CN105679043A - 一种3d雷达智能卡口系统及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于交通电子与安防监控技术领域，具体涉及一种3D雷达智能卡口系统及其处理方法，包括3D雷达传感器、高清摄像头、前端主机、网络交换机和视频刻录设备，所述3D雷达传感器用于探测车辆的坐标和速度值，并将数据传输至前端主机进行解析和处理；高清摄像头分为两组，两组高清摄像头均通过网络交换机与前端主机实现网络连接，第一组高清摄像头用于近距离车辆特征图片抓拍，第二组高清摄像头用于录制雷达监控范围内的实时视频。本发明除了具备普通卡口的过车抓拍功能外，还具备了电子警察系统的违章判断功能，同时由于采用雷达传感器进行目标轨迹跟踪分析，因此不会受到光线和天气影响，准确性高、全天候工作。
Description
技术领域
本发明属于交通电子与安防监控技术领域，具体涉及一种3D雷达智能卡口系统及其处理方法。
背景技术
目前，常见的道路交通电子监控设备包括电子警察、高清卡口、雷达测速仪等。其中电子警察的主要功能是摄录车辆的违章行为，如闯红灯、不按车道行驶等，通常安装在城市道路交叉口；高清卡口对监控点的所有经过车辆进行抓拍、分析、识别，从而具有协助公安缉查布控的作用；雷达测速仪常用在高速公路监控，对超速车辆进行摄录。这三种设备组成了目前平安城市、智能交通网络中最重要的数据采集子系统。虽然电子警察、卡口及雷达测速仪已经得到了广泛的应用，但现有技术却仍然存在明显的缺陷：
首先，电子警察及卡口系统主要通过地感线圈及视频分析的方式来监控通过车辆停止线的车辆，并判断车辆是否存在违章行为。地感线圈在埋设过程中的对路面施工不便，且维护成本较高，而视频分析方法对监控环境要求较高：在低照度及恶劣气候(大雨、大雾等)条件下，准确性及可靠性都急剧下降。
其次，过去的道路交通测速仪多专注于窄波束雷达，企图用窄波束来定位车辆，但是这种方法很难精确定位车辆位置。目前的雷达测速系统大都只能对单个车道的单个目标进行测速，大大限制了其应用范围也增加了监控成本。
再者，目前很多电子警察、高清卡口、雷达测速仪系统都采用了视频分析方法对监控视频进行智能处理，提取目标轨迹。考虑到目前高清监控的分辨率已经要求达到500万像素以上且实时性要求较高，视频处理方法所需的复杂硬件处理资源(FPGA、服务器等)，成为限制系统性能和成本的重要因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D雷达智能卡口系统及其处理方法，该系统能够实现多车道覆盖、精确定位车辆，并实现多目标测速功能，且能够全天候工作，适合各种应用场景。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种3D雷达智能卡口系统，包括3D雷达传感器、高清摄像头、前端主机、网络交换机和视频刻录设备，所述3D雷达传感器用于探测车辆的坐标和速度值，并将数据传输至前端主机；高清摄像头分为两组，两组高清摄像头均通过网络交换机与前端主机实现网络连接，第一组高清摄像头用于近距离车辆特征图片抓拍，并将特征图片通过网络传送至前端主机，第二组高清摄像头用于录制雷达监控范围内的实时视频，并将监控视频通过网络传送至视频刻录设备中保存；
优选的，所述3D雷达传感器、高清摄像头均通过支架安装在卡口处的标准道路杆件上，所述杆件高度为6m，3D雷达传感器的安装俯角为5°；
优选的，所述3D雷达传感器选用探测范围至少能够覆盖四条车道的雷达传感器；所述第一组高清摄像头为每两条车道配备一台，或每三条车道配备一台，每两条车道配备一台时，该高清摄像头的像素至少为200万，每三条车道配备一台时，该高清摄像头的像素至少为300万；所述第二组高清摄像头选用监控范围能够覆盖整个雷达监控范围的摄像头；
优选的，所述标准道路杆件上还设有补光灯，所述补光灯一一对应设置在各高清摄像头旁侧；
优选的，所述前端主机、视频刻录设备、网络交换机均放置于路侧的控制机箱中；
优选的，所述前端主机通过RS485串行接口接收3D雷达传感器送出的目标监控数据包；所述高清摄像头、网络交换机、视频刻录设备以及前端主机之间通过RJ45网络接口传输图片或视频数据。
