CN107895482A - 基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，装设在车道上方的龙门架上，与中心服务器进行数据交换，至少雷达单元，用于获取车辆的运动速度，并将所述的运动速度信息传送至所述的激光单元以及管理单元；激光单元，用于获取所述车辆的外形轮廓信息，并依据所述雷达单元传递的车辆的所述运动速度信息获得车辆参数信息，通过车型分类算法获得所述车辆信息并传送至所述管理单元；管理单元，用于接收所述雷达单元以及所述激光单元传递的车辆的所述运动速度信息及所述车辆信息，并统计存储断面车辆信息并与中心服务器进行数据交换；电源，用于向所述雷达单元，所述激光单元以及所述的管理单元提供电源。另外本发明还提供一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查的方法。
Description
技术领域
本发明涉及雷达应用技术领域，尤其涉及一种基于毫米波雷达与激光雷达进行交通情况信息统计的调查装置及方法。
背景技术
随着国家经济的发展，国内汽车数量越来越多，所以车辆的监测与管理变得越来越重要，其中有关交通情况的调查是公路交通信息统计的非常重要组成部分。而目前有关交通情况调查设备的检测方式按照工作原理的大概分为：微波检测技术、超声波检测技术、地感线圈检测技术、压电检测技术、地磁感应检测技术、扫描式激光检测技术、视频检测技术、固定式激光检测技术、被动红外检测技术以及红外对射检测技术等。但是这些检测技术都具有一些技术上的不足，比如：微波检测技术测量精度受波长和后端DSP处理能力影响，不能非常精确的分辨车型；超声波检测技术耐候性较差，风、雨雪都会造成较大影响；地感线圈检测技术耐候性较好，尽管不受风、雨雪的影响，但施工成本高，维护成本高，破坏路面，部分地区不允许安装；压电检测技术耐候性较好，成本较低，但施工成本与维护成本较高；地磁感应检测技术耐候性好，成本较低，施工成本中等，但是需要破坏路面；扫描式激光检测技术多车道时，受大型车辆影响，因遮挡会导致部分数据不完整，耐候性较差，雾霾和雨雪、沙尘等均会对激光测距造成较大影响，扫描式激光的光学窗口较大，容易被灰尘和雾滴污染等；视频检测技术对环境亮度要求高，季节、气候、光照等都有可能造成干扰，夜间需要额外照明，如果使用可见光，会有光污染；被动红外检测技术受路面温度影响较大，部分车辆会漏检；红外对射检测技术成本非常低，安装成本高，场合受限。
基于现有的检测技术具有上述的技术缺陷，因此急需一种可以准确高效的采集道路交通情况，实现道路交通信息有效统计的技术方案。
发明内容
本发明目的是提供一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置及方法，可以实现准确高效的采集道路交通情况，实现道路交通信息有效统计。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，装设在车道上方的龙门架上，与中心服务器进行数据交换，至少包括雷达单元，激光单元，管理单元以及电源：
所述雷达单元，用于获取车辆的运动速度，并将所述的运动速度信息传送至所述的激光单元以及管理单元；
所述激光单元，用于获取所述车辆的外形轮廓信息，并依据所述雷达单元传递的车辆的所述运动速度信息获得车辆参数信息，通过车型分类算法获得所述车辆信息并传送至所述管理单元；
所述的管理单元，用于接收所述雷达单元以及所述激光单元传递的车辆的所述运动速度信息及所述车辆信息，并统计存储断面车辆信息并与中心服务器进行数据交换；
所述电源，用于向所述雷达单元，所述激光单元以及所述的管理单元提供电源。
其中，所述雷达单元至少包括雷达数据采集子单元以及雷达数据处理子单元：
雷达数据采集子单元，用于获取车道上通过雷达检测区域的车辆的雷达数据，并发送至所述雷达数据处理子单元；
雷达数据处理子单元，用于根据所述雷达数据采集子单元传递的雷达数据计算所述车辆的运动速度信息。
其中，所述的激光单元至少包括:
激光数据采集子单元，用于获取被测车辆通过激光检测点的时间、距离信息，根据激光距离地面距离，计算被检车辆的外形轮廓、车高，并传送至所述车长计算子单元；
所述车长计算子单元，用于根据所述激光数据采集子单元发出的所述被检车辆通过检测点的时间、所述车辆速度计算被检车辆的车长，并发送至所述的车型识别子单元；
所述车型识别子单元，用于根据所述车长计算子单元计算的所述车长、车高、车辆外形轮廓，根据提出的车型识别算法判断车型并传送至所述车辆数据送出子单元；
所述车辆数据送出子单元，用于将所述车型、车速、车长、车高信息传送给所述的管理单元。
其中，所述管理单元包括：
断面车辆信息统计子单元，用于根据所述雷达单元以及所述激光单元在各车道获取的车辆信息统计分析获取该断面的机动车交通量、机动车地点车速、车头时距、跟车百分比、车头间距、平均车头间距、时间占有率的数据信息；
数据管理子单元，用于存储、显示、输出所述断面车辆信息统计子单元统计断面的车辆信息。
