CN108089024A - 一种车辆速度检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆速度检测系统及方法。所述系统包括：激光测距传感器和数据处理装置；所述激光测距传感器以预设扫描频率向检测区域内各扫描点发射激光脉冲，以获取各扫描点的回波信息形成一帧测距数据；其中相邻的任意两个扫描点与所述激光测距传感器构成的夹角为预设角度值；所述数据处理装置根据获取的激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据和参考测距数据提取出每一辆车的测距数据，然后计算对应车辆的轮胎位置和车辆行驶速度。所述方法基于上述系统实现。本发明可以简化交通情况调查系统，降低其安装难度，同时节约硬件成本。

Description

一种车辆速度检测系统及方法

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，具体涉及一种车辆速度检测系统及方法。

背景技术

随着高速公路建设事业的不断发展，高速公路管理者和使用者提出了更高的管理需求和使用需求。例如，通过高速公路情况调查可以为高速公路的管理、规划、设计、科研以及科学发展提供基础数据，为高速公路的使用者分享高质量的动态出行信息服务。

目前，常用的交通情况调查技术包括视频检测技术、超声波检测技术、感应线圈检测技术、压电薄膜与线圈组合技术和激光检测技术。视频检测技术的检测精度易受环境光线的影响，超声波检测技术反射信号也易受风雨等恶劣自然条件的影响，感应线圈以及压电膜等技术在使用上需要破路施工，而且给后期维护带来了较大的困难。激光检测技术由于是非接触式检测，在交通情况调查中得到广泛应用。扫描式的激光测距传感器对车辆三维轮廓进行扫描，可以区分车型、计算行驶速度以及统计车流量，具有检测精度高，工作稳定可靠，后期维护方便等优点。

现有技术中交通情况调查设备通常采用两台二维扫描的激光测距传感器成45度夹角的安装方式以测量车辆行驶速度，这种方案不仅成本较高，而且安装较为不便。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种车辆速度检测系统及方法，以解决现有技术中交通情况调查设备采用两台激光测距传感器造成的成本高，安装不便的问题。

第一方面，本发明提供了一种车辆速度检测系统，所述系统包括：激光测距传感器和数据处理装置；

所述激光测距传感器以预设扫描频率向检测区域内各扫描点发射激光脉冲，以获取各扫描点的回波信息形成一帧测距数据；其中相邻的任意两个扫描点与所述激光测距传感器构成的夹角为预设角度值；

所述数据处理装置根据获取的激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据和参考测距数据提取出每一辆车的测距数据，然后计算对应车辆的轮胎位置和车辆行驶速度。

可选地，所述激光测距传感器安装道路一侧，高度为预设高度；所述激光测距传感器的扫描面与车辆行驶方向成预设夹角。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆速度检测方法，基于第一方面所述的车辆速度检测系统实现，所述方法包括：

获取激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据以及参考测距数据；

根据所述参考测距数据从所述多帧测距数据中提取每一辆车的测距数据；

根据每一辆车的测距数据计算对应车辆的轮胎位置；

根据每一辆车轮胎位置计算车辆行驶速度。

可选地，所述获取激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据以及参考测距数据的步骤包括：

所述激光测距传感器以预设扫描频率向检测区域内各扫描点发射激光脉冲，以获取各扫描点的回波信息形成一帧测距数据；其中相邻的任意两个扫描点与所述激光测距传感器构成的夹角为预设角度值；

重复上述步骤多次从而得到多帧测距数据。

可选地，所述根据所述参考测距数据从所述多帧测距数据中提取每一辆车的测距数据的步骤包括：

将所述多帧测距数据对应每个扫描点的测距数据转换为第一直角坐标系下的第一横坐标X1和第一纵坐标Y1；以及将所述参考测距数据对应每个扫描点的测距数据转换为第一直角坐标系下的参考横坐标X0和参考纵坐标Y0；

