CN111583651A - 基于雷达的公路隧道交通态势感知系统及方法 - Google Patents

基于雷达的公路隧道交通态势感知系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统及方法，包括雷达监测子系统，包括连续等距布置于隧道内的雷达，获取每条车道实时车辆信息，并标记时间标签，每个雷达具有唯一的桩号位置信息；网络传输子系统通过网络将雷达监测子系统采集的数据上传到数据分析子系统；数据分析子系统将车辆信息按照对应雷达的桩号位置信息匹配，并将带有时间标签、桩号位置信息的隧道交通信息传输给三维展示子系统；三维展示子系统根据桩号位置信息的坐标位置将隧道交通信息在三维空间进行显示。本发明解决了利用三维展现车流情况，提升了交通流和交通事件的表现效果，减小了监控人员的获知隧道交通流态势和交通事件的难度，提高了对隧道路况的感知程度。

Description

基于雷达的公路隧道交通态势感知系统及方法
技术领域
本发明属于公路隧道监控技术领域，涉及一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统及方法。
背景技术
随着我国交通道路的快速发展，铁路及公路的隧道建设项目与日俱增。由于我国复杂的地理条件以及隧道本身的特点，隧道监控系统在隧道的运营和管理以及事故处理中发挥着极其重要的作用。如不采用先进的监控管理措施，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通事故和交通阻塞，隧道的监控管理成为车辆在隧道安全正常运行的重要保障。
在日常公路隧道监控中，大多采用二维图形进行隧道监控画面展现，往往监控的对象是隧道设备的运行态势，针对隧道交通态势，大多采用图表的形式进行表现，监控人员无法直观的对整个隧道交通流的运行态势进行监控，基于目前新一代信息技术的发展，三维呈现隧道的运行态势是目前隧道监控领域的一个创新应用。
因此，提供一种有效提升隧道路况感知程度的基于雷达的公路隧道交通态势感知系统及方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种基于雷达的三维隧道交通态势感知系统，能够对整个隧道的运行态势进行感知，并通过三维的方式进行表现，以便于监控人员快速了解隧道情况。
为实现上述目的其具体方案如下：
一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统，包括雷达监测子系统、网络传输子系统、数据分析子系统、三维展示子系统；其中，
所述雷达监测子系统包括连续等距布置于隧道内的若干雷达，用于获取每条车道实时车辆信息，包括交通流信息和交通事件信息，并标记时间标签，每个雷达具有唯一的桩号位置信息；
所述网络传输子系统通过网络将雷达监测子系统采集的数据上传到数据分析子系统；
所述数据分析子系统接收所述数据并存储后，将采集的车辆信息按照对应雷达的桩号位置信息匹配，并将带有时间标签、桩号位置信息的隧道交通信息传输给三维展示子系统；
所述三维展示子系统根据桩号位置信息的坐标位置将所述隧道交通信息在三维空间进行显示。
优选的，所述雷达对固定距离范围内的隧道内车道进行监测，并同时监测多个车道的车辆信息。
优选的，所述雷达监测子系统采用的是广域交通雷达，可实现300米以上距离检测、4个车道的监测、200个目标以上的检测。
优选的，所述交通流信息包括车辆位置、车辆速度、车辆长度；交通事件信息包括停车、缓行、逆行、非机动车、超速的交通事件。
优选的，所述数据分析子系统包括数据接入层、数据分析层、数据共享层以及数据存储层；其中，
所述数据接入层通过以太网与雷达监测子系统相互通信，并将接收到的数据同时送入数据分析层和数据存储层；
数据分析层对接收到的交通流信息和交通事件信息进行分析，实现交通流信息和交通事件信息的数据化，并将数据化后的信息传输给数据共享层；
数据共享层通过设定的开放接口将数据化后的信息共享给三维展示子系统。
优选的，所述数据分析层用于对所述交通流信息的数据化统计，包括：
根据交通流信息对交通运行指数、车流量、车头距、车间距、平均车速、道路占有率、排队长度的分析，并按照车道和行驶方向分别进行分类汇总。
优选的，所述数据分析层用于对所述交通事件信息的数据化统计，包括：
按照车道、行驶方向、路段区间分别对交通事件信息进行分类汇总。
优选的，所述的网络传输子系统支持有线网络、移动无线的传输方式，二者互为备份；当有线网络故障时，通过移动无线的方式上传信息。
优选的，所述三维空间展示采用WEBGL、VR、BIM等方法实现。
本发明还提供了一种基于雷达的公路隧道交通态势感知方法，包括如下步骤：
步骤一，通过连续等距布置于隧道内的若干雷达获取每条车道实时车辆信息，包括交通流信息和交通事件信息，并标记时间标签，每个雷达具有唯一的桩号位置信息；
步骤二，将采集的车辆信息进行时空匹配处理，将雷达获取的车辆位置按照对应雷达的桩号位置信息进行匹配，桩号位置信息为XY坐标信息；