其中，所述的雷达单元，激光单元，管理单元以及电源作为一体式设备安装在所述龙门架上。
其中，还包括与所述电源和所述管理单元连接的网络交换机，用于将所述管理单元传递的信息在内部网络进行数据传输。
本发明还公开一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法，至少包括以下步骤：
雷达数据采集处理，获取车辆的运动速度；
激光数据采集处理，获取所述车辆的外形轮廓信息，并依据获取到的车辆的所述运动速度信息获得车辆参数信息，通过车型分类算法获得所述车辆信息；
根据获取的车辆的所述运动速度信息及所述车辆信息，统计存储断面车辆信息并与中心服务器进行数据交换。
其中，雷达数据采集处理步骤至少包括以下步骤：
雷达数据采集，通过毫米波雷达采集过车时雷达波形信号；
雷达信号处理，将采集到的雷达信号进行FIR滤波，滤波后进行FFT计算，计算获得车辆的运动速度信息。
其中，激光数据采集处理至少包括以下步骤：
激光数据采集，激光采集车辆的外轮廓距离激光的高度信息，根据设置参数以及时间戳算法获取车辆轮廓信息；
激光数据预处理，对采集的车辆数据进行翻转与滤波；
车辆特征提取，从车辆轮廓数据中提取出最能反映车辆分类信息的特征映射到特征空间，获得所述车辆信息。
其中，在统计存储断面车辆信息具体为分类决策处理，用于在特征空间中对样本按照设定规则进行分类。
本发明具有如下有益效果：
本发明实施例中基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置及方法，基于毫米波雷达测速原理与单点激光测距原理，提出一种简单、稳定、可靠、准确、高效的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况的调查装置，使用中无需破坏路面也无需封路施工，安装、调试、维护简单方便，基于雷达测速技术与激光测距技术可以准确高效的获取交通情况信息。
附图说明
图1为本发明的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置的结构示意图；
图2为本实施例的雷达单元与激光单元的结构示意图；
图3为本实施例的管理单元的结构示意图；
图4为本实施例的单车道雷达单元与激光单元的安装侧视图；
图5为本实施例的单车道雷达单元与激光单元安装俯视图；
图6为本实施例中基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置的具体实例的示意图；
图7为本实施例中基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法的处理流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
本发明提供一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，装设在车道上方的龙门架上，与中心服务器进行数据交换，参考图1所示，至少包括雷达单元101，激光单元102，管理单元103以及电源105：所述雷达单元101，用于获取通过的车辆的运动速度，并将所述的运动速度信息传送至所述的激光单元102以及管理单元103；所述激光单元102，用于获取所述车辆的外形轮廓信息，并依据所述雷达单元101传递的车辆的所述运动速度信息获得车辆参数信息，通过车型分类算法获得所述车辆信息并传送至所述管理单元103；所述的管理单元103，用于接收所述雷达单元101以及所述激光单元102传递的车辆的所述运动速度信息及所述车辆信息，并统计存储断面车辆信息并与中心服务器进行数据交换；所述电源105，用于向所述雷达单元101，所述激光单元102以及所述的管理单元103提供电源。
参考图1至图5所示的本实施例中雷达单元101与激光单元102的结构示意图以及应用场景示意图，所述雷达单元101与激光单元102可为一体式设备安装在龙门架上，在本实施例中，所述一体式设备的有效范围可为单车道，或根据需求设置在多个车道上。本实施例中还包括与所述电源105和所述管理单元103连接的网络交换机106，用于将所述管理单元103传递的信息在内部网络进行数据传输。
参考图6所示，所述雷达单元101至少包括雷达数据采集子单元401以及雷达数据处理子单元402，其中所述雷达数据采集子单元401，用于获取车道上通过雷达检测区域的车辆的雷达数据，并发送至所述雷达数据处理子单元402，所述的雷达数据处理子单元402，用于根据所述雷达数据采集子单元401传递的雷达数据计算所述车辆的运动速度信息。本发明中有关雷达单元101可以采用毫米波雷达数据的收集及处理，而有关毫米波雷达的工作原理以及处理方式可采用现有技术实现，在此不再进行赘述。