提取所述第一横坐标X1与所述参考横坐标X0不同，且所述第一纵坐标Y1大于预设高度阈值Y0’表示扫描点位于车辆上的测距数据；

从上一步骤提取的测距数据中多次提取具有相同第一横坐标X1的相邻两帧测距数据即可得到同一辆车的测距数据；

所述第一直角坐标系是指，坐标原点O1为所述激光测距传感器的位置，第一X轴为其扫描方向，第一Y轴为竖直方向。

可选地，所述根据每一辆车的测距数据计算对应车辆的轮胎位置的步骤包括：

利用同一辆车的每帧测距数据确定车身侧面与地面的分界点；

在车身侧面与地面的分界点中寻找第一横坐标X1最小的分界点，该分界点为车辆轮胎与地面的接触点即提取到对应车辆轮胎位置。

可选地，所述根据每一辆车轮胎位置计算车辆行驶速度的步骤包括：

以车辆轮胎与地面的接触点为坐标原点O2，行车方向为第二X轴，竖直向上方向为第二Y轴，建立第二直角坐标系；

根据轮胎上至少两个扫描点、轮胎中心以及坐标原点结合轮胎外廓尺寸为圆形计算轮胎半径以及车辆行驶速度。

由上述技术方案可知，本发明利用激光测距传感器发射激光脉冲并根据扫描点反射的回波信息形成多帧测距数据以及参考测距数据；根据所述参考测距数据从所述多帧测距数据中提取每一辆车的测距数据；根据每一辆车的测距数据计算对应车辆的轮胎位置；根据每一辆车轮胎位置计算车辆轮胎半径以及车辆行驶速度。可见，本发明仅需要一台激光测距传感器即可获取到车辆行驶速度。与现有技术需要两台二维扫描激光测距传感器相比，本发明简化交通情况调查系统，降低其安装难度，同时节约硬件成本。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明一实施例提供的一种车辆速度检测方法流程示意图；

图2为激光测距传感器扫描车辆示意图；

图3为整车扫描示意图；

图4为第一直角坐标系下无轮胎处单帧数据点分布示意图；

图5为第一直角坐标系下有轮胎处单帧数据点分布示意图；

图6为第二直角坐标系下车身与地面分界点分布示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种车辆速度检测系统，所述系统包括：激光测距传感器和数据处理装置。其中，

激光测距传感器安装道路一侧，高度为预设高度。所述激光测距传感器的扫描面与车辆行驶方向成预设夹角，用于以预设扫描频率向检测区域内各扫描点发射激光脉冲，以获取各扫描点的回波信息形成一帧测距数据；其中相邻的任意两个扫描点与所述激光测距传感器构成的夹角为预设角度值；

所述数据处理装置根据获取的激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据和参考测距数据提取出每一辆车的测距数据，然后计算对应车辆的轮胎位置和车辆行驶速度。

该激光测距传感器安装于道路一侧或者道路正上方，高度为预设高度。该预设高度可以根据需要进行调节，例如，本发明一实施例中，激光测距传感器的安装高度为7.5米。并且，激光测距传感器的扫描平面与车辆行驶方向成预设夹角。该预设夹角可以根据需要进行调节，例如，本发明一实施例中，激光测距传感器的扫描平面与车辆行驶方向夹角为90度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆速度检测方法，基于第一方面提供的车辆速度检测系统，如图1所示，包括：

S1、获取激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据以及参考测距数据；

S2、根据所述参考测距数据从所述多帧测距数据中提取每一辆车的测距数据；

S3、根据每一辆车的测距数据计算对应车辆的轮胎位置；

S4、根据每一辆车轮胎位置计算车辆行驶速度。

下面结合实施例、附图以及上述车辆速度检测装置对本发明提供的车辆速度检测方法的各步骤作详细说明。

首先，介绍S1、获取激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据以及参考测距数据的步骤。

实际应用中，激光测距传感器以预设扫描频率向检测区域内各扫描点发射激光脉冲。该激光脉冲在遇到检测区域内的物体后返回形成回波信号，根据该回波信号可以计算出每个扫描点与激光测距传感器之间的距离。激光测距传感器在一个扫描周期内所有回波信号形成一帧测距数据。任意相邻的两个扫描点与上述激光测距传感器形成的夹角为固定值，即激光测距传感器的角度分辨率。可见，预设扫描频率越高，相同时间内得到的测距数据帧越多；激光测距传感器的角度分辨率越高，相同检测区域内扫描点分布越密集。需要说明的是，上述预设扫描频率可以根据实际需要进行设定，本发明不作限定。

实际应用中，上述任意一帧测距数据所对应的扫描点分别位于地面、车身侧面和/或车身顶部。参考测距数据是指没有车辆进入检测区域时，各扫描点位于检测区域时对应的测距数据。并且该参考测距数据会以一定周期进行更新。