步骤三，将步骤二处理后的信息进行分类统计处理，按照车道、行驶方向、检测区间分别统计各类交通参数、交通事件，输出统计结果；
步骤四，将带有时间标签、桩号位置信息的隧道交通信息的统计结果在三维空间进行三维展示。
优选的，所述步骤二具体包括：
雷达输出检测区域内目标车辆的相对位置信息，以及实时速度信息及车辆类型信息，目标车辆的相对位置信息按照对应雷达的桩号位置信息进行匹配，以X、Y坐标的方式表示；
预配置雷达的安装位置桩号信息，通过桩号X坐标获知当前车辆的位置信息；
预配置车道的位置信息，通过Y坐标获知当前车辆所在车道信息。
优选的，所述步骤四包括，在三维空间根据桩号位置信息，展示车辆位置和交通事件信息。
本发明相较现有技术具有以下有益效果：
本发明可对整个隧道的交通流信息进行实时采集，通过网络上传至监控中心后，根据车辆位置信息构建三维空间下的目标表现，解决了目前无三维展现车流情况的问题。系统还实现了隧道交通事件的采集，实时上传到监控中心，根据事件位置构建三维空间下的表现。整个系统提升了交通流和交通事件的表现效果，减小了监控人员的获知隧道交通流态势和交通事件的难度，提高了对隧道路况的感知程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明基于雷达的公路隧道交通态势感知系统的结构框图；
图2是本发明雷达监测子系统的部署示意图；
图3是本发明位置信息标记的示意图；
图4是本发明三维展示形式的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见说明书附图1所示的基于雷达的公路隧道交通态势感知系统的结构框图，包括雷达监测子系统、网络传输子系统、数据分析子系统、三维展示子系统；其中，
雷达监测子系统包括连续等距布置于隧道内的若干雷达，用于获取每条车道实时车辆信息，包括交通流信息和交通事件信息，并标记时间标签，每个雷达具有唯一的桩号位置信息。
本实施例中，雷达监测子系统部署于隧道内，与现有系统独立，传输链路复用目前隧道的传输通道。隧道设备的部署架构如图2所示，依据雷达监测距离的指标，确定隧道雷达的安装位置和数量。部署的原则是通过连续布置雷达，实现雷达检测区域的连续覆盖，实现隧道路段内的全程、无缝实时监测。雷达采用的是广域交通雷达，可实现300米以上距离检测、4个车道的监测、200个目标以上的检测。
交通流信息包括车辆位置、车辆速度、车辆长度；交通事件信息包括停车、缓行、逆行、非机动车、超速的交通事件。
网络传输子系统通过网络将雷达监测子系统采集的数据上传到数据分析子系统；网络传输子系统分别通过网络、移动无线的方式，与数据分析子系统相连，正常情况下，采用有线网络的传输方式，当有线网络故障时，通过移动无线的方式上传信息。
数据分析子系统接收数据并存储后，将采集的车辆信息按照对应雷达的桩号位置信息匹配，并将带有时间标签、桩号位置信息的隧道交通信息传输给三维展示子系统；数据分析子系统包括数据接入层、数据分析层、数据共享层以及数据存储层；其中，
数据接入层通过以太网与雷达监测子系统相互通信，并将接收到的数据同时送入数据分析层和数据存储层；
数据分析层对接收到的交通流信息和交通事件信息进行分析，实现交通流信息和交通事件信息的数据化，并将数据化后的信息传输给数据共享层；
数据共享层通过设定的开放接口将数据化后的信息共享给三维展示子系统，开放接口提供Web Service及http两种。
数据分析层用于对交通流信息的数据化统计，包括：根据交通流信息对交通运行指数、车流量、车头距、车间距、平均车速、道路占有率、排队长度的分析，并按照车道和行驶方向分别进行分类汇总。
数据分析层用于对交通事件信息的数据化统计，包括：按照车道、行驶方向、路段区间分别对交通事件信息进行分类汇总。
数据分析子系统可以将实时采集的信息、处理的信息、分类统计的数据通过数据共享层对外提供数据。
三维展示子系统根据桩号位置信息的坐标位置将隧道交通信息在三维空间进行显示。
本实施例还提供一种基于雷达的公路隧道交通态势感知方法，包括如下步骤：
S1，通过连续等距布置于隧道内的若干雷达获取每条车道实时车辆信息，包括交通流信息和交通事件信息，并标记时间标签，每个雷达具有唯一的桩号位置信息；
S2，将采集的车辆信息进行时空匹配处理，将雷达获取的车辆位置按照对应雷达的桩号位置信息进行匹配，桩号位置信息为XY坐标信息；
数据分析层的分析方法主要包括时空匹配处理和分类统计处理。
时空匹配处理，根据车辆位置在检测区域的相对位置，转换为公路桩号的位置信息，步骤包括：
如图3所示，雷达L101输出检测区域内目标车辆L102的相对位置信息，以及实时速度信息及车辆类型信息，其中位置信息最终以X、Y坐标的方式表示。
系统内部配置了雷达L101的安装位置桩号信息，通过桩号X坐标获知当前车辆的桩号位置信息。
系统内部配置了车道L103的位置信息，通过Y坐标获知车辆所在的车道。
将处理后的车辆位置桩号信息、实时速度信息及车辆类型信息通过接口发送给三维展示子系统。