所述激光单元102至少包括，激光数据采集子单元501，用于获取被测车辆通过激光检测点的时间、距离信息，根据激光距离地面距离，计算被检车辆的外形轮廓、车高，并传送至所述车长计算子单元；所述车长计算子单元502，用于根据所述激光数据采集子单元501发出的所述被检车辆通过检测点的时间、所述车辆速度计算被检车辆的车长，并发送至所述的车型识别子单元503；所述车型识别子单元503，用于根据所述车长计算子单元计算502的所述车长、车高、车辆外形轮廓，根据提出的车型识别算法判断车型并传送至所述车辆数据送出子单元；所述车辆数据送出子单元504，用于将所述车型、车速、车长、车高信息传送给所述的管理单元103。本发明中有关激光单元102可以采用激光雷达数据的收集及处理，而有关激光雷达的工作原理以及处理方式可采用现有技术实现，在此不再进行赘述。
在本发明的实施例中，所述管理单元103包括，断面车辆信息统计子单元601，用于根据所述雷达单元以及所述激光单元在各车道获取的车辆信息统计分析获取该断面的机动车交通量、机动车地点车速、车头时距、跟车百分比、车头间距、平均车头间距、时间占有率的数据信息；数据管理子单元602，用于存储、显示、输出所述断面车辆信息统计子单元601统计断面的车辆信息。
在本发明基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，可基于毫米波雷达测速原理与单点激光测距原理，提出一种简单、稳定、可靠、准确、高效的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况的调查装置，使用中无需破坏路面也无需封路施工，安装、调试、维护简单方便，基于雷达测速技术与激光测距技术可以准确高效的获取交通情况信息。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法，至少包括以下步骤：
雷达数据采集处理，获取车辆的运动速度；在本实施例中，雷达数据采集处理步骤至少包括以下步骤：雷达数据采集，通过毫米波雷达采集过车时雷达波形信号；雷达信号处理，将采集到的雷达信号进行FIR滤波，滤波后进行FFT计算，计算获得车辆的运动速度信息。
激光数据采集处理，获取所述车辆的外形轮廓信息，并依据获取到的车辆的所述运动速度信息获得车辆参数信息，通过车型分类算法获得所述车辆信息；在本实施例中，激光数据采集处理至少包括以下步骤：激光数据采集，激光采集车辆的外轮廓距离激光的高度信息，根据设置参数以及时间戳算法获取车辆轮廓信息；激光数据预处理，对采集的车辆数据进行翻转与滤波；车辆特征提取，从车辆轮廓数据中提取出最能反映车辆分类信息的特征映射到特征空间，获得所述车辆信息。
根据获取的车辆的所述运动速度信息及所述车辆信息，统计存储断面车辆信息并与中心服务器进行数据交换。本实施例中，在统计存储断面车辆信息具体为分类决策处理，用于在特征空间中对样本按照设定规则进行分类。
具体参考图7所示，采用具体的实施例对本发明的方法做进一步说明，在本发明的实施例中，结合本发明的装置结构具体有如下处理步骤：
步骤701，雷达数据采集，通过毫米波雷达采集过车时雷达波形信号；
步骤702，雷达信号处理，将采集到的雷达信号进行FIR滤波，滤波后进行FFT计算，计算出车辆速度；
步骤703，激光数据采集，为了能准确的识别车型，首先需要获取完整的车辆信息，数据采集模块包含设备配置信息读取与数据的传送根据现场实际情况配置每组激光间的距离，配置单个激光的安装高度。激光采集车辆的外轮廓距离激光的高度信息，同时记录车辆的进入时间戳和离开时间戳，时间戳的采集依据为定时器时间戳。
步骤704，激光数据预处理，预处理的目的是对采集的车辆数据进行翻转与滤波，从而获得更加准确的车辆信息。激光传感器采集到的为车辆的外轮廓距离激光的高度信息，通过激光安装高度与激光测距值得的差值计算取得车辆的侧视轮廓值。本实施例中通过滑窗法对车辆的侧视轮廓进行滤波，使得车辆侧视轮廓数据更加准确。根据单个激光的进入时间戳和离开时间戳的差值，可以计算出车辆的存在时间。依据车辆存在时间与速度的乘积作为车辆长度，同时计算车辆高度。
步骤705，车辆特征提取，从车辆轮廓数据中提取出最能反映车辆分类信息的特征映射到特征空间，这就是车辆特征提取。计算车辆的顶长比，空间占有率，例如，车辆6段均分后各段的空间占有率，车头高度，车厢高度，车辆长度小于6米的车辆，将数据后半部分平均分为10段，分别计算空间占有率；车辆长度大于6米的车辆，将数据的前1/5作为车头数据，平均分为6段，分别计算空间占有率，将数据的后4/5作为车厢数据，平均分为10段，分别计算空间占有率。
步骤706，分类决策，分类决策是在特征空间中对样本按照一定规则进行分类。首先在样本训练的基础上，根据一定的统计规律制定判别规则，之后用进行测试，实现分类决策。本系统就是在统计大量车型的特征分布之后，建立车型分类器，最终实现对车型的识别与分类。在本发明中，有关规则的设定以及样本训练过程都可以采用现有技术的方案实行，在此不再进行赘述。
