CN108922188A - 雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统 - Google Patents

雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统,该系统将跟踪定位技术、车牌抓拍技术、车辆行人三维仿真技术、道路监控技术、预警告警技术、交通状况仿真技术、网络通信技术、气象仿真技术、计算机图形技术、视频渲染技术、三维高精GIS地图技术、虚拟现实融合技术以及车路协同技术和导航技术完美的融合了在一起,系统极大了满足了道路交通运营管理者对道路实时监控或区域监控各种需求以及司乘人员的出行对“实时”,“真实”交通状况的信息需求,系统克服了现有监控系统中很多不完善、无法解决的种种弊端,提高了道路管理者的管理效率,为道路实现自动化管理打下了坚实的基础,更为道路上的行驶车辆提供了重要安全保障。

Description

雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及车辆行人跟踪定位技术、车牌抓拍技术、车辆行人三维仿真技术、道路 视频监控技术、道路环境监控技术、虚拟摄像机布设监控技术、交通状况仿真技术、网络通 信技术、车路协同技术、气象仿真技术、计算机图形技术、视频渲染技术、三维高精GIS地图 技术、虚拟现实融合技术以及车路协同技术和导航技术领域,特别涉及一种基于雷达跟踪 定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统。
背景技术
[0002] 视频监控系统已经被广泛应用到了各个行业当中,包括:交通、银行、机场、油田、 铁路、城市、轨道交通、公共场所、国防等等诸多领域,已经成为一种不可缺少的重要设备。 管理部门可通过它获得有效数据、图像或声音信息,对突发性异常事件的过程进行即时的 监视和记忆,用以提供高效、即时地指挥和高度、布置警力、处理案件等。监控系统主要由监 控摄像、传输、控制、显示、记录登记5大部分组成。摄像机通过通信设备将视频图像传输到 控制主机,控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备以及具有视频图像分析功能 的处理设备中去了,同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。通过控制主机,操 作人员可发出指令,对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作, 并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换,可对异常事件事物进行详细查 看。利用特殊的录像处理模式,可对图像进行录入、回放、处理等操作,使录像效果达到最 佳。随着科技的不断的先前发展整个监控系统也同样发生着翻天覆地的改变,自基于模拟 摄像机视频监控系统的出现至今已经经历了三个阶段的发展,分别为模拟时代、数模时代、 网络时代三个。但是无论是那个时代摄像机始终难以解决其本身固有的问题,比如要想实 现一天24小时不间断监视,就必须给摄像机安装补光装置才可以实现。再比如要想让摄像 机在各种天气环境(雨、雪、雾、雾霾、烟、沙尘等)下能够正常使用,就必须使用特定的摄像 机比如红外热成像摄像机,要想准确的对车辆信息进行提取抓拍,就必须将抓拍摄像机安 装在道路车道的正上方并用补光等进行补光。为了能够监控更大范围的区域消除盲角或死 角地带,就必须布设更大量的摄像机才能够满足实际使用需求,甚至是枪击和球机联动的 方式。比如在平安城市中计划每个50米-100米就会有3个摄像机的布设,在高速公路几乎每 隔1公里就有1对监控摄像机布设,在隧道内每个100米-200米就有一个摄像机被布设,在特 大桥梁每个50米-100米包括桥墩就会布设一个,如是在重要区域器布设密度将会更大,虽 然在技术方面能够满足实际使用需求,“灯下黑”(安装摄像机杆子下面会产生盲区)现象却 是无法避免,此外如此大量摄像机的布设而造成的有形或无形的成本却是无法估量的,比 如长期供电、安装布设所需要的基础、立杆、维护、保养等等,此外由于监控摄像机受光线影 响较重包括恶劣天气如雨、雪、雾、雾霾、沙尘等,都无法使其正常工作大大的降低了产品自 由价值,另外监控摄像机由于受监控镜头的限制所监视的距离也是比较短,按照现有高速 公路监视需求要想做到全程覆盖全程无缝监视,摄像机密度就会非常大投入成本非常昂 贵,如果再把与之相应的配套设施包括:传输、存储、分析、显示、供电、基础安装等等投入则 更是庞大。
[0003] 其次,全要素气象站遵循国际气象组织(WMO)气象观测标准设计和规范,主要针对 包括对:环境温度、环境湿度、露点温度、风速、风向、气压、太阳总辐射、降雨量、地温(包括 地表温度、浅层地温、深层地温)、土壤湿度、土壤水势、土壤热通量、蒸发、二氧化碳、日照时 数、太阳直接辐射、紫外辐射、地球辐射、净全辐射、环境气体共二十项数据指标进行检测分 析,多数采用无人值守方式,安装或部设在重要区域以便获取各种重要数据。全要素气象站 虽然能够满足大多数人员或部门的使用需求,但是由于成本造价昂贵仍无法被广泛使用, 甚至是很多功能没有被利用造成很大的浪费。由于专业气象站都是被定点布设在某一固定 的位置上而不能随便移动,所获取的数据也只能是单点的气象数据,而不是连续区域或大 范围准确的数据,虽然我们可以通过气象台来获取未来几天或者当天的局部气象情况,可 是往往出现在同一城市或统一区域内“这边下雨,那边晴”的状况,高速公路多要素检测设 备之间的布设间隔距离更是在20公里以上,甚至是更远距离才会布设一套设备,更无法真 实准确的反映实际的道路气象情况。而这种情况更是对道路运营管理者以及其他重要机构 或部门造成了很大影响,甚至是造成了不必要的经济损失或者是生命的危险。比如冬季高 速公路或城市交通主干道在下雨下雪后会造成路面结冰,而这种路面结冰又不是定点的, 这就需要对整个道路的结冰情况、天气情况进行有效的检测获取真实有效的数据才能够采 取更加有效的方式方法来避免各种灾难的发生。还有在雾霾天气、下雨、下雪天气或大雾天 气同样也会有这种情况的发生,而这种条件下定点气象检测装置就会显得力无从心。还有 在隧道中虽然也布设了烟雾传感器但是都是定点布设,还有隧道中的有害气体检测和环境 检测都是采用定点检测,而且数量很少只能片面的反映了某一个节点和或一个断面的数 据,不能代表连续性的区域大范围的准确数据,尤其是一旦隧道里发生交通事故事件时,这 种数据更为重要,早点获取连续性准确可靠的有效数据对危情告警和解救生命提供了技术 支撑,这对一个交通管理者来说非常重要。
[0004] 再者现阶段交通雷达和安防雷达检测设备主要采用定向的方式进行实时跟踪检 测,其主要缺点是跟踪距离近只有100多米,跟踪目标数量少只跟踪30个物体目标,主要用 于交通数据采集、测速执法、信号触发和其他数据采集使用,安防雷达主要用作行人入侵周 界防范使用等等,但是雷达检测设备本周具有不受光线影响可全天24小时工作、精准检测 等诸多优点而被广大用户所青睐。其中在雷达检测技术中最为突出的就是毫米波雷达检测 设备,是工作在毫米波波段(millimeter wave)探测的雷达。通常毫米波是指30〜300GHz频 域(波长为1〜IOmm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间,因此毫米波雷达兼有微波雷 达和光电雷达的一些优点。同厘米波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨 率高的特点。与红外、激光、电视等光学雷达相比,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具 有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外,毫米波雷达的抗干扰能力也优于其他传统的 微波雷达。毫米波雷达能分辨识别很小的目标、测速更准、定位精度更高、信息量更多,而且 能同时识别几十个甚至是上百个目标;更高者可以实现成像能力的能力,如军用卫星雷达, 因此毫米波雷达技术具有非常大的发展潜力以及应用环境和广泛的市场。
[0005] 其次、中国交通部对中国交通行业的发展提出了具有更加明确的发展方向和发展 要点,鼓励科技创新,将打造具有世界级水平的智慧高速、智慧交通,并为车辆的自动驾驶、 无人驾驶、队列驾驶提供重要的基础保障。而行驶在道路上车辆实时信息就变得尤为重要, 可以为驾驶系统或司乘人员提供重要的数据保障。
[0006] 因此,如果有一套全新的监控系统,能够屏蔽因为天气或光线原因而造成“致盲” 无法使用,而且,能够解决因为气象检测设备分布不均而造成的“这边下雨,那边晴”的状 况,甚至本身具有对异常车辆或行人的跟踪检测功能,再好者能够提供实现对每一个车辆 的实时跟踪定位而不需要借助其他辅助设备,更不需要司乘人员付出任何费用,并能通过 查询的方式了解每一辆车的精确行驶路径,并可以为管理者提供优化的交通解决方案和车 路系统方案将会是市场需求量巨大的产品系统。
发明内容
[0007] 本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0008] 为此,本发明的目的在于提出一种基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预 警监控管理系统。
[0009] 为了实现上述目的,本发明的实施例提供一种基于雷达跟踪定位的四维实景交通 路况感知预警监控管理系统,包括:
[0010] 多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备、数据采集分析处理器、传输通信设备、云 处理服务器、四维实景管理工作站,其中,
[0011] 所述多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备通过360°全方位扫描的方式,将雷达 区域内所有移动的车辆或行人进行实时跟踪定位并获取每一个目标的实时位置和雷达的 原始数据信息,该雷达采用由主频为77GHz高频发射单元、信号接收单元、数据处理单元和 通信单元等等组,其核心数据处理单元采用多线程高速处理器能够同时跟踪定位不少于 1000个目标物体。该雷达检测器采用360°高速扫描方式能够对以雷达为中心,半径500米全 区域内不少于1000个目标物体进行时跟踪定位,其目标跟踪定位精度误差小于17.5厘米, 雷达探测目标移动速度范围为0_250Km/h,与被跟踪目标每秒钟800次的数据交互完全满足 车辆实现全速智能驾驶的定位要求,此外该雷达还可以提供一公里内每一个车辆的及时速 度、运动方向、经炜度、目标尺寸、ID编号、方向角等重要信息。该雷达传感器采用一体化设 计,为保证雷达使用寿命设备整体采用IP67安全防护等级。雷达所有部件全部选用和采用 低功耗设计和器件。雷达采用100M网口与外部进行数据通信。
