CN112489397A - 实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统及其方法 - Google Patents

实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统，其中，所述的系统通过毫米波雷达监测功能模块采集移动目标的行为参数，识别其移动轨迹并将相关参数传输至信号处理功能模块进行滤波检测处理，将处理后的相关参数传输至服务器模块对移动目标进行行为预警及轨迹跟踪，根据判断结果执行报警功能模块对移动目标进行预警提醒。本发明还涉及一种实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法。采用了本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统及其方法，大大降低了交通事故的发生，同时能够有效的解决高速公路危险路段行人横穿行为的监测及预警问题。

Description

实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处 理的雷达预警系统及其方法
技术领域
本发明涉及交通安全技术领域，尤其涉及行人非法横穿行为预警技术领域，具体是指一种实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统及其方法。
背景技术
随着经济的发展，我国的高速公路建设速度得到了很大的提升，而今，我国的高速公路总里程位居全世界第一，且未来发展趋势依然良好。高速公路的发展给我们带来了很多便利，但是交通是把双刃剑，保安全、保畅通是高速公路上最重要的准则。
高速公路全线封闭，不允许非机动车和行人进入，在一些偏远地区，居民法制和安全意识淡薄，为了贪图方便省事，直接选择翻越高速两边的护栏，横穿高速公路的现象时有发生，也因此经常发生人间悲剧，横穿的行人和过路的司机均为受害者。
为了减少和预防这种悲剧的继续发生，有各种技术手段用来做这方面的应用研究。但是目前没有特别有效的技术手段能够很好的用来解决这种需求。目前应用常见的是传统的视频识别技术，但是视频识别技术有其固有的缺陷，摄像头受光线的干扰较大，雨雾天气和夜晚，或者是阳光的照射角度都会影响视频识别的性能和精度。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种精准度高、适用范围广泛的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统及其方法。
为了实现上述目的，本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统如下：
该实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统，其主要特点是，所述的系统包括：
毫米波雷达监测功能模块，用于采集监测区域内移动目标的行为参数，识别目标移动轨迹，并得到相应的行为参数数据；
信号处理功能模块，用于从所述的毫米波雷达监测功能模块所接收到的所述的行为参数数据，进行滤波检测并计算相关参数，以得到相关参数；
服务器模块，用于从所述的信号处理功能模块所接收到的所述的相关参数，进行行为预判，并对目标移动轨迹是否与高速公路护栏重合进行判断，根据判断结果将目标的行为举动信号传输至报警功能模块或不进行信号传输；以及
所述的报警功能模块，用于接收所述的行为举动信号并对移动目标进行预警提醒。
较佳地，所述的毫米波雷达监测模块包括：
天线单元；
雷达单元；
发射机单元，分别与所述的天线单元和雷达单元相连接，用于发送毫米波信号进行移动目标行为监测；以及
接收机单元，分别与所述的天线单元和雷达单元相连接，用于接收目标行为参数进行数据监测。
较佳地，所述的信号处理模块包括：
数据处理单元，用于将起航数据集获取到的数据进行跟踪滤波处理，并计算出移动目标的相关参数；以及
数据存储单元，用于将计算出的相关参数进行保存并通过网络协议打包发送至服务器模块。
较佳地，所述的服务器模块：
预警决策单元，用于根据所述的计算出的相关参数对所述的移动目标进行预警分析；
轨迹跟踪单元，用于对翻越至路面的目标行人进行持续的轨迹跟踪。
该基于上述系统实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)布设于高速公路两侧的毫米波雷达监测装置，采集监测区域内移动目标的行为参数，识别目标移动轨迹；
(2)将采集到的行为参数传输至所述的信号处理功能模块进行滤波检测，并计算相关参数；