一种上述系统的处理方法，第一组摄像头通过网络将连续的JPEG图片流传送至前端主机，JPEG图片流帧率达到20帧/秒以上；
第二组摄像头通过网络将监控视频传送至视频刻录设备；前端主机通过分析雷达监测数据，对目标的轨迹进行跟踪并识别车辆违章行为，根据车辆经过时间和违章事件发生的时间，从JPEG图片流中抽取对应车辆的特征图片，从视频刻录设备中截取相应的违章取证视频；
前端主机接收并存储一段时间内由第一组摄像头传来的连续JPEG格式图片流，当违章事件发生时立刻从中检索出相应车辆的特征图片；
雷达每50毫秒送出一帧目标检测数据，每一帧数据中包含多个数据包，其格式为：
其中，每个对象数据包的数据对应一个在雷达波束范围内的车辆或者行人目标；
轨迹分析软件时刻监听RS485串口数据，当接收到完整一帧数据后，解析出对象数据包，从中获取每个目标的速度、横向位置坐标、纵向位置坐标、目标长度，并计算出车道信息；轨迹分析软件通过维护一段时间内每个目标的对象数据包信息，就可以得到在该段时间内每个目标的完整运动轨迹；通过分析目标轨迹能够进行违章行为判断；
优选的，对于普通过车抓拍、超速抓拍、逆行抓拍，当车辆行进至距离约25米处抓拍线的时候，轨迹跟踪软件发出过车信号，并送出时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片；
优选的，对于违章变道，轨迹跟踪软件记录下具有违章行为的车辆在变道前、变道中、变道后三个具有代表性的时间戳，并在该车辆通过抓拍线的时候送出过车信号以及时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片，从视频刻录设备中截取变道前、变道中、变道后三张取证图片；
优选的，对于违停摄录，轨迹跟踪软件发现在禁停范围内有跟踪目标的车速降到一定阀值以下时候，发出违停触发信号并送出时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片。
本发明的技术效果在于：相比传统的高清卡口、电子警察，雷达测速仪，本发明除了具备普通卡口的过车抓拍功能外，还具备了电子警察系统的违章判断功能，同时由于采用雷达传感器进行目标轨迹跟踪分析，因此不会受到光线和天气影响，准确性高、全天候工作。与传统电子警察相比，由于雷达监测范围更广且能获得监控目标的完整轨迹，因此能够识别普通电子警察系统无法捕获的违章行为，如隧道中远端车辆变道、高速公路应急车道占用等。与传统雷达测速仪相比，本发明能够覆盖多个车道，同时检测多个目标对象的速度。从性能上比较，本发明使用雷达监测数据进行轨迹跟踪分析，因此不要对硬件性能要求极高的图像处理单元，节省了硬件成本且实时性更好。系统对摄像头硬件的性能依赖也较低，进一步压缩了制造成本。
附图说明
图1为本发明3D雷达智能卡口系统核心模块框图；
图2为本发明系统安装示意图；
图3为本发明雷达传感器安装角度示意图；
图4为本发明轨迹跟踪算法中检测目标的坐标系统示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种3D雷达智能卡口系统，包括3D雷达传感器4，高清摄像头1、2、3，前端主机5，网络交换机7和视频刻录设备6，所述3D雷达传感器4用于探测车辆的坐标和速度值，并将数据传输至前端主机5进行解析和处理；高清摄像头1、2、3分为两组，两组高清摄像头1、2、3均通过网络交换机7与前端主机5实现网络连接，第一组高清摄像头1、2用于近距离车辆特征图片抓拍，并将特征图片通过网络传送至前端主机5，第二组高清摄像头3用于录制雷达监控范围内的实时视频，并将监控视频通过网络传送至视频刻录设备6中保存。
优选的，本发明采用德国SMS公司的UMRR系列通用交通管理雷达传感器，单台设备能够覆盖至少4个车道，能够同时监控多达64个移动目标。例如：可采用Type29型号雷达传感器，卡车的最大监控距离为240米；小车的最大作用距离160米；行人最大监控距离为60米，水平3dB波束宽度+/-6°，垂直3dB波束宽度+/-4°；最大水平可视角度+/-18°。可采用Type30型号雷达传感器，卡车的最大监控距离为180米；小车的最大作用距离90米；行人最大监控距离为40米，水平3dB波束宽度+/-14°，垂直3dB波束宽度+/-5°；最大水平可视角度+/-35°。