[0012] 所述数据采集分析处理器用于获取所述多要素全方位跟踪检测雷达传感器发送 过来的原始雷达扫描数据,之后对原始数据进行干扰滤除、形成跟踪、汇总、分析以及判断 给出每一辆车或行人的实时跟踪定位信息,再通过传输通信设备发送至云处理服务器在此 对数据进行处理,N个区域重叠的多要素全方位跟踪检测雷达传感器数据通过路侧安装的 数据采集分析处理器或所述云处理服务器进行数据传递,被跟踪的车辆或行人通过这种方 式实现全程跟踪实时不间断的跟踪定位,直到被跟踪的车辆或行人离开N个连续雷达的所 覆盖的检测区域为止,其中,同一车辆在通过被N个检测区域重叠的多要素全方位跟踪检测 雷达传感器的道路上行驶时,系统会为该车辆分配唯一的识别信息,道路上所有行驶的车 辆都会赋予唯一识别代码来保持车辆在四维实景交通路况感知预警监控管理系统中信息 的唯一性和可持续性,数据采集分析处理器还要完成一下内容:
[0013] 8)给雷达设定检测区域、检测车道
[0014] 9)调取数学运算模型获取每目标物体实时的运动速度、方向、距离、目标夹角、轨 迹、行驶时间、所在区域等重要信息
[0015] 10)获取数据信息送入到预先设定好的报警判定规则模型和报警类型判定规则模 型中进行校验,筛选出复合条件的目标进行标定输出警报。
[0016] 11)启动跟踪摄像机监控摄像机对目标物体进行实时跟踪查看
[0017] 12)获取跟踪摄像机视频图像送到监控中心供管理人员实时查看录像使用
[0018] 13)获取本地多要素传感器采集的各类数据,通过数据分析报警模型进行实时分 析判断,当满足预先设定的判断机制中
[0019] 14)检测事件类型包括:车辆停驶、交通事故、车辆拥堵、车辆排队、车辆逆行、车辆 慢行、抛洒物、行人、违章变道以及特定区域的非法入侵、异常天气等等重要事件
[0020] 所述车牌抓拍摄像机主要来获取并抓拍行驶在道路上的车辆车牌信息和图片信 息,再通过图形分析技术,来获取道路上行驶的每一辆车的特征信息,所述车牌抓拍摄像机 的触发信号由多要素全方位跟踪检测雷达传感器通过数据采集分析处理器来实现同步触 发抓拍,数据采集分析处理器同时获取该雷达触发车牌抓拍摄像机抓拍该车辆当时的雷达 数据信息(跟踪定位信息)与车牌抓拍摄像机抓取的车辆照片信息与车辆牌照信息进行数 据汇总并打包传输到所述云处理服务器,所述云处理服务器对该数据进行解析分析处理和 数据还原;
[0021] 所述四维实景管理工作站根据所述云处理服务器发送的数据,调用并生成三维高 精仿真GIS地图,该三维高精仿真GIS地图是基于3DGIS图形渲染引擎为底层,在通过无人机 拍摄、激光扫描获取道路数据并结合与之对应的三维仿真软件合并而成,
[0022] 所述中心服务器主要与前方的数据采集分析处理器进行通信,获取数据采集分析 处理器发过来的数据信息、报警信息、视频信息等,并对对数据采集分析处理器下发控制指 令、参数设定指令、联动指令等,中心服务器启动数据库对系统中的所有数据进行存储,并 于人机交互工作进行数据通信,回报报警信息、并接受并完成工作站下发过来的所有信息 以及控制指令,完成系统中所有数据采集分析处理器配置信息、搭建系统架构、建立网络数 据链路、本地或远程维护、数据查看、筛选、导出等重要工作。处理所有潜在的或可能形成事 故的关键信息,启动相应的决策规则加以处理,与监控数据服务器进行信息交互,可向道路 监控系统或第三方提供SDK二次开发包或API数据接口,实现与监控系统(含视频控制平台) 的联动、声音报警等。设备主要完成以下工作:数据交换、存储功能、系统通讯、维护、集中报 警、预案生成、联动方案执行、加载GIS电子地图、图形加速引擎、车辆行人异常事故事件检 测与报警、图像存储、数据存储、报警事件录像存查、报表生产、与第三方联动指令发送、设 备系统参数设定、发送预设方案、日常操作人机界面集中警报。
[0023] 其中,所述车牌抓拍摄像机将抓取的车辆照片以及车辆牌照信息送入到数据采集 采集分析处理器进行图形分析来获取的车辆特征信息送入到所述云处理服务器中进行图 形分析和数据分析,所述云处理服务器的数据库中存有各种与实际车辆相同的三维模型和 与之对应的车辆特征数据信息,服务器获取车牌抓拍摄像机送过来的每一辆车的车辆照片 和车辆特征信息后与本地数据库中三维车辆模型数据进行一对一对比和匹配,将与数据一 致或接近的车辆三维模型提取出来。其次、多要素全方位跟踪检测雷达传感器再将该车辆 的实时雷达获取的车辆跟踪定位数据信息与该车辆的三维模型做进一步融合匹配,并同时 将该车辆三维模型显示在三维高清仿真GIS地图上,通过数据补偿技术结合图形渲染加速 引擎处理后就可以得到了与实际道路上运动方向、运动速度、实时位置、车辆颜色、车辆外 形相同的三维车辆仿真动画,通过监控三维仿真动画中的每一辆车的运动轨迹、运通状态 就可以实现对道路上实际运动车辆进行一对一的监控了,再将多要素全方位跟踪检测雷达 传感器采集的多要素天气数据信息、空气质量数据、光照数据和时钟信息,送入到本系统中 进行全方位的环境仿真模拟就可以更加逼真的对交通路况、交通状态和行驶的车辆以及所 在环境进行全方位的仿真,并可以高质量的四维图形画面给使用管理者展现出来。
[0024] 进一步,所述车辆的实时数据包括:车辆的位置、运动方向、经炜度、即时速度、ID 编号、方向角、XYZ三维坐标信息;所述车辆的特征数据包括:来获取每一辆车的两特征信息 包括:颜色、车系、外观、车型、品牌、型号、年代、车辆牌照。
[0025] 所述多要素环境数据包括:温湿度数据、综合气体(二氧化硫、二氧化碳、一氧化 碳、甲烷、挥发物)数据、亮度光强数据、雨量数据、风速风向数据。
[0026] 进一步,所述通信模块包括以下通信单元中的一种或多种:4/5G通信单元、无线通 信单元、485串口输出单元、CAN通信单元,10/100/1000M网络通信。。
[0027] 进一步,所述数据采集分析处理器还有用于将所述云处理服务器发送的控制信 息、车辆诱导信息、告警管控信息、安全提示信息、交通路况信息和多要素环境数据通过全 方位扫描雷达传感器设备自身通信端口或路侧安装的车路协同路侧通信设备与车辆、行 人、司乘人员进行数据通信或数据交互,再者就是该设备可以将采集到的车辆雷达信号来 同步触发车牌抓拍摄像机进行车辆抓拍。
[0028] 进一步,所述云处理服务器设定的特殊跟踪判断条件,包括以下一种或多种:车牌 跟踪、异常事件事故车辆跟踪、行人跟踪、特殊车辆跟踪和车队跟踪,一旦启动该跟踪机制 被跟踪的目标会被始终跟踪并实时显示在人机交互界面最上层,直到跟踪解除为止。
[0029] 进一步,所述云处理服务器和所述四维实景管理工作站还用于提供报警事件数据 的存储和查询,并提供友好直观的人机交互界面包括:报警、管理、查看、监视、监控、分析、 导出、维护、设定。
[0030] 进一步,由于在同一路段上,所述多个雷达传感器分别安装于多个区域内,覆盖本 区域内的实时数据,相邻区域之间的数据传递通过所述云处理服务器或数据采集分析处理 器进行数据传递与通信,其中,同一车辆在通过被多个检测区域重叠的多要素全方位跟踪 检测雷达传感器的道路上行驶时,为该车辆分配唯一的识别信息,直到车辆驶离检测区域 为止。
[0031] 进一步,当所述全方位扫描雷达传感器设备安装于高速公路隧道或城市隧道中 时,根据所述多要素传感器采集到的有害气体浓度数据判断是否发生有害气体超标,如果 有则由四维实景管理工作站向中央控制处理单元发出报警通知,形成预警方案或报警信 息,并发出报警启动相应的应急或救援方案或报警信息,发出报警并启动相应的应急或救 援方案,同时多要素全方位跟踪检测雷达传感器的中央控制处理单元通过IO接口、CAN接口 或R485接口与本地消防系统、告警设备以及其他第三方检测设备进行相连,并将数据或开 关量输出给本地报警设备或第三方设备,进行报警输出。也可以通过数据采集处理器自身 的所带的通信端口或路侧安装的车路协同通信设备将以上报警告警提示信息以点对点的 形式或广播的形式发送出去。
[0032] 进一步,所述云处理服务器还用于根据来自所述数据采集分析处理器的实时数据 或服务器数据库存储的历史数据,启动人工智能深入学习和四维实景交通仿真,自动生成 预案以实时评估当前和预测未来路网短时出行需求和交通管制后道路通行状态,在经过路 径分配算法,将出行需求分配至仿真路网,模拟和再现仿真路网交通运行状态,制定相应的 应对策略和应对方案。
[0033] 进一步,所述全方位扫描雷达传感器设备和车路协同路侧通信设备(V2X通信设 备)进一步与路测安装的诱导系统、手机导航系统、车路导航系统、自动驾驶车辆或安装有 车路协同车载通信设备的车辆进行实时通信,以发送当前道路的实际交通路况信息和交通 状况信息、气象信息、区域内车辆即时跟踪定位信息、告警信息、安全提示信息、道路管控信 息等,为车辆的自动驾驶、出行、导航、路径规划选择、危险规避等提供重要数据支撑。
[0034] 本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统, 具有以下有益效果:
[0035] 1)服务于道路管理者
[0036] >由于全方位跟踪检测雷达传感器不受各类环境干扰和光线干扰因,因此本系统 方案可为道路管理者提供全年365天24小时监视监控作用功能,为交通管理者提供高效的 管理工具;
[0037] >通过分布在道路沿线密布道路中的多要素传感器采集到的大量气候变化数据, 日照(亮度光强)数据等并结合时间节点的变化(如:24小时时间变化,季节变化等等),将这 些数据送入到四维仿真路况感知预警监控管理系统中去,就可以让系统更加真实的模拟仿 真出实际的交通状况,并可以根据现有的交通环境继续推演来仿真未来天气状况对交通的 影响重要程度,为交通管理提前采取必要的应急方案提供重要的理论依据,因此系统能够 提供更加智能、详细、周全的交通应急解决方案。
