CN110531352B - 一种基于智慧路灯的行驶状态反馈系统 - Google Patents

一种基于智慧路灯的行驶状态反馈系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于智慧路灯的行驶状态反馈系统。该系统包括多个路灯，以及通信地连接到所述多个路灯的雷达控制子系统。所述路灯设置有雷达检测器以及通讯器，所述雷达检测器面向道路设置并用于检测道路上移动的物体以生成反馈信息。所述雷达控制子系统包括建模模块、实时定位模块、动态捕捉模块以及行驶状态反馈模块。本发明在路灯上直接设置雷达检测器，在交通路灯的基础上设置路况检测系统，利用路灯基数大覆盖范围广的特点，而通过对路况信息的判断，可以实时反馈路况信息，而更加有效地得到处理，保证交通运行顺畅。

Description

一种基于智慧路灯的行驶状态反馈系统
技术领域
本发明涉及市政路灯系统，更具体地，涉及一种基于智慧路灯的行驶状态反馈系统。
背景技术
车速检测器是指检验行驶中汽车速度的仪器。最常见的是手持式雷达多普勒检测器，价廉实用；其外形似手枪，俗称″雷达枪″。其原理基于多普勒效应，即车速与微波频率变化成正比。该检测器发射微波，据反射波的多普勒效应立即可从其末端显示器表明汽车的地点、车速读数。交警可在路侧以该器观测，也可乘车观测，如发现超速者则予处罚。检测种类还有橡皮管、光电管、定时摄影、连续摄影、航空摄影等法。路灯是现有道路的基础设施，其主要是在夜晚给路过的行人或车辆提供较好的路段照明，市政路灯由于数量大，分布区域广的特点，而目前尚未出现能够通过市政路灯实现对交通行驶状态进行检测的系统。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，本发明在路灯上直接设置雷达检测器，在交通路灯的基础上设置路况检测系统，利用路灯基数大覆盖范围广的特点，而通过对路况信息的判断，可以实时反馈路况信息，而更加有效地得到处理，保证交通运行顺畅。
本发明的一个方面提供了一种基于智慧路灯的行驶状态反馈系统。该系统包括多个路灯，以及通信地连接到所述多个路灯的雷达控制子系统。
在一些实例中，所述路灯设置有雷达检测器以及通讯器，所述雷达检测器面向道路设置并用于检测道路上移动的物体以生成反馈信息。
在一些实例中，所述雷达控制子系统包括建模模块、实时定位模块、动态捕捉模块以及行驶状态反馈模块。
在一些实例中，所述建模模块配置有建模策略，所述建模策略配置为建立道路坐标模型，并在所述道路坐标模型中标定每一所述雷达检测器的位置。
在一些实例中，所述实时定位模块配置有定位计算单元以及定位策略。在一些实例中，所述定位计算单元配置为处理每一所述雷达检测器的所述检测信号，以实时地生成一对应的车辆-雷达位置关系，所述车辆-雷达位置关系反映在该雷达检测器的检测区域内，道路上的被测车辆和该雷达检测器之间的位置关系。在一些实例中，所述定位策略包括定位算法和形状检测算法，所述定位算法配置为根据每一所述车辆-雷达位置关系，在所述道路坐标模型中确定被测车辆的一独立位置测量结果；所述形状检测算法配置为根据所述雷达检测器的所述检测信号，在所述道路坐标模型中生成被测车辆的独立形状测量结果，所述被测车辆的独立形状测量结果反映被测车辆的车辆形状信息。
在一些实例中，所述动态捕捉模块配置有捕捉策略以及跟随策略；其中所述捕捉策略配置为：每一次生成被测车辆的所述独立位置测量结果以及所述独立形状测量结果时，在所述道路坐标模型中生成与被测车辆的所述独立位置测量结果相对应的位置标记信息。在一些实例中，所述跟随策略配置为：接收并更新所述位置标记信息，从而生成被测车辆在所述道路坐标模型中的车辆轨迹信息，所述车辆轨迹信息反映被测车辆在道路上的运动轨迹。