优选的，所述3D雷达传感器4、高清摄像头1、2、3均通过支架安装在卡口处的标准道路杆件11上，所述杆件11高度为6m，3D雷达传感器4的安装俯角为5°。
所述3D雷达传感器4选用探测范围至少能够覆盖四条车道的雷达传感器；所述第一组高清摄像头1、2为每两条车道配备一台，或每三条车道配备一台，每两条车道配备一台时，该高清摄像头1、2的像素至少为200万，每三条车道配备一台时，该高清摄像头1、2的像素至少为300万；所述第二组高清摄像头3选用监控范围能够覆盖整个雷达监控范围的摄像头。
所述标准道路杆件上还设有补光灯10，所述补光灯10一一对应设置在各高清摄像头1、2、3旁侧。
所述前端主机5、视频刻录设备6、网络交换机7均放置于路侧的控制机箱12中。
所述前端主机5通过RS485串行接口接收3D雷达传感器4送出的目标监控数据包；所述高清摄像头1、2、3、网络交换机7、视频刻录设备6以及前端主机5之间通过RJ45网络接口传输图片或视频数据。
一种上述系统的处理方法：
第一组摄像头1、2通过网络将连续的JPEG图片流传送至前端主机5，JPEG图片流帧率达到20帧/秒以上；
第二组摄像头3通过网络将监控视频传送至视频刻录设备6；前端主机5通过分析雷达监测数据，对目标的轨迹进行跟踪并识别车辆违章行为，根据车辆经过时间和违章事件发生的时间，从JPEG图片流中抽取对应车辆的特征图片，从视频刻录设备6中截取相应的违章取证视频；
前端主机5接收并存储一段时间内由第一组摄像头1、2传来的连续JPEG格式图片流，当违章事件发生时立刻从中检索出相应车辆的特征图片；
雷达每50毫秒送出一帧目标检测数据，每一帧数据中包含多个数据包，其格式为：
其中，每个对象数据包的数据对应一个在雷达波束范围内的车辆或者行人目标；
轨迹分析软件时刻监听RS485串口数据，当接收到完整一帧数据后，解析出对象数据包，从中获取每个目标的速度、横向位置坐标、纵向位置坐标、目标长度，并计算出车道信息；轨迹分析软件通过维护一段时间内每个目标的对象数据包信息，就可以得到在该段时间内每个目标的完整运动轨迹；通过分析目标轨迹能够进行违章行为判断。
通过分析目标轨迹能够进行以下(但不限于)违章行为判断：变道(车道值改变)，逆行(速度为负值)，超速(速度值超过设定上限)，违停(在不允许停车位置速度降为极小值)，行人横穿马路(根据目标长度判断)等。
对于普通过车抓拍、超速抓拍、逆行抓拍，当车辆行进至距离约25米处抓拍线的时候，轨迹跟踪软件发出过车信号，并送出时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片。
对于违章变道，轨迹跟踪软件记录下具有违章行为的车辆在变道前、变道中、变道后三个具有代表性的时间戳，并在该车辆通过抓拍线的时候送出过车信号以及时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片，从视频刻录设备中截取变道前、变道中、变道后三张取证图片。
对于违停摄录，轨迹跟踪软件发现在禁停范围内有跟踪目标的车速降到一定阀值以下时候，发出违停触发信号并送出时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片。
监控数据的结构化分为两部分：监控目标的违章行为数据和轨迹信息由轨迹跟踪软件计算得出；车辆的特征信息由车牌识别软件、车型识别软件根据特征图片计算得出。结构化数据包括：过车时间戳、车牌、车牌类型、车速、车道、车辆品牌类型、车身颜色、违章类型、违章发生时间、图片数据位置、取证视频位置。结构化数据实时生成，实时存储在前端主机数据库文件中，并及时备份到后台大数据平台，用于检索查询。
本发明采用前端主机5对雷达信号进行实时解析，获取监控对象的完整轨迹；多个高清摄像头1、2、3只作为图像采集设备，将JPEG图片和视频流送入前端主机和视频刻录设备中进行保存，而不对采集后的图像进行实时在线的复杂处理。所有的车辆经过信号和车辆违章行为触发信号都由前端主机5通过轨迹分析算法送出，之后，根据事件发生的时间从JPEG图片流和监控视频中检索和下载对应的图片和取证视频片段。这样的设计，避免了抓拍动作不及时而造成的漏车情况；同时使得系统对高清摄像头1、2、3的智能处理性能要求降低；且被检测目标的轨迹分析数据由雷达传感器4提供，避免了直接对视频进行大量的运算操作，降低了系统复杂度。