其次，介绍S2、根据所述参考测距数据从所述多帧测距数据中提取每一辆车的测距数据的步骤。

上述测距数据中主要是指各扫描点与激光测距装置之间的距离。为方便使用，还需要对上述测距数据进行转换。第一，建立第一直角坐标系，该第一直角坐标系坐标原点O1为激光测距传感器，第一X轴为激光测距传感器的扫描方向，第一Y轴为竖直向上方向。第二，将对应每个扫描点的测距数据转换为第一直角坐标系下的第一横坐标X1和第一纵坐标Y1。同时将参考测距数据转换为第一直角坐标系下的参考横坐标X0和参考纵坐标Y0，转换公式如下：

公式中，L表示当前扫描点与激光测距传感器之间的距离；α表示当前扫描点所在方向与竖直向上方向之间的夹角，H表示预设高度。

将每帧测距数据与参考测距数据进行比较，提取第一横坐标X1与参考横坐标X0不同，且第一纵坐标Y1大于纵坐标阈值的测距数据，该测距数据对应的扫描点位于车辆上。实际应用中，当车辆并行时，测距数据中会包含多辆车，此时可以根据第一横坐标X1的不同区分不同车辆，并将该多辆车分开为单辆车以及记录每辆车对应的测距数据。

根据第一横坐标X1的变化将相邻两帧中属于同一辆车的测距数据存储到一起，直到车辆驶离激光测距传感器的检测区域，即可得到该辆车完整的测距数据，图3示出了整车扫描示意图。同一辆车在行驶过程中，相邻两帧测距数据之间对应的X坐标有重合部分，可以根据第一横坐标X1的变化将相邻两帧测距数据提取出来，并重复本步骤多次，即可得到同一辆车的测距数据，这样即便车辆行驶过程中变换车道，也能够提取到这辆车完整的测速数据。

再次，介绍S3、根据每一辆车的测距数据计算对应车辆的轮胎位置的步骤。

图4示出了第一直角坐标系下无轮胎处单帧数据点分布示意图。如图4所示，由于车辆底盘存在一定高度，激光测距传感器在扫描过程中，根据光的直线传播原理，在车身侧面与地面的交界处会有一部分扫描点位于车辆底部(图4中M点)。图5示出了第一直角坐标系下有轮胎处单帧数据点分布示意图。由于存在轮胎，辐射侧面与地面的交界处会有一部分扫描点(少于没有轮胎的情况)位于车辆底部。因此通过位于底盘底下扫描点的多少即可检测车身侧面与地面的交界点。为此，本发明实施例中通过设置预设高度阈值Y0’，然后遍历第一纵坐标Y1位于预设高度阈值Y0’以下的所有扫描点，即可以找到车身侧面与地面的分界点。

找到每一帧测距数据中车身与地面的分界点以后，记录每一帧测距数据的分界点的第一横坐标X1值。由于遮挡原理，在有轮胎遮挡时，车身与地面的分界点的第一横坐标X1一定比没有轮胎遮挡时车身与地面分界点的第一横坐标X的值小。如图4与图5所示，有轮胎处时车身与地面的分界点第一横坐标Xn小于无轮胎处时车身与地面的分界点的第一横坐标Xm。可以确定的是，轮胎与地面接触点对应的测距数据的每日一横坐标X1最小，由此在局部范围内寻找第一横坐标X1最小的分界点轮胎与地面的接触点从而确定轮胎的位置。如图6所示，A1、A2、A3、……、An为位于轮胎边缘的扫描点，其中O2为轮胎与地面的接触点。

最后，介绍S4、根据每一辆车轮胎位置计算车辆行驶速度的步骤。

确定轮胎的位置后，以轮胎和地面的接触点为坐标原点O2，行车方向为第二X轴，竖直向上方向为第二Y轴，建立第二直角坐标系。如图6所示，根据轮胎上至少两个扫描点、轮胎中心以及坐标原点结合轮胎外廓尺寸为圆形计算轮胎半径以及车辆行驶速度。

