 韩明 王向伟 钱海宁 马程远 张祥
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8