Claims (10)
1.一种3D雷达智能卡口系统，其特征在于：包括3D雷达传感器、高清摄像头、前端主机、网络交换机和视频刻录设备，所述3D雷达传感器用于探测车辆的坐标和速度值，并将数据传输至前端主机；高清摄像头分为两组，两组高清摄像头均通过网络交换机与前端主机实现网络连接，第一组高清摄像头用于近距离车辆特征图片抓拍，并将特征图片通过网络传送至前端主机，第二组高清摄像头用于录制雷达监控范围内的实时视频，并将监控视频通过网络传送至视频刻录设备中保存。
2.根据权利要求1所述的3D雷达智能卡口系统，其特征在于：所述3D雷达传感器、高清摄像头均通过支架安装在卡口处的标准道路杆件上，所述杆件高度为6m，3D雷达传感器的安装俯角为5°。
3.根据权利要求2所述的3D雷达智能卡口系统，其特征在于：所述3D雷达传感器选用探测范围至少能够覆盖四条车道的雷达传感器；所述第一组高清摄像头为每两条车道配备一台，或每三条车道配备一台，每两条车道配备一台时，该高清摄像头的像素至少为200万，每三条车道配备一台时，该高清摄像头的像素至少为300万；所述第二组高清摄像头选用监控范围能够覆盖整个雷达监控范围的摄像头。
4.根据权利要求3所述的3D雷达智能卡口系统，其特征在于：所述标准道路杆件上还设有补光灯，所述补光灯一一对应设置在各高清摄像头旁侧。
5.根据权利要求2所述的3D雷达智能卡口系统，其特征在于：所述前端主机、视频刻录设备、网络交换机均放置于路侧的控制机箱中。
6.根据权利要求1所述的3D雷达智能卡口系统，其特征在于：所述前端主机通过RS485串行接口接收3D雷达传感器送出的目标监控数据包；所述高清摄像头、网络交换机、视频刻录设备以及前端主机之间通过RJ45网络接口传输图片或视频数据。
7.一种如权利要求1至7任意一项所述系统的处理方法，其特征在于：
第一组摄像头通过网络将连续的JPEG图片流传送至前端主机，JPEG图片流帧率达到20帧/秒以上；
第二组摄像头通过网络将监控视频传送至视频刻录设备；前端主机通过分析雷达监测数据，对目标的轨迹进行跟踪并识别车辆违章行为，根据车辆经过时间和违章事件发生的时间，从JPEG图片流中抽取对应车辆的特征图片，从视频刻录设备中截取相应的违章取证视频；
前端主机接收并存储一段时间内由第一组摄像头传来的连续JPEG格式图片流，当违章事件发生时立刻从中检索出相应车辆的特征图片；
雷达每50毫秒送出一帧目标检测数据，每一帧数据中包含多个数据包，其格式为：
其中，每个对象数据包的数据对应一个在雷达波束范围内的车辆或者行人目标；
轨迹分析软件时刻监听RS485串口数据，当接收到完整一帧数据后，解析出对象数据包，从中获取每个目标的速度、横向位置坐标、纵向位置坐标、目标长度，并计算出车道信息；轨迹分析软件通过维护一段时间内每个目标的对象数据包信息，就可以得到在该段时间内每个目标的完整运动轨迹；通过分析目标轨迹能够进行违章行为判断。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：对于普通过车抓拍、超速抓拍、逆行抓拍，当车辆行进至距离约25米处抓拍线的时候，轨迹跟踪软件发出过车信号，并送出时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：对于违章变道，轨迹跟踪软件记录下具有违章行为的车辆在变道前、变道中、变道后三个具有代表性的时间戳，并在该车辆通过抓拍线的时候送出过车信号以及时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片，从视频刻录设备中截取变道前、变道中、变道后三张取证图片。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：对于违停摄录，轨迹跟踪软件发现在禁停范围内有跟踪目标的车速降到一定阀值以下时候，发出违停触发信号并送出时间戳，前端主机根据时间信息从JPEG图片流中检索对应特写图片。
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