CN109557534B - 一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备及其使用方法，所述设备包括：雷达扫描传感器、高速跟踪摄像机组和安装座，所述雷达扫描传感器包括安装至所述安装座上部的雷达控制主板、雷达旋转角度监测组件、雷达信号发射与接收天线、雷达支架、雷达旋转驱动组件，所述高速跟踪摄像机组包括安装至所述安装座下部的摄像控制主板、摄像机、摄像机支架、摄像机旋转驱动组件和摄像机俯仰驱动组件。本发明实施例解决了现有雷达设备检测距离近、跟踪目标数量少、定位精度低、雷达与摄像机无法快速匹配的诸多缺点，以及通过雷达数据分析解决了对交通路况感知、区域安全防范定位范围有限、数据处理不及时以及易受光照、各类天气影响的问题。

Description

一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及雷达批量目标连续跟踪处理技术、雷达射频信号处理技术、雷达旋转扫描目标跟踪技术、雷达波通过透镜大范围发射与接收技术、雷达与摄像机联动跟踪技术以及智能交通技术领域，具体涉及一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备及其使用方法。

背景技术

随着我国高速公路的快速发展，道路监控系统的硬件设备和软件水平也随着科技发展水平的提高而不断更新换代.高速公路道路监控系统的主要是通过对高速公路全线的交通流量检测、交通状况的监测、环境气象检测、运行状况的监视，按照一系列智能控制规则和策略产生控制方案，从而实现控制交通流量、改善交通环境、减少事故、使高速公路达到较高的服务水平。

视频交通事件自动检测系统是利用道路沿线或隧道内的固定摄像机和外场遥控摄像机的高清视频图像作为输入，采用车辆跟踪技术和背景图像自动更新技术，从图像序列的变化中选取目标信息进行计算处理，对车辆移动轨迹进行分析，根据图像处理算法产生事件告警。通过对视频图像的处理分析，在图像的覆盖范围内，能够进行各种交通事件、事故的自动检测如火灾、行人、车辆停驶、交通拥堵、车辆逆行、车辆抛洒物碎片、低能见度检测等，并且系统能够实时地快速自动报警和录像，为道路的交通安全管理和道路运营提供极大的帮助。

现阶段高清视频监控系统与视频事件检测系统的融合应用，更是促进了道路监控系统向着自动化、人性化方向迈进了一大步，通过后端的视频检测分析设备就能够主动的对道路上以及隧道内行驶的车辆以及危险事件和行人、抛洒物体进行快速检测和快速预警，也使高速公路的安全管理水平得到了很大提升，并降低了各种不安全隐患的发生,使用路人的驾车行驶环境也更加安全，各种事故不断降低,经济损失也大幅度减小。

随着科技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。

其次，高速公路监控系统中虽然按照要求在道路两侧安装有全要素检测设备或多要素检测设备，但是由于专业的气象检测设备价格非常昂贵，因此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。

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。但是由于雷达检测设备本身具有不受光线影响可全天24小时工作、精准检测高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(millimeterwave)探测的雷达。通常毫米波是指30～300GHz频域(波长为1～10mm)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几百个目标；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。

总结、如果有一套全新的路况感知系统能够通过雷达传感器设备实现对道路上行驶的车辆、行人、物体、动物等进行大范围(单个雷达检测设备不小于1公里)实时跟踪检测并能根据其运动轨迹和规律实现对异常事件的检测、报警、预警、管理等诸多功能还。此外系统还能够屏蔽传统监控系统因为天气或光线原因而造成摄像机“致盲”无法使用，无法查看道路情况、有效效疏通等诸多缺点。系统本身如果能够有效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，将会具有重大意义，可为管理者提供优异的交通监控解决方案，该发明将会是市场需求量巨大的产品系统。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备及其使用方法，用以解决现有雷达设备检测距离近、跟踪目标数量少、定位精度低、雷达与摄像机无法快速匹配的诸多缺点，以及通过雷达数据分析解决了对交通路况感知、区域安全防范定位范围有限、数据处理不及时以及易受光照、各类天气影响的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，所述设备包括：雷达扫描传感器、高速跟踪摄像机组和安装座，所述雷达扫描传感器包括安装至所述安装座上部的雷达控制主板、雷达旋转角度监测组件、雷达信号发射与接收天线、雷达支架、雷达旋转驱动组件，所述雷达控制主板分别向所述雷达旋转角度监测组件、所述雷达信号发射与接收天线和所述雷达旋转驱动组件下发指令并接收雷达信号数据，所述雷达支架支撑所述雷达信号发射与接收天线，所述雷达旋转驱动组件驱动雷达支架和所述雷达信号发射与接收天线旋转，所述雷达旋转角度监测组件用来监测所述雷达信号发射与接收天线的旋转角度，所述雷达扫描传感器外面设有雷达防护罩，所述高速跟踪摄像机组包括安装至所述安装座下部的摄像控制主板、摄像机、摄像机支架、摄像机旋转驱动组件和摄像机俯仰驱动组件，所述摄像控制主板分别向所述摄像机、所述摄像机旋转驱动组件和所述摄像机俯仰驱动组件下发指令并接收摄像信号数据。