[0038] >中心数据处理平台将N个前段全方位跟踪检测雷达传感器发过来的大量数据,经 深入学习和分析后,可对某一点、某一区域、某一条路、某一城市、某一省份进行真实准确的 实时的环境模拟仿真,提供道路拥堵、交通事故、周界防范、自然灾害、抢险救灾、紧急事件 事故处理、指挥调度、预警防范、消防救援等等提供基础数据、图形信息、图像信息和详细的 预案,为相关人员和领导正确宝贵时间。
[0039] >本系统具有对异常事件事故车辆和行人进行实时跟踪定位检测,并且雷达检测 设备不受各类环境干扰和光线干扰,因此本系统可有效解决传统视频事件检测系统误报 高、漏报多、检测精度低等诸多问题;
[0040] >系统本身具有交通数据采集功能且检测精度高,系统能够有效的检测速度低于 5Km/h移动的车辆和行人,甚至是停止的车辆或行人(微波车辆检测器和其他普通多目标雷 达检测器无法做到)。系统能够在本身集成的GIS地图上能够清楚的看到道路上车辆实时分 布情况、交通状况,该功能能够有效解决传统车辆检测器只能检测断面交通数据而无法反 应整条道路实时交通状况缺少宏观管理的缺点;
[0041] >系统本身具有交通事件检测和交通数据采集功能,因此可直接替代传统的视频 事件检测设备和传统的车辆检测器设备;
[0042] >由于本系统可以按照时间节点来记录跟踪目标的运动状态,再结合车牌抓拍系 统便可以提供每一辆车在道路上真实准确的行驶路径;
[0043] >N个全方位跟踪检测雷达传感器的数据可以通过服务器进行数据传递,可实现车 辆在全程道路上的实时跟踪定位功能;
[0044] >四维实景仿真路况感知预警监控管理系统可以为道路大数据分析提供的更多的 数据支撑;
[0045] >通过实时交通宏观数据、历史数据、气象数据、施工或封路交通管制策略,系统可 提供多种交通通行状态四维实景模拟仿真,为道路管理者实现道路管理制定详细的通行策 略提供有力保障;
[0046] >系统可与沿线布设的监控摄像机联动实现对异常事件事故车辆跟踪查看功能;
[0047] >由于四维实景仿真路况感知预警监控管理系统可以按照时间节点提供道路上行 驶的每一辆车的运动轨迹,因此可实现对特殊车辆和特殊车队的全程追踪以及行驶轨迹回 溯功能,并可与视频监控摄像机联动实现接力查看特殊车辆和特殊车队功能;
[0048] >系统采用不合理路径判断机制和重叠路径判断机制可以实现对车辆倒卡逃费现 象的检测判断,并对异常车辆形成报警信息,输出预制联动方案,有效的打击查处车辆倒卡 逃费现象的出现,并未为道路管理者提供了一套有效的稽查逃费管理工具。
[0049] >由于本系统能够对车辆进行实时跟踪定位以及四维实景仿真和车辆三维实景仿 真功能,系统根据每一辆车的及时速度和运动轨迹等重要信息,可以实现全程车辆超速跟 踪检测报警功能,并可以输出车辆超速起始时间、结束时间、行驶里程、行驶路径等重要信 息
[0050] >由于本系统能够对车辆进行实时跟踪定位以及四维实景仿真和车辆三维实景仿 真功能,根据每一辆车的运动轨迹和车辆所在车道等重要信息,可以实现全程对大货车长 时间占用快速车道跟踪检测报警功能,并可以输出大货车占用快速车道的起始时间、结束 时间、行驶里程、行驶路径等重要信息
[0051] >由于本系统能够对车辆进行实时跟踪定位以及四维实景仿真和车辆三维实景仿 真功能,根据每一辆车的运动轨迹和所在车道等重要信息,可以实现全程对车辆占用应急 车道行驶跟踪检测报警功能,并可以输出车辆占用应急车车道的起始时间、结束时间、行驶 里程、行驶路径等重要信息
[0052] >由于本系统能够对车辆进行实时跟踪定位以及四维实景仿真和车辆三维实景仿 真功能,通过对“两客一危”车辆识别判定设定,可以实现全程对“两客一危”车辆全程跟踪 检测定位功能,并根据危险情况对外发出报警信息。
[0053] >四维实景仿真路况感知预警监控管理系统可以提供多角度查看功能包括,俯视 查看、定点查看、局部查看、区域查看、事件事故车辆回溯查看、事件事故仿真预览等,能够 让管理者采用不同视角对异常事件事故车辆和道路以及其他物体进行更加详细的查看。
[0054] 2)服务于社会
[0055] >本系统可同时提供1公里以内甚至是整条道路上每一辆的准备位置,并可以提供 每辆车实时数据包括:及时速度、行驶方向、经炜度、ID号、尺寸、车型、道路密度、车辆分布 位置、交通事件事故现场等重要信息,可为车路协同实现车辆自动驾驶、无人驾驶、队列驾 驶提供重要数据支撑;
[0056] >在雨雪天、沙尘天气、雾霾天气、夜间行车,对于监控管理者来说是非常茫然的, 主要是普通监控摄像机在这种条件的情况下已经被致盲,无法在继续发挥监视和控制的作 用了,更无法实现对道路上的车辆起到主动诱导作用。由于雷达检测设备本身不受的气候 和光线影响,在通过三维高精GIS地图和动态的车辆三维模型融合形成四维实景宏观监控 画面,可将道路上被“埋没”的摄像机完全给重现出来,给交通管理者实现主动式诱导和异 常事件事故快速处理和快速查询提供了很大帮助,为司乘人员安全出行保驾护航。
[0057] >系统可提供1公里以内甚至是整条道路上每一辆准确位置,并可以提供每一辆车 实时运动状态、道路密度、车辆分布位置、交通事件事故现场等重要信息。系统可将车辆及 时的动态信息与百度三维电子地图、高德三维电子地图以及其他具有三维电子地图厂家的 设备进行融合,当5G通信时代到来时,可实现三维实景汽车导航和手机三维实景导航功能, 为司乘人员出行、路径规划、导航、危险障碍规避、危险车辆规避、路径选择等提供有力保障
[0058] >全方位雷达检测器可以同时跟踪扫描道路上不少于1000个目标物体,并可以实 现精准定位其定位精度小于17CM,因此在现有北斗导航系统(民用北斗导航系统和GPS系统 定位精度为IOm级,其他定位系统定位精度都是在百米甚至千米级的定位精度,无法被自动 驾驶或无人驾驶以及队列驾驶使用)尚在完善阶段和GPS导航系统的不安全性的前提下,可 提供实时车辆精准定位;
[0059] >当系统检测到道路上有异常事件事故车辆、行人、道路拥堵、危险路况、危险天 气、危险车辆、危险行为等重要消息时,系统可以短信、视频、图形、情报板信息发布、手机 APP等多种形式告知司乘人员,让其采取正确措施进行避让。
[0060] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变 得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0061] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解,其中:
[0062] 图1为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控 管理系统的物理硬件组合结构的示意图;
[0063] 图2为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控 管理系统的拓扑结构的示意图;
[0064] 图3为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控 管理系统的数据组合与实现方式方法的示意图;
[0065] 图4为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控 管理系统的多要全方位跟踪检测雷达传感器外观与内部模块组合逻辑的示意图;
[0066] 图5为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控 管理系统的雷达传感器对车牌抓拍摄像机同步触发抓拍的示意图;
[0067] 图6a\6b为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警 监控管理系统的数据采集分析处理器工作流程的示意图;
[0068] 图7为根据本发明实施例的全方位跟踪检测雷达传感器与车路协同系统(V2X)和 导航系统配合完成工作的示意图;
[0069] 图8为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控 管理系统的云服务管理器获取多方数据实现四维实景交通路况感知预警监控管理功能模 块与数据融合实现过程的示意图;
[0070] 图9为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控 管理系统的云服务管理器与管理工作站实现系统搭建与实现四维实景交通路况感知预警 监控管理系统的示意流程图;
[0071] 图IOa为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监 控管理系统的目标扫描方式以及数据格式的示意图;
[0072] 图IOb为根据本发明实施例的对于同一辆车连续通过N个检测区域重叠的全方位 跟踪检测雷达传感器如何实现信息传递防止目标丢失的示意图;
[0073] 图11为根据本发明实施例的系统自动控制多要素全方位跟踪检测雷达传感器自 身跟踪球机监控摄像机或其他外部配套摄像机实现对异常车辆或违章车辆以及危险行人 进行实时连续跟踪监视查看功能实现的示意图;
[0074] 图12为根据本发明实施例的系统对于异常车辆或特殊车辆以及车队连续通过N个 检测区域重叠的多要素全方位跟踪检测雷达传感器时,实现实时不间断接力连续跟踪监视 查看功能实现的示意图;
[0075] 图13为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监 控管理系统的实现车辆路径识别功能的示意图
[0076] 图14为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监 控管理系统与雾区诱导指示灯设备相互结合后的实现车辆雾区诱导功能的示意图
[0077] 图15、图16为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预 警监控管理系统的外场设备布设和隧道内设备布设的示意图;
[0078] 图17为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监 控管理系统的总体物理设备连接与扩展功能的示意图;
[0079] 图18为根据本发明实施例的系统与其他设备联动实现自动控制、自动提示、车辆 诱导、车路系统的示意图;
[0080] 图19为根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监 控管理系统的多要素全方位跟踪雷达传感器多要素传感器连接的示意图;
具体实施方式