在一些实例中，所行驶状态反馈模块述配置有行驶状态反馈表，所述行驶状态反馈表存储有多个行驶状态条件以及对应的行驶状态信息；所述行驶状态反馈模块配置为实时地获取被测车辆的所述车辆轨迹信息，并根据所述车辆轨迹信息生成行驶状态检测数据，当所述行驶状态检测数据满足一所述行驶状态条件时，输出与该行驶状态条件对应的所述行驶状态信息。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。本领域技术人员现将会在不偏离本发明的情况下想到许多更改、改变和替代。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等效项。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对其中利用本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述和附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在这些附图中：
图1是根据本发明的示例性实施例的路灯的设置示意图；
图2是根据本发明的示例性实施例的智慧路灯的行驶状态反馈系统的系统架图；
图3是根据本发明的示例性实施例的监测方法的流程图；以及
图4是根据本发明的示例性实施例的行驶状态调取流程图。
附图标记：1、路灯；11、雷达检测器；12、通讯器；2、雷达控制子系统；21、建模模块；22、实时定位模块；23、动态捕捉模块；24、行驶状态反馈模块；3、后台端；S1、建模策略；S2、定位策略；S3、捕捉策略；S4、跟随策略；D1、行驶状态条件；D11、超速条件；D12、低速条件；D13、险情条件；D14、事故条件；D15、破坏设施条件。
具体实施方式
虽然在本文中已示出并描述了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本发明的情况下现将会想到多种变化、改变和替换。应当理解，本文中所述的本发明实施方案的各种替代方案可用于实施本发明。。
参照图1所示，本发明的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统包括多个路灯 1。每个路灯1可以设置有雷达检测器11以及通讯器12。所述雷达检测器11 面向道路设置并用于检测道路上移动的物体以生成针对被测车辆的检测信号。雷达检测器可以利用多普勒原理检测车辆，通过反射信号的方向(道路的方向作为辅助判断位置的依据)就可以确定车辆的方位。路灯1上还设置有通讯器 12，所述通讯器12用于实现路灯1之间以及路灯与控制系统(例如，下文描述的雷达控制子系统)之间的数据交互。例如，通讯器可以包括有蜂窝通信模块，例如4G模块。在一些实例中，一个雷达控制子系统2可以与至少16个路灯1经由各通讯器12进行通信。
本发明的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统还包括雷达控制子系统2。所述雷达控制子系统2可以包括建模模块21、实时定位模块22、动态捕捉模块 23以及行驶状态反馈模块24。
在一些实例中，所述建模模块21配置有建模策略S1，所述建模策略S1 配置为建立道路坐标模型，并在所述道路坐标模型中标定每一所述雷达检测器 11的位置。在一些实施例中，所述建模策略S1配置为利用所述雷达检测器11以获取道路的路面结构信息，从而实现道路坐标模型的建立。道路坐标模型中除了基本的道路坐标系外，还有雷达检测器的具体位置坐标，从而可以判断雷达检测器之间的相对位置关系。同时，根据雷达检测器的参数可以确定雷达检测器的检测范围，为判断车辆的位置建立基础。
在一些实例中，所述实时定位模块22配置有定位策略S2以及定位计算单元。所述定位计算单元配置为处理每一所述雷达检测器11的检测信号，从而实时地生成一对应的车辆-雷达位置关系。该车辆-雷达位置关系反映在某一雷达检测器11的检测区域内，道路上的被测车辆和该雷达检测器11之间的位置关系。所述定位策略S2可以包括定位算法，用于根据每一车辆-雷达位置关系，在所述道路坐标模型中确定被测车辆的一独立位置测量结果(即，该雷达检测器对被测车辆的位置测量结果)。在一些实例中，所述定位策略S2还可以包括形状检测算法，用于根据雷达检测器11的检测信号，生成被测车辆在道路坐标模型中的一独立形状测量结果(即，该雷达检测器对于被测车辆的形状的测量结果)，该独立形状测量结果反映被测车辆的形状。
