CN110602848B - 一种基于动态捕捉的智慧路灯控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于动态捕捉的智慧路灯控制系统。该系统包括多个路灯。每个所述路灯设置有一雷达检测器，所述雷达检测器面向道路设置并用于检测道路上的被测车辆以生成针对被测车辆的检测信号。所述雷达控制子系统包括建模模块、实时定位模块以及动态捕捉模块。所述建模模块配置有建模策略，所述建模策略包括预先建立的道路坐标模型，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策略以及定位计算单元。所述动态捕捉模块配置有捕捉单元以及跟随单元。本发明的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统通过对车速的识别，以及道路的顺序关系对车辆位置在时间维度上进行预判，实现提前开启，从而解决现有技术中雷达响应较慢造成的路灯点亮时间与车辆位置错过的问题。

Description

一种基于动态捕捉的智慧路灯控制系统
技术领域
本发明涉及市政路灯系统，更具体地，涉及一种基于动态捕捉的智慧路灯控制系统。
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。而由于很多交通道路中，路灯都需要进行长时间开启，而这样耗电较大，而如果车辆没有使用这条道路，就会造成非常大的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是提供一种基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，通过对车速的识别，以及道路的顺序关系对车辆位置在时间维度上进行预判，实现提前开启，从而解决现有技术中雷达响应较慢造成的路灯点亮时间与车辆位置错过的问题。
本发明的一个方面提供了一种基于动态捕捉的智慧路灯控制系统。该系统包括多个路灯、雷达控制子系统以及路灯控制子系统。
在一个实例中，每个所述路灯设置有一雷达检测器，所述雷达检测器面向道路设置并用于检测道路上的被测车辆以生成针对被测车辆的检测信号。
在一个实例中，所述雷达控制子系统包括建模模块、实时定位模块以及动态捕捉模块。
在一个实例中，所述建模模块配置有建模策略，所述建模策略包括预先建立的道路坐标模型，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。
在一个实例中，所述实时定位模块配置有定位策略以及定位计算单元，所述定位计算配置为处理所述雷达检测器生成的所述检测信号，以实时地生成对应的车辆-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道路覆盖范围内，被测车辆与所述雷达检测器之间的位置关系；所述定位策略包括定位算法，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独立位置测量结果。
在一个实例中，所述动态捕捉模块配置有捕捉单元以及跟随单元；所述捕捉单元配置为：每当针对被测车辆生成所述独立位置测量结果时，根据所述独立位置测量结果生成一标记信息；所述捕捉单元配置为：实时获取所述独立位置测量结果，以更新所述标记信息并根据所述独立位置测量结果生成车辆速度信息。
在一个实例中，所述路灯控制子系统配置有灯控配置单元、灯控触发单元以及灯控表。
在一个实例中，所述灯控配置单元配置为将所述多个路灯按物理位置划分为多个区域组，每个所述区域组包括多个所述路灯；在所述灯控表中存储(1)被测车辆的位置与所述多个区域组之间的对应关系，以及(2)针对每一所述区域组的索引指针；所述索引指针包括指针距值以及指针方向，所述指针距值指示出该区域组覆盖的道路的长度值，而所述指针方向指示出该区域组覆盖的道路与该区域组的相邻区域组覆盖的道路之间的方向关系，从而使得每一区域组的所述索引指针指向与该区域组覆盖的道路相邻的道路对应的区域组。
在一个实例中，所述灯控触发单元配置为包括触发模块、位移判断模块以及点亮模块，当在任一区域组覆盖的道路上检测到被测车辆时，执行所述灯控触发单元；所述触发模块配置为：获取被测车辆的所述车辆速度信息；所述位移判断模块配置为：根据所述车辆速度信息计算生成被测车辆的预判位移信息，所述预判位移信息包括若干位移距值，所述位移距值反映被测车辆在道路上的位移距离，从而能够基于所述预判位移信息确定被测车辆的位置；所述点亮模块配置为：根据由所述预判位移信息所确定的被测车辆的位置，在所述灯控表中查找并确定对应的区域组，并生成点亮指令并将所述点亮指令发送至所述对应的区域组，从而控制所述对应的区域组内的路灯点亮。
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基于动态捕捉的智慧路灯控制系统的路灯设置示意图；
