电动汽车充换电站车辆导引系统及导引方法

1.一种电动汽车充换电站车辆导引系统的导引方法，所述导引系统包括监控中心、一个或多个车载终端和一个或多个地面标识；所述监控中心包括监控服务器，所述监控服务器分别与无线通讯模块I、路径规划模块、电子地图模块和车牌读取模块连接；所述车载终端包括中央控制处理单元，所述中央控制处理单元分别与RFID模块、图像采集模块、视频编码模块、车辆数据采集模块、车辆控制模块、显示模块、GPS模块、无线通讯模块II、电源模块、存储模块连接，所述图像采集模块为CCD摄像机，安装在车辆正前面；所述地面标识包括图像标识线和RFID标识，所述图像标识线为铺设在站内道路上的两条黑白色、平行的连续导引带，所述RFID标识为铺设在站内道路上的无线射频识别标签，配合图像标识线，在道路的拐弯处及充电位的停车位置处重点铺设；所述监控中心和车载终端通过无线通讯模块I和无线通讯模块II进行通信，所述无线通讯模块I提供无线通讯功能，所述无线通讯模块II用于向监控中心发送由中央控制处理单元处理后的采集信息、行驶信息及车辆运行参数，并接收监控中心发送的指令信息、地图信息、路径指示信息；
其特征在于，所述导引系统的导引方法包括以下步骤：
1)车辆信息读取、处理；
电动汽车进入充换电站后，车牌读取模块读取进站车辆的车牌信息，传送到监控服务器，监控服务器对车牌信息进行处理，并将车牌信息进行存储以进行归档统计；
2)路径规划、地图信息回传；
由监控服务器通过路径规划模块进行路径规划后将规划后的路径信息及电子地图模块中的相关地图信息通过无线通讯模块I发送至车载终端中的无线通讯模块II，通过无线通讯模块II将接收信息传送至中央控制处理单元；
3)视觉导航；
由RFID模块采集RFID定位标识信息、由CCD摄像机读取地面上的图像标识线后传送至视频编码模块，将标识线图像进行编码处理后传送至中央控制处理单元，采用边缘提取方法提取出标识线图像、采用Hough变换法提取标识线图像点集，根据提边后的二值图数据在其上拟合出一条相对较好的直线作为车辆运行的标识线，由中央控制处理单元根据提取后的标识线斜率信息控制和矫正车辆的运行方向，同时以图像形式输出至显示模块进行显示；GPS模块采集车辆的GPS定位信息、车辆数据采集模块采集车辆电池信息、避障信息后传送至中央控制处理单元处理后经无线通讯模块II发送到监控中心同时通过显示模块进行显示，由电源模块为车载终端提供电力，存储模块保存采集数据及处理结果和相关命令；
4)RFID定位充电、换电；
到达目标点的RFID点后，车载终端提示到达充电或换电目标点位置，电动汽车开始充电或者换电。

电动汽车充换电站车辆导引系统及导引方法 \n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种车辆导引系统及导引方法，具体涉及一种基于RFID技术和视觉识别技术的电动汽车充换电站车辆导引系统的导引方法。 \n背景技术\n[0002] 作为一种可以取代传统动力汽车的新兴能源运载工具，电动汽车的发展越来越受到政府和企业的重视，在该领域投入的人力、物力和财力也越来越大，引领汽车行业走向了新的发展方向。 \n[0003] 在电动汽车的实际应用中，为方便使用而主要采取换电为主的方式，电动汽车进入到充换电站后需要自行行驶到换电位上由机械手进行动力电池的更换工作，如何实现车辆在充换电站内自动导航、如何使车辆准确地停靠在换电位置上已成为急待解决的问题。\n在本领域中，申请号为201010528873.1的发明专利公开了一种电动汽车充电预定与导航系统，其实现了车辆从道路到充换电站的GPS导航，但缺少充换电站内行驶路线的导引和车辆在充换电位上精确停车位置的导引，无法确保车辆在站内的行驶安全、效率和秩序，无法指挥车辆精确到达充换电位置。申请号为200710156863.8的发明专利公布了一种基于射频识别标签和视觉的自动导引系统及其方法，它采用工业控制计算机用于图像处理及路径规划，其设备结构复杂，设备体积过大，不适于应用到电动汽车充换电站的导引系统中，无法满足本行业对导引系统的要求。 在实际应用中，换电站控制中心也需要对站内电动车辆进行实时监控与统一管理，仅靠工作人员监督或摄像头监控无法做到及时、全面的管理，并需要耗费大量的人力与物力，不仅增加了运营成本，也会降低工作效率，不符合整个行业的发展规划。 \n[0004] 目前，现有的电动汽车导引系统的导引方法主要存在以下问题： [0005] 1)采用电子指示牌的方式不仅增加了生产成本，也无法单独地为每一辆车辆的行驶提供指示，无法使车辆正确行驶到指定的充换电位。 \n[0006] 2)无法实现充电汽车在停车位上的精确停车问题，一般换电时要求车辆与换电机械手之间的角度不超过15°，对车辆的停放位置有严格要求。 \n[0007] 3)站内所使用的摄像头监控方法无法详细地统计各个车辆的实时状态，无法实现站内车辆的实时定位监控问题。 \n发明内容\n[0008] 因此，本发明意在解决上述技术问题，而提供了一种基于RFID技术和视觉识别技术实现电动汽车自动导航行驶的电动汽车充换电站车辆导引系统的导引方法。本系统采用图像标识的导航方式和RFID标识的定位方式，提高了定位精度和车辆导引的效率，实现了电动汽车在充电位或换电位上的快速准确停靠，为电动汽车充换电站的稳定运行提供了保障。 \n[0009] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案： \n[0010] 一种电动汽车充换电站车辆导引系统的导引方法，所述导引系统包括监控中心、一个或多个车载终端和一个或多个地面标识；所述监控中心包括监控服务器，所述监控服务器分别与无线通讯模块I、路径规划模块、电子地图模块和车牌读取模块连接；所述车载终端包括中央控制处理单元，所述中央控制处理单元分别与RFID模块、图像采集模块、视频编码模块、车辆数据采集模块、车辆控制模块、显示模块、GPS模块、无线通讯模块II、电源模块、存储模块连接；所述地面标识包括图像标识线和RFID标识；所述监控中心和车载终端通过无线通讯模块I和无线通讯模块II进行通信； \n[0011] 其特征在于，所述导引系统的导引方法包括以下步骤： \n[0012] 1)车辆信息读取、处理； \n[0013] 电动汽车进入充换电站后，车牌读取模块读取进站车辆的车牌信息，传送到监控服务器，监控服务器对车牌信息进行处理，并将车牌信息进行存储以便进行归档统计； [0014] 2)路径规划、地图信息回传； \n[0015] 由监控服务器通过路径规划模块进行路径规划后将规划后的路径信息及电子地图模块中的相关地图信息通过无线通讯模块I发送至车载终端中的无线通讯模块II，通过无线通讯模块II将接收信息传送至中央控制处理单元； \n[0016] 3)视觉导航； \n[0017] 由图像采集模块采集图像导引标识信息后传送至视频编码模块压缩编码后上传至中央控制处理单元，由中央控制处理单元进行处理后通过车辆控制模块控制车辆的运行，同时以图像形式输出至显示模块进行显示；GPS模块采集车辆的GPS定位信息、车辆数据采集模块采集车辆电池信息、避障信息后传送至中央控制处理单元处理后经无线通讯模块II发送到监控中心同时通过显示模块进行显示，由电源模块为车载终端提供电力，存储模块保存采集数据及处理结果和相关命令； \n[0018] 4)RFID定位充电、换电； \n[0019] 到达目标点的RFID点后，车载终端提示充电或换电目标点位置到，电动汽车开始充电或者换电。 \n[0020] 所述图像采集模块的图像采集方法是基于视觉识别技术，采用Hough变换法提取所采集到的引导线图像信息，根据提边后的二值图数据在其上拟合出一条相对较好的直线作为车辆运行的标识线，并由中央控制处理单元根据提取后的标识线斜率信息控制和矫正车辆的运行方向。 \n[0021] 下面首先结合本发明的具体结构和连接关系说明导引系统的工作原理： [0022] 一种电动汽车充换电站车辆导引系统，它包括监控中心、一个或多个车载终端和一个或多个地面标识；所述监控中心包括监控服务器，所述监控服务器分别与无线通讯模块I、路径规划模块、电子地图模块和车牌读取模块连接；所述车载终端包括中央控制处理单元，所述中央控制处理单元分别与RFID模块、图像采集模块、视频编码模块、车辆数据采集模块、车辆控制模块、显示模块、GPS模块、无线通讯模块II、电源模块、存储模块连接；所述地面标识包括图像标识线和RFID标识。所述监控中心和车载终端通过无线通讯模块I和无线通讯模块II进行通信，无线通讯模块I和无线通讯模块II均为GPRS或3G移动通信模块。 \n[0023] 在上述车载终端中，RFID模块为系统提供RFID导航信息，图像采集模块提供图像导航信息，视频编码模块提供图像处理功能，车辆数据采集模块提供车辆运行参数数据，车辆控制模块提供车辆控制功能，显示模块提供显示功能，GPS模块提供GPS定位信息，无线通讯模块II提供无线通讯功能，电源模块提供电源，存储模块提供数据存储功能，中央控制处理单元连接于各功能单元之间。 \n[0024] 在上述监控中心中，无线通讯模块I提供无线通讯功能，路径规划模块提供行驶路径规划，电子地图模块提供电子地图信息和车牌读取模块读取车辆车牌信息，监控服务器连接于各功能单元之间。 \n[0025] 上述车载终端的中央控制处理单元，采用ARM9作为嵌入式处理器。它通过RS232接口分别与RFID模块、GPS模块连接。上述图像采集模块与视频编码模块连接，采集的图像经过视频压缩编码后，输出至中央控制处理单元进行图像处理。上述车辆数据采集模块与中央控制处理单元采用CAN总线连接，车辆数据采集模块还通过CAN总线与车辆的电池监控装置、电控监控装置连接。上述车辆控制模块与中央控制处理单元采用CAN总线连接，车辆控制模块还通过CAN总线与车辆的主控监控装置连接。 \n[0026] 上述显示模块包括LCD显示器、触摸屏、指示灯中的至少一种以及必要时包括按键，用于显示中央控制处理单元的输出数据，并提供操作命令输入功能，并且该显示模块通过IO接口、VGA接口或RS232方式与中央控制处理单元进行通信连接。 \n[0027] 在上述电动汽车充换电站车辆导引系统中，RFID模块采集道路标线上的RFID信息，并传送至中央控制处理单元经处理后通过车辆控制模块控制车辆的前进/转向/倒退/停止。 \n[0028] 在上述电动汽车充换电站车辆导引系统中，图像采集模块采用CCD数码摄像机，采集道路标线上的图像标识信息，并传送至视频编码模块编码后上传至中央控制处理单元经处理后根据车辆与引导线的角度差数据调整电动汽车的前进角度。 \n[0029] 在上述电动汽车充换电站车辆导引系统中，车辆数据采集模块通过CAN总线连接电池监控装置和电控监控装置，采集充电电池的运行参数及车辆的整体运行数据并传送至中央控制处理单元。 \n[0030] 在上述电动汽车充换电站车辆导引系统中，车辆控制模块通过CAN总线连接主控监控装置，读取车辆运行参数后传送至中央控制处理单元，并根据中央控制处理单元的指令控制车辆的运行。 \n[0031] 在上述电动汽车充换电站车辆导引系统中，显示模块用于显示图像采集模块采集到的图像信息、中央控制处理单元发出的提示信息、输入操作命令及由无线通讯模块II所接收到的监控中心发送的路径指示信息。 \n[0032] 在上述电动汽车充换电站车辆导引系统中，GPS模块用于接收GPS定位信息并传送至中央控制处理单元。 \n[0033] 上述图像标识线为铺设在站内道路上的两条黑白色、平行的连续导引带。 [0034] 上述RFID标识为铺设在站内道路上的无线射频识别标签，配合图像标识线，在道路的拐弯处及充电位的停车位置处重点铺设。 \n[0035] 在上述电动汽车充换电站车辆导引系统中，无线通讯模块II用于向监控中心发送由中央控制处理单元处理后的采集信息、行驶信息及车辆运行参数，并接收监控中心发送的指令信息、地图信息、路径指示信息。 \n[0036] 车载终端所采用的图像采集模块的图像采集方法是基于视觉识别技术，采用Hough变换法提取所采集到的引导线图像信息，根据提边后的二值图数据在其上拟合出一条相对较好的直线作为车辆运行的标识线，由中央控制处理单元根据提取后的标识线斜率信息控制和矫正车辆的运行方向，该算法受噪声点的干扰较小、识别速度快，并且该方法的成本较低、安装方法灵活简便，适于广泛应用在换电站的道路上，以指引电动汽车正确行驶到指定的充电位或换电位。其中Hough变换的识别算法来自于David G.Lowe于2004年在《International Journal of Computer Vision》上发表的“Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints”。 \n[0037] 车载终端所采用的RFID模块基于RFID技术，通过RFID阅读器读取标识线中的RFID标 识，其中包含充电位号信息、弯道标志信息和起停加减速标志信息，传送至中央控制处理单元处理后根据标识信息控制车辆的运行。该方法可靠性高，能够工作在温度-40℃～85℃之间的外部环境中，防水、防冲击、高抗干扰，安装方便简单，能实现高速数据读取，并且检测点也不易遭到破坏，为本发明的创新点之一。 \n[0038] 根据上述导引系统，电动汽车充换电站车辆的导引系统的导引方法包括以下步骤： \n[0039] (1)、车辆信息读取、处理。 \n[0040] 电动汽车进入充换电站后，车牌读取模块读取进站车辆的车牌信息，传送到监控服务器，监控服务器对车牌信息进行处理，并将车牌信息进行存储以便进行归档统计。 [0041] (2)、路径规划、地图信息回传。 \n[0042] 由监控服务器通过路径规划模块进行路径规划后将规划后的路径信息及电子地图模块中的相关地图信息通过无线通讯模块I发送至车载终端中的无线通讯模块II，通过无线通讯模块II将接收信息传送至中央控制处理单元。 \n[0043] (3)、视觉导航 \n[0044] 由图像采集模块采集图像导引标识信息后传送至视频编码模块压缩编码后上传至中央控制处理单元，由中央控制处理单元进行处理后通过车辆控制模块控制车辆的运行，同时以图像形式输出至显示模块进行显示；GPS模块采集车辆的GPS定位信息、车辆数据采集模块采集车辆电池信息、避障信息后传送至中央控制处理单元处理后经无线通讯模块II发送到监控中心同时通过显示模块进行显示，由电源模块为车载终端提供电力，存储模块保存采集数据及处理结果和相关命令。 \n[0045] (4)、RFID定位充电、换电 \n[0046] 到达目标点的RFID点后，车载终端提示充电或换电目标点位置到，电动汽车开始充电或者换电。 \n[0047] 本发明的有益效果是： \n[0048] 1、采用图像标识的导航方式，导引路径设置和变更简单方便，成本低，易维护，提高了系统对图像信息的抗干扰性，具有信号强度高、抗干扰性好、适应环境性强的优点； [0049] 2、采用RFID标识的定位方式，实现了电动汽车在充电位或换电位上的精确定位和停靠。 \n[0050] 3、采用RFID导航和图像识别导航相结合的方式，提高了车辆导引的效率，实现了电动汽车在充电位或换电位上的快速准确停靠，为电动汽车充换电站的稳定运行提供了保障。 \n附图说明\n[0051] 图1为本发明的电动汽车充换电站车辆导引系统的结构框图； \n[0052] 图2为本发明的电动汽车充换电站车辆导引系统的流程示意图； \n[0053] 图3为本发明的电动汽车充换电站车辆导引系统的数据流向示意图。 [0054] 图1中：1.监控中心：101.监控服务器，102.无线通讯模块I，103.路径规划模块，\n104.电子地图模块，105.车牌读取模块；2.车载终端：201.中央控制处理单元，202.无线通讯模块II，203.车辆数据采集模块，204.显示模块，205.车辆控制模块，206.图像采集模块，207.RFID模块，208.电源模块，209.存储模块，210.GPS模块，211.视频编码模块；3.地面标识：301.图像标识线，302.RFID标识。 \n具体实施方式\n[0055] 下面结合附图对本发明做进一步说明。 \n[0056] 图1中，一种电动汽车充换电站车辆导引系统，它包括监控中心1、一个或多个车载终端2和一个或多个地面标识3；所述监控中心1包括监控服务器101，所述监控服务器\n101分别与无线通讯模块I 102、路径规划模块103、电子地图模块104和车牌读取模块105连接；所述车载终端2包括中央控制处理单元201，所述中央控制处理单元分别与RFID模块207、图像采集模块206、视频编码模块211、车辆数据采集模块203、车辆控制模块205、显示模块204、GPS模块210、无线通讯模块II 202、电源模块208、存储模块209连接；所述地面标识3包括图像标识线301和RFID标识302。所述监控中心1和车载终端2通过无线通讯模块I102和无线通讯模块II 202进行通信，无线通讯模块I 102和无线通讯模块II \n202均为GPRS或3G移动通信模块。 \n[0057] 在上述电动汽车充换电站车辆导引系统中，RFID模块207与中央控制处理单元\n201采用RS232接口连接，图像采集206与视频编码模块211连接，视频编码模块2211与中央控制处理单元201通过RJ45接口连接，车辆数据采集模块203与中央控制处理单元201采用CAN总线连接，车辆控制模块205与中央控制处理单元201采用CAN总线连接，显示模块204与中央控制处理单元201采用IO总线连接，GPS模块210与中央控制处理单元201采用RS232接口连接，无线通讯模块II202与中央控制处理单元201采用串口或USB接口连接。 \n[0058] RFID模块207包括RFID阅读器，通过安装在电动汽车前部的RFID阅读器采集道路标线上的电子标签信息，并传送至中央控制处理单元201经处理后控制车辆的前进/转向/倒退/停止。 \n[0059] 图像采集模块206采用CCD摄像机，采集到道路标线上的原始标识图像后传送至视频编码模块211对图像进行图像-路径处理，传送至中央控制处理单元201经处理后根据车辆与引 导线的角度差数据调整电动汽车的前进角度。 \n[0060] 车辆数据采集模块203通过CAN总线连接电池监控装置，采集充电电池的运行数据并传送至中央控制处理单元201。 \n[0061] 车辆控制模块205通过CAN总线连接主控监控装置，读取车辆运行参数后传送至中央控制处理单元201，并根据中央控制处理单元201的指令控制车辆的运行。 [0062] 显示模块204用于显示图像采集模块206采集到的图像信息、中央控制处理单元\n201发出的提示信息、输入操作命令及由无线通讯模块II202所接收到的监控中心发送的路径指示信息。 \n[0063] GPS模块210用于接收GPS定位信息并传送至中央控制处理单元201。 [0064] 无线通讯模块II 202用于向监控中心发送由中央控制处理单元201处理后的采集信息、行驶信息及车辆运行参数，并接收由监控中心的无线通讯模块I 102发送的相关指令信息、路径指示信息。 \n[0065] 图像采集模块206为CCD摄像机，安装在车辆正前面，通过它读取地面上的图像标识线后传送至视频编码模块211，将标识线图像进行编码处理后传送至中央控制处理单元\n201，采用边缘提取方法提取出标识线图像、采用Hough变换法提取标识线图像点集，根据提边后的二值图数据在其上拟合出一条相对较好的直线作为车辆运行的标识线，由中央控制处理单元201根据提取后的标识线斜率信息控制和矫正车辆的运行方向，该算法受噪声点的干扰较小、识别速度快，并且该方法的成本较低、安装方法灵活简便，适于广泛应用在换电站的道路上，以指引电动汽车正确行驶到指定的换电位。 \n[0066] RFID模块302基于RFID技术，通过RFID阅读器读取RFID标识，其中包含充电工位号方向信息、行驶路线标志信息和加速、减速、转向、停车标志信息，传送至中央控制处理单元201处理，并与电子地图信息相对照，根据路径的存在信息及偏移信息调整车辆的运行；当车辆驶入充电位或换电位后，通过读取地面的RFID信息与图像标识线信息提示驾驶员精确的停靠坐标。该方法高可靠性，能够工作在温度-40℃～85℃之间的外部环境中，防水、防冲击、高抗干扰，安装方便简单，能实现高速数据读取，并且检测点也不易遭到破坏，为本发明的创新点之一。 \n[0067] 图像标识线301为铺设在站内道路上的两条黑白色、平行的连续导引带。 [0068] RFID标识302为射频电子标签，配合图像标识线301进行铺设，在行驶路线中关键的转弯处、停车处和其它关键位置安装，其中记录着电动汽车行驶到该位置的控制参数，包括运行速度、方向、转向、行驶路线信息、所能到达的目标信息等。 \n[0069] 对照图2、3的示意图，电动汽车充换电站车辆导引系统的工作流程如下： [0070] 由车牌读取模块105读取进站车辆的车牌信息后传送到监控服务器101，监控服务器101对车牌信息进行处理，并将车牌信息进行存储以便进行归档统计； [0071] 由监控服务器101通过路径规划模块103进行路径规划后将路径信息及电子地图模块104中的相关地图信息通过无线通讯模块I 102发送至车载终端2中的无线通讯模块II 202，通过无线通讯模块II 202将接收信息传送至中央控制处理单元201； [0072] 由RFID模块207采集RFID定位标识信息、由图像采集模块206采集图像导引标识信息后传送至视频编码模块211编码后上传至中央控制处理单元201，由中央控制处理单元201进行处理后通过车辆控制模块205控制车辆的运行，同时以图像形式输出至显示模块204进行显示，GPS模块210采集车辆的GPS定位信息、车辆数据采集模块203采集车辆电池信息后传送至中央控制处理单元201处理后经无线通讯模块II 209发送到监控中心同时通过显示模块204进行显示，由电源模块208为车载终端提供电力，存储模块209保存采集数据及处理结果和相关命令。 \n[0073] 到达目标点的RFID点后，车载终端提示到达充电或换电目标点位置，电动汽车开始充电或者换电。 \n[0074] 尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明并不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的工作原理进行各种形式上的修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。