因为基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法解决问题的原理与基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置相似，所以基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法的实施可以参见基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置的实施，重复之处不再赘述。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，装设在车道上方的龙门架上，与中心服务器进行数据交换，其特征在于，至少包括雷达单元，激光单元，管理单元以及电源：
所述雷达单元，用于获取车辆的运动速度，并将所述的运动速度信息传送至所述的激光单元以及管理单元；
所述激光单元，用于获取所述车辆的外形轮廓信息，并依据所述雷达单元传递的车辆的所述运动速度信息获得车辆参数信息，通过车型分类算法获得所述车辆信息并传送至所述管理单元；
所述的管理单元，用于接收所述雷达单元以及所述激光单元传递的车辆的所述运动速度信息及所述车辆信息，并统计存储断面车辆信息并与中心服务器进行数据交换；
所述电源，用于向所述雷达单元，所述激光单元以及所述的管理单元提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，其特征在于，所述雷达单元至少包括雷达数据采集子单元以及雷达数据处理子单元：
雷达数据采集子单元，用于获取车道上通过雷达检测区域的车辆的雷达数据，并发送至所述雷达数据处理子单元；
雷达数据处理子单元，用于根据所述雷达数据采集子单元传递的雷达数据计算所述车辆的运动速度信息。
3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，其特征在于，所述的激光单元至少包括:
激光数据采集子单元，用于获取被测车辆通过激光检测点的时间、距离信息，根据激光距离地面距离，计算被检车辆的外形轮廓、车高，并传送至所述车长计算子单元；
所述车长计算子单元，用于根据所述激光数据采集子单元发出的所述被检车辆通过检测点的时间、所述车辆速度计算被检车辆的车长，并发送至所述的车型识别子单元；
所述车型识别子单元，用于根据所述车长计算子单元计算的所述车长、车高、车辆外形轮廓，根据提出的车型识别算法判断车型并传送至所述车辆数据送出子单元；
所述车辆数据送出子单元，用于将所述车型、车速、车长、车高信息传送给所述的管理单元。
4.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，其特征在于，所述管理单元包括：
断面车辆信息统计子单元，用于根据所述雷达单元以及所述激光单元在各车道获取的车辆信息统计分析获取该断面的机动车交通量、机动车地点车速、车头时距、跟车百分比、车头间距、平均车头间距、时间占有率的数据信息；
数据管理子单元，用于存储、显示、输出所述断面车辆信息统计子单元统计断面的车辆信息。
5.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，其特征在于，所述的雷达单元，激光单元，管理单元以及电源作为一体式设备安装在所述龙门架上。
6.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查装置，其特征在于，还包括与所述电源和所述管理单元连接的网络交换机，用于将所述管理单元传递的信息在内部网络进行数据传输。
7.一种基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
雷达数据采集处理，获取车辆的运动速度；
激光数据采集处理，获取所述车辆的外形轮廓信息，并依据获取到的车辆的所述运动速度信息获得车辆参数信息，通过车型分类算法获得所述车辆信息；
根据获取的车辆的所述运动速度信息及所述车辆信息，统计存储断面车辆信息并与中心服务器进行数据交换。
8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法，其特征在于，雷达数据采集处理步骤至少包括以下步骤：
雷达数据采集，通过毫米波雷达采集过车时雷达波形信号；
雷达信号处理，将采集到的雷达信号进行FIR滤波，滤波后进行FFT计算，计算获得车辆的运动速度信息。
9.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法，其特征在于，激光数据采集处理至少包括以下步骤：
激光数据采集，激光采集车辆的外轮廓距离激光的高度信息，根据设置参数以及时间戳算法获取车辆轮廓信息；
激光数据预处理，对采集的车辆数据进行翻转与滤波；
车辆特征提取，从车辆轮廓数据中提取出最能反映车辆分类信息的特征映射到特征空间，获得所述车辆信息。
10.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达与激光雷达的交通情况调查方法，其特征在于，在统计存储断面车辆信息具体为分类决策处理，用于在特征空间中对样本按照设定规则进行分类。
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