图2是根据本发明的示例性实施例的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统的系统架构原理图；以及
图3是根据本发明的示例性实施例的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统的单元流程原理图。
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；3、路灯子系统；S11、建模策略；S12、定位策略；S13、捕捉单元；S14、跟随单元；S21、灯控配置单元；S22、灯控触发单元；D1、灯控表。
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。
如图1所示，在本发明的示例性实施例中，基于动态捕捉的智慧路灯控制系统包括多个路灯1。每一个所述路灯1可以设置有雷达检测器11。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检测信号。雷达检测器11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上还可以设置有通讯器12，用于实现路灯1之间的数据交互。
在一些实施例中，本发明的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统还包括雷达控制子系统2以及路灯1控制子系统。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以及动态捕捉模块23。
在一些实例中，所述建模模块21配置有建模策略S11。本领以技术人员可以理解，本说明书所述的″策略″可以是一个硬件单元(例如，存储有机器可执行代码的存储器，等等)，或者，也可以是软件单元。所述建模策略S11可以包括预先建立道路坐标模型，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。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。
所述实时定位模块22配置有定位策略S12以及若干定位策略(或称之为定位计算单元)。每一所述定位策略对应一雷达检测器11配置为处理所述雷达检测器生成的所述检测信号，以实时地生成对应的车辆-雷达位置关系。所述车辆-雷达位置关系反映该雷达检测器11的覆盖范围内，道路上的被测车辆与所述雷达检测器11之间的位置关系。所述定位策略S12可以包括定位算法，所述定位算法配置为根据每一车辆-雷达位置关系，在所述道路坐标模型中确定独立位置测量结果(即，该雷达检测器对被测车辆的位置测量结果)。由于道路位置和方向为已知量，所以车辆运动时，雷达可以确定车辆位置，但是弊端在于这种测量位置的方式不够精确；所以通过定位算法定位车辆的位置，有定位算法是实时跟随车辆的，因此可以实现被测车辆的实时定位。根据雷达、道路和检测信号，就可以确定车辆的位置信息。
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配置有捕捉单元S13以及跟随单元S14。所述捕捉单元S13配置为：每当针对被测车辆生成所述独立位置测量结果时，根据所述独立位置测量结果生成一标记信息。所述跟随单元S13配置为：实时获取所述独立位置测量结果，以更新所述标记信息并根据所述独立位置测量结果生成车辆速度信息。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。在本发明中，通过间隔地、单次地获取被测车辆的位置信息并予以更新，便可以实现对被测车辆的位置的连续监测。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，所述路灯1控制子系统可以配置有灯控配置单元S21、灯控触发单元S22以及灯控表D1。所述灯控配置单元S21配置为：将所述路灯1按物理位置将路灯1划分为若干区域组。所述灯控表D1中存储有：(1)被测车辆的位置与所述多个区域组之间的对应关系，以及(2)针对每一所述区域组的索引指针。所述索引指针还包括指针距值以及指针方向，所述指针距值反映这一区域组覆盖的道路的长度值，而所述指针方向反映道路之间的方向关系。每一区域组具有索引指针指向与其所在道路相邻的道路对应的区域组。
在一些实例中，所述灯控触发单元S22可以包括触发模块、位移判断模块以及点亮模块。当任一区域组检测到被测车辆时，启动所述灯控触发单元S22。所述触发模块配置为：获取对应车辆的对应的车辆速度信息。所述位移判断模块配置为：根据所述车辆速度信息计算生成被测车辆的预判位移信息，所述预判位移信息包括若干位移距值，所述位移距值反映被测车辆在道路上的位移距离，从而能够基于所述预判位移信息确定被测车辆的位置。所述点亮模块配置为：根据由所述预判位移信息所确定的被测车辆的位置，在所述灯控表D1中查找并确定对应的区域组，并生成点亮指令并将所述点亮指令发送至所述对应的区域组，从而控制所述对应的区域组内的路灯点亮。