[0081] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0082] 本发明提供一种基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统, 是将车辆行人以及其他重要事物进行实时跟踪定位技术、车牌抓拍技术、车辆行人三维仿 真技术、道路视频监控技术、道路环境监控技术、道路环境仿真技术、交通状况仿真技术、网 络通信技术、气象仿真技术、计算机图形技术、视频渲染技术、三维高精GIS地图技术、虚拟 现实融合技术以及车路协同技术和导航技术完美的融合了在一起,系统极大了满足了道路 交通运营管理者对道路实时监控或区域监控各种需求以及司乘人员的出行对“实时”,“真 实”交通状况的信息需求,系统克服了现有监控系统中很多不完善、无法解决的种种弊端包 括:在特殊天气、无光线照射的情况无法实现全天候、全程监控的缺点,又解决了基于全程 监控系统的视频事件检测系统的误报高、漏报高、检测精度低、检测距离近的缺点,同时该 系统还提供了实时交通数据采集功能,可以直接替换掉现有交通中用于交通数据采集相关 设备,并可以实现大区域,远距离跟踪检测定位功能和车辆诱导功能等。
[0083] 下面参考图1至图15对本发明的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警 监控管理系统进行说明。
[0084] 如图1所示,本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监 控管理系统,包括:全方位扫描雷达传感器设备100、数据采集分析处理器200、高清车牌抓 拍摄像机300、传输通信设备400、云处理服务器500、四维实景管理工作站600。
[0085] 四维实景仿真路况感知预警监控管理系统实现的方式方法:四维实景仿真路况感 知预警监控管理系统是由多要素全方位跟踪检测雷达传感器通过扫描的方式,将雷达区域 内所有移动的车辆或行人进行实时扫描并跟踪定位获取其实时位置,数据采集分析处理器 通过获取多要素全方位跟踪检测雷达传感器发送过来的原始雷达扫描数据后,进行数据干 扰滤除、形成跟踪、汇总、分析以及判断给出每一辆或行人的实时信息包括:即时速度、运动 方向、经炜度、目标尺寸、ID编号、方向角等重要信息,N个区域重叠的多要素全方位跟踪检 测雷达传感器数据可以通过路侧安装的数据采集分析处理器或中心的小型云处理服务器 进行数据传递,被跟踪的车辆或行人通过这种方式可以实现全程跟踪实时定位的功能,直 到被跟踪的车辆或行人离开雷达的检测区域为止,(此处不对雷达的扫描过程、干扰滤除过 程以及移动物体的跟踪过程和与之对应的算法进行详细描述,该描述将在多要素全方位跟 踪检测雷达事件检测系统发明专利中进行详细描述,本处只利用跟踪后的数据结果)车辆 或行人全程跟踪实时定实现过程中如图IOa所示。
[0086] 同一车辆在通过被N个检测区域重叠的多要素全方位跟踪检测雷达传感器的道路 上行驶时,系统会给该车辆分配唯一的识别信息,同理系统会给道路上所有行驶的车辆都 会赋予唯一识别代码来保持车辆在四维实景仿真路况感知预警监控管理系统中信息的唯 一性和可持续性。赋予信息如图IOb所示。
[0087] 其次、被安装在道路上的车牌抓拍摄像机,通过抓取车辆牌照以及对抓取的车辆 照片进行图形分析,来获取道路上行驶的每一辆车的特征信息(车辆特征信息是将抓取的 车辆照片通过图形识别技术来获取车辆的车牌、车标、车系、车型、颜色等信息,该识别技术 需要后台数据库支撑来共同完成)。
[0088] 为了保证车牌抓拍摄像机抓取的车辆信息与被雷达跟踪的车辆数据信息能够完 美融合,保证在四维实景仿真路况感知预警监控管理系统中被仿真还原的三维车辆与实际 道路上行驶的车辆运动状态一致(仿真还原的三维车辆在三维仿真的道路上运动的速度、 位移、方向以及其他信息与实际道路上行驶的车辆运动的速度、位移、方向以及其他信息一 致),因此车牌抓拍摄像机的触发信号由多要素全方位跟踪检测雷达传感器通过数据采集 分析处理器来实现同步触发抓拍,数据采集分析处理器同时获取该雷达对该车辆的跟踪定 位信息(雷达触发车牌抓拍摄像机的触发信号)与车牌抓拍摄像机抓取的车辆照片进行数 据汇总并打包传输到中心服务器,中心服务器对数据进行解析分析处理和数据还原。雷达 触发车牌抓拍摄像机示意图如图5。
[0089] 再者,三维高精GIS地图是基于3DGIS图形渲染引擎为底层,在通过无人机拍摄、激 光扫描获取道路数据并结合与之对应的三维仿真软件合并而成,该过程在这里不在详细介 绍,该处理技术和相应的处理软件也很多,只要利用成熟的核心底层做二次开发既可以达 到。
[0090] 其次,车牌抓拍摄像机将抓取的车辆照片和获取的车辆特征信息送入到中心云处 理服务器中进行图形分析和数据分析,中心服务器数据库中存有各种与实际车辆一摸一样 (包括颜色、外观、形状等)的三维模型(改造车辆、特殊车辆除外)包括与之对应的数据信 息,服务器获取车牌抓拍摄像机送过来的每一辆车的车辆照片和车辆特征信息后与本地数 据库中三维车辆模型数据进行对比,将与数据一致或接近的车辆三维模型提取出来,多要 素全方位跟踪检测雷达传感器再将该车辆的跟踪信息、位置信息、经炜度信息、速度信息、 运动方向信息、方向角信息等与该车辆的三维模型做进一步融合,并同时将该车辆三维模 型显示在三维高清GIS地图上,通过图形渲染加速引擎后就可以得到了与实际道路上运动 方向、运动速度、实时位置、车辆外形(改造车辆除外)一摸一样的三维车辆仿真动画了,通 过监控三维仿真动画中的车辆的运动轨迹、运通状态就可以实现对道路上实际运动车辆的 监控了,再将多要素全方位跟踪检测雷达传感器采集的多要素天气数据信息和时钟信息 (时钟信息包括24小时时间和一年四季的时间),来更加逼真的对路况和车辆以及所在环境 进行全方位的仿真了,这样子可以使管理能够更加清楚的了解道路上车辆所在位置的实际 的气候或路况情况,一旦车辆或道路发生异常时间能够通过仿真出来的画面获得更加真实 准确可靠的信息来实施营救。
[0091] 具体的,如图2和图4b所示,全方位扫描雷达传感器设备包括高频电磁波发送接收 处理模块(雷达检测模块)、快速跟踪摄像机模块、多要素传感器模块、北斗/GPS定位模块、 通信供电模块和通信模块等。
[0092] 需要说明的是,本发明根据数据的来源和定位方法不同可以分为基于北斗/GPS导 航定位系统、路侧气象传感器、其他传感器、车路协同设备以及快速球形摄像机的实现方 式;基于多目标雷达跟踪定位设备、路侧气象传感器、其他传感器、车路协同设备以及快速 球形摄像机的实现方式;或基于其他车辆实时定位系统、路侧气象传感器、其他传感器、车 路协同设备以及快速球形摄像机的实现方式。本发明基于多要素全方位跟踪检测雷达为前 方数据采集的实现方式来实现四维仿真路况感知预警监控管理系统,但本发明要求的权利 不限于此种单一实现的方式方法,本系统与之配套的软件编译方式和过程以及所使用的程 序语言本处不做详细说明,但本发明要求的各项权益不应因此而受限。
[0093] 在同一路段上,每隔预设距离安装一个雷达传感器,设备采用360°高速扫描方式 对以雷达为中心所覆盖区域内的所有车辆、行人或其他事物进行实时跟踪定位,获取每个 目标物体的实时数据,雷达传感器通过数据采集分析处理器300同步触发安装在车道正上 方的高清抓拍摄像机200对于被跟踪的同一车辆进行同步抓拍,获取车辆车牌的图像数据, 其次利用雷达自身的多要素传感器采集当前环境下的多要素环境数据,并将上述数据通过 雷达自身通信模块发送至数据采集分析处理器300进行分析,并由传输通信设备400将数据 采集分析处理器300所获得的所有数据上传到中心的云服务器500和工作站600中去。
[0094] 为了保证车牌抓拍摄像机200抓取的车辆信息与被雷达跟踪的车辆数据信息能够 完美融合,保证在四维实景仿真路况感知预警监控管理系统中被仿真还原的三维车辆与实 际道路上行驶的车辆运动状态一致(仿真还原的三维车辆在三维仿真的道路上运动的速 度、位移、方向以及其他信息与实际道路上行驶的车辆运动的速度、位移、方向以及其他信 息一致),因此车牌抓拍摄像机200的触发信号由全方位跟踪检测雷达传感器100通过数据 采集分析处理器300来实现同步触发抓拍,数据采集分析处理器300同时获取该雷达传感器 100对该车辆的跟踪定位信息(雷达触发车牌抓拍摄像机的触发信号)与车牌抓拍摄像机 200抓取的车辆照片进行数据汇总并打包传输到云处理服务器500,云处理服务器500对数 据进行解析分析处理和数据还原,如图5所示。
[0095] 在本发明中,车辆的实时数据包括:车辆的跟踪信息、即时速度信息、运动方向信 息、经炜度信息、目标尺寸信息、ID编号信息、类型信息、方向角等重要信息。车辆的特征数 据包括:颜色、车系、外观、车型、品牌、型号、年代、车辆牌照。
[0096] 多要素环境数据包括:温湿度数据、综合气体数据、亮度光强数据、雨量数据、风速 风向数据。
[0097] 传输通信设备包括以下通信单元中的一种或多种:4/5G通信单元、无线通信单元、 485串口输出单元、CAN通信单元、100/1000M网口通信单元。
[0098] 具体的,多要素全方位跟踪检测雷达传感器100设备提供远距离大范围探测能力 和交通态势感知能力和极低的误报率,单个雷达传感器可以检测出700米范围内的行人和 1000米范围内的车辆。所要素全方位跟踪检测雷达传感器跟踪的目标数量不少于1000个, 其检测区域包括单向多车道、双向多车道、互通交叉车道等。其系统检测事件类型包括:车 辆停驶、交通事故、车辆拥堵、车辆排队、车辆逆行、车辆慢行、行人、禁止通行等重要事件, 设备可以在极恶劣条件下正常工作,包括雨、雪、雾、烟、灰尘等,甚至是全黑的环境下24小 时都可以保持较高的检测精度始终不变。设备可以在检测区域覆盖的范围内沿途追踪并能 准确定位每一个目标物体,并在人机交互的工作界面上四维实景交通仿真GIS地图中实时 显示其位置、方向、车速、车型、ID号码,经炜度甚至是车牌(需要和车牌抓拍摄像机)等信 息。
[0099] 数据采集分析处理器300对接收到的数据进行分析处理,对接收到的实时数据信 息和多要素气象数据信息以及第三方通信平台发送过来的数据信息进行分析汇总,形成雷 达传感器对车辆和行人扫描的运动轨迹、定位信息,并根据在云处理服务器500预先设定并 下发过来的对事件事故车辆、违章车辆和危险行人判断条件与参数进行实时检测,当满足 预设判定条件时立即将上述数据上报至监控四维实景管理工作站600进行即时处理。
