CN112053565B - 激光雷达识别系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种激光雷达识别系统。该激光雷达识别系统包括：毫米波雷达、激光雷达、天气探测器以及数据修正服务器，所述毫米波雷和所述激光雷达分别与所述数据修正服务器连接，所述天气探测器与所述激光雷达连接；本发明通过将毫米波雷达与激光雷达结合，并通过天气探测器检测气象信息值，判断所述气象信息值是否超过气象信息阈值，在所述气象信息值超过气象信息阈值的情况下，触发所述激光雷达的激光传感器按照预设规则自动调节激光束量，可以有效减少因为恶劣环境因素，传统雷达和一般激光雷达对车辆类型和轴数识别不出或者识别不准确的概率，以达到精准监控高速公路车辆的目的。

Description

激光雷达识别系统
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种激光雷达识别系统。
背景技术
近年来，高速公路的信息化、智能化成为交通建设的焦点，也吸引了众多企业的关注。雷达是目前人类感知和探测世界的重要技术，也是我国高速车辆监测的重要手段。雷达通过无线电探测和测距，其利用电磁波探测目标，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此可以获得电磁波到目标的距离等相关信息。雷达技术不仅拥有正常人类视觉识别，还具备中远距离的环境感知的能力。目前雷达技术主要有毫米波雷达、微波雷达、超声波雷达等。
但目前的雷达技术都存在缺陷，有盲区，发出的信号易被侦察。无线电波易受干扰，因此无线电波的传播存在许多无法避免的弱点和不确定性。当前的激光雷达就很好的规避了这些缺点，激光雷达相比传统雷达的工作频段、光频段的波长较短，方向性好，不受环境干扰，因而可以极大提高雷达的距离分辨力、角分辨力、速度分辨力，实现远距离抗干扰探测与测距。除此之外，激光雷达比较轻便，可以同时跟踪多个目标，实现速度、距离的同时测量。激光雷达的线束有16线、32线、64线、128线、300线(最高)，线束越高，分辨率越高，探测精度越高。激光雷达凭借其髙灵敏的探测手段，可以精确获得目标的距离、速度和车型等信息。
然而，激光雷达虽然在各项性能上都极具优越性，但其工作时容易受天气影响。激光在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。如工作波长为 10.6微米的co2激光，是所有激光中大气传输性能较好的，在坏天气的衰减是晴天的6 倍。因此，如何弥补现有雷达技术的上述缺陷，提高车辆识别的效率，一直是业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种激光雷达识别系统，以解决现有现有雷达技术存在的以上问题。
本发明提供一种激光雷达识别系统，包括：毫米微波雷达、激光雷达、天气探测器以及数据修正服务器，所述毫米微波雷达和所述激光雷达分别与所述数据修正服务器连接，所述天气探测器与所述激光雷达连接；
所述毫米微波雷达，用于在车辆到来时发射及接收毫米波；
所述天气探测器，用于检测气象信息值，判断所述气象信息值是否超过气象信息阈值，在所述气象信息值超过气象信息阈值的情况下，触发所述激光雷达的激光传感器按照预设规则自动调节激光束量；
所述激光雷达，用于在车辆到来时发射及接收默认数量的激光束，通过发射、接收的激光束得到车辆的外部轮廓特征信息，将所述车辆的外部轮廓特征信息传送到激光雷达的内置数据包中，所述内置数据包中存储有车型分类信息；以及，在所述天气探测器的触发下按照预设规则自动调节激光束量；
所述数据修正服务器，用于根据所述毫米微波雷达发射、接收毫米波的毫米波时间差，获取车辆的基础信息；以及，根据所述车辆的外部轮廓特征信息，计算出车辆的车型参数信息，将所述车型参数信息与内置数据包中的车型分类信息相匹配，识别出所述车辆的车型信息；
所述数据修正服务器，还用于存储车型识别数据组，车型识别数据组的存储字段包括：车型、天气探测器探测数据、激光雷达光束数量、毫米微波雷达开启状态，以及车型识别准确率，对所述车型识别数据组进行融合，以所述车型识别准确率为核心数据，进行激光雷达光束和毫米微波雷达开启状态的调优，最终得出在某个天气探测数据下，对某种车型的最优激光雷达光束数量和毫米微波雷达开启状态，以便得出在某个天气数据下车型识别的置信度。
可选的，所述气象信息值包括能见度、降雨量以及风速。
可选的，所述激光雷达的激光强度可变范围在16束-300束。
可选的，所述激光雷达的默认数量的激光束为32束。
可选的，所述车辆的基础信息包括车辆与毫米微波雷达的当前距离以及车辆的当前车速。
可选的，所述车型参数信息包括车辆的轴数，长度以及高度。