在获取到了被测车辆的位置信息后，本发明的关键还在于，确定要点亮的路灯的位置。通过上述方案，通过建立索引指针的方式，在获得被测车辆的运动方向后和车速后，就可以计算得到车辆预计通过的位置，从而可以提前点亮对应区域的路灯实现照明。由于一般道路上的车速较快，且需要照亮车辆前方的道路才能有效提供道路照明，因此利用本发明的系统，可以保证路灯点亮的响应速度。
在一些实例中，通过预判位移信息从所述灯控表D1中确定区域组的方法(例如，该方法可以在所述点亮模块中实现)如下。步骤一：根据车辆的当前位置，在所述灯控表D1中确定路灯的区域组，并获取该区域组对应的索引指针。步骤二：筛选具有与车辆的行驶方向对应的指针方向的索引指针，确定下一路灯区域组以及对应的索引指针，并累加该索引指针对应的指针距值。步骤三：若累加的指针距值大于位移距值，则输出选中的区域组；而若指针距值小于位移距值，则返回步骤二。
在本发明的一些实例中，所述预判位移信息中还包括车辆的行驶方向。所述点亮模块配置为根据车辆的行驶方向确定对应区域组内的路灯的点亮顺序。所述点亮模块还配置为：在同一区域组中，根据路灯在道路上的位置顺序，控制多个路灯依次点亮。
在本发明的一些实例中，所述预判位移信息根据每一段道路的预判速度值生成，每一段道路的预判速度值根据该段道路的预设基准速度值以及该段道路起始速度值生成。通过这样设置，可以使多个路灯依次点亮，避免因同时点亮多个路灯对驾驶员造成炫目。
在本发明的一些实例中，所述定位策略S12还配置有情境数据表，所述情境数据表中配置有情境信息以及每一情境信息对应的定位算法。所述定位策略S12进一步配置为：根据当前环境因素确定情境信息，从而确定对应的定位算法。在一些实例中，所述情境信息包括车速因子以及距离因子，车速因子反映被测车辆的车速，距离因子反映被测车辆与雷达检测器11之间的距离。一些实例中，所述情境信息包括温度因子以及湿度因子，所述温度因子反映当前环境的温度，所述湿度因子反映当前环境的湿度。
置情境数据表的原因是，雷达测距的精确度会受到环境因素的影响。因此建立对应的情境表，就可以根据不同的情境配置不同的定位算法，从而在各种外部环境下都能确保检测精度。例如，情境数据表中可以保存有10种环境因素和10种对应的定位算法；在湿度为40％、温度为37摄氏度的情况下，可以采用相应的定位算法进行车辆的位置测量，从而确保在该特定环境下的测量精度。
在本发明的一些实例中，所述路灯1控制子系统还包括延时单元。该延时单元配置为：当任一路灯1开始工作时，生成一点亮延时计时器，所述点亮延时计时器随时间倒数减小，当所述点亮延时计时器为0时，控制对应的路灯1关闭；当路灯1处于被点亮状态时接收到点亮指令，控制对应的点亮延时计时器复位。所述点亮延时计时器的取值在20秒到30秒之间。通过延时单元的设置，可以起到延时点亮的效果，降低路灯系统的能耗。
在一些实例中，延时计时器的变化函数许多方式。作为一个非限制性实施例，再次介绍改进的余弦递减函数
Figure BDA0002181128220000091
其中，y为路灯在t时刻的输出功率，A为路灯最大功率，T为点亮延时计时器。Δt＝t-t0，其中t0为路灯接受点亮指令的时刻，t为当前时刻。余弦函数为一周期函数，单个周期内延时时间易把控，且该函数平滑可导，不会产生截断性功率变化，灯光变化过程自然，不会让驾驶者产生不适感，并且能延长路灯的使用寿命。
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)

1.一种基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，包括多个路灯、雷达控制子系统以及路灯控制子系统，
所述路灯控制子系统配置有灯控配置单元、灯控触发单元以及灯控表；
所述灯控配置单元将所述多个路灯按物理位置划分为多个区域组；每个所述区域组包括多个所述路灯；
所述灯控触发单元包括触发模块、位移判断模块以及点亮模块，当在任一区域组覆盖的道路上检测到被测车辆时，启动所述灯控触发模块；
每个所述路灯设置有一雷达检测器，所述雷达检测器面向道路设置并用于检测道路上的被测车辆以生成针对被测车辆的检测信号；
所述雷达控制子系统包括建模模块、实时定位模块以及动态捕捉模块；
所述建模模块配置有建模策略，所述建模策略包括预先建立的道路坐标模型，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策略以及定位计算单元，所述定位计算单元配置为处理所述雷达检测器生成的所述检测信号，以实时地生成对应的车辆-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道路覆盖范围内，被测车辆与所述雷达检测器之间的位置关系；