[0100] 具体的,数据采集分析处理器300还有用于将云处理服务器500发送的控制信息、 车辆诱导信息、交通路况信息和多要素环境数据通过全方位扫描雷达传感器设备自身通信 端口和路侧安装的车路协同路侧通信设备发送出去。
[0101] 数据采集分析处理器300对多要素雷达传感器发送过来的雷达数据信息和多要素 气象数据信息以及第三方通信平台发送过来的数据信息进行分析汇总,形成雷达对车辆扫 描的运动轨迹、定位信息、并根据在服务器预先设定并下发过来的对事件事故车辆、违章车 辆和危险行人判断条件与参数进行实时检测,一旦满足判定条件立即将该数据通过传输通 信设备400上报云处理服务器500进行即时处理,其次该设备会将云处理服务器500发送过 来的重要数据信息或控制信息、车辆诱导信息、交通路况信息和气象信息通过多要素全方 位跟踪雷达传感器自身通信端口和路侧安装的车路系统通信设备发送出去,起到信息传递 和中介的服务工作。
[0102] 云处理服务器500将前端数据采集分析处理器300采集到的多要素全方位跟踪检 测雷达传感器100和车牌抓拍摄像机200获取的数据,处理后对实际道路上行驶的车辆进行 一对一三维车辆模型提取模糊匹配,并与雷达获取的与之对应车辆跟踪定位实时数据进行 融合,将融合后的数据以及图像信息、环境信息、路况信息、时间信息、以及第三方发送过来 的数据信息与本地预先采集获取的高精三维GIS地图再次进行数据融合,并经过图形渲染 生成后就会得到与实际道路的交通状态、路况、环境、车辆、行人等对等的监控监视动画画 面了。通过对该画面的内车辆、行人、路况、状态、环境等监视监控,并设定各类异常事件事 故判定条件,就可以实现全天无障碍实时监控了,当监控人员需要时通过操作可以随时调 用多要素全方位跟踪检测雷达传感器自身的高清监控摄像机对实际道路进行实时查看来 了解更多真实情况。
[0103] 本发明以多要素全方位跟踪检测雷达传感器为核心数据采集核心部件,该雷达采 用由主频为77GHZ高频发射单元、信号接收单元、数据处理单元和通信单元等等组,其核心 数据处理单元采用多线程高速处理器能够同时跟踪定位不少于1000个目标物体。该雷达检 测器采用360°高速扫描方式能够对以雷达为中心,半径为500米全区域内目标物体进行时 跟踪定位检测处理,其目标跟踪定位精度误差小于17.5厘米,另外该雷达能够提供在车速 为120Km/h车速时,每位移90厘米提供一个位置信息,完全满足车辆实现全速智能驾驶的定 位要求,此外该雷达还可以提供一公里内每一个车辆的即时速度、运动方向、经炜度、目标 尺寸、ID编号、方向角等重要信息。该雷达传感器采用一体化设计并集成了 800万像素高速 球形监控摄像机和多要素气象检测传感器,为了保证雷达使用寿命设备整体采用IP67安全 防护等级。为了有效降低设备功耗雷达所有部件全部选用和采用低功耗设计和器件。雷达 设备本身集成了无线通信、4G通信(未来支持5G通信)和有线通信三种数据传输通信方式, 有线采用RJ4510/100/1000M自适应网络接口网线连接方式,并可支持POE供电。
[0104] 云处理服务器500设置在监控分中心机房中,用于对来自数据采集分析处理器300 的数据进行存储和系统工作参数与架构以及各项规则和判定条件的设定,并根据来自数据 采集分析处理器300发送来的数据进行二次分析处理,来获取道路异常事件的报警信息和 数据采集信息。如图6a/6b所示。
[0105] 此外按照时间节点,小型云处理服务器500可将任何一辆车经过扫描雷达的数据 信息进行汇总分析,可以精确的画出每一辆车行驶的路径,而该行驶路径获得的途径是不 需要对车辆做任何的改动或安装辅助定位设备来完成,如图13所示。
[0106] 具体的,云处理服务器500设定的特殊目标跟踪条件,包括以下一种或多种:车牌 跟踪、异常事件事故车辆跟踪、行人跟踪、重要车辆跟踪、特殊车辆跟踪或车队跟踪。云处理 服务器500和四维实景管理工作站600还用于提供报警事件数据的存储和查询,并在显示三 维GIS地图的同时,提供人机交互界面集中报警。
[0107] 需要说明的是,三维高精GIS电子地图是基于3DGIS图形渲染引擎为底层,在通过 无人机拍摄、激光地图获取或其他测量设备获取并结合与之对应的三维仿真软件合并而 成。
[0108] 云处理服务器500云处理服务器还用于根据来自所述数据采集分析处理器的实时 数据或服务器数据库存储的历史数据,启动人工智能深入学习和四维实景交通仿真,自动 生成预案以实时评估当前和预测未来路网短时出行需求和交通管制后道路通行状态,在经 过路径分配算法,将出行需求分配至仿真路网,模拟和再现仿真路网交通运行状态,制定相 应的应对策略和应对方案。
[0109] 综上,云处理服务器500主要与前方的数据采集分析处理器进行通信,获取数据采 集分析处理器发过来的数据信息、报警信息、视频信息等,并对对数据采集分析处理器下发 控制指令、参数设定指令、联动指令等,中心服务器启动数据库对系统中的所有数据进行存 储,并于人机交互工作进行数据通信,回报报警信息、并接受并完成工作站下发过来的所有 信息以及控制指令,完成系统中所有数据采集分析处理器配置信息、搭建系统架构、建立网 络数据链路、本地或远程维护、数据查看、筛选、导出等重要工作。处理所有潜在的或可能形 成事故的关键信息,启动相应的决策规则加以处理,与监控数据服务器进行信息交互,可向 道路监控系统或第三方提供SDK二次开发包或API数据接口,实现与监控系统(含视频控制 平台)的联动、声音报警等。设备主要完成以下工作:数据交换、存储功能、系统通讯、维护、 集中报警、预案生成、联动方案执行、加载GIS电子地图、图形加速引擎、车辆行人异常事故 事件检测与报警、图像存储、数据存储、报警事件录像存查、报表生产、与第三方联动指令发 送、设备系统参数设定、发送预设方案、日常操作人机界面集中警报。
[0110] 四维实景管理工作站设置600在监控分中心操控台上,可用于获取所述多要素全 方位跟踪检测雷达传感器发送过来的原始雷达扫描数据,之后对原始数据进行干扰滤除、 形成跟踪、汇总、分析以及判断给出每一辆车或行人的实时跟踪定位信息,再通过传输通信 设备发送至云处理服务器在此对数据进行处理,N个区域重叠的多要素全方位跟踪检测雷 达传感器数据通过路侧安装的数据采集分析处理器或所述云处理服务器进行数据传递,被 跟踪的车辆或行人通过这种方式实现全程跟踪实时不间断的跟踪定位,直到被跟踪的车辆 或行人离开N个连续雷达的所覆盖的检测区域为止,其中,同一车辆在通过被N个检测区域 重叠的多要素全方位跟踪检测雷达传感器的道路上行驶时,系统会为该车辆分配唯一的识 别信息,道路上所有行驶的车辆都会赋予唯一识别代码来保持车辆在四维实景交通路况感 知预警监控管理系统中信息的唯一性和可持续性,数据采集分析处理器还要完成一下内 容:
[0111] 15)给雷达设定检测区域、检测车道
[0112] 16)调取数学运算模型获取每目标物体实时的运动速度、方向、距离、目标夹角、轨 迹、行驶时间、所在区域等重要信息
[0113] 17)获取数据信息送入到预先设定好的报警判定规则模型和报警类型判定规则模 型中进行校验,筛选出复合条件的目标进行标定输出警报。
[0114] 18)启动跟踪摄像机监控摄像机对目标物体进行实时跟踪查看
[0115] 19)获取跟踪摄像机视频图像送到监控中心供管理人员实时查看录像使用
[0116] 20)获取本地多要素传感器采集的各类数据,通过数据分析报警模型进行实时分 析判断,当满足预先设定的判断机制中
[0117] 21)检测事件类型包括:车辆停驶、交通事故、车辆拥堵、车辆排队、车辆逆行、车辆 慢行、抛洒物、行人、违章变道以及特定区域的非法入侵、异常天气等等重要事件
[0118] 具体的,四维实景管理工作站600用于与云处理服务器500通信进行数据交换,并 对数据进行分析进行集中报警,并同步生成处理预案,下发执行联动方案,以及四维实景管 理工作站进一步根据接收到的数据模拟仿真现场环境,并与三维高精GIS地图进行融合,实 现多路况信息和车辆信息的多角度监控预警,形成具有音频、视频、数据、坐标、三维地图和 报警信息一体的四维图形人机交互界面。
[0119] 需要说明的是,由于在同一路段上,多个雷达传感器分别安装于多个区域内,覆盖 本区域内的实时数据,相邻区域之间的数据传递通过云处理服务器500或数据采集分析处 理器300,其中,同一车辆在通过被多个检测区域重叠的多要素全方位跟踪检测雷达传感器 100的道路上行驶时,为该车辆分配唯一的识别信息,直到该车辆驶离检测区域意外。
[0120] 多要素全方位跟踪检测雷达传感器100通过扫描的方式,将雷达区域内所有移动 的车辆或行人进行实时扫描并跟踪定位获取其实时位置,数据采集分析处理器300通过获 取多要素全方位跟踪检测雷达传感器发送过来的原始雷达扫描数据后,进行数据实时汇总 和分析会给出每一辆或行人的实时信息包括:瞬时速度、运动方向、经炜度、目标尺寸、ID编 号、方向角等重要信息。
[0121] 如图IOb所示,N个区域重叠的多要素全方位跟踪检测雷达传感器100数据可以通 过路侧安装的数据采集分析处理器300或中心的小型云处理服务器500进行数据传递,被跟 踪的车辆或行人通过这种方式可以实现全程跟踪实时定位的功能,直到被跟踪的车辆或行 人离开雷达的检测区域为止。同一车辆在通过被N个检测区域重叠的多要素全方位跟踪检 测雷达传感器的道路上行驶时,系统会给该车辆分配唯一的识别信息,同理系统会给道路 上所有行驶的车辆都会赋予唯一识别代码来保持车辆在四维实景仿真路况感知预警监控 管理系统中信息的唯一性和可持续性。
[0122] 由于高速公路隧道或城市隧道以及其他形式的隧道如防空洞、供电走廊等都是采 用封闭式结构,多数为一进一出通行方式,其中高速公路专用通行隧道或城市过江穿山隧 道为了司乘人员的安全一般都会有包括避车洞、消防设施、应急通讯、防排水设施、通风设 施和照明设施,但是一旦隧道里面发生火灾,如没有即时预警以及即时报警并采取有效措 施进行救援或避难都将会造成无法估量的经济损失以及大量的人员伤亡,火灾发生时都会 伴有尚温、浓烟、^•氧化硫、^•氧化碳、一氧化碳、挥发物等有害气体超标,直接危害隧道内 的所有人员,此外当有危险车辆驶入隧道内并发生气体泄漏(如:甲烷、甲醛、天然气、液化 气等可燃气体),当浓度超标时很容易发生爆炸对隧道或人员造成更大灾难。
