CN110556005B - 交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法及系统,该方法包括:根据雷达的参数信息以及雷达在道路上的安装信息,计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的第一距离ΔR'的大小,并将第一距离ΔR'的大小实时反馈给雷达;雷达根据收到的第一距离ΔR'的大小,结合被测车辆的行驶速度,调整雷达对被测车辆的跟踪周期。本发明提高了车辆检测的捕获率。
Description
技术领域
本发明涉及交通测速领域,尤其涉及一种交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法及系统。
背景技术
随着车辆保有量的日益增加,交通违章次数也越来越多,这给交通运营管理带来了巨大的挑战。传统交通测速系统主要包含两部分,如图1所示,包括相机模块和雷达模块,雷达模块首先对待检测车辆进行检测,然后将车辆距离、速度等信息上传给相机,相机根据车辆信息对车辆进行抓拍。交通测速雷达作为一种检测车辆距离和行驶速度的工具,它将检测到的车辆运动信息传送给相机,相机对相应的车辆进行抓拍,有效的统计了车辆超速、逆行等违章行为,为交通执法带来了极大的便利性。雷达通过发送电磁波和接收目标反射回来的电磁波来判断目标的距离和速度。雷达的天线在空间中发射立体电磁波束,其不仅可以测量水平面的目标,还能测量俯仰面的目标。
为了有效的识别车牌和抓拍照片的清晰度,相机通常会事先进行对焦,其对焦的距离为雷达俯仰波束的0度方向正对的地面距离,如果从车辆进入雷达检测区域到雷达中心检测区域的时间内,雷达未输出车辆信息,则会导致车辆捕获率下降,交通执法的公正性得不到保证。
由于雷达的单次检测在一定程度上具有波动性和不稳定性,并且容易受到外界环境和天气的影响。如果雷达单次检测后直接输出车辆的信息,则很大可能会引起误拍或者车辆信息不准确等情况。
为了解决直接输出雷达单次检测的车辆信息带来的问题,可以通过增加跟踪算法来解决这方面的问题。跟踪算法虽然可以根据车辆的不同行驶速度设置不同的跟踪门限,但是交通测速雷达的应用环境和安装信息多种多样,同一速度的车辆在不同的应用环境和安装信息的条件下的检测效果可能相差较大,不能保证检测结果的一致性。
发明内容
本发明提供了一种交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法及系统,用以现有的跟踪算法在不同的应用环境和安装信息的情况下,不能保证检测结果的一致性的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法,包括以下步骤:
根据雷达的参数信息以及雷达在道路上的安装信息,计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的第一距离ΔR'的大小,并将第一距离ΔR'的大小实时反馈给雷达;
雷达根据收到的第一距离ΔR'的大小,结合被测车辆的行驶速度,调整雷达对被测车辆的跟踪周期。
优选地,调整雷达对被测车辆的跟踪周期,包括:
将雷达安装在道路上的基准安装信息作为第一次计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的基准第一距离ΔR'的大小;
当雷达的安装角度变化时,根据雷达在道路上的实时安装信息,实时计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的实时第一距离ΔR'的大小,并根据实时第一距离ΔR'较基准第一距离ΔR'的变化,调整雷达的跟踪算法中对被测目标的固定跟踪帧数如下:
当ΔR'不变或ΔR'变小时,将固定跟踪帧数减少;
当ΔR'变大时,将固定跟踪帧数增加。
优选地,将固定跟踪帧数减少为减少1帧;
将固定跟踪帧数增加为增加2帧。
优选地,固定跟踪帧数增加或减少后仍需满足以下要求:
当雷达检测周期的数量n为偶数时,固定跟踪帧数m满足m≤n/2;
当雷达检测周期的数量n为奇数时,固定跟踪帧数m满足m≤n-1/2;
优选地,雷达的参数信息包括:雷达的响应周期T以及检测距离范围;雷达在道路上的安装信息包括:安装高度H以及安装角度α。
优选地,计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的第一距离ΔR'的大小,通过如下公式计算:
ΔR'=R3'-R2' (4)
其中,R2'为雷达波束中心检测距离对应的水平投影距离,R3'为雷达波束最远检测距离对应的水平投影距离。
本发明还公开了一种计算机系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。
本发明具有以下有益效果:
本发明的交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法及系统,通过已知的不同应用环境和不同的安装信息,获取雷达的参数信息以及雷达在道路上的安装信息,再将此信息反馈给雷达,用于信号处理,在信号处理的跟踪算法中,对不同行驶速度的车辆分别再次进行不同的调整跟踪周期(及间隔)的处理,提高了车辆检测的捕获率,保证了交通执法的公正性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是现有技术的传统交通测速系统的组成结构示意图;
