CN111402589A - 基于路侧激光雷达的动物穿越公路自动监测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于路侧激光雷达的动物穿越公路自动监测设备及方法，包括：移动系统，和与移动系统连接的监测系统、控制系统和预警系统；所述移动系统包括拖车机构和采用单轴双轮组的车体，拖车机构与车体的一端连接，车体还与可伸缩的支撑机构连接；监测系统包括安装杆，和与安装杆连接的监测装置；所述安装杆为伸缩杆，安装杆的底部与车体铰接；监测装置包括激光雷达，激光雷达用于监测动物状态，并将监测数据传输至控制系统，控制系统控制预警系统提供警示；激光雷达安装高度可调且安装过程便利；提高了设备的机动性且设备稳固性较好，能够自动监测及识别动物的穿越行为并且给出预警。

Description

基于路侧激光雷达的动物穿越公路自动监测设备及方法

技术领域

本发明涉及交通运输工程、智能交通技术领域，尤其涉及一种基于路侧激光雷达的动物穿越公路自动监测设备及布设方法。

背景技术

交通安全一直是交通领域的焦点问题。智能交通系统(简称I TS)的发展和进步为交通安全问题的解决提供了有效技术手段，其利用先进的智能交通技术进行基础交通信息感知与数据获取，揭示交通运行过程中的内在规律，推动了交通运输体系安全性的提升。

近年来，激光雷达技术的发展，为交通信息数据采集提供了新的方式。作为一种主动型传感器，相比于环形线圈检测、磁传感器检测、红外检测等方式有受环境干扰小、精度高、不受光照影响、易得到物体的深度信息等优势，应用越来越广泛。将激光雷达安装于路侧是采集交通实时信息的重要手段，现有的路侧激光雷达形式大多是置于路灯杆或临时三脚架上。路灯杆机动性不足，不易选取较优的探测位置且安装不便；临时三脚架虽有较高机动性，但稳定性不足且安装高度受限。目前尚未有满足机动性、便利性、稳定性、安全性、节能性、且高度可调的路侧激光雷达装置。与此同时，现有路侧激光雷达主要用于监测行人以及车辆的行为，而动物穿行公路造成车祸的案例屡见不鲜，这些案例通常是因为驾驶者未能提前注意到动物的穿行行为。通过设备自动监测动物行为且对行驶车辆驾驶者做出预警，则可大大降低事故发生率，但目前缺乏相关设备以及布设方法。

发明内容

本发明为了解决上述问题的不足，提出了一种基于路侧激光雷达的动物穿越公路自动监测设备及其布设方法。与现有技术相比，本发明可实现：激光雷达安装高度可调且安装过程便利；使用双轮监测车极大的提高了设备的机动性且设备稳固性较好；利用节能环保的太阳能供电方式且安装摄像头合理监控确保安全性；能够自动监测及识别动物的穿行行为并且通过频闪灯给出预警。

为了实现上述目的，采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于路侧激光雷达的动物穿越公路自动监测设备，包括：移动系统，和与移动系统连接的监测系统、控制系统和预警系统；所述移动系统包括拖车机构和车体，拖车机构与车体的一端连接，车体还与可伸缩的支撑机构连接；

监测系统包括安装杆，和与安装杆连接的监测装置；所述安装杆为伸缩杆，安装杆的底部与车体铰接；监测装置包括激光雷达，激光雷达的监测范围覆盖区域超过路面，并将监测数据传输至控制系统，控制系统控制预警系统提供警示。

第二方面，本发明提供了一种采用如第一方面所述自动监测设备进行布设的方法，包括以下步骤：

设计设备的型号和尺寸；

安装监测设备时，将安装杆铰接固定在车体的头部，将激光雷达、摄像头安装固定在安装杆的支杆上，并将电线杆躺倒在车板上便于拖运；将电箱焊接固定在车板上与安装杆并立；控制系统置于电箱内；

在监测路段旁布设时，将安装完成的监测设备利用运输车辆拖至监测道路路侧，沿道路行驶方向停放；使用支撑机构稳固监测设备；竖立起安装杆并调整高度；连接各设备组件之间的电线；检查监测设备与控制系统的连接；设置合适的激光雷达监测范围；将预警系统的频闪预警灯置于路肩；

自动监测设备获取道路信息后自动识别并做出预警。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明采用将路侧激光雷达相关设备放置在带有双轮组、挂钩和支撑脚的监测车上，使设备具有较高的机动性和支撑稳固性；使用双轮监测车极大的提高了设备的机动性且设备稳固性较好，能够配合检测设备自动监测动物行为且对行驶车辆驾驶者做出预警，则可大大降低事故发生率。

2、本发明采用的供电系统，是利用太阳能板吸收光能向设备供电，既能满足多设备组件的用电需求，又符合节能环保的特性，利用节能环保的太阳能供电方式且安装摄像头合理监控确保安全性。