可选的，所述数据修正服务器与收费系统连接，所述数据修正服务器还用于将所述车辆的车型参数信息和车型信息发送至所述收费系统，以使所述收费系统根据所述车辆的车型参数信息和车型信息计算收费。
由以上技术方案可知，本发明的激光雷达识别系统，将毫米微波雷达与激光雷达结合，并通过天气探测器检测气象信息值，判断所述气象信息值是否超过气象信息阈值，在所述气象信息值超过气象信息阈值的情况下，触发所述激光雷达的激光传感器按照预设规则自动调节激光束量，可以有效减少因为恶劣环境因素，传统雷达和一般激光雷达对车辆类型和轴数识别不出或者识别不准确的概率，以达到精准监控高速公路车辆的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的激光雷达识别系统的安装位置示意图。
图2为本发明提供的激光雷达识别系统的结构框图。
图示说明：100-栏杆机；200-岗亭；300-自动发卡机；400-激光式车型识别仪；1-毫米微波雷达；2-激光雷达；3-天气探测器；4-数据修正服务器；5-收费系统。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明 。应该指出，以下详细说明都是例示性的，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。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位 (旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
请参阅图1，为本发明实施例提供的一种激光雷达识别系统的安装位置示意图，其中，在车道收费处依次设置有栏杆机100、岗亭200、自动发卡机300以及激光式车型识别仪400，激光式车型识别仪400中包含了本发明的激光雷达识别系统中的毫米微波雷达、激光雷达和天气探测器。
如图2所示，本发明的激光雷达识别系统具体包括：毫米微波雷达1、激光雷达2、天气探测器3以及数据修正服务器4，毫米微波雷达1和激光雷达2分别与数据修正服务器4连接，天气探测器3与激光雷达2连接。
毫米微波雷达1，用于在车辆到来时发射及接收毫米波。
具体地，毫米微波雷达可采用现有技术实现，毫米微波雷达工作在毫米波段，通常毫米波是指30～300GHz频段(波长为1～10mm)。毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。
天气探测器3，用于检测气象信息值，判断气象信息值是否超过气象信息阈值，在气象信息值超过气象信息阈值的情况下，触发激光雷达的激光传感器按照预设规则自动调节激光束量。
具体地，天气探测器3可以基于现有技术实现，来检测局部区段的天气状况，可以自动化收集气象信息，能为道路的运营管理者和道路使用者及时提供准确的气象信息，气象信息值可以包括能见度、降雨量以及风速等。
如果天气环境较为恶劣，如能见度较低或降雨量较大，此时激光雷达2默认的激光束量强度就无法达到准确扫描车辆外部轮廓，天气探测器3可在某个气象信息值超出气象信息阈值时，触发激光雷达2调节激光束的数量来满足激光探测的需求。气象信息阈值的设置，以及具体是大于还是小于气象信息阈值时触发激光雷达2调节激光束的数量，可根据具体气象信息类型的不同进行设置。
以能见度为例，能见度是指视力正常的人能将目标物从背景中识别出来的最大距离，单位可以是米或公里，则可以设置在天气探测器3探测到当前环境的能见度小于预先人为设定的某个能见度阈值时，触发激光雷达2增加激光束的数量。
以降雨量为例，降雨量是指从天空降落到地面上的雨水，未经蒸发、渗透、流失而在水面上积聚的水层深度，一般以毫米为单位，则可以设置在天气探测器3探测到当前环境的降雨量大于预先人为设定的某个降雨量阈值时，触发激光雷达2增加激光束的数量。也可以利用机器学习技术，控制激光雷达2自动调整至合适的激光发射束量去扫描车辆，达到最佳精准识别率。
激光雷达2，用于在车辆到来时发射及接收默认数量的激光束，通过发射、接收的激光束得到车辆的外部轮廓特征信息，将车辆的外部轮廓特征信息传送到激光雷达的内置数据包中，内置数据包中存储有车型分类信息；以及，在天气探测器的触发下按照预设规则自动调节激光束量。内置数据包中存储的车型分类信息中记载的车型分类标准满足收费公路车辆通行费车型分类(JT-T489-2003)标准的要求。
具体地，激光雷达用激光器作为发射光源，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成，激光雷达的接收系统可采用光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。
在本实施例中，激光雷达的激光强度可变范围在16束-300束，激光雷达的默认数量的激光束为32束。