图2是本发明优选实施例所使用的交通测速雷达的雷达天线方向示意图;
图3是本发明优选实施例的交通测速雷达的在道路上的安装示意图;
图4是本发明优选实施例的交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图4,本发明的交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法,包括以下步骤:
根据雷达的参数信息(雷达的参数信息包括:雷达的响应周期T以及检测距离范围(即第一距离ΔR'))以及雷达在道路上的安装信息(雷达在道路上的安装信息包括:安装高度以及安装角度),计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的第一距离ΔR'的大小,并将第一距离ΔR'的大小实时反馈给雷达;雷达根据收到的第一距离ΔR'的大小,结合被测车辆的行驶速度,调整雷达对被测车辆的跟踪周期(相机负责根据雷达发送的信息,在特定的位置进行抓拍)。
通过已知的不同应用环境和不同的安装信息,获取雷达的参数信息以及雷达在道路上的安装信息,再将此信息反馈给雷达,用于信号处理,在信号处理的跟踪算法中,对不同行驶速度的车辆分别再次进行不同的调整跟踪周期(及间隔)的处理,提高了车辆检测的捕获率,保证了交通执法的公正性。
实际实施时,以上的方法还能进行以下的扩充或应用,以下实施例中的技术特征都能相互组合,实施例仅作为示例,不作为对技术特征的正常组合限制。
常见的单车道交通测速雷达的水平波束在一定距离上需要覆盖整条车道。图2是一个典型的雷达天线方向图,中间最高的为主瓣,其它的为旁瓣。主瓣可用于检测目标,旁瓣是无用的,可能会干扰雷达检测性能,所以应该越小越好。由于交通雷达一般斜装在一定高度的横杆上,斜向下检测道路上行驶的车辆的距离和速度。雷达对应的俯仰波束范围就是雷达的纵向检测范围,水平波束范围就是雷达的横向检测范围。一般交通测速雷达(基于线性调频连续波(FMCW)交通测速雷达)的响应周期T为20ms,水平测量角度范围为6°,俯仰测量角度范围为7°,检测距离范围为15-30米。
如图3所示,假设安装高度H=8m,安装角度α=20°,根据下式计算:
Rmin=H/cos(90-α-3)
Rmed=H/cos(90-α)
Rmax=H/cos(90-α+3)
R1=H*tan(90-α-3)
R2=H*tan(90-α)
R3=H*tan(90-α+3);
计算可得:
其中,Rmin为雷达波束最近检测距离,Rmed为雷达波束中心检测距离,Rmax为雷达波束最远检测距离,R1为雷达波束最近检测距离对应的水平投影距离,R2为雷达波束中心检测距离对应的水平投影距离,R3为雷达波束最远检测距离对应的水平投影距离。
相机抓拍的最佳水平距离应为雷达对应的0度波束位置,也就是对应的R2=22.0m,则可得车辆正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的距离ΔR为:
ΔR=R3-R2=4.2m (2)
从上可以看出,雷达需要在ΔR内跟踪到车辆轨迹信息,并传送给相机进行抓拍。本实施例以固定安装场景的初始安装位置,或者固定雷达型号的上一个使用场景,或者固定安装状态的上一个稳定工作状态计算初始ΔR的值。
如果车辆以v=20m/s的速度行驶,则一帧时间车辆行驶的距离r=v*T=0.4m。在ΔR距离内,雷达大约能检测到10帧左右;如果车辆速度提高到50m/s,则雷达大约能检测到4帧左右。通过计算,可以知道车辆行驶速度越快,则在ΔR区域内检测的帧数越少。根据车辆行驶的不同速度设置不同的跟踪帧数是一般的做法,这种方法可以有效的提高目标的检测概率。
在上述情况中,考虑到偶尔检测丢失的情况(当前帧未检测到目标),假设当车辆速度为20m/s的时候的跟踪帧数为4帧;当车辆速度为50m/s的时候的跟踪帧数为2帧。通过不同速度对应不同的跟踪规则,可以很好的对不同速度运动的车辆进行检测。但是,由于实际安装环境和应用场景的限制,有些安装信息对应的ΔR较小,如果和上述方法使用同样的跟踪规则,则有可能导致相机在最佳抓拍距离不能捕获到车辆,从而导致车辆捕获率下降,无法得到车辆的违章行为信息,交通执法的公正性因而得不到保障。
如图2所示的情况下,如果安装高度H=9m,安装角度α=25.4°,计算可得:
相机抓拍的最佳水平距离应为雷达对应的0度波束位置,也就是对应的R2'=19.0m,则可得车辆正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的距离:
ΔR'=R3'-R2'=2.8m (4)
假设车辆以v=20m/s的速度行驶,则一帧时间车辆行驶的距离:
r'=v*T=0.4m (5)
在ΔR距离内,雷达大约能检测到7帧左右;如果车辆速度提高到50m/s,则雷达大约检测到2帧左右。如果还沿用上面的根据不同速度设置不同的跟踪门限的策略,当车辆的速度较大时,很可能当车辆到达了相机抓拍距离,但是雷达检测信息还未输出,相机无法实时的对车辆信息进行抓拍,从而导致车辆漏检,车辆捕获率无法达到要求,交通执法的公证性受到严峻挑战。同时,在车辆行驶速度较低的时候,如果设置固定的跟踪周期较短,可能会导致虚警,影响雷达的检测准确性,增加相机的多拍率。
