CN102622890B - 基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其包括激光距离传感器以及内置于该激光距离传感器中的数据处理器，该节点装置架设于道路上一个车道的上方，激光距离传感器采用大角度激光收发测距传感器，数据处理器具有车辆信息识别模块，车辆信息识别模块连接所述的激光距离传感器及外部道路控制系统服务器。利用本发明的节点装置，所述的数据处理器能够通过激光距离传感器获得的测距数据，并基于测距数据的变化量实现车辆速度测量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能，且本发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置的结构简单，布设及应用简便，成本低廉，应用效果佳，应用扩展性好，应用范围也较为广泛。

Description

基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置

技术领域

本发明涉及交通信息采集设备，特别涉及用于交通信息采集的激光设备，具体是指一种基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置。

背景技术

激光距离传感器(又称激光测距仪)是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光距离传感器依靠目标的反射来识别：传感器向目标射出脉冲激光，由光电元件接收目标反射的激光脉冲，时间鉴别测定激光束从发射到接收的脉冲飞行时间，就可以得出从传感器到目标的距离。在激光距离传感器基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测量目标方位、运动速度和加速度等。激光距离传感器是激光、精密机械、嵌入式技术及光电子学等多学科技术的综合应用。由于激光具有高方向性、高单色性和高功率等优点，激光距离传感器由于测距较远、方便判定目标方位、精确度和分辨率高、抗干扰能力强等优点，应用领域不断扩大、行业需求众多。

智能交通之所以有巨大的发展潜力而成为物联网发展的重点领域，是与我国的国情密不可分的。随着我国经济建设的蓬勃发展，城市规模不断扩大，汽车数量的持续快速增长，交通拥堵现象日趋严重，交通事故时有发生。交通问题已成为城市管理工作中的重大社会问题。利用先进的电子、通信等技术发展我国的智能交通系统，加强现有道路交通的运输管理，提高路网的通行能力和交通服务质量非常重要。

目前我国公路交通信息采集主要有地感线圈、微波探测、超声波探测、视频图像识别和压电称重等监测方式，以上这些方式都有其各自的局限性。例如效果单一，一套仪器只能检测单一的交通信息特征；检测准确率不高，在有车辆距离较近或者相互遮挡的情况时，部分车速和流量信息会产生丢失或误判；成本较高，施工麻烦，如地感线圈需要预先进行路面埋设，视频分析服务器成本一直居高不下。

在将激光技术用于交通信息采集的相关应用领域中，中国专利申请200810079778.0公开了一种采用红外光传感器配合路面铺设反光带，并沿反光带长度方向逐点扫描方式发射和接收的激光信息收集装置，两组这样的红外光传感器相距d的位置，可以对车辆的长度、行驶速度等进行测量。但这种类型的信息采集有很多缺点，例如需要用到两套光传感器系统；需要在路面上设置反光带；如果要达到此专利所想达到的效果，传感器来回扫描的速度需要达到几百甚至上千赫兹，如此扫描范围的机械扫描结构是难以做到的。中国专利申请200910092596.1介绍了一种利用垂直路面放置的激光测距或者超声波测距仪对路面车辆进行监控，能够达到对道路车辆类型进行识别的目的，识别时候对距离变化点进行监测，但这个专利方法对车辆进行识别的采样率偏低，不能对车辆做到细致甄别；这个专利的另一个缺点是由于这个专利没有考虑车辆的速度对车辆高度点采样率的影响，因此对车辆车型的识别率非常低，应用效果较差。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够实现车辆速度测量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能的，结构简单，布设及应用简便，成本低廉，应用效果佳，且应用范围广泛的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置。

为了实现上述的目的，本发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置具有如下构成：

该节点装置包括激光距离传感器以及内置于所述的激光距离传感器中的数据处理器，所述的节点装置架设于道路一个车道的上方，所述的激光测距传感器为大角度激光收发测距传感器，所述的数据处理器具有车辆信息识别模块，所述的激光距离传感器的信号输出端连接所述的车辆信息识别模块的信号输入端。