由于轮胎外廓为圆形，设置其半径为R，并且该轮胎中心点的坐标为(0，R)，对应的轮胎边界曲线可由圆形方程确定：

x²+(y-R)²＝R²。

如图6所示，扫描点Ak和Am的第二纵坐标Y2由步骤S3直接得到，分别为Yk和Ym。由于第二横坐标X2与车辆行驶速度有关，具体为：

式中，V表示车辆行驶速度；T表示扫描激光测距传感器的扫描周期；N_k、N_m分别表示第k帧、第m帧与第o帧相关的扫描周期数；l_o、l_k、l_m分别为o点、k点、m点在当前帧测距数据中的索引值；I表示一个扫描周期的总扫描点数。

将(Xk，Yk)和(Xm，Ym)的值分别代入轮胎边界曲线方向，通过计算可以得到半径R和车辆行驶速度V：

其中，

针对每个轮胎进行同样的计算，可以得到每个轮胎的半径和车辆行驶速度，然后计算多个轮胎所对应车辆行驶速度的平均值，从而可以减少单次测量带来的测量误差。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种车辆速度检测系统，其特征在于，所述系统包括：激光测距传感器和数据处理装置；

所述激光测距传感器以预设扫描频率向检测区域内各扫描点发射激光脉冲，以获取各扫描点的回波信息形成一帧测距数据；其中相邻的任意两个扫描点与所述激光测距传感器构成的夹角为预设角度值；

所述数据处理装置根据获取的激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据和参考测距数据提取出每一辆车的测距数据，然后计算对应车辆的轮胎位置和车辆行驶速度。

2.根据权利要求1所述的车辆速度检测系统，其特征在于，所述激光测距传感器安装车道一侧，高度为预设高度；所述激光测距传感器的扫描面与车辆行驶方向成预设夹角。

3.根据权利要求1所述的车辆速度检测系统，其特征在于，所述激光测距传感器安装高度在5米到10米的范围。

4.一种车辆速度检测方法，其特征在于，基于权利要求1～2任一项所述的车辆速度检测系统实现，所述方法包括：

获取激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据以及参考测距数据；

根据所述参考测距数据从所述多帧测距数据中提取每一辆车的测距数据；

根据每一辆车的测距数据计算对应车辆的轮胎位置；

根据每一辆车轮胎位置计算车辆行驶速度。

5.根据权利要求3所述的车辆速度检测方法，其特征在于，所述获取激光测距传感器检测区域内的多帧测距数据以及参考测距数据的步骤包括：

所述激光测距传感器以预设扫描频率向检测区域内各扫描点发射激光脉冲，以获取各扫描点的回波信息形成一帧测距数据；其中相邻的任意两个扫描点与所述激光测距传感器构成的夹角为预设角度值；

重复上述步骤多次从而得到多帧测距数据。

6.根据权利要求3所述的车辆速度检测方法，其特征在于，所述根据所述参考测距数据从所述多帧测距数据中提取每一辆车的测距数据的步骤包括：

将所述多帧测距数据对应每个扫描点的测距数据转换为第一直角坐标系下的第一横坐标X1和第一纵坐标Y1；以及将所述参考测距数据对应每个扫描点的测距数据转换为第一直角坐标系下的参考横坐标X0和参考纵坐标Y0；

提取所述第一横坐标X1与所述参考横坐标X0不同，且所述第一纵坐标Y1大于预设高度阈值Y0’表示扫描点位于车辆上的测距数据；

从上一步骤提取的测距数据中多次提取具有相同第一横坐标X1的相邻两帧测距数据即可得到同一辆车的测距数据；

所述第一直角坐标系是指，坐标原点O1为所述激光测距传感器的位置，第一X轴为其扫描方向，第一Y轴为竖直方向。

7.根据权利要求3～5任一项所述的车辆速度检测方法，其特征在于，所述根据每一辆车的测距数据计算对应车辆的轮胎位置的步骤包括：

利用同一辆车的每帧测距数据确定车身侧面与地面的分界点；

在车身侧面与地面的分界点中寻找第一横坐标X1最小的分界点，该分界点为车辆轮胎与地面的接触点即提取到对应车辆轮胎位置。

8.根据权利要求6所述的车辆速度检测方法，其特征在于，所述根据每一辆车轮胎位置计算车辆行驶速度的步骤包括：

以车辆轮胎与地面的接触点为坐标原点O2，行车方向为第二X轴，竖直向上方向为第二Y轴，建立第二直角坐标系；

根据轮胎上至少两个扫描点、轮胎中心以及坐标原点结合轮胎外廓尺寸为圆形计算轮胎半径以及车辆行驶速度。