进一步地，所述雷达旋转驱动组件包括雷达旋转电机、传送带和大同步轮，所述雷达旋转电机安装至所述安装座上部，所述雷达旋转电机输出轴通过所述传送带带动所述大同步轮旋转，所述大同步轮上端安装至所述雷达支架的下面。

进一步地，所述雷达旋转角度监测组件包括角度读取拨码盘、编码器固定圆环盘和激光编码器，所述角度读取拨码盘由所述大同步轮在上端外侧均匀布置刻度形成，所述编码器固定圆环盘安装在所述雷达支架底部并套在所述角度读取拨码盘外，所述激光编码器安装在编码器固定圆环盘上并与所述角度读取拨码盘上的刻度相对，所述编码器固定圆环盘上开有电机孔，所述电机孔中容纳所述雷达旋转电机。

进一步地，所述雷达支架包括外支架、内支架和固定支架，所述外支架直立于所述安装座上部，所述内支架套在所述外支架内并倾斜支撑所述雷达信号发射与接收天线，所述固定支架安装至所述外支架外侧并位于所述内支架和所述雷达信号发射与接收天线的背侧，所述内支架通过旋转轴安装至所述外支架斜梁中部，所述外支架下部设置有角度调节孔，所述内支架底部通过销轴插装至所述角度调节孔中，所述销轴插装不同的角度调节孔时，所述内支架及所述雷达信号发射与接收天线具有不同的俯仰角度。

进一步地，所述雷达控制主板集成有雷达中央处理单元、高频信号发射与接收单元、高频信号生产单元、雷达RJ45接口、雷达CAN总线接口和摄像控制主板接口，所述雷达中央处理单元分别连接至所述高频信号生产单元、所述高频信号发射与接收单元、所述雷达旋转电机、所述激光编码器、所述雷达RJ45接口、所述雷达CAN总线接口和所述摄像控制主板接口，所述高频信号发射与接收单元连接至所述雷达信号发射与接收天线，所述雷达中央处理单元通过所述雷达CAN总线接口对外进行数据交互，所述雷达中央处理单元通过所述雷达RJ45接口与有线连接的本地联动设备进行数据交互，所述雷达中央处理单元通过所述摄像控制主板接口向所述摄像控制主板下发控制指令进行联动。

进一步地，所述摄像机支架包括安装至所述安装座下部的底座和夹持安装在所述摄像机两侧的立板，所述摄像机旋转驱动组件包括摄像机旋转电机和旋转安装至所述底座的水平旋转传动齿轮，所述摄像机旋转电机安装至所述摄像机一侧的立板外面，所述摄像机旋转电机通过电机驱动轴齿轮带动所述水平旋转传动齿轮旋转，所述水平旋转传动齿轮带动所述摄像机和所述立板一起旋转；所述摄像机俯仰驱动组件包括摄像机俯仰电机和俯仰角度调节齿轮，所述摄像机俯仰电机安装至远离所述摄像机旋转电机的所述摄像机一侧的立板外面，所述俯仰角度调节齿轮设置在安装有摄像机旋转电机的立板与摄像机之间，所述摄像机俯仰电机通过电机驱动轴齿轮带动所述俯仰角度调节齿轮正转或反转，所述俯仰角度调节齿轮正转或反转带动调整所述摄像机的俯仰姿态。

进一步地，所述摄像控制主板集成有摄像中央处理单元、机械控制单元、供电单元、摄像RJ45接口、摄像CAN总线接口和雷达控制主板接口，所述摄像中央处理单元分别连接至所述摄像机、所述机械控制单元、所述供电单元、所述摄像RJ45接口、所述摄像CAN总线接口和所述雷达控制主板接口，所述机械控制单元分别连接至所述摄像机旋转电机和所述摄像机俯仰电机，所述摄像中央处理单元通过所述摄像CAN总线接口对外进行数据交互，所述摄像中央处理单元通过所述摄像RJ45接口与有线连接的本地联动设备进行数据交互，所述摄像中央处理单元通过所述雷达控制主板接口从所述雷达控制主板接收控制指令进行联动。