3、本发明的安装旋转式激光雷达和摄像头的安装杆为可伸缩杆，激光雷达安装高度可调且安装过程便利，能够根据实际需求的监测范围大小和激光雷达型号调整安装高度；安装杆与车板铰接，可实现躺倒存放，便于运输。

4、本发明除了激光雷达外，还安装有用于监控设备运行安全的CCTV摄像头以及验证激光雷达监测信息的道路监控摄像头，实现设备的安全运行及合理检测。

5、本发明配备电脑端于车载电箱内，可实现监测信息的实时处理及远程遥控，能够自动监测及识别动物的穿行行为并且通过频闪灯给出预警。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请的监测设备整体示意图；

图2为本申请的监测设备的车体的结构示意图；

图3为本申请的安装杆铰接处的安装架的结构示意图；

其中：1、单轴双轮组，2、车骨架，3、车板，4、挂钩，5、车板隆起的梯台，6、带圆形底盘的千斤顶支撑脚，7、太阳能板，8、太阳能板支架，9、太阳能蓄电池，10、连接滚轴，11、孔洞，12、安装杆，13、CCTV摄像头，14、旋转式激光雷达，15、道路监控摄像头，16、电脑，17、电线，18、双螺栓固定铰，18-1、固定铰上部螺栓，18-2、固定铰下部螺栓，19、圆孔，20、频闪预警灯，21、车载电箱。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体的连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种基于路侧激光雷达的动物穿越公路自动监测设备，包括：移动系统，和与移动系统连接的监测系统、控制系统和预警系统；所述移动系统包括拖车机构和采用单轴双轮组的车体，拖车机构与车体的一端连接，车体还与可伸缩的支撑机构连接；

监测系统包括安装杆，和与安装杆连接的监测装置；所述安装杆为伸缩杆，安装杆的底部与车体铰接；监测装置包括激光雷达，激光雷达的监测范围覆盖超过路面，并将监测数据传输至控制系统，控制系统控制预警系统提供警示。

进一步的，所述安装杆为包括上截杆和下截杆的伸缩杆，上截杆与若干个支杆连接，支杆用于安装监测装置，下截杆的底部采用双螺栓形式铰接在车体上。

进一步的，所述支撑机构包括若干带有圆形底盘的千斤顶支撑脚，所述的支撑脚的一端与车体侧面连接。

进一步的，还包括供电系统，所述供电系统包括支架和太阳能板，太阳能板通过支架与车体连接，将太阳能转化为电能给整个设备供电。

进一步的，所述支架顶部设有滚轴，支架通过滚轴与若干个太阳能板铰接，太阳能板通过滚轴进行转向，或，进行折叠存放。

进一步的，所述预警系统包括频闪灯，在收到控制系统的信号后，通过频闪灯向道路使用者发出频闪预警提示。

进一步的，所述所述车体包括单轴双轮组、车板和框架结构的车骨架，所述车骨架为三角形框架与矩形框架组合式结构，车板与车骨架的矩形框架固定连接；车骨架的矩形结构与单轴双轮组和支撑机构连接，车骨架的三角形结构与拖车机构连接。

进一步的，所述车体上安装电箱，所述电箱内设置控制系统。

进一步的，所述拖车机构为拖车挂钩。

进一步的，所述监测装置还包括监控摄像头和道路监测摄像头；激光雷达、监控摄像头和道路检测摄像头分别安装在支杆上；控制系统分别与激光雷达、监控摄像头和道路检测摄像头电连接，实现道路信息的传输处理与设备的监控。

进一步的，所述车体与安装杆连接处开有孔洞，安装杆通过安装架与车板连接，安装架使得安装杆的底部与车板形成设定高度，孔洞及安装架可实现电线的通过以及方便电线杆的转动。

如图1所示，主要包括：移动与支撑系统、太阳能供电系统、道路信息监测与监控系统、频闪灯预警系统、车载电箱；

所述的移动与支撑系统可细分成移动系统以及支撑系统。其中，所述的移动系统包括单轴双轮组1、车骨架2、车板3、挂钩4；单轴双轮组1承托车骨架2固定在其下面，双轮组1位于车骨架2偏后的位置，以保证监测车拖拉过程中平稳行驶，车板3固定在车骨架2的矩形主体框架上；车骨架2的前端三角框架部分上面无车板覆盖，挂钩4固定在三角框架的头部；另外，车板3靠后的位置有两个并排隆起且内部为空的梯台，梯台的大小要足够放下太阳能蓄电池9。所述的支撑系统包括四个带有圆形底盘的千斤顶支撑脚6，支撑脚6分别固定在车骨架主体矩形框架的四角，沿车骨架矩形短边方向朝外伸展开一定距离；支撑脚6底部为千斤顶圆盘设计，可根据需要伸缩调整长度，监测车行驶时收起，使用时放下以支撑地面。

