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基于无人机图像的城市道路停车巡检方法

王琛 张凌云 刘波 张航

王琛, 张凌云, 刘波, 张航. 基于无人机图像的城市道路停车巡检方法[J]. 交通信息与安全, 2024, 42(4): 90-101. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.04.010
引用本文: 王琛, 张凌云, 刘波, 张航. 基于无人机图像的城市道路停车巡检方法[J]. 交通信息与安全, 2024, 42(4): 90-101. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.04.010
WANG Chen, ZHANG Lingyun, LIU Bo, ZHANG Hang. An Inspection Method of Urban Road Parking Based on UAV Image[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2024, 42(4): 90-101. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.04.010
Citation: WANG Chen, ZHANG Lingyun, LIU Bo, ZHANG Hang. An Inspection Method of Urban Road Parking Based on UAV Image[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2024, 42(4): 90-101. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.04.010

基于无人机图像的城市道路停车巡检方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.04.010
基金项目: 

国家自然科学基金青年基金项目 52202435

西安市科协青年人才托举计划项目 959202313091

详细信息
    作者简介:

    王琛(1987—),博士,副教授. 研究方向:无人系统设计等. E-mail:wangchenjustin@chd.edu.cn

    通讯作者:

    张航(1991—),博士,讲师. 研究方向:智能无人系统设计等. E-mail:zhhang@chd.edu.cn

  • 中图分类号: U491

An Inspection Method of Urban Road Parking Based on UAV Image

  • 摘要: 快速准确的对城市道路停放车辆进行巡检对于城市智慧管理具有重要意义。针对当前巡检方法的低效率、高成本和不准确,研究了1种基于无人机图像的巡检方法。首先,为满足全天候巡检,采用光照度增强算法对暗光条件的图像进行增强,同时采用去模糊算法对模糊图像质量进行改善。针对YOLOv5现有算法检测精度不高,实时性不强等问题,改进网络为使模型收敛速度更快,采用Focal-EIOU Loss优化损失函数;为了可以更好的适应不同大小和形状的目标,采用C2F模块替代C3模块,使用不同大小的卷积核提取特征;为了提高网络的鲁棒性及抗干扰能力,通过添加SimAM注意力机制,不增加网络模块参数且能预测特征图的3D注意力权值;采用CARAFE算子进行上采样增加感受野,全面利用特征图的语义信息。实验结果表明:改进后YOLOv5模型的准确率提高了5.1%,召回率提高了5.9%,平均精度mAP值提高了3.6%。其次,采用字符识别网络SVTR对车牌号进行识别,仅通过单个视觉模型就能完成特征提取和文本转录2个任务。通过无人机场工程应用平台进行试验,试验结果表明:该巡检方法可以准确、快速且智能完成巡检,准确度达到90%,检测速度达到170帧/s,基本满足巡检精度和实时性要求。

     

  • 图  1  算法流程图

    Figure  1.  Overall flow chart of algorithm

    图  2  DeblurgAN网络结构

    Figure  2.  Network Structure of deblurGAN

    图  3  IOU计算图

    Figure  3.  Calculation diagram of IOU

    图  4  C3模块和C2F模块的结构图

    Figure  4.  Structure diagram of C3 module and C2F module

    图  5  CARAFE算子流程图

    Figure  5.  Flowchart of CARAFE operator

    图  6  改进后YOLOv5结构图

    Figure  6.  Structure diagram of improved YOLOv5

    图  7  SVTR结构图

    Figure  7.  Diagram of SVTR structure

    图  8  车牌颜色提取流程图

    Figure  8.  Flow Chart of license plate color extraction

    图  9  ROI区域原理图

    Figure  9.  Area Schematic of ROI

    图  10  车辆检测图

    Figure  10.  Chart of vehicle inspection

    图  11  巡检系统总体图

    Figure  11.  Diagram of general inspection system

    图  12  数据集样本图

    Figure  12.  Graph of data set sample

    图  13  车牌识别结果

    Figure  13.  Result of license plate recognition

    图  14  改进前后算法训练结果

    Figure  14.  Results of algorithm training before and after improvement

    图  15  不同速度测试结果图

    Figure  15.  Graphs of test results at different speeds

    图  16  去模糊前后识别结果图

    Figure  16.  Identify the result map before and after deblurring

    图  17  光照增强前后检测结果图

    Figure  17.  Detection result diagram before and after light enhancement

    图  18  违停检测结果图

    Figure  18.  Stop violation detection result diagram

    表  1  消融实验结果

    Table  1.   Results of Ablation Experiment

    改进的网络结构 P/% R/% mAP@0.5/%
    YOLOv5 84.3 75.4 83.5
    YOLOv5+Focal-EIOU 83.1 78.8 84.1
    YOLOv5+Focal-EIOU+C2F 84.2 78.6 84.9
      YOLOv5+Focal-EIOU+C2F+SimAM 85.1 79.5 85.1
      YOLOv5+Focal-EIOU+C2F+SimAM +CARAFE 89.4 81.3 87.1
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    表  2  不同模型对比结果

    Table  2.   Compare experiment results with different models

    模型 精确率/% 召回率/% mAP/% FPS/(帧/s)
    SSD 87.6 76.4 85.1 85.7
    Faster R-CNN 88.4 79.5 83.5 62.4
    YOLOv5s 84.3 75.4 83.4 187.5
    YOLOv6s 85.4 77.1 82.2 120.4
    YOLOv7 80.2 68.2 70.7 108.5
    YOLOv8s 81.8 73.9 75.6 195.4
    YOLOv6s_U 87.5 78.8 84.6 202.1
    本文模型 89.4 81.3 87.1 195.6
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    表  3  无人机场参数表

    Table  3.   Table of Unmanned Airfield Parameters

    指标 参数
    机场作业半径/km 7
    防水等级 IP55
    工作环境温度/℃ -35~50
    RTK基站定位 1 + 10-4(水平)
    精准度/cm 2 + 10-4(垂直)
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    表  4  无人机参数表

    Table  4.   Table of UAV Parameters

    指标 参数
    云台相机 禅思H20N
    最大飞行时间/min 41
    最大水平飞行速度/(m/s) 23
    最大变焦倍数/x 200
    工作环境温度/℃ -20~50
    云台可控转动范围/(°) 平移:±90
    俯仰:-120~+45
    RTK基站定位精准度/cm 1 + 10-4(水平)
    1.5 + 10-4(垂直)
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    表  5  实验环境

    Table  5.   Experimental Environment

    场景 描述
    道路1 主干道2 km, 监控多,违停少
    道路2 辅道1 km, 监控少,违停多
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    表  6  环境光照强度对照表

    Table  6.   Table of ambient light intensity comparison

    场所/环境 光照度/lux
    晴天室外 30 000~300 000
    阴天室外 50~500
    夜间路灯 0.1~0.3
    黑夜 0.001~0.02
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    表  7  系统测试实验结果

    Table  7.   Results of System Test

    场景 算法 FPS/(帧/s) 准确率/%
    车牌识别 违停判断 光照增强 去模糊
    198.2 89.2
    光照较好 195.4 88.4
    187.2 93.5
    182.9 91.6
    198.4 72.5
    193.6 69.7
    光照较差 185.2 88.4
    180.7 87.3
    174.5 92.1
    170.1 90.9
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  • 收稿日期:  2024-01-30
  • 网络出版日期:  2024-11-25

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