在上述情况下,考虑到跟踪算法的跟踪周期的要求和雷达检测偶尔单次漏检的问题,雷达检测到的帧数还会减小。如果在应用场景还有所限制,安装角度需加大的情况下,车辆正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的距离ΔR'还会有所减小,当车辆以相同的行驶速度通过检测区域到抓拍距离的时间也会缩短,这就会导致车辆的捕获率严重下降。
因此,本发明可根据ΔR'以及车辆的行驶速度调整雷达对被测车辆的跟踪周期,先将雷达安装在道路上的基准安装信息作为第一次计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的基准第一距离ΔR'的大小;优选采用以下两种情况:
当ΔR'不变或ΔR'变小时,将固定跟踪帧数减少;本实施例中,如上ΔR'=2.8m,当车辆的行驶速度为20m/s时,将固定的跟踪帧数4帧修改为3帧;当车辆的行驶速度为50m/s时,将固定的跟踪帧数2帧修改为1帧,通过安装信息的反馈和跟踪算法的自适应改变,可有效的提高相机对车辆的捕获率。
当ΔR'变大时,将固定跟踪帧数增加。本实施例中,当车辆的行驶速度为20m/s时,将固定的跟踪帧数4帧修改为6帧;当车辆的行驶速度为50m/s时,将固定的跟踪帧数2帧修改为4帧。这样不仅能够保证捕获率,还能在一定程度上避免检测错误导致的虚警问题,减小了雷达的虚警概率,提高了雷达的检测性能。
ΔR'的值会根据雷达的安装角度变化。雷达安装倾角(安装倾角为垂直方向到雷达面板的角度α,会受应用环境的影响而调整)越大,此时ΔR'的值会相对于大倾角时候的ΔR'的值减小。实际应用中,通过用ΔR'除以不同的速度来判断雷达对不同速度需要的跟踪帧数。假如当前雷达安装角度固定,可以得到一个ΔR',然后根据这个ΔR'去对不同的速度设定雷达不同的跟踪帧数,但是如果此时调整雷达安装角度,比如安装角度增大,则相对于刚才的安装角度对应的ΔR'的值变小,此时再根据此时的ΔR'去对不同的速度设定雷达不同的跟踪帧数。
ΔR'除以速度就可以知道被测车辆在ΔR'范围内以速度v行驶了多长时间,以雷达一个检测周期20ms来计算,看这个时间经历了多少个雷达检测周期(以不同的速度经过相同的ΔR',对应的周期数不一样,所以对不同的速度设定不同的跟踪周期数),考虑到雷达偶尔单帧检测丢失和检测稳定性,这里设定的跟踪帧数是需要满足既在被测车辆通过ΔR'的检测周期数以内,还能尽可能多,这样最大程度上避免偶尔单帧检测错误带来的影响。固定跟踪帧数增加或减少后仍需满足以下要求:
当雷达检测周期的数量n为偶数时,固定跟踪帧数m满足m≤n/2;
当雷达检测周期的数量n为奇数时,固定跟踪帧数m满足m≤n-1/2;
本实施例还提供一种计算机系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例的步骤。
综上可知,本发明通过已知的应用环境和安装高度信息,算得ΔR',再将此信息反馈给雷达,雷达用于信号处理中,用于跟踪部分算法优化,自适应调节雷达跟踪的周期,在最大程度上保证了雷达的检测准确性和相机的有效捕获率,可广泛应用于交通测速领域。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据雷达的参数信息以及雷达在道路上的安装信息,计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的第一距离ΔR'的大小,并将第一距离ΔR'的大小实时反馈给雷达;
雷达根据收到的第一距离ΔR'的大小,结合被测车辆的行驶速度,调整雷达对被测车辆的跟踪周期;所述调整雷达对被测车辆的跟踪周期,包括:
将雷达安装在道路上的基准安装信息用于计算第一次计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的基准的第一距离ΔR'的大小;
当所述雷达的安装角度变化时,根据雷达在道路上的实时安装信息,实时计算车辆从正常驶入雷达检测区域到被相机抓拍的实时的第一距离ΔR'的大小,并根据实时的第一距离ΔR'较基准的第一距离ΔR'的变化,调整雷达的跟踪算法中对被测目标的固定跟踪帧数如下:
当ΔR'不变或ΔR'变小时,将所述固定跟踪帧数减少;
当ΔR'变大时,将所述固定跟踪帧数增加。
2.根据权利要求1所述的交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法,其特征在于,将所述固定跟踪帧数减少为减少1帧;
将所述固定跟踪帧数增加为增加2帧。
4.根据权利要求1所述的交通测速系统中用于提高捕获率的自适应跟踪方法,其特征在于,所述雷达的参数信息包括:雷达的响应周期T以及检测距离范围;所述雷达在道路上的安装信息包括:安装高度H以及安装角度α。
6.一种计算机系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5中任一所述方法的步骤。
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