进一步地，所述摄像机外部套有摄像机保护壳和摄像机PVC防护罩，所述摄像机PVC防护罩设置在所述摄像机保护壳外部，所述摄像控制主板、所述底座、所述摄像机保护壳通过螺栓从内至外依次安装至所述安装座下部的固定螺栓孔，所述摄像机PVC防护罩通过外螺纹安装至所述安装座下部内侧的紧固螺纹，所述摄像机PVC防护罩和所述安装座之间设置有密封圈。

进一步地，所述一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备还包括多要素气象、气体检测传感器，所述多要素气象、气体检测传感器包括温湿度传感器、综合气体传感器、亮度光强传感器、雨量传感器、风速风向传感器，所述温湿度传感器、所述综合气体传感器和所述亮度光强传感器设置在摄像机PVC防护罩底部外周边并通信连接至所述摄像中央处理单元，所述摄像控制主板还集成有连接至所述摄像中央处理单元的RS485接口，所述雨量传感器和所述风速风向传感器由所述RS485接口接入至所述摄像中央处理单元进行数据通信和传输。

本发明实施例提供了一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的使用方法，所述使用方法包括：雷达扫描传感器以360°高速扫描对高速公路上运动的车辆、行人、物体进行实时跟踪定位检测；高速跟踪摄像机组对高速路上运动的车辆、行人、物体进行拍摄获得视频图像数据；多要素气象、气体检测传感器采集温湿度数据、光照光强数据、风向风速数据，雨量数据、有害气体数据；对雷达检测数据、多要素气象、视频图像数据、气体检测传感器数据进行分析、汇总、运算、筛选、滤除、条件判断、雷达检测区域设置、异常事件检测及轨迹跟踪；其中，所述雷达扫描传感器通过雷达旋转驱动组件驱动雷达信号发射与接收天线360°旋转扫描，所述雷达扫描传感器通过外支架下部的角度调节孔以及内支架底部销轴调整雷达信号发射与接收天线的俯仰角度；所述高速跟踪摄像机组通过摄像机旋转驱动组件驱动摄像机360°旋转，所述高速跟踪摄像机组通过摄像机俯仰驱动组件调整摄像机的俯仰姿态。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例能够对道路上行驶的车辆以及行人或动物进行大范围全方位感知并快速的实时跟踪定位，并且能够确定在几百米或几公里范围内，，对每一个运动目标的实时运动状态，包括所在车道、即时速度、类型(车辆、行人、障碍物)、距离、方向以及方向角、状态，甚至是整条道路交通情况、路况情况、天气情况。而且又不需要其他辅助设备大量的投入，能够如此多的及时性信息通过对这些数据加工处理后就并加以相应的条件筛选和判断模型以及预警报警机制就可以用来做路况感知、异常事件事故分析检测、交通状态、路况状态预警报警功能，三维实景仿真系统或GIS系统以及结合车路协同设备在30-100毫秒的时间内，发送给自动驾驶车辆，自动驾驶车辆根据所获取的数据信息及时调整自己的运动状态，另外该设备所采集的持续跟踪定位的数据信息不受到各类天气包括：雨天、雪天、雾天、霾天以及光线(白天或晚上)变化的影响和烟雾的影响，由此使整套全方位感知设备在整个智能化道路上能够发挥其重要的作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的整体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的雷达防护罩的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的雷达扫描传感器从雷达信号发射与接收天线正面观察的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的雷达扫描传感器从雷达信号发射与接收天线斜上方观察的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的安装座从斜上方观察的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的雷达旋转角度监测组件的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的雷达控制主板的结构示意图。

图8为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的安装座从斜下方观察的结构示意图。

图9为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的摄像控制主板的结构示意图。

图10为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的摄像机、摄像机支架、摄像机旋转驱动组件和摄像机俯仰驱动组件的结构示意图。

图11为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的摄像机保护壳的结构示意图。

图12为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的摄像机PVC防护罩的结构示意图。

图13为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的摄像机PVC防护罩安装至安装座下部的结构示意图。

图14为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的透镜天线的结构示意图。

图15为本发明实施例提供的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的透镜天线的馈源采用的微带天线加权阵列示意图。