三维展示子系统在三维空间根据公路桩号位置信息，展现车辆位置和交通事件。展现后的三维监控画面如图4所示。
S3，将步骤二处理后的信息进行分类统计处理，按照车道、行驶方向、检测区间分别统计各类交通参数、交通事件，通过图表的形式表现统计结果。
S4，将带有时间标签、桩号位置信息的隧道交通信息的统计结果在三维空间进行三维展示。具体根据桩号位置信息，展示车辆位置和交通事件信息。
交通流信息和交通事件信息的三维展示采用WEBGL、VR、BIM方法实现。
以上对本发明所提供的一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统，其特征在于，包括雷达监测子系统、网络传输子系统、数据分析子系统、三维展示子系统；其中，
所述雷达监测子系统包括连续等距布置于隧道内的若干雷达，用于获取每条车道实时车辆信息，包括交通流信息和交通事件信息，并标记时间标签，每个雷达具有唯一的桩号位置信息；
所述网络传输子系统通过网络将雷达监测子系统采集的数据上传到数据分析子系统；
所述数据分析子系统接收所述数据并存储后，将采集的车辆信息按照对应雷达的桩号位置信息匹配，并将带有时间标签、桩号位置信息的隧道交通信息传输给三维展示子系统；
所述三维展示子系统根据桩号位置信息的坐标位置将所述隧道交通信息在三维空间进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统，其特征在于，所述雷达对固定距离范围内的隧道内车道进行监测，并同时监测多个车道的车辆信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统，其特征在于，所述交通流信息包括车辆位置、车辆速度、车辆长度；交通事件信息包括停车、缓行、逆行、非机动车、超速的交通事件。
4.根据权利要求1所述的一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统，其特征在于，所述数据分析子系统包括数据接入层、数据分析层、数据共享层以及数据存储层；其中，
所述数据接入层通过以太网与雷达监测子系统相互通信，并将接收到的数据同时送入数据分析层和数据存储层；
数据分析层对接收到的交通流信息和交通事件信息进行分析，实现交通流信息和交通事件信息的数据化，并将数据化后的信息传输给数据共享层；
数据共享层通过设定的开放接口将数据化后的信息共享给三维展示子系统。
5.根据权利要求4所述的一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统，其特征在于，所述数据分析层用于对所述交通流信息的数据化统计，包括：
根据交通流信息对交通运行指数、车流量、车头距、车间距、平均车速、道路占有率、排队长度的分析，并按照车道和行驶方向分别进行分类汇总。
6.根据权利要求4所述的一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统，其特征在于，所述数据分析层用于对所述交通事件信息的数据化统计，包括：
按照车道、行驶方向、路段区间分别对交通事件信息进行分类汇总。
7.根据权利要求1所述的一种基于雷达的公路隧道交通态势感知系统，其特征在于，所述的网络传输子系统支持有线网络、移动无线的传输方式，二者互为备份；当有线网络故障时，通过移动无线的方式上传信息。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的基于雷达的公路隧道交通态势感知系统的感知方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，通过连续等距布置于隧道内的若干雷达获取每条车道实时车辆信息，包括交通流信息和交通事件信息，并标记时间标签，每个雷达具有唯一的桩号位置信息；
步骤二，将采集的车辆信息进行时空匹配处理，将雷达获取的车辆位置按照对应雷达的桩号位置信息进行匹配，桩号位置信息为XY坐标信息；
步骤三，将步骤二处理后的信息进行分类统计处理，按照车道、行驶方向、检测区间分别统计各类交通参数、交通事件，输出统计结果；
步骤四，将带有时间标签、桩号位置信息的隧道交通信息的统计结果在三维空间进行三维展示。
9.根据权利要求8所述的感知方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：
雷达输出检测区域内目标车辆的相对位置信息，以及实时速度信息及车辆类型信息，目标车辆的相对位置信息按照对应雷达的桩号位置信息进行匹配，以X、Y坐标的方式表示；
预配置雷达的安装位置桩号信息，通过桩号X坐标获知当前车辆的位置信息；
预配置车道的位置信息，通过Y坐标获知当前车辆所在车道信息。
10.根据权利要求8所述的感知方法，其特征在于，所述步骤四包括，在三维空间根据桩号位置信息，展示车辆位置和交通事件信息。
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