[0123] 如图19所示,当全方位扫描雷达传感器设备安装于高速公路隧道或城市隧道中 时,雷达传感器根据自身多要素传感器采集到的有害气体浓度数据上传到数据采集分析处 理器300以及中心云处理服务器500进行实时分析判断是否发生有害气体超标,如果有则由 云处理服务器600向雷达传感器100的中央控制处理单元发出报警通知,形成预警方案或报 警信息,并发出报警启动相应的应急或救援方案,中央控制处理单元通过IO接口、CAN接口 或R485接口或数据采集处理器本身的通信端口与本地消防系统、告警设备以及其他第三方 检测设备进行相连,并将数据或开关量输出给本地报警设备或第三方设备,进行报警输出。 将按照一定距离的N个连续的多要素全方位跟踪检测雷达传感器组成集群,通过每个雷达 传感器设备的多要传感器、综合气体传感器所采集到的大量数据,通过管理中心云处理服 务器500进行现场实际环境模拟仿真便可以得到真实准确的路段或区域天气情况,对抢险 救灾、重大事故快速处理和响应提供了有利保障。
[0124] 雷达传感器设备自身的综合传感器和多要素传感器将现场采集到的实时数据通 过自身的中央控制处理单元进行初步分析、汇总、判断后,将数据发送到数据采集分析处理 器300做进一步的分析处理,形成综合数据包(雷达跟踪实时数据、多要素数据、车牌抓拍数 据)和预警方案或报警信息传给云处理服务器500进行环境模拟仿真与演示,并发出报警启 动相应的应急或救援方案。云处理服务器500可通过远程对前端设备进行参数的设置、修 订、获取、下发全新方案等。
[0125] 雷达传感器设备自身的中央控制处理单元通过IO接口、CAN接口或R485接口或数 据采集处理器本身的通信端口与本地消防系统、告警设备以及其他第三方检测设备进行相 连,并将数据或开关量输出给本地报警设备或第三方设备,输出报警信息。
[0126] 云处理服务器500可将N个前端数据采集分析处理器300设备级联和关联起来获取 前端数据,通过大数据云处理平台进行现场实际环境的模拟仿真,并用图形和声音的形式 告知管理者和救护人员以及消防人员。并可以根据模拟结果提出多种实施救援方案。
[0127] 按照一定距离和高度的N个连续的多要素全方位跟踪检测雷达传感器100设备组 成集群,通过对数据分析处理器300和小型云处理服务器500设定对异常事件事故车辆跟踪 定位检测报警判定条件和对违章车辆设定抓拍判定报警条件后既可以实现全程昼夜24小 时无缝覆盖昼夜监控、监视、检测的功能,更可以以图形的方式实时标注出道路的通行状 态,启动跟踪定位查看预览方案等相关措施。
[0128] 本发明不仅仅能够借助高精度的三维仿真技术将虚实场景完美的融合在一起,供 高速公路运营管理者实现全年24小时不间断无障碍监控,能够借助多要素全方位跟踪检测 雷达传感器100自身的高速摄像机将道路实景进行实时查看,并对异常事件事故进行详细 观察,以获得更多的现场信息。更可以实现对异常车辆或违章车辆以及危险行人进行实时 跟踪查看或接力查看的功能,具体实现方式方法如图11所示。图12示出了 N个多要素全方位 跟踪检测雷达传感器对异常车辆或特殊车辆以及车队进行持续接力跟踪查看。
[0129] 全方位扫描雷达传感器100设备和车路协同路侧通信设备进一步与路测安装的诱 导系统、手机导航系统或车路导航系统进行通信,以发送当前道路的实际交通路况信息和 车辆位置信息,为车辆提供诱导工作。如图7、图18所示,在雨雪天、沙尘天气、雾霾天气、夜 间行车,对于监控管理者来说是非常茫然的,主要是普通监控摄像机在这种条件的情况下 已经被致盲,无法在继续发挥监视和控制的作用了,更无法实现对道路上的车辆起到主动 诱导作用。由于雷达检测设备本身不受的气候和光线影响,在通过三维高精GIS地图和动态 的车辆三维模型融合形成四维实景宏观监控画面,可将道路上被“埋没”的摄像机完全给重 现出来,给交通管理者实现主动式诱导和异常事件事故快速处理和快速查询提供了很大帮 助,为司乘人员安全出行保驾护航。
[0130] 下面对本发明的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统 的检测数据类型和精度进行说明:
[0131] ⑴交通事件检测性能指标(全环境下):
[0132] 车辆停驶>99%、超速车辆>99%、交通事故>99%、慢行车辆>99%、行人> 99 %、车辆排队>99 %、逆行车辆>99%、平均检测时间< 10秒、系统误报率< 1次/台/公 里/天。
[0133] 检测距离(直径):行人彡700米;车辆彡1000米。在1000米检测范围内被跟踪车辆 不少于1000个目标。
[0134] 目标信息包括:即时速度、运动方向、经炜度、目标尺寸、ID编号、类型、方向角等重 要信息。
[0135] 目标定位精度:17.5cm;目标分辨率:17.5cm;每秒物体探测频率:800次;视场: 360°;雷达旋转扫描转速:4rps;接口 : IOOMb以太网;工作电压:24V直流或POE供电方式,功 耗彡15W;MTBF:75000小时(大于8年);防护等级:IP 67。
[0136] (2)交通数据采集性能指标(全环境下):
[0137] 流量平均采集精度:>98% ; (0〜250Km/H);车速平均采集精度:>98% ;占有率平 均采集精度:>98% ;车辆通行时间:>98% ;车辆行驶时间:>98% ;车辆分型:三类(按照 长度划分)数据输出接口:标准以太网接口,事件、事故报警数据可通过TCP/IP协议对监控 系统开放,可支持报警联动等其他用途。
[0138] 车辆特征信息、颜色、车系、车型、品牌、型号、年代。
[0139] 本发明的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统的作用 与实现的功能:
[0140] 1)服务于道路管理者
[0141] 由于全方位跟踪检测雷达传感器不受各类环境干扰和光线干扰因,因此本系统方 案可为道路管理者提供全年365天24小时监视监控作用功能,为交通管理者提供高效的管 理工具;
[0142] 通过分布在道路沿线密布道路中的多要素传感器采集到的大量气候变化数据,日 照(亮度光强)数据等并结合时间节点的变化(如:24小时时间变化,季节变化等等),将这些 数据送入到四维仿真路况感知预警监控管理系统中去,就可以让系统更加真实的模拟仿真 出实际的交通状况,并可以根据现有的交通环境继续推演来仿真未来天气状况对交通的影 响重要程度,为交通管理提前采取必要的应急方案提供重要的理论依据,因此系统能够提 供更加智能、详细、周全的交通应急解决方案。
[0143] 中心数据处理平台将N个前端全方位跟踪检测雷达传感器发过来的大量数据,经 深入学习和分析后,可对某一点、某一区域、某一条路、某一城市、某一省份进行真实准确的 实时的环境模拟仿真,提供道路拥堵、交通事故、周界防范、自然灾害、抢险救灾、紧急事件 事故处理、指挥调度、预警防范、消防救援等等提供基础数据、图形信息、图像信息和详细的 预案,为相关人员和领导正确宝贵时间。
[0144] 本系统具有对异常事件事故车辆和行人进行实时跟踪定位检测,并且雷达检测设 备不受各类环境干扰和光线干扰,因此本系统可有效解决传统视频事件检测系统误报高、 漏报多、检测精度低等诸多问题。
[0145] 本发明系统具有交通数据采集功能且检测精度高,系统能够有效的检测速度低于 5Km/h移动的车辆和行人,甚至是停止的车辆或行人(微波车辆检测器和其他普通多目标雷 达检测器无法做到)。系统能够在本身集成的GIS地图上能够清楚的看到道路上车辆实时分 布情况、交通状况,该功能能够有效解决传统车辆检测器只能检测断面交通数据而无法反 应整条道路实时交通状况缺少宏观管理的缺点;
[0146] 本系统具有交通事件检测和交通数据采集功能,因此可直接替代传统的视频事件 检测设备和传统的车辆检测器设备;
[0147] 由于本系统可以按照时间节点来记录跟踪目标的运动状态,再结合车牌抓拍系统 便可以提供每一辆车在道路上真实准确的行驶路径;
[0148] N个全方位跟踪检测雷达传感器的数据可以通过服务器进行数据传递,可实现车 辆在全程道路上的实时跟踪定位功能;
[0149] 四维实景仿真路况感知预警监控管理系统可以为道路大数据分析提供的更多的 数据支撑;
[0150] 通过实时交通宏观数据、历史数据、气象数据、施工或封路交通管制策略,系统可 提供多种交通通行状态四维实景模拟仿真,为道路管理者实现道路管理制定详细的通行策 略提供有力保障;
[0151] 系统可与沿线布设的监控摄像机联动实现对异常事件事故车辆跟踪查看功能;
[0152] 由于四维实景仿真路况感知预警监控管理系统可以按照时间节点提供道路上行 驶的每一辆车的运动轨迹,因此可实现对特殊车辆和特殊车队的全程追踪以及行驶轨迹回 溯功能,并可与视频监控摄像机联动实现接力查看特殊车辆和特殊车队功能;
[0153] 本系统采用不合理路径判断机制和重叠路径判断机制可以实现对车辆倒卡逃费 现象的检测判断,并对异常车辆形成报警信息,输出预制联动方案,有效的打击查处车辆倒 卡逃费现象的出现,并未为道路管理者提供了一套有效的稽查逃费管理工具。
[0154] 由于本系统能够对车辆进行实时跟踪定位以及四维实景仿真和车辆三维实景仿 真功能,系统根据每一辆车的即时速度和运动轨迹等重要信息,可以实现全程车辆超速跟 踪检测报警功能,并可以输出车辆超速起始时间、结束时间、行驶里程、行驶路径等重要信 息
[0155] 由于本系统能够对车辆进行实时跟踪定位以及四维实景仿真和车辆三维实景仿 真功能,根据每一辆车的运动轨迹和车辆所在车道等重要信息,可以实现全程对大货车长 时间占用快速车道跟踪检测报警功能,并可以输出大货车占用快速车道的起始时间、结束 时间、行驶里程、行驶路径等重要信息
[0156] 由于本系统能够对车辆进行实时跟踪定位以及四维实景仿真和车辆三维实景仿 真功能,根据每一辆车的运动轨迹和所在车道等重要信息,可以实现全程对车辆占用应急 车道行驶跟踪检测报警功能,并可以输出车辆占用应急车车道的起始时间、结束时间、行驶 里程、行驶路径等重要信息
[0157] 由于本系统能够对车辆进行实时跟踪定位以及四维实景仿真和车辆三维实景仿 真功能,通过对“两客一危”车辆识别判定设定,可以实现全程对“两客一危”车辆全程跟踪 检测定位功能,并根据危险情况对外发出报警信息。
[0158] 四维实景仿真路况感知预警监控管理系统可以提供多角度查看功能包括,俯视查 看、定点查看、局部查看、区域查看、事件事故车辆回溯查看、事件事故仿真预览等,能够让 管理者采用不同视角对异常事件事故车辆和道路以及其他物体进行更加详细的查看。
[0159] 2)服务于社会
[0160] 本系统可同时提供1公里以内甚至是整条道路上每一辆的准备位置,并可以提供 每辆车实时数据包括:即时速度、行驶方向、经炜度、ID号、尺寸、车型、道路密度、车辆分布 位置、交通事件事故现场等重要信息,可为车路协同实现车辆自动驾驶、无人驾驶、队列驾 驶提供重要数据支撑;