所述的太阳能供电系统包括四个太阳能板7、支架8、连接滚轴10、太阳能蓄电池9。四个太阳能板7与支架8的四个支触分别通过滚轴10连接，滚轴的作用在于太阳能板可以任意改变朝向以及折叠存放；支架8的四个支触与竖立其下的竖梁焊接固定在一起形成整体，四支触呈矩形排布，间距应确保太阳能板7可铺展开；同时在竖梁旁边设有一“L”型钢架固定相连，使得整个支架结构更为稳固。如图2，所述竖梁与车板固定连接处开有通孔11，蓄电池9固定在梯台5的下方，电池与太阳能板之间的供电电线通过通孔11、经空心支架内部完成连接。所述的太阳能供电系统为整个设备供电，即电脑端、激光雷达、摄像头、频闪灯均通过电线与太阳能电池连接，获得供电。

所述的道路信息监测与监控系统包括安装杆，安装杆为电线杆12、一个CCTV摄像头13、一个旋转式激光雷达14、两个道路监测摄像头15、电脑端16、电线17。电线杆12为包含上下两截的伸缩杆，下截杆可把上截杆套入其内。上截杆有三分支杆，最靠下的分支朝向背离道路一侧，其上安置一个面朝下的CCTV摄像头13，距离车板3～3.5m高，用于监控整个设备的运行情况；中间的分支朝向道路一侧，其上安置一个旋转式激光雷达14，距离车板3～4m高，用于获取监测道路实时数据信息，传输给电脑端，旋转式激光雷达的监测范围覆盖区域应超过路面，便于对动物预先穿过路面时提供警示，使得车辆提前获取有动机穿越路面的动物，并进行降速行驶；最靠上的分支朝向道路一侧，其上安置两个道路监测摄像头15，距离车板7～8m，用于验证激光雷达获取的实时道路信息是否可靠，同时安置两个摄像头的作用在于扩大监控范围、避免监控死角，便于对动物预先穿过路面时提供警示。如图3，下截杆底部用双螺栓固定铰18固定在车板上，竖立时双螺栓都应固定，躺倒时应卸下下部螺栓18-2，保留上螺栓18-1。车板与电线杆连接处开有孔洞19(如图3)，且车板3与电线杆12底部高度上留有空隙，孔洞及空隙可实现电线的通过以及方便电线杆的躺倒转动。设备运行过程中，电脑端与仪器13、14、15通过电线17相连，从而实现道路信息的传输处理与设备的监控。

进一步的，所述的电线杆12位于车板3头部，与电箱21并立，同时其所处位置应确保朝后方躺倒存放时能够错开太阳能板供电装置放于车板3上。

所述的频闪灯预警系统包括电脑端16、频闪灯20。频闪灯20包括灯和底座，为方便运输，底座布设固定装置为可移动灯座；频闪灯20通过电线与电脑端相连，放置在监测道路路肩；电脑端运用设定好的智能算法实时处理来自激光雷达的监测信息自动识别是否有动物过街，若有，则频闪灯会向道路使用者发出频闪预警。

所述的电箱21固定在车板3头部，与电线杆12并立，朝车头方向开有门，电箱门带有把手和上锁装置；电箱朝道路一侧的下部开有一圆孔(如图1)，用于电线的通过；电箱21具备防水功能；电箱21的作用在于放置电脑以及设备用电控制。

所述的电脑端16带有移动网卡，可实现远程遥控，方便运营者运行设备以及进行实时监控。

在其特征实施例中，还提供了：

一种采用如实施例1所述自动监测设备进行布设的方法，包括以下步骤：

步骤1)：设计设备的型号和尺寸；根据监测路段的区域范围确定合适的旋转式激光雷达型号，从而设计合理的电线杆长度、激光雷达安置高度、摄像头安置高度、监测车车体尺寸；根据监测地区的天气情况及光照强度确定合理的太阳能板型号、尺寸以及太阳能板支架大小。

步骤2)：安装监测设备时，将车板、车骨架、单轴双轮组、千斤顶支撑脚、拖车机构焊接固定牢固，构成监测设备的车体；电线杆铰接固定在车板头部，将激光雷达、摄像头安装固定在电线杆分支杆上，并将电线杆躺倒在车板上便于拖运；将电箱焊接固定在车板上与安装杆并立；控制系统置于电箱内，所述控制系统为电脑；

具体来说，将监测设备的车板3、车骨架2、单轴双轮组1、千斤顶支撑脚6、挂钩4焊接固定；将太阳能板7及支架8焊接固定在车板上、太阳能电池固定在梯台5下方；电线杆12铰接固定在车板3头部，激光雷达14、摄像头13和15安装固定在电线杆分支杆上，并将电线杆12躺倒在车板3上便于拖运；将电箱16焊接固定在车板上与电线杆并立；电脑置于电箱内。