图中：01.雷达扫描传感器，02.高速跟踪摄像机组，03.安装座，04.雷达控制主板，05.雷达旋转角度监测组件，06.雷达信号发射与接收天线，07.雷达支架，08.雷达旋转电机，09.传送带，10.大同步轮，11.角度读取拨码盘，12.编码器固定圆环盘，13.激光编码器，14.电机孔，15.外支架，16.内支架，17.固定支架，18.旋转轴，19.外支架斜梁，20.角度调节孔，21.雷达中央处理单元，22.高频信号发射与接收单元，23.高频信号生产单元，24.雷达RJ45接口，25.雷达CAN总线接口，26.摄像控制主板接口，27.雷达防护罩，28.O型密封圈，29.摄像控制主板，30.摄像机，31.摄像机支架，32.摄像机旋转驱动组件，33.摄像机俯仰驱动组件，34.底座，35.立板，36.摄像机旋转电机，37.水平旋转传动齿轮，38.摄像机俯仰电机，39.俯仰角度调节齿轮，40.U型夹板，41.摄像中央处理单元，42.机械控制单元，43.供电单元，44.摄像RJ45接口，45.摄像CAN总线接口，46.雷达控制主板接口，47.RS485接口，48.摄像机保护壳，49.摄像机PVC防护罩，50.固定螺栓孔，51.紧固螺纹，52.密封圈，53.温湿度传感器，54.综合气体传感器，55.亮度光强传感器，56.RJ45接线端子，57.RS485接线端子，58.CAN总线接线端子，59.摄像头孔。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

参考图1至图13，本发明实施例公开的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备包括：雷达扫描传感器01、高速跟踪摄像机组02和安装座03。

雷达扫描传感器01包括安装至安装座03上部的雷达控制主板04、雷达旋转角度监测组件05、雷达信号发射与接收天线06、雷达支架07、雷达旋转驱动组件。雷达旋转驱动组件包括雷达旋转电机08、传送带09和大同步轮10，雷达旋转电机08安装至安装座03上部，雷达旋转电机08输出轴通过传送带09带动大同步轮10旋转，大同步轮10上端安装至雷达支架07的下面，雷达旋转角度监测组件05包括角度读取拨码盘11、编码器固定圆环盘12和激光编码器13，角度读取拨码盘11由大同步轮10在上端外侧均匀布置刻度形成，编码器固定圆环盘12安装在雷达支架07底部并套在角度读取拨码盘11外，激光编码器13安装在编码器固定圆环盘12上并与角度读取拨码盘11上的刻度相对，编码器固定圆环盘12上开有电机孔14，电机孔14中容纳雷达旋转电机08，雷达控制主板04分别向雷达旋转角度监测组件05、雷达信号发射与接收天线06和雷达旋转驱动组件下发指令并接收雷达信号数据，雷达支架07支撑雷达信号发射与接收天线06，雷达旋转驱动组件驱动雷达支架07和雷达信号发射与接收天线06旋转，雷达旋转角度监测组件05用来监测雷达信号发射与接收天线06的旋转角度。

雷达扫描传感器01硬件要求说明如下：采用紧凑型轻巧设计，为了增加其坚固性其采用一体化制造而成。它的探测距离范围远，覆盖道路范围可达1000米以上。物体分辨率和定位精度：≤25厘米；工作频率：77GHz；波速方位角：2°；波束仰角：2°，要求能够提供每一个被检测物体包括行人、车辆等物体的实时位置、方向、车速、车型、ID号码，经纬度等重要标记信息。雷达盲区域5米；每秒物体探测频率：800次；视场：360°雷达旋转扫描；转速：8rps；接口：100Mb以太网；目标跟踪数量：1000个；工作电压：POE供电方式，功耗≤15W；MTBF：80000小时(大于8年)；防护等级：IP67；工作温度：-30℃至+60℃。

雷达信号发射与接收天线06采用分区菲涅尔透镜形式，为保证天线方位波束宽度在2°以内，天线口径定义为D＝150mm。焦距定义为f＝220mm。将馈源产生的球面波聚焦成平面波。采用介电常数2.2的聚四氟乙烯材料。俯仰向对透镜天线进行赋形，以实现余割平方波束，来扩展俯仰向波束宽度，并且可以保证同一目标在不用距离上的回波信号使恒定的，所需馈源照射角为：θ＝19°，采用规模为6×6的微带天线加权阵列，对方位俯仰采用不同的加权方式，使其10dB波束宽度均为38°。这样各方向照射透镜的信号均相等。以保证在透镜旋转不影响合成方向图。

雷达支架07包括外支架15、内支架16和固定支架17，外支架15直立于安装座03上部，内支架16套在外支架17内并倾斜支撑雷达信号发射与接收天线06，固定支架17安装至外支架15外侧并位于内支架16和雷达信号发射与接收天线06的背侧，由于雷达信号发射与接收天线06和内支架16位于外支架15的一侧，固定支架17位于外支架15的另一侧，用于平衡外支架15上的载重。另外，内支架16通过旋转轴18安装至外支架斜梁19中部，外支架15下部设置有角度调节孔20，内支架16底部通过销轴插装至角度调节孔20中，销轴插装不同的角度调节孔20时，内支架16及雷达信号发射与接收天线06具有不同的俯仰角度。