该基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置中，所述的大角度激光收发测距传感器包括控制电路、脉冲激光发射电路和激光接收电路，所述的脉冲激光发射电路和激光接收电路均连接所述的控制电路，所述的控制电路还连接所述的数据处理器。

该基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置中，所述的脉冲激光发射电路的激光发射方向迎向所在车道的来车方向，且所述的激光发射方向与车道间夹角的角度在20°至60°之间。

该基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置中，所述的大角度激光收发测距传感器的接收孔径角度角度在20毫弧度至100毫弧度之间。

该基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置中，所述的脉冲激光发射电路发射的激光的在所述的车道上形成光斑。所述的光斑为2.5米×1米的矩形光斑。该光斑与所述的激光距离传感器之间的距离为25米。

该基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置中，所述的激光接收电路的接收范围为一直径2.7米的圆形范围。

该基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置中，所述的数据处理器还包括时间信号接收端和信号处理模块，所述的激光距离传感器的输出端通过所述的信号接收端和信号处理模块连接所述的车辆信息识别模块。

该基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置中，所述的车辆信息识别模块包括触发判断单元、车速判断单元和车型识别单元，所述的触发判断单元、车速判断单元和车型识别单元的输出端均连接外部道路控制系统或服务器。

采用了该发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其包括激光距离传感器以及内置于所述的激光距离传感器中的数据处理器，该节点装置架设于道路上一个车道的上方，所述的激光距离传感器采用大角度激光收发测距传感器，所述的数据处理器具有车辆信息识别模块，所述的车辆信息识别模块连接所述的激光距离传感器，能够利用通过激光距离传感器获得的测距数据，从而实现车辆速度测量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能，且本发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置的结构简单，布设及应用简便，成本低廉，应用效果佳，应用扩展性好，应用范围也较为广泛。

附图说明

图1为本发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置的应用方式示意图。

图2为本发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置的原理示意图。

图3为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对小型轿车进行扫描识别的效果图。

图4为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对出租车进行扫描识别的效果图。

图5为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对货柜车进行扫描识别的效果图。

图6为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对卡车进行扫描识别的效果图。

图7为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对搅拌车进行扫描识别的效果图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置的应用方式示意图。

本发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置1架设于道路6上一个车道的上方龙门架2上，并通过线缆5连接外部道路控制系统的服务器4。在一种实施方式中，所述的节点装置1包括激光距离传感器以及内置于所述的激光距离传感器中的数据处理器。所述的激光测距传感器为大角度激光收发测距传感器，如图2所示，该大角度激光收发测距传感器包括控制电路、脉冲激光发射电路和激光接收电路，所述的脉冲激光发射电路和激光接收电路均连接所述的控制电路，所述的控制电路还连接所述的数据处理器。所述的数据处理器具有车辆信息识别模块，所述的激光距离传感器的信号输出端连接所述的车辆信息识别模块的信号输入端。

在一种较优选的实施方式中，所述的脉冲激光发射电路的激光发射方向迎向所在车道的来车方向(如图1中箭头所示)，且所述的激光发射方向与车道间夹角的角度在20°至60°之间。该脉冲激光发射电路发射的激光在所述的车道上形成2.5米×1米的矩形光斑3。该光斑3与所述的激光距离传感器之间的距离为25米。

在另一种较优选的实施方式中，所述的大角度激光收发测距传感器的接收孔径角度在20毫弧度至100毫弧度之间。所述的激光接收电路的接收范围为一直径2.7米的圆形范围。

在更优选的实施方式中，所述的数据处理器还包括时间信号接收端和信号处理模块，所述的激光距离传感器的输出端通过所述的信号接收端和信号处理模块连接所述的车辆信息识别模块。该车辆信息识别模块包括触发判断单元、车速判断单元和车型识别单元，所述的触发判断单元、车速判断单元和车型识别单元的输出端均连接外部道路控制系统或服务器。