步骤3)：在监测路段旁布设时，将安装完成的监测设备与频闪灯20一起拖至监测道路路侧，具体可将运输车辆与拖车机构连接，将监测设备运输至监测道路；沿道路行驶方向距离路肩5～15m停放；放下千斤顶稳固设备；竖立起电线杆并调整高度；连接各设备组件之间的电线；检查监测设备及频闪灯与电脑端的连接通畅；设置合适的激光雷达及摄像头监测范围，激光雷达的监测范围覆盖区域应超过路面，便于对动物预先穿过路面时提供警示，使得车辆降速行驶；将频闪预警灯置于路肩，面朝道路来车方向。

步骤4)：自动监测设备获取道路信息后自动识别并做出预警。获取道路信息、自动识别、做出预警的具体过程为：通过旋转式激光雷达获取实时道路信息，电脑端自动接收信息并运用设定好的智能算法进行处理，自动识别是否有动物穿越公路，若电脑端识别出有动物过街，则会自行向频闪灯发出指令，频闪灯红灯亮起对道路使用者做出预警。

设备已经通过移动与支撑系统移动安置在监测道路旁，随后通过道路信息监测与监控系统获取道路实时信息并监控整个运行过程，通过电脑端进行数据整合处理，利用频闪灯预警系统向道路使用者发出预警提示，整个设备的所有运行组件均通过太阳能供电系统供能，上述诸多系统协调运营、共同工作、完成路侧激光雷达设备对动物穿越公路的自动监测及预警效用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于路侧激光雷达的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，包括：移动系统，和与移动系统连接的监测系统、控制系统和预警系统；所述移动系统包括拖车机构和车体，拖车机构与车体的一端连接，车体还与可伸缩的支撑机构连接；

监测系统包括安装杆，和与安装杆连接的监测装置；所述安装杆为伸缩杆，安装杆的底部与车体铰接；监测装置包括激光雷达，激光雷达监测范围的覆盖区域超过路面，并将监测数据传输至控制系统，控制系统控制预警系统提供警示。

2.如权利要求1所述的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，所述安装杆为包括上截杆和下截杆的伸缩杆，上截杆与若干个支杆连接，支杆用于安装监测装置，下截杆的底部采用双螺栓形式铰接在车体上。

3.如权利要求1所述的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，还包括供电系统，所述供电系统包括支架和太阳能板，太阳能板通过支架与车体连接，将太阳能转化为电能给整个设备供电。

4.如权利要求3所述的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，所述支架顶部设有滚轴，支架通过滚轴与若干个太阳能板铰接，太阳能板通过滚轴进行转向，或，进行折叠存放。

5.如权利要求1所述的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，所述预警系统包括频闪灯，在收到控制系统的信号后，通过频闪灯向道路使用者发出频闪预警提示。

6.如权利要求1所述的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，所述支撑机构包括若干带有圆形底盘的千斤顶支撑脚，所述的支撑脚的一端与车体侧面连接。

7.如权利要求1所述的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，所述车体包括单轴双轮组、车板和框架结构的车骨架，所述车骨架为三角形框架与矩形框架组合式结构，车板与车骨架的矩形框架固定连接；车骨架的矩形结构与单轴双轮组和支撑机构连接，车骨架的三角形结构与拖车机构连接。

8.如权利要求1所述的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，所述监测装置还包括监控摄像头和道路监测摄像头；激光雷达、监控摄像头和道路检测摄像头分别安装在支杆上；控制系统分别与激光雷达、监控摄像头和道路检测摄像头电连接，实现道路信息的传输处理与设备的监控。

9.如权利要求1所述的动物穿越公路自动监测设备，其特征在于，所述车体与安装杆连接处开有孔洞，安装杆通过安装架与车板连接，安装架使得安装杆的底部与车板形成设定高度，孔洞及安装架可实现电线的通过以及方便电线杆的转动。

10.一种采用如权利要求1-9任一所述自动监测设备进行布设的方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计设备的型号和尺寸；

安装监测设备时，将安装杆铰接固定在车体的头部，将激光雷达、摄像头安装固定在安装杆的支杆上，并将电线杆躺倒在车板上便于拖运；将电箱焊接固定在车板上与安装杆并立；控制系统置于电箱内；

在监测路段旁布设时，将安装完成的监测设备利用运输车辆拖至监测道路路侧，沿道路行驶方向停放；使用支撑机构稳固监测设备；竖立起安装杆并调整高度；连接各设备组件之间的电线；检查监测设备与控制系统的连接；设置合适的激光雷达监测范围；将预警系统的频闪预警灯置于路肩；

自动监测设备获取道路信息后自动识别并做出预警。

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