雷达控制主板04集成有雷达中央处理单元21、高频信号发射与接收单元22、高频信号生产单元23、雷达RJ45接口24、雷达CAN总线接口25和摄像控制主板接口26，雷达中央处理单元21分别连接至高频信号生产单元23、高频信号发射与接收单元22、雷达旋转电机08、激光编码器13、雷达RJ45接口24、雷达CAN总线接口25和摄像控制主板接口26，高频信号发射与接收单元22连接至雷达信号发射与接收天线06，雷达中央处理单元21通过雷达CAN总线接口25对外进行数据交互，雷达中央处理单元21通过所述雷达RJ45接口24与有线连接的本地联动设备进行数据交互，所述本地联动设备包括情报板提示系统、路况广播系统，雷达中央处理单元21通过摄像控制主板接口26向摄像控制主板29下发控制指令进行联动(图中未示出)。

雷达扫描传感器01外面设有雷达防护罩27，雷达防护罩27安装至安装座03上部，雷达防护罩27与安装座03之间设有O型密封圈28来进行防水结构的设计。雷达防护罩27采用不影响仪器性能的材质进行加工；安装座03采用铝合金，上部采用钣金折弯的方式加工。

高速跟踪摄像机组02包括安装至安装座03下部的摄像控制主板29、摄像机30、摄像机支架31、摄像机旋转驱动组件32和摄像机俯仰驱动组件33，摄像控制主板29分别向摄像机30、摄像机旋转驱动组件32和摄像机俯仰驱动组件33下发指令并接收摄像信号数据。

摄像机支架31包括安装至安装座03下部的底座34和夹持安装在摄像机30两侧的立板35，摄像机旋转驱动组件32包括摄像机旋转电机36和旋转安装至底座34的水平旋转传动齿轮37，摄像机旋转电机36安装至摄像机30一侧的立板35外面，摄像机旋转电机36通过电机驱动轴齿轮带动水平旋转传动齿轮37旋转，水平旋转传动齿轮37带动摄像机30和立板35一起旋转；摄像机俯仰驱动组件33包括摄像机俯仰电机38和俯仰角度调节齿轮39，摄像机俯仰电机38安装至远离摄像机旋转电机36的摄像机30一侧的立板35外面，俯仰角度调节齿轮39设置在安装有摄像机旋转电机36的立板35与摄像机30之间，摄像机俯仰电机38通过电机驱动轴齿轮39带动俯仰角度调节齿轮39正转或反转，俯仰角度调节齿轮39通过U型夹板40将摄像机30固定至两个立板35之间，俯仰角度调节齿轮39正转或反转带动调整摄像机30的俯仰姿态。

摄像控制主板29集成有摄像中央处理单元41、机械控制单元42、供电单元43、摄像RJ45接口44、摄像CAN总线接口45和雷达控制主板接口46，摄像中央处理单元41分别连接至摄像机30、机械控制单元42、供电单元43、摄像RJ45接口44、摄像CAN总线接口45和雷达控制主板接口46，机械控制单元42分别连接至摄像机旋转电机36和摄像机俯仰电机38，摄像中央处理单元41通过摄像CAN总线接口45对外进行数据交互，摄像中央处理单元41通过摄像RJ45接口44与有线连接的本地联动设备进行数据交互，所述本地联动设备包括情报板提示系统、路况广播系统，摄像中央处理单元41通过雷达控制主板接口46从雷达控制主板04接收控制指令进行联动(图中未示出)。

摄像机30外部套有摄像机保护壳48和摄像机PVC防护罩49，摄像机PVC防护罩49设置在摄像机保护壳48外部，摄像机保护壳48上与摄像机30的摄像头对应的位置开有摄像头孔59，摄像控制主板29、底座34、摄像机保护壳48通过螺栓从内至外依次安装至安装座03下部的固定螺栓孔50，摄像机PVC防护罩49通过外螺纹安装至安装座03下部内侧的紧固螺纹51，摄像机PVC防护罩49和安装座03之间设置有密封圈52来进行防水结构的设计。

一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备还包括多要素气象、气体检测传感器，所述多要素气象、气体检测传感器包括温湿度传感器53、综合气体传感器54、亮度光强传感器55，所述温湿度传感器53、所述综合气体传感器54和所述亮度光强传感器55设置在摄像机PVC防护罩49底部外周边并通信连接至摄像中央处理单元41(图中未示出)，所述多要素气象、气体检测传感器还包括雨量传感器和风速风向传感器(图中未示出)，摄像控制主板29还集成有连接至摄像中央处理单元41的RS485接口47，雨量传感器和风速风向传感器由RS485接口47接入至摄像中央处理单元41进行数据通信和传输(图中未示出)。摄像机PVC防护罩49底部一侧设置有RJ45接线端子56、RS485接线端子57和CAN总线接线端子58，RJ45接线端子56对内连接至雷达RJ45接口24和摄像RJ45接口44，RS485接线端子57对内连接至RS485接口47，RJ45接线端子57对外连接至本地联动设备的RJ45接口，本地联动设备包括情报板提示系统、路况广播系统，CAN总线接线端子58对内连接至雷达CAN总线接口25和摄像CAN总线接口45，CAN总线接线端子58对外通过网络以及通信传输设备连接至综合管理平台以及后台服务器阵列(图中未示出)。