利用雷达检测器定位车辆的位置有以下两种算法。在第一种算法中，每一雷达检测器包括若干个阵列设置角度不同的雷达检测单元。根据雷达检测器检测到的反射信号的角度可以确定车辆的方向，再根据反射信号的时间差确定车辆的距离，从而实现车辆的定位。同时，根据雷达检测单元的数量和位置，并结合雷达检测器检测到的反射信号，可以确定相应的车辆形状。在第二种算法中，通过雷达检测单元发射恰好覆盖检测区域的信号。由于车辆行驶方向已知，因此当雷达检测到反射信号时，即判断车辆位于检测区域的起始位置，从而实现位置检测。可以发现，以上两种方式都存在测量误差较大的弊端。
在本发明的一些实例中，所述动态捕捉模块23配置有捕捉策略S3以及跟随策略S4。所述捕捉策略S3配置为：每一次生成被测车辆的独立位置测量结果以及独立形状测量结果时，在所述道路坐标模型中生成与被测车辆的所述独立位置测量结果相对应的位置标记信息。所述跟随策略S4配置为：接收并更新所述位置标记信息，从而生成被测车辆在所述道路坐标模型中的车辆轨迹信息，所述车辆轨迹信息反映被测车辆在道路上的运动轨迹。由于被测车辆的车速较快，为了实现动态实时捕捉，需要消耗系统的大量计算资源。在本法命中，通过间隔地、单次地获取被测车辆的位置信息和形状信息并予以更新，便可以实现对被测车辆的位置和形状的连续监测。相较于基于视频流的车辆实时监测，本发明的系统需要处理的数据量较小，却仍可保证车辆监控和轨迹生成的可靠性。
在本发明的一些实例中，所述捕捉策略S3还配置为，所述跟随策略S4还配置为：根据所述车辆轨迹信息和所述时间戳，生成被测车辆的车辆速度信息。
在一些实例中，所述行驶状态反馈模块24配置有行驶状态反馈表。所述行驶状态反馈表存储有行驶状态条件D1以及对应的行驶状态信息。所述行驶状态反馈模块24配置为实时地获取被测车辆的所述车辆轨迹信息，并根据所述车辆轨迹信息生成行驶状态检测数据。当所述行驶状态检测数据满足一所述行驶状态条件D1时，输出与该行驶状态条件对应的所述行驶状态信息。
在一些实例中，所述行驶状态条件D1包括超速条件D11，而所述行驶状态信息包括与之对应的车辆超速信息。当被测车辆的所述车辆速度信息对应的速度值大于所述上限速度值时，所行驶状态反馈模块输出与所述超速条件D11 对应的所述车辆超速信息。
在一些实例中，所述行驶状态条件D1包括低速条件D12，而所述行驶状态信息包括与之对应的车辆低速信息。当被测车辆的所述车辆速度信息对应的速度值小于所述下限速度值时，所行驶状态反馈模块输出所述低速条件对应的所述车辆低速信息。由于每个车辆轨迹信息有对应有相应的时间戳，因此可以方便地生成被测车辆的车辆速度信息，继而判断被测车辆是否超速或者过于低速(这两种情况，都会对其他交通参与者带来危险)。在一些实施例中，可以根据输出的所述行驶状态信息，及时向被测车辆的司机提供警示，从而保证道路行车安全。
在一些实例中，所述行驶状态条件D1包括险情条件D13。险情条件D13 可以包括预设的降速限值。在此实例中，所述行驶状态信息包括与所述预设的降速限值对应的车辆险情信息。当被测车辆的所述车辆速度信息对应的减速度值大于所述降速限值时，所行驶状态反馈模块输出与所述险情条件对应的所述车辆险情信息。
在一些实例中，所述行驶状态条件D1包括事故条件D14，所述行驶状态信息包括与之对应的车辆险情信息。例如，当任意两个车辆轨迹信息对应的车辆运动轨迹在同一时刻重合时，判断为满足事故条件D14，并输出对应的车辆事故信息。例如，假设在同一时刻t，被测车辆a的车辆形状信息为A(该车辆形状信息可由所述实时定位模块的所述定位策略中的所述形状检测算法所生成)，车辆b的车辆形状信息为B，若
Figure BDA0002181388410000081
Figure BDA0002181388410000082
表示空集，即被测车辆a 的车辆形状信息与车辆b的车辆形状信息的交集为空集，则所述行驶状态反馈模块输出与所述事故条件对应的所述车辆事故信息。在输出车辆事故信息后，可以及时提供维修和救助，保证事故能得到第一时间处理。