[0161] 在雨雪天、沙尘天气、雾霾天气、夜间行车,对于监控管理者来说是非常茫然的,主 要是普通监控摄像机在这种条件的情况下已经被致盲,无法在继续发挥监视和控制的作用 了,更无法实现对道路上的车辆起到主动诱导作用。由于雷达检测设备本身不受的气候和 光线影响,在通过三维高精GIS地图和动态的车辆三维模型融合形成四维实景宏观监控画 面,可将道路上被“埋没”的摄像机完全给重现出来,给交通管理者实现主动式诱导和异常 事件事故快速处理和快速查询提供了很大帮助,为司乘人员安全出行保驾护航。
[0162] 本发明可提供1公里以内甚至是整条道路上每一辆准确位置,并可以提供每一辆 车实时运动状态、道路密度、车辆分布位置、交通事件事故现场等重要信息。系统可将车辆 即时的动态信息与百度三维电子地图、高德三维电子地图以及其他具有三维电子地图厂家 的设备进行融合,当5G通信时代到来时,可实现三维实景汽车导航和手机三维实景导航功 能,为司乘人员出行、路径规划、导航、危险障碍规避、危险车辆规避、路径选择等提供有力 保障。
[0163] 全方位雷达检测器可以同时跟踪扫描道路上不少于580个目标物体,并可以实现 精准定位其定位精度小于17CM,因此在现有北斗导航系统(民用北斗导航系统和GPS系统定 位精度为IOm级,其他定位系统定位精度都是在百米甚至千米级的定位精度,无法被自动驾 驶或无人驾驶以及队列驾驶使用)尚在完善阶段和GPS导航系统的不安全性的前提下,可提 供实时车辆精准定位;
[0164] 当系统检测到道路上有异常事件事故车辆、行人、道路拥堵、危险路况、危险天气、 危险车辆、危险行为等重要消息时,系统可以短信、视频、图形、情报板信息发布、手机APP等 多种形式告知司乘人员,让其采取正确措施进行避让。
[0165] 根据本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理 系统,将车辆行人跟踪定位技术、车牌抓拍技术、车辆行人三维仿真技术、道路监控技术、交 通状况仿真技术、网络通信技术、气候仿真技术、计算机图形学、视频渲染技术、三维GIS地 图技术、虚拟现实融合技术以及车路协同技术和导航技术完美的融合了在一起,系统极大 了满足了道路交通运营管理者对道路实时监控或区域监控各种需求以及司乘人员的出行 对“实时”,“真实”交通状况的信息需求,系统克服了现有监控系统中很多不完善、无法解决 的种种弊端包括:在特殊天气、无光线照射的情况无法实现全天候、全程监控的缺点,又解 决了基于全程监控系统的视频事件检测系统的误报高、漏报高、检测精度低、检测距离近的 缺点,同时该系统还提供了实时交通数据采集功能,可以直接替换掉现有交通中用于交通 数据采集相关设备,并可以实现大区域,远距离跟踪检测定位功能和车辆诱导功能等。
[0166] 本发明实施例的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统, 具有以下有益效果:1、由于多要素全方位跟踪检测雷达传感器不受各类环境干扰和光线干 扰因,因此本系统方案可实现全天365天24小时监视监控无障碍;
[0167] 2、通过分布在道路沿线密布的多要素全方位跟踪检测雷达传感器中的多要素传 感器采集到的大量气候变化数据,日照(亮度光强)数据等并结合时间节点的变化(如:24小 时时间变化,季节变化等等),将这些数据送入到四维仿真路况感知预警监控管理系统中 去,就可以让系统更加真实的模拟仿真出实际的交通状况,并可以根据现有的交通环境继 续推演来仿真未来天气状况对交通的影响重要程度,为交通管理提前采取必要的应急方案 提供重要的理论依据,以此可以让管理者能够制定出更加详细周全的交通应急解决方案。
[0168] 3、中心数据处理平台将N个前端多要素全方位跟踪检测雷达传感器发过来的大量 数据,经深入学习和分析后,可对某一点、某一区域、某一条路、某一城市、某一省份进行真 实准确的实时的环境模拟仿真,提供道路拥堵、交通事故、周界防范、自然灾害、抢险救灾、 紧急事件事故处理、指挥调度、预警防范、消防救援等等提供基础数据、图形信息、图像信息 和详细的预案,为相关人员和领导正确宝贵时间。
[0169] 4、设备现场维护人员在不接近设备的情况下,通过设备指示灯的闪烁方式或4G/ 5G通信用手机APP就可以初步的判断出设备详细的故障情况、甚至精确到每一个传感器的 或机械部件损坏程度等主要信息,极大的减少了现场维护人员和维护单位的维护成本。
[0170] 5、本系统具有对异常事件事故车辆和行人跟踪检测,并且雷达检测设备不受各类 环境干扰和光线干扰因此可有效解决传统视频事件检测系统误报高,检测精度低的诸多问 题;
[0171] 6、雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统本身具有交通数据 采集功能,且检测精度高,更能提供车速低于5Km/h低速移动的车辆甚至是停止的车辆(微 波车辆检测器和其他普通多目标雷达检测器无法做到),其能够在本身的GIS地图上能够清 楚的看到道路上车辆实时分布情况和拥堵情况,因此能够有效解决传统车辆检测器只能检 测断面交通数据而无法真实反应整条道路实时交通状况的缺点;
[0172] 7、雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统本身具有交通事件 检测和交通数据采集功能,因此可直接替代传统的视频事件检测设备和传统的车辆检测器 设备;
[0173] 8、雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统可同时提供1公里以 内甚至是整条道路上每一辆的准备位置,并可以提供每一实时状态包括:实时速度、行驶方 向、经炜度、ID号、尺寸、车型等重要信息,可为车路协同实现车辆自动驾驶、无人驾驶、队列 驾驶提供重要数据支撑;
[0174] 9、多要素全方位跟踪检测雷达传感器不受各类环境干扰和光线干扰,因此可在特 殊天气(雨、雪、雾、霾、沙尘、烟)状况下以及无光源(夜间)的情况下,多要素全方位跟踪检 测雷达四维仿真路况感知预警监控管理系统能够提供准确的车辆诱导和管理功能;
[0175] 10、由于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统可以按照时间 节点提供道路上行驶的每一辆车的运动轨迹,再结合车牌抓拍系统便可以提供每一辆车在 道路上真实准确的行驶路径;
[0176] 11、雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统可同时提供1公里 以内甚至是整条道路上每一辆的准备位置,并可以提供每一实时状态包括:实时速度、行驶 方向、经炜度、ID号、尺寸、车型等重要信息,当5G时代通信的到来,可为三维汽车导航和手 机三维导航提供重要基础数据支撑;
[0177] 12、全方位雷达检测器可以同时跟踪扫描道路上不少于580个目标物体,并可以实 现精准定位其定位精度小于25CM,因此在现有北斗导航系统(民用北斗导航系统和GPS系统 定位精度为IOm级,其他定位系统定位精度都是在百米甚至千米级的定位精度,无法被自动 驾驶或无人驾驶以及队列驾驶使用)尚在完善阶段和GPS导航系统的不安全性的前提下,可 提供实时车辆精准定位;
[0178] 13、N个多要素全方位跟踪检测雷达传感器的数据可以通过服务器进行数据传递, 可实现车辆在全程道路上的实时跟踪;
[0179] 14、雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统可以为道路大数据 分析提供的更多的数据支撑;
[0180] 15、通过的四维实景仿真路况感知预警监控管理系统可提供多种交通通行状态模 拟仿真,为管理者实现道路管理制定详细的通行策略;
[0181] 16、雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统可与沿线监控摄像 机联动实现对异常事件事故车辆跟踪车看功能;
[0182] 17、由于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统可以按照时间 节点提供道路上行驶的每一辆车的运动轨迹,因此可实现对特殊车辆和特殊车队的全程追 踪以及行驶轨迹回溯,并可与视频监控摄像机联动实现接力查看特殊车辆和特殊车队功 能。
[0183] 本发明可以提供多角度查看功能包括,俯视查看、定点查看、局部查看、区域查看、 事件事故车辆回溯查看、事件事故仿真预览等,能够让管理者采用不同视角对异常事件事 故车辆和道路以及其他物体进行更加详细的查看。
[0184] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示 例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0185] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例 性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨 的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围 由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