其特征在于：
所述定位策略包括定位算法，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独立位置测量结果；
所述动态捕捉模块配置有捕捉单元以及跟随单元；所述捕捉单元配置为：每当针对被测车辆生成所述独立位置测量结果时，根据所述独立位置测量结果生成一标记信息；
所述跟随单元配置为：实时获取所述独立位置测量结果，以更新所述标记信息并根据所述独立位置测量结果生成车辆速度信息；
在所述灯控表中存储被测车辆的位置与所述多个区域组之间的对应关系，以及针对每一所述区域组的索引指针；
所述索引指针包括指针距值以及指针方向，所述指针距值指示出该区域组覆盖的道路的长度值，而所述指针方向指示出该区域组覆盖的道路与该区域组的相邻区域组覆盖的道路之间的方向关系，从而使得每一区域组的所述索引指针指向与该区域组覆盖的道路相邻的道路对应的区域组；
所述触发模块配置为：获取被测车辆的所述车辆速度信息；所述位移判断模块配置为：根据所述车辆速度信息计算生成被测车辆的预判位移信息，所述预判位移信息包括若干位移距值，所述位移距值反映被测车辆在道路上的位移距离，从而能够基于所述预判位移信息确定被测车辆的位置；
所述预判位移信息根据每一段道路的预判速度值生成，每一段道路的预判速度值根据该段道路的预设基准速度值以及该段道路的起始速度值生成；
所述点亮模块配置为：根据由所述预判位移信息所确定的被测车辆的位置，在所述灯控表中查找并确定对应的区域组，并生成点亮指令并将所述点亮指令发送至所述对应的区域组，从而控制所述对应的区域组内的路灯点亮。
2.如权利要求1所述的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，其特征在于：
所述预判位移信息中还包括被测车辆的行驶方向，并且其中所述点亮模块配置为根据被测车辆的所述行驶方向确定所述对应区域组内的路灯的点亮顺序。
3.如权利要求2所述的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，其特征在于：
点亮模块还配置为：根据同一区域组中的路灯在道路上的位置顺序关系，控制所述区域组中的路灯依次点亮。
4.如权利要求1所述的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，其特征在于：
所述定位策略还配置有情境数据表，在所述情境数据表中配置有情境信息以及与每一所述情境信息相对应的所述定位算法，所述定位策略进一步配置为根据当前环境因素确定所述情境信息，从而确定对应的所述定位算法。
5.如权利要求4所述的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，其特征在于：
所述情境信息包括车速因子以及距离因子；所述车速因子反映被测车辆的车速，所述距离因子反映被测车辆与所述雷达检测器之间的距离。
6.如权利要求5所述的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，其特征在于：
所述情境信息包括温度因子以及湿度因子；所述温度因子反映当前环境的温度，所述湿度因子反映当前环境的湿度。
7.如权利要求1所述的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，其特征在于：
所述路灯控制子系统还包括延时单元，该延时单元配置为：如果在任一路灯处于未被点亮状态时接收到所述点亮指令，启动一点亮延时计时器，该点亮延时计时器随时间倒数计时，当所述点亮延时计时器随时间减小为0时，控制所述路灯关闭；而如果在任一路灯处于被点亮状态时接收到所述点亮指令，则将所述点亮延时计时器复位。
8.如权利要求7所述的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，其特征在于：
所述点亮延时计时器的初始值在20秒到30秒之间。
9.如权利要求1所述的基于动态捕捉的智慧路灯控制系统，其特征在于：
所述点亮模块根据所述预判位移信息在所述灯控表中查找并确定对应的区域组的操作包括：
(a)根据被测车辆的当前位置，在所述灯控表中查找并确定与该被测车辆的当前位置对应的当前的区域组，并获取与该当前的区域组对应的所述索引指针；
(b)筛选具有与所述被测车辆的行驶方向一致的指针方向的索引指针，从而确定所述当前的区域组的下一区域组以及对应的索引指针，并累加所述当前的区域组的对应的指针距值和所述下一区域组的对应的指针距值，得到一指针距值累加值；以及
(c)若指针距值累加值大于被测车辆的所述位移距值，则输出所述下一区域组；而若指针距值累加值小于被测车辆的所述位移距值，则返回(b)。
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