在一些实例中，所述行驶状态条件D1包括破坏设施条件D15，所述行驶状态信息包括与之对应的破坏设施信息，所述设施区域信息指示公共设施在所述道路坐标模型中的地理区域；所述行驶状态反馈模块配置为：当被测车辆的所述车辆轨迹信息指示被测车辆进入所述地理区域时，输出与所述设施区域信息对应的所述破坏设施信息。上述公共设施包括，但不限于，公共照明设施、交通指示设施、应急设备设施等等。由于已经建立了道路坐标模型，因此可以利用这个模型进行数据录入，标记车辆禁止的区域。这样一来就可以通过判断车辆行驶轨迹是否进入这些标定的禁止进入区域而判断是否存在违法行驶状况的发生。
在一些实例中，本发明的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统还可以包括后台端3。所述后台端3与每一路灯1通信连接，用于接收所述行驶状态信息并根据所述路灯的编号确定与所述行驶状态信息相对应的地理位置。所述后台端 3配置有调度策略。所述调度策略配置为：当所述后台端接收所述行驶状态信息时，指示车况处理人员根据所述行驶状态信息的内容执行相应的所述调度策略。本发明的反馈系统利用较小的数据量，实现快速的后台通信。系统后台根据格式化的条件调取对应的调度策略(例如，险情到场处理)，可以实现快读的应急处理。
对一车辆可获得多个
Figure BDA0002181388410000091
其中(xk，yk)为雷达定位模块的车辆边缘其中一处信息在中将定位点依次连接形成闭合曲线得到Ai即为在第i个雷达定位模块所得的车辆形状信息。则该车辆的形状信息为A＝∩IAi，其中I为雷达定位模块集合且i∈I，同时由多个雷达定位模块共同确定该车辆形状信息，使得结果更为准确。
另外，所述捕捉策略更新所述标记信息同时为车辆独立位置建立，所述捕捉策略还包括根据所述车辆轨迹信息生成车辆速度信息。对于单一车辆雷达定位位置集合
Figure BDA0002181388410000092
计算车辆速度信息，需先模拟出车辆的路径轨迹，使用有限定位点模拟车辆行驶轨迹会产生误差，采用最小二乘法拟合能减小误差；
在函数：
Figure BDA0002181388410000093
中找到一个函数：
Figure BDA0002181388410000094
使得误差平方和最小，即：
Figure BDA0002181388410000095
计算得到的
Figure BDA0002181388410000096
即为拟合车辆轨迹图，以雷达模块坐标为原点，进一步通过轨迹图得到时间-位移关系数据，对数据进一步拟合得到函数s＝ω(t)，对指定时间t求导即可得到t时刻下的车速信息。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。本领域技术人员现将会在不偏离本发明的情况下想到许多更改、改变和替代。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等效项。

Claims (9)

1.一种基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，包括多个路灯，以及通信地连接到所述多个路灯的雷达控制子系统，所述路灯设置有雷达检测器以及通讯器，所述雷达检测器面向道路设置并用于检测道路上移动的物体以生成反馈信息；
所述雷达控制子系统包括建模模块、实时定位模块、动态捕捉模块以及行驶状态反馈模块；
其特征在于：
所述建模模块配置有建模策略，所述建模策略配置为建立道路坐标模型，并在所述道路坐标模型中标定每一所述雷达检测器的位置；
所述实时定位模块配置有定位计算单元以及定位策略；
所述定位计算单元配置为处理每一所述雷达检测器的所述检测信号，以实时地生成一对应的车辆-雷达位置关系，所述车辆-雷达位置关系反映在该雷达检测器的检测区域内，道路上的被测车辆和该雷达检测器之间的位置关系；
所述定位策略包括定位算法和形状检测算法，
所述定位算法配置为根据每一所述车辆-雷达位置关系，在所述道路坐标模型中确定被测车辆的一独立位置测量结果；
所述形状检测算法配置为根据所述雷达检测器的所述检测信号，在所述道路坐标模型中生成被测车辆的独立形状测量结果，所述被测车辆的独立形状测量结果反映被测车辆的车辆形状信息；