在实际应用中，不同于以往专利或者产品只能对单一交通信息进行采集，本发明提供一种基于物联网的小型化，节点化的解决方案。一个激光测距节点能实现包括车辆速度测量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能的激光智能交通信息采集节点。此智能交通节点可以输出车辆到来的触发信号，为拍照取证或视频处理提供时间触发信号；并且能实时输出路面车辆的速度，车型轮廓等。一个卡口上布置多个节点组成一套系统能够对此道路的车辆信息如拥堵情况，流量情况，车型分布等有一个全面的了解。所述的技术方案如下：

在使用时，于卡口立杆上方或者龙门架上以一定角度迎着单条车道的来车方向发射激光，此角度能保证传感节点即能测量车辆速度，又不至于使车辆的车型扫描轮廓太过模糊(建议设置与地面间的倾角在20度到60度之间)。这样得到的扫描轮廓结合车辆的速度信息能够对车型有一个准确的判断。此激光采用大角度发射接收方式，使测距装置在龙门架或立杆上方以一定角度的光束到达路面上能基本覆盖一个车道，这样可以有效防止车辆检测漏报误报的情况发生。

所述的智能交通信息采集节点，是一个采用小型化高精度高重复频率激光距离传感器，能实时输出距离数据流以及一些数据处理结果如车型，触发信号、车速度等信息。该测距仪的激光采取大角度发射接收并对光斑的形状做了适当的修正，使在25米距离时候发射激光为2.5米×1米左右的光斑。测距仪精度小于1cm，脉冲重复频率大于1kHz。

所述的多个智能交通信息采集节点构成对一个路面的完整覆盖，这些传感节点的数据通过传输线接到数据分析服务器上，为智能交通网络提供数据和服务支持。

在车辆到来时，此传感节得到的前面一组数据首先检测到距离的改变并判断是车辆还是干扰信号，然后向后台的摄像头或者主机发射一个车辆到来的触发信号。根据测量的距离信号的改变计算出此车辆的速度，并存储一个完整的车辆轮廓信息，结合车辆速度对此车辆的类型进行比对识别，得到车辆的车型信息。一个卡口或者一个完整车道的传感节点的触发信号、车辆速度与车型信息传到后台的卡口控制箱或服务器，综合出整条道路的交通信息。

具体而言，如图1所示：在道路的每个车道上放设置测距节点，以20度到60度的角度迎着车到来的方向架设；所述的测距节点按照一定频率(≥1KHz)向路面(距离25米左右)发射测距激光脉冲对通过该车道处的车辆进行监测，这样能够使200Km/h速度的车辆车身每5cm测一个点，能保障对车辆轮廓的有效描绘；所述的测距节点激光为大角度发射接收方式，在路面处形成一个大概2.5m×1m的光斑，这是我们的信息采集探测区域；当车辆到来时，探测节点首先根据一组距离变化判断车辆到来，发射信号给其他的联动传感装置如摄像头等发射一个触发脉冲，这个车辆到来时刻的响应时间很短，在10个毫秒左右；当车辆车牌进入探测区域时，根据车牌距离的改变综合一个车辆行进速度在激光方向的分量考虑通过公式：

$V=\frac{\mathrm{\ΔD}}{\mathrm{\Δ}t\cos \mathrm{\θ}}$

其中θ为激光方向与路面的夹角，由此可以计算出车辆行进的速度V；当车辆完整通过后，根据测距节点测量的距离变化综合测量角度θ和车辆速度V还原出车辆轮廓，车辆高度可以还原成：

h＝H-Dsinθ

其中H为测距节点架设距离地面的高度，由此h值配合速度V可以描绘出车辆的轮廓特征，通过得到的车辆轮廓特征与样本车辆外型特征进行比对识别，从而得到所通过车辆的类型。如图3至图7所示，依次为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对小型轿车、出租车、货柜车、卡车和搅拌车进行扫描识别后产生的车辆轮廓特征效果图，图中横坐标50点/格，纵坐标为0.6m/格。利用该车辆轮廓特征图与节点装置内预置的车型库资料进行比对，即可获得确定的车辆类型信息。