本发明实施例还公开的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的使用方法包括：雷达扫描传感器01以360°高速扫描对高速公路上运动的车辆、行人、物体进行实时跟踪定位检测；高速跟踪摄像机组02对高速路上运动的车辆、行人、物体进行拍摄获得视频图像数据；多要素气象、气体检测传感器采集温湿度数据、光照光强数据、风向风速数据，雨量数据、有害气体数据；对雷达检测数据、多要素气象、视频图像数据、气体检测传感器数据进行分析、汇总、运算、筛选、滤除、条件判断、雷达检测区域设置、异常事件检测及轨迹跟踪；其中，雷达扫描传感器01通过雷达旋转驱动组件驱动雷达信号发射与接收天线07360°旋转扫描，雷达扫描传感器01通过外支架15下部的角度调节孔20以及内支架16底部销轴调整雷达信号发射与接收天线07的俯仰角度；高速跟踪摄像机组02通过摄像机旋转驱动组件32驱动摄像机30360°旋转，高速跟踪摄像机组02通过摄像机俯仰驱动组件33调整摄像机30的俯仰姿态。

进一步地，雷达传感器以360°高速扫描检测的方式对高速公路上运动的所有车辆、行人、物体通过雷达反射检测原理获取其每个目标的雷达原始数据信息，再通过后端的高速雷达数据分析处理器对以上目标的雷达原始数据信息按照跟踪运算处理模型进行实时运算分析处理来实现对目标的跟踪定位检测；雷达设备自身的高速跟踪摄像机组通过雷达控制主板发送过来的跟踪定位数据信息再结合摄像机控制主板运算处理后对高速路上运动的特殊车辆、行人、物体进行拍摄获得视频图像数据；多要素气象、气体检测传感器采集温湿度数据、光照光强数据、风向风速数据，雨量数据、有害气体数据；对雷达检测数据、多要素气象数据、视频图像数据、气体检测传感器数据进行分析、汇总、运算、筛选、滤除、条件判断、输出结果；雷达检测区域设置、异常事件检测及轨迹跟踪；其中，所述雷达扫描传感器通过雷达旋转驱动组件驱动雷达信号发射与接收天线360°旋转扫描，所述雷达扫描传感器通过外支架下部的角度调节孔以及内支架底部销轴调整雷达信号发射与接收天线的俯仰角度；所述高速跟踪摄像机组通过摄像机旋转驱动组件驱动摄像机360°旋转，所述高速跟踪摄像机组通过摄像机俯仰驱动组件调整摄像机的俯仰姿态。

雷达扫描传感器01采用雷达毫米波检测技术，以360°高速扫描对高速公路上运动的车辆、行人、物体进行实时跟踪定位检测。雷达交通检测具有远距离、大范围的探测能力、交通态势感知能力、极低的误报率等诸多优势。单个高频雷达扫描传感器01可以扫描1000米检测区域或路面范围(单向多车道、双向多车道、互通交叉车道)内不少于1000个移动目标，能够通过对雷达原始数据的二次分析处理可以有效检测事件类型包括：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、车辆违章变道以及特定区域的非法入侵等等重要事件，对异常事件几秒钟就可以形成报警予以提示，并可以驱动摄像机对异常事件、事故车辆以及行人进行实时定位跟踪和查看，还可对异常车辆进行持续自动跟踪，自动提取车辆信息(包括：车辆停驶地点、时间、行驶速度、车辆类型、经纬度信息等)。

雷达扫描传感器01所起的作用和眼睛、耳朵相似，它的信息载体是无线电波。事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，在真空中传播的速度都是光速传播，差别在于它们各自的频率和波长不同。雷达扫描传感器01工作原理是发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向发射出去，处在此方向上的物体反射碰到的处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达信号发射与接收天线接收此反射波，送至雷达中央处理单元进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度、状态、大小等)。

雷达信号发射与接收天线采用分区菲涅尔透镜形式形成透镜天线，将馈源产生的球面波聚焦成平面波。透镜天线采用介电常数为2.2的聚四氟乙烯材料。为保证透镜天线方位波束宽度在2°以内，透镜天线口径定义为D＝150mm，焦距定义为f＝220mm，如图14所示。由图14可知，所需馈源照射角为：