数据修正服务器4，用于根据毫米微波雷达发射、接收毫米波的毫米波时间差，获取车辆的基础信息；以及，根据车辆的外部轮廓特征信息，计算出车辆的车型参数信息，将车型参数信息与内置数据包中的车型分类信息相匹配，识别出车辆的车型信息。数据修正服务器4基于毫米微波雷达1和激光雷达2得到的信息，识别出车辆的车型信息，可根据现有技术来实现。
具体地，车辆的基础信息包括车辆与毫米微波雷达的当前距离以及车辆的当前车速，车型参数信息包括车辆的轴数，长度以及高度。
在本实施例中，数据修正服务器4，还用于存储车型识别数据组，车型识别数据组的存储字段包括：车型、天气探测器探测数据、激光雷达光束数量、毫米微波雷达开启状态，以及车型识别准确率，对所述车型识别数据组进行融合，以所述车型识别准确率为核心数据，进行激光雷达光束和毫米微波雷达开启状态的调优，最终得出在某个天气探测数据下，对某种车型的最优激光雷达光束数量和毫米微波雷达开启状态，以便得出在某个天气数据下车型识别的置信度。
此外，数据修正服务器4还可以与收费系统5连接，数据修正服务器4还用于将车辆的车型参数信息和车型信息发送至收费系统5，以使收费系统5根据车辆的车型参数信息和车型信息计算收费。
综上所述，本发明实施例提供的激光雷达识别系统，通过将毫米微波雷达与激光雷达结合，并通过天气探测器检测气象信息值，判断所述气象信息值是否超过气象信息阈值，在所述气象信息值超过气象信息阈值的情况下，触发所述激光雷达的激光传感器按照预设规则自动调节激光束量，可以有效减少因为恶劣环境因素，传统雷达和一般激光雷达对车辆类型和轴数识别不出或者识别不准确的概率，以达到精准监控高速公路车辆的目的。
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。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明 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 (7)

1.一种激光雷达识别系统，其特征在于，包括：毫米微波雷达、激光雷达、天气探测器以及数据修正服务器，所述毫米微波雷达和所述激光雷达分别与所述数据修正服务器连接，所述天气探测器与所述激光雷达连接；
所述毫米微波雷达，用于在车辆到来时发射及接收毫米波；
所述天气探测器，用于检测气象信息值，判断所述气象信息值是否超过气象信息阈值，在所述气象信息值超过气象信息阈值的情况下，触发所述激光雷达的激光传感器按照预设规则自动调节激光束量；
所述激光雷达，用于在车辆到来时发射及接收默认数量的激光束，通过发射、接收的激光束得到车辆的外部轮廓特征信息，将所述车辆的外部轮廓特征信息传送到激光雷达的内置数据包中，所述内置数据包中存储有车型分类信息；以及，在所述天气探测器的触发下按照预设规则自动调节激光束量；
所述数据修正服务器，用于根据所述毫米微波雷达发射、接收毫米波的毫米波时间差，获取车辆的基础信息；以及，根据所述车辆的外部轮廓特征信息，计算出车辆的车型参数信息，将所述车型参数信息与内置数据包中的车型分类信息相匹配，识别出所述车辆的车型信息；
所述数据修正服务器，还用于存储车型识别数据组，车型识别数据组的存储字段包括：车型、天气探测器探测数据、激光雷达光束数量、毫米微波雷达开启状态，以及车型识别准确率，对所述车型识别数据组进行融合，以所述车型识别准确率为核心数据，进行激光雷达光束和毫米微波雷达开启状态的调优，最终得出在某个天气探测数据下，对某种车型的最优激光雷达光束数量和毫米微波雷达开启状态，以便得出在某个天气数据下车型识别的置信度。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气象信息值包括能见度、降雨量以及风速。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光雷达的激光强度可变范围在16束-300束。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光雷达的默认数量的激光束为32束。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车辆的基础信息包括车辆与毫米微波雷达的当前距离以及车辆的当前车速。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车型参数信息包括车辆的轴数，长度以及高度。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据修正服务器与收费系统连接，所述数据修正服务器还用于将所述车辆的车型参数信息和车型信息发送至所述收费系统，以使所述收费系统根据所述车辆的车型参数信息和车型信息计算收费。
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