全部卡口传感节点的车辆通过信息触发计数、车辆速度、车辆类型等信息传到后台进行数据分析可以得到整体路面的车流量、拥堵情况、车辆分布等信息，配合如摄像机等其他信息采集手段，可以对路面状况有更加全面直观的了解，为交通疏导、车辆监管、信息发布等提供依据。

本发明包括以下特点：

1、其可采用红外光作为探测媒介，可不受环境光线的影响对交通信息进行全天候的采集；

2、无需对路面进行施工或者铺设合作目标，且与地感线圈相比，对车辆的到来时刻判别更加准确；

3、能实现单条车道车辆速度测量，减少了不同车道间车辆的干扰，避免了车辆信息的误报与漏报，便于对车道的抓拍取证与辨别，且由于车辆速度作为参考量，对车型识别提供有效依据；

4、只需要一个单一传感节点，就能够对众多的交通信息进行探测，总体成本低廉，可适合高密度检测点布设；

5、前端交通信息节点具有智能化处理特点，能够检测出车辆速度、车型等基本信息，前端功能节点优势的基础上，实现多节点联网，从而能够对整个道路的信息做出综合分析。

采用了该发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其包括激光距离传感器以及内置于所述的激光距离传感器中的数据处理器，该节点装置架设于道路上一个车道的上方，所述的激光距离传感器采用大角度激光收发测距传感器，所述的数据处理器具有车辆信息识别模块，所述的车辆信息识别模块连接所述的激光距离传感器，能够利用通过激光距离传感器获得的测距数据，从而实现车辆速度测量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能，且本发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置的结构简单，布设及应用简便，成本低廉，应用效果佳，应用扩展性好，应用范围也较为广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其特征在于，所述的节点装置包括激光距离传感器以及内置于所述的激光距离传感器中的数据处理器，所述的节点装置架设于道路一个车道的上方，所述的激光距离传感器为大角度激光收发测距传感器，所述的数据处理器具有车辆信息识别模块，所述的激光距离传感器的信号输出端连接所述的车辆信息识别模块的信号输入端； 

所述的大角度激光收发测距传感器包括控制电路、脉冲激光发射电路和激光接收电路，所述的脉冲激光发射电路和激光接收电路均连接所述的控制电路，所述的控制电路还连接所述的数据处理器，所述的脉冲激光发射电路发射的激光在所述的车道上形成光斑； 

所述的数据处理器还包括时间信号接收端和信号处理模块，所述的激光距离传感器的输出端通过所述的时间信号接收端和信号处理模块连接所述的车辆信息识别模块； 

所述的车辆信息识别模块包括触发判断单元、车速判断单元和车型识别单元，所述的触发判断单元、车速判断单元和车型识别单元的输出端均连接外部道路控制系统或服务器。 

2.根据权利要求1所述的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其特征在于，所述的脉冲激光发射电路的激光发射方向迎向所在车道的来车方向，且所述的激光发射方向与车道间夹角的角度在20°至60°之间。 

3.根据权利要求1所述的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其特征在于，所述的光斑为2.5米×1米的矩形光斑。 

4.根据权利要求1所述的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其特征在于，所述的光斑与所述的激光距离传感器之间的距离为25米。 

5.根据权利要求1所述的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其特征在于，所述的大角度激光收发测距传感器的接收孔径角度在20毫弧度至100毫弧度之间。 

6.根据权利要求1所述的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置，其特征在于，所述的激光接收电路的接收范围为一直径2.7米的圆形范围。