馈源采用规模为6×6的微带天线加权阵列，如图15所示。为使其方位俯仰方向图等化，对方位俯仰采用不同的加权方式，使其10dB波束宽度均为38°。这样各方向照射透镜的信号均相等。以保证在透镜旋转不影响合成方向图。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，其特征在于，所述设备包括：雷达扫描传感器、高速跟踪摄像机组和安装座，所述雷达扫描传感器包括安装至所述安装座上部的雷达控制主板、雷达旋转角度监测组件、雷达信号发射与接收天线、雷达支架、雷达旋转驱动组件，所述雷达控制主板分别向所述雷达旋转角度监测组件、所述雷达信号发射与接收天线和所述雷达旋转驱动组件下发指令并接收雷达信号数据，所述雷达支架支撑所述雷达信号发射与接收天线，所述雷达旋转驱动组件驱动雷达支架和所述雷达信号发射与接收天线旋转，所述雷达旋转角度监测组件用来监测所述雷达信号发射与接收天线的旋转角度，所述雷达扫描传感器外面设有雷达防护罩，所述高速跟踪摄像机组包括安装至所述安装座下部的摄像控制主板、摄像机、摄像机支架、摄像机旋转驱动组件和摄像机俯仰驱动组件，所述摄像控制主板分别向所述摄像机、所述摄像机旋转驱动组件和所述摄像机俯仰驱动组件下发指令并接收摄像信号数据；所述摄像机支架包括安装至所述安装座下部的底座和夹持安装在所述摄像机两侧的立板，所述摄像机旋转驱动组件包括摄像机旋转电机和旋转安装至所述底座的水平旋转传动齿轮，所述摄像机旋转电机安装至所述摄像机一侧的立板外面，所述摄像机旋转电机通过电机驱动轴齿轮带动所述水平旋转传动齿轮旋转，所述水平旋转传动齿轮带动所述摄像机和所述立板一起旋转；所述摄像机俯仰驱动组件包括摄像机俯仰电机和俯仰角度调节齿轮，所述摄像机俯仰电机安装至远离所述摄像机旋转电机的所述摄像机一侧的立板外面，所述俯仰角度调节齿轮设置在安装有摄像机旋转电机的立板与摄像机之间，所述摄像机俯仰电机通过电机驱动轴齿轮带动所述俯仰角度调节齿轮正转或反转，所述俯仰角度调节齿轮正转或反转带动调整所述摄像机的俯仰姿态。

2.根据权利要求1所述的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，其特征在于，所述雷达旋转驱动组件包括雷达旋转电机、传送带和大同步轮，所述雷达旋转电机安装至所述安装座上部，所述雷达旋转电机输出轴通过所述传送带带动所述大同步轮旋转，所述大同步轮上端安装至所述雷达支架的下面。

3.根据权利要求2所述的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，其特征在于，所述雷达旋转角度监测组件包括角度读取拨码盘、编码器固定圆环盘和激光编码器，所述角度读取拨码盘由所述大同步轮在上端外侧均匀布置刻度形成，所述编码器固定圆环盘安装在所述雷达支架底部并套在所述角度读取拨码盘外，所述激光编码器安装在编码器固定圆环盘上并与所述角度读取拨码盘上的刻度相对，所述编码器固定圆环盘上开有电机孔，所述电机孔中容纳所述雷达旋转电机。

4.根据权利要求3所述的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，其特征在于，所述雷达支架包括外支架、内支架和固定支架，所述外支架直立于所述安装座上部，所述内支架套在所述外支架内并倾斜支撑所述雷达信号发射与接收天线，所述固定支架安装至所述外支架外侧并位于所述内支架和所述雷达信号发射与接收天线的背侧，所述内支架通过旋转轴安装至外支架斜梁中部，所述外支架下部设置有角度调节孔，所述内支架底部通过销轴插装至所述角度调节孔中，所述销轴插装不同的角度调节孔时，所述内支架及所述雷达信号发射与接收天线具有不同的俯仰角度。

5.根据权利要求4所述的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，其特征在于，所述雷达控制主板集成有雷达中央处理单元、高频信号发射与接收单元、高频信号生产单元、雷达RJ45接口、雷达CAN总线接口和摄像控制主板接口，所述雷达中央处理单元分别连接至所述高频信号生产单元、所述高频信号发射与接收单元、所述雷达旋转电机、所述激光编码器、所述雷达RJ45接口、所述雷达CAN总线接口和所述摄像控制主板接口，所述高频信号发射与接收单元连接至所述雷达信号发射与接收天线，所述雷达中央处理单元通过所述雷达CAN总线接口对外进行数据交互，所述雷达中央处理单元通过所述雷达RJ45接口与有线连接的本地联动设备进行数据交互，所述雷达中央处理单元通过所述摄像控制主板接口向所述摄像控制主板下发控制指令进行联动。