所述动态捕捉模块配置有捕捉策略以及跟随策略；其中所述捕捉策略配置为：每一次生成被测车辆的所述独立位置测量结果以及所述独立形状测量结果时，在所述道路坐标模型中生成与被测车辆的所述独立位置测量结果相对应的位置标记信息；
所述跟随策略配置为：接收并更新所述位置标记信息，从而生成被测车辆在所述道路坐标模型中的车辆轨迹信息，所述车辆轨迹信息反映被测车辆在道路上的运动轨迹；
所行驶状态反馈模块述配置有行驶状态反馈表，所述行驶状态反馈表存储有多个行驶状态条件以及对应的行驶状态信息；所述行驶状态反馈模块配置为实时地获取被测车辆的所述车辆轨迹信息，并根据所述车辆轨迹信息生成行驶状态检测数据，当所述行驶状态检测数据满足一所述行驶状态条件时，输出与该行驶状态条件对应的所述行驶状态信息。
2.如权利要求1所述的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，其特征在于：
所述捕捉策略还配置为：为每一所述位置标记信息建立时间戳；所述跟随策略还配置为：根据所述车辆轨迹信息和所述时间戳，生成被测车辆的车辆速度信息。
3.如权利要求1所述的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，其特征在于：
所述建模策略配置为：通过所述雷达检测器获取道路的路面结构信息，根据所述路面结构信息建立所述道路坐标模型。
4.如权利要求2所述的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，其特征在于：
所述行驶状态条件包括超速条件，所述行驶状态信息包括与之对应的车辆超速信息；当被测车辆的所述车辆速度信息对应的速度值大于上限速度值时，所行驶状态反馈模块输出与所述超速条件对应的所述车辆超速信息；
所述行驶状态条件包括低速条件，所述行驶状态信息包括与之对应的车辆低速信息；当被测车辆的所述车辆速度信息对应的速度值小于下限速度值时，所行驶状态反馈模块输出所述低速条件对应的所述车辆低速信息。
5.如权利要求2所述的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，其特征在于：
所述行驶状态条件包括险情条件，该险情条件包括预设的降速限值，而所述行驶状态信息包括与该预设的降速限值对应的车辆险情信息，当被测车辆的所述车辆速度信息对应的减速度值大于所述降速限值时，所行驶状态反馈模块输出与所述险情条件对应的所述车辆险情信息。
6.如权利要求1所述的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，其特征在于：
所述行驶状态条件包括事故条件，所述行驶状态信息包括与之对应的车辆险情信息；假设在同一时刻t，被测车辆a的车辆形状信息为A，车辆b的车辆形状信息为B，若
Figure FDA0002678876960000021
则所述行驶状态反馈模块输出与所述事故条件对应的所述车辆事故信息，其中
Figure FDA0002678876960000022
为空集。
7.如权利要求1所述的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，其特征在于：
所述行驶状态条件包括破坏设施条件，所述行驶状态信息包括与之对应的破坏设施信息，所述设施区域信息指示公共设施在所述道路坐标模型中的地理区域；所述行驶状态反馈模块配置为：当被测车辆的所述车辆轨迹信息指示被测车辆进入所述地理区域时，输出与所述设施区域信息对应的所述破坏设施信息。
8.如权利要求1所述的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，其特征在于：
还包括后台端，所述后台端与每一所述路灯通信连接，用于接收所述行驶状态信息并根据所述路灯的编号确定与所述行驶状态信息相对应的地理位置。
9.如权利要求8所述的基于智慧路灯的行驶状态反馈系统，其特征在于：
所述后台端配置有调度策略，所述调度策略配置为：当所述后台端接收所述行驶状态信息时，指示车况处理人员根据所述行驶状态信息的内容执行相应的所述调度策略。
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