  1. I. 一种基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系统,其特征在于, 包括:多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备、数据采集分析处理器、车牌抓拍摄像机、传 输通信设备、云处理服务器、四维实景四维实景管理工作站,其中, 所述多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备通过360°全方位扫描的方式,将雷达区域 内所有移动的车辆或行人进行实时跟踪定位并获取每一个目标的实时位置和雷达的原始 数据信息;全方位跟踪检测雷达传感器为本方案前段核心数据采集的核心部件,该雷达采 用由主频为77GHz高频发射单元、信号接收单元、数据处理单元和通信单元等等组,其核心 数据处理单元采用多线程高速处理器能够同时跟踪定位不少于1000个目标物体。该雷达检 测器采用360°高速扫描方式能够对以雷达为中心,半径500米全区域内不少于1000个目标 物体进行时跟踪定位,其目标跟踪定位精度误差小于17.5厘米,雷达探测目标移动速度范 围为0-250Km/h,与被跟踪目标每秒钟800次的数据交互完全满足车辆实现全速智能驾驶的 定位要求,此外该雷达还可以提供一公里内每一个车辆的即时速度、运动方向、经炜度、目 标尺寸、ID编号、方向角等重要信息。该雷达传感器采用一体化设计,为保证雷达使用寿命 设备整体采用IP67安全防护等级。雷达所有部件全部选用和采用低功耗设计和器件;雷达 采用100M网口与外部进行数据通信; 所述数据采集分析处理器用于获取所述多要素全方位跟踪检测雷达传感器发送过来 的原始雷达扫描数据,之后对原始数据进行干扰滤除、形成跟踪、汇总、分析以及判断给出 每一辆车或行人的实时跟踪定位信息,再通过传输通信设备发送至云处理服务器在此对数 据进行处理,N个区域重叠的多要素全方位跟踪检测雷达传感器数据通过路侧安装的数据 采集分析处理器或所述云处理服务器进行数据传递,被跟踪的车辆或行人通过这种方式实 现全程跟踪实时不间断的跟踪定位,直到被跟踪的车辆或行人离开N个连续雷达的所覆盖 的检测区域为止,其中,同一车辆在通过被N个检测区域重叠的多要素全方位跟踪检测雷达 传感器的道路上行驶时,系统会为该车辆分配唯一的识别信息,道路上所有行驶的车辆都 会赋予唯一识别代码来保持车辆在四维实景交通路况感知预警监控管理系统中信息的唯 一性和可持续性,数据采集分析处理器还要完成一下内容: 1) 给雷达设定检测区域、检测车道 2) 调取数学运算模型获取每目标物体实时的运动速度、方向、距离、目标夹角、轨迹、行 驶时间、所在区域等重要信息 3) 获取数据信息送入到预先设定好的报警判定规则模型和报警类型判定规则模型中 进行校验,筛选出复合条件的目标进行标定输出警报; 4) 启动跟踪摄像机监控摄像机对目标物体进行实时跟踪查看; 5) 获取跟踪摄像机视频图像送到监控中心供管理人员实时查看录像使用; 6) 获取本地多要素传感器采集的各类数据,通过数据分析报警模型进行实时分析判 断,当满足预先设定的判断机制中; 7) 检测事件类型包括:车辆停驶、交通事故、车辆拥堵、车辆排队、车辆逆行、车辆慢行、 抛洒物、行人、违章变道以及特定区域的非法入侵、异常天气等等重要事件; 所述车牌抓拍摄像机主要来获取并抓拍行驶在道路上的车辆车牌信息和图片信息,再 通过图形分析技术,来获取道路上行驶的每一辆车的特征信息,所述车牌抓拍摄像机的触 发信号由多要素全方位跟踪检测雷达传感器通过数据采集分析处理器来实现同步触发抓 拍,数据采集分析处理器同时获取该雷达触发车牌抓拍摄像机抓拍该车辆当时的雷达数据 信息,即跟踪定位信息与车牌抓拍摄像机抓取的车辆照片信息与车辆牌照信息进行数据汇 总并打包传输到所述云处理服务器,所述云处理服务器对该数据进行解析分析处理和数据 还原; 所述四维实景管理工作站根据所述云处理服务器发送的数据,调用并生成三维高精仿 真GIS地图,该三维高精仿真GIS地图是基于3DGIS图形渲染引擎为底层,在通过无人机拍 摄、激光扫描获取道路数据并结合与之对应的三维仿真软件合并而成, 所述中心服务器主要与前方的数据采集分析处理器进行通信,获取数据采集分析处理 器发过来的数据信息、报警信息、视频信息,并对对数据采集分析处理器下发控制指令、参 数设定指令、联动指令等,中心服务器启动数据库对系统中的所有数据进行存储,并于人机 交互工作进行数据通信,回报报警信息、并接受并完成工作站下发过来的所有信息以及控 制指令,完成系统中所有数据采集分析处理器配置信息、搭建系统架构、建立网络数据链 路、本地或远程维护、数据查看、筛选、导出等重要工作。处理所有潜在的或可能形成事故的 关键信息,启动相应的决策规则加以处理,与监控数据服务器进行信息交互,可向道路监控 系统或第三方提供SDK二次开发包或API数据接口,实现与监控系统,包括视频控制平台的 联动、声音报警等。设备主要完成以下工作:数据交换、存储功能、系统通讯、维护、集中报 警、预案生成、联动方案执行、加载GIS电子地图、图形加速引擎、车辆行人异常事故事件检 测与报警、图像存储、数据存储、报警事件录像存查、报表生产、与第三方联动指令发送、设 备系统参数设定、发送预设方案、日常操作人机界面集中警报; 其中,所述车牌抓拍摄像机将抓取的车辆照片以及车辆牌照信息送入到数据采集采集 分析处理器进行图形分析来获取的车辆特征信息送入到所述云处理服务器中进行图形分 析和数据分析,所述云处理服务器的数据库中存有各种与实际车辆相同的三维模型和与之 对应的车辆特征数据信息,服务器获取车牌抓拍摄像机送过来的每一辆车的车辆照片和车 辆特征信息后与本地数据库中三维车辆模型数据进行一对一对比和匹配,将与数据一致或 接近的车辆三维模型提取出来。其次、多要素全方位跟踪检测雷达传感器再将该车辆的实 时雷达获取的车辆跟踪定位数据信息与该车辆的三维模型做进一步融合匹配,并同时将该 车辆三维模型显示在三维高清仿真GIS地图上,通过数据补偿技术结合图形渲染加速引擎 处理后就可以得到了与实际道路上运动方向、运动速度、实时位置、车辆颜色、车辆外形相 同的三维车辆仿真动画,通过监控三维仿真动画中的每一辆车的运动轨迹、运通状态就可 以实现对道路上实际运动车辆进行一对一的监控了,再将多要素全方位跟踪检测雷达传感 器采集的多要素天气数据信息、空气质量数据、光照数据和时钟信息,送入到本系统中进行 全方位的环境仿真模拟就可以更加逼真的对交通路况、交通状态和行驶的车辆以及所在环 境进行全方位的仿真,并可以高质量的四维图形画面给使用管理者展现出来。
  2. 2.如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,所述车辆的雷达实时数据包括:车辆的跟踪定位信息、即时速度信息、运动 方向信息、经炜度信息、目标尺寸信息、ID编号信息、类型信息、运动方向角、XYZ三维坐标等 重要信息;所述车辆的特征数据包括:颜色、车系、外观、车型、品牌、型号、年代、车辆牌照信 息;所述多要素环境数据包括:温湿度数据、综合气体数据、亮度光强数据、雨量数据、风速 风向数据,其中,综合气体数据包括:二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、挥发物。
  3. 3. 如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,所述传输通信设备包括以下通信单元中的一种或多种:4/5G通信单元、无 线通信单元、485串口输出单元、CAN通信单元、10/100/1000M网络通信。
  4. 4. 如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,所述数据采集分析处理器还有用于将所述云处理服务器发送的控制信息、 车辆诱导信息、告警管控信息、安全提示信息、交通路况信息和多要素环境数据通过全方位 扫描雷达传感器设备自身通信端口或路侧安装的车路协同路侧通信设备与车辆、行人、司 乘人员进行数据通信或数据交互。
  5. 5. 如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,所述云处理服务器设定的特殊跟踪判断条件,包括以下一种或多种:车牌 跟踪、异常事件事故车辆跟踪、行人跟踪、特殊车辆跟踪和车队跟踪,一旦启动该跟踪机制 被跟踪的目标会被始终跟踪并实时显示在人机交互界面最上层,直到跟踪解除为止。
  6. 6. 如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,所述云处理服务器和所述四维实景管理工作站还用于提供报警事件数据 的存储和查询,并提供友好直观的人机交互界面包括:报警、管理、查看、监视、监控、分析、 导出、维护、设定。
  7. 7. 如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,由于在同一路段上,所述多个雷达传感器分别安装于多个区域内,覆盖本 区域内的实时数据,相邻区域之间的数据传递通过所述云处理服务器或数据采集分析处理 器进行数据传递与通信,其中,同一车辆在通过被多个检测区域重叠的多要素全方位跟踪 检测雷达传感器的道路上行驶时,为该车辆会被分配唯一的识别信息,直到车辆驶离检测 区域为止。
  8. 8. 如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,当所述全方位扫描雷达传感器设备安装于高速公路隧道或城市隧道中时, 根据所述多要素传感器采集到的有害气体浓度数据判断是否发生有害气体超标,如果有则 由四维实景管理工作站向中央控制处理单元发出报警通知,形成预警方案或报警信息,发 出报警并启动相应的应急或救援方案,同时多要素全方位跟踪检测雷达传感器的中央控制 处理单元会通过IO接口、CAN接口或R485接口与本地消防系统、告警设备以及其他第三方检 测设备进行相连,并将数据或开关量输出给本地报警设备或第三方设备,进行报警输出,也 可以通过数据采集处理器自身的所带的通信端口或路侧安装的车路协同通信设备将以上 报警告警提示信息以点对点的形式或广播的形式发送出去。
  9. 9. 如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,所述云处理服务器还用于根据来自所述数据采集分析处理器的实时数据 或服务器数据库存储的历史数据,启动人工智能深入学习和四维实景交通仿真,自动生成 预案以实时评估当前和预测未来路网短时出行需求和交通管制后道路通行状态,在经过路 径分配算法,将出行需求分配至仿真路网,模拟和再现仿真路网交通运行状态,制定相应的 应对策略和应对方案。
  10. 10. 如权利要求1所述的基于雷达跟踪定位的四维实景交通路况感知预警监控管理系 统,其特征在于,所述全方位扫描雷达传感器设备和车路协同路侧通信设备(V2X通信设备) 进一步与路测安装的诱导系统、手机导航系统、车路导航系统、自动驾驶车辆或安装有车路 协同车载通信设备的车辆进行实时通信,以发送当前道路的实际交通路况信息和交通状况 信息、气象信息、区域内车辆即时跟踪定位信息、告警信息、安全提示信息、道路管控信息 等,为车辆的自动驾驶、出行、导航、路径规划选择、危险规避等提供重要数据支撑。
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