6.根据权利要求5所述的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，其特征在于，所述摄像控制主板集成有摄像中央处理单元、机械控制单元、供电单元、摄像RJ45接口、摄像CAN总线接口和雷达控制主板接口，所述摄像中央处理单元分别连接至所述摄像机、所述机械控制单元、所述供电单元、所述摄像RJ45接口、所述摄像CAN总线接口和所述雷达控制主板接口，所述机械控制单元分别连接至所述摄像机旋转电机和所述摄像机俯仰电机，所述摄像中央处理单元通过所述摄像CAN总线接口对外进行数据交互，所述摄像中央处理单元通过所述摄像RJ45接口与有线连接的本地联动设备进行数据交互，所述摄像中央处理单元通过所述雷达控制主板接口从所述雷达控制主板接收控制指令进行联动。

7.根据权利要求6所述的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，其特征在于，所述摄像机外部套有摄像机保护壳和摄像机PVC防护罩，所述摄像机PVC防护罩设置在所述摄像机保护壳外部，所述摄像控制主板、所述底座、所述摄像机保护壳通过螺栓从内至外依次安装至所述安装座下部的固定螺栓孔，所述摄像机PVC防护罩通过外螺纹安装至所述安装座下部内侧的紧固螺纹，所述摄像机PVC防护罩和所述安装座之间设置有密封圈。

8.根据权利要求7所述的一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备，其特征在于，所述多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备还包括多要素气象、气体检测传感器，所述多要素气象、气体检测传感器包括温湿度传感器、综合气体传感器、亮度光强传感器、雨量传感器、风速风向传感器，所述温湿度传感器、所述综合气体传感器和所述亮度光强传感器设置在摄像机PVC防护罩底部外周边并通信连接至所述摄像中央处理单元，所述摄像控制主板还集成有连接至所述摄像中央处理单元的RS485接口，所述雨量传感器和所述风速风向传感器由所述RS485接口接入至所述摄像中央处理单元进行数据通信和传输。

9.一种多要素全方位跟踪检测雷达传感器设备的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：

雷达扫描传感器以360°高速扫描对高速公路上运动的车辆、行人、物体进行实时跟踪定位检测；

高速跟踪摄像机组对高速路上运动的车辆、行人、物体进行拍摄获得视频图像数据；所述高速跟踪摄像机组包括安装至安装座下部的摄像控制主板、摄像机、摄像机支架、摄像机旋转驱动组件和摄像机俯仰驱动组件，所述摄像控制主板分别向所述摄像机、所述摄像机旋转驱动组件和所述摄像机俯仰驱动组件下发指令并接收摄像信号数据；

多要素气象、气体检测传感器采集温湿度数据、光照光强数据、风向风速数据，雨量数据、有害气体数据；

对雷达检测数据、多要素气象、视频图像数据、气体检测传感器数据进行分析、汇总、运算、筛选、滤除、条件判断、雷达检测区域设置、异常事件检测及轨迹跟踪；

其中，所述雷达扫描传感器通过雷达旋转驱动组件驱动雷达信号发射与接收天线360°旋转扫描，所述雷达扫描传感器通过外支架下部的角度调节孔以及内支架底部销轴调整雷达信号发射与接收天线的俯仰角度；所述高速跟踪摄像机组通过摄像机旋转驱动组件驱动摄像机360°旋转，所述高速跟踪摄像机组通过摄像机俯仰驱动组件调整摄像机的俯仰姿态；

所述摄像机支架包括安装至所述安装座下部的底座和夹持安装在所述摄像机两侧的立板，所述摄像机旋转驱动组件包括摄像机旋转电机和旋转安装至所述底座的水平旋转传动齿轮，所述摄像机旋转电机安装至所述摄像机一侧的立板外面，所述摄像机旋转电机通过电机驱动轴齿轮带动所述水平旋转传动齿轮旋转，所述水平旋转传动齿轮带动所述摄像机和所述立板一起旋转；所述摄像机俯仰驱动组件包括摄像机俯仰电机和俯仰角度调节齿轮，所述摄像机俯仰电机安装至远离所述摄像机旋转电机的所述摄像机一侧的立板外面，所述俯仰角度调节齿轮设置在安装有摄像机旋转电机的立板与摄像机之间，所述摄像机俯仰电机通过电机驱动轴齿轮带动所述俯仰角度调节齿轮正转或反转，所述俯仰角度调节齿轮正转或反转带动调整所述摄像机的俯仰姿态。

Images