(3)所述的服务器模块接收相关参数信息并进行行为预判，对目标移动轨迹是否与高速公路护栏重合进行判断，并根据判断结果将目标的行为举动信号传输至报警功能模块或不进行信号传输；
(4)所述的报警功能模块接收行为举动信号对移动目标进行预警提醒。
较佳地，所述的毫米波雷达监测装置包括天线单元、雷达单元、发射机单元及接收机单元，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)所述的毫米波雷达监测装置对实验场景进行建模处理，将实验场景网格化；
(12)所述的发射机单元向移动目标发射毫米波信号，根据所述的移动目标的反射截面的微波能量判断移动目标的大小，并结合融合视频识别技术联动判断该移动目标是否为行人；
(13)若是，则将所述的移动目标的行为参数通过所述的天线单元和雷达单元发送至所述的接收机单元，并继续后续步骤(14)；若否，则放弃对该移动目标行为的监测，并返回上述步骤(12)；
(14)所述的接收机单元根据接收到的所述的行为参数对所述的移动目标在监测范围内进行数据监测，并通过对网格内移动目标的特征提取与选择判断形成起航迹数据集，对移动轨迹进行识别。
较佳地，所述的信号处理模块包括数据处理单元和数据存储单元，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(21)所述的数据处理单元将所述的起航数据集获取的数据进行跟踪滤波处理，并计算移动目标的相关参数；
(22)所述的数据存储单元将计算出的相关参数进行保存并通过网络协议打包发送至所述的服务器模块。
更佳地，所述的计算移动目标的相关参数，具体为：
计算移动目标相距护栏处的距离、移动目标的行驶速度以及移动目标所在的运动方向与高速公路护栏之间的夹角。
较佳地，所述的服务器模块包括预警决策单元和轨迹跟踪单元，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(31)所述的预警决策单元根据雷达实时获取到的数据，通过目标跟踪算法对当前的移动目标进行预警分析；
(32)如果所述的预警决策单元未监测到监测范围内出现行人的相关参数，则所述的信号处理功能模块不进行信号传输，并返回步骤(1)；如果所述的预警决策单元监测到监测范围内出现行人的相关参数，所述的雷达预警系统执行二级报警信号处理，所述的预警决策单元持续点亮低警告级别灯，如果监测到行人离开的相关参数，则熄灭该低警告级别灯，否则继续步骤(33)；
(33)如果所述的预警决策单元监测到行人快速靠近的加速度参数且所述的移动轨迹与高速公路护栏重合，则所述的预警决策单元持续点亮中警告级别灯并熄灭所述的低警告级别灯；
(34)如果所述的预警决策单元预测到所述的行人的行为举动信号为翻越护栏动机，所述的雷达预警系统执行一级报警信号处理，且所述的预警决策单元从此时开始直至行人翻越至路面期间持续点亮高警告级别灯并熄灭所述的中警告级别灯，并继续后续步骤(35)；
(35)所述的轨迹跟踪单元对翻越至路面的目标行人进行持续的轨迹跟踪。
较佳地，所述的一级报警信号处理具体为：所述的预警模块启动报警器鸣叫功能进行预警提醒，同时，远程监控中心人员提供喇叭进行语音劝阻。
采用了本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统及其方法，有别于传统的视频识别技术，本技术方案采用毫米波雷达监测装置能够全天候监测移动目标且不受任何外部环境影响，极大的提高了视频识别的性能和精度，通过融合视频识别技术，有效的针对高速公路上的行人运动轨迹进行监测与预判，降低了交通事故发生的频率，满足了行人横穿行为的监测及预警需求。
附图说明
图1为本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统的功能模块示意图。
图2为本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法的流程图。
图3为本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统及其方法的数据信号处理流程图。
图4为本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法的移动目标识别处理流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
请参阅图1所示，本发明的该实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统，其中，所述的系统包括：
毫米波雷达监测功能模块，用于采集监测区域内移动目标的行为参数，识别目标移动轨迹，并得到相应的行为参数数据；
信号处理功能模块，用于从所述的毫米波雷达监测功能模块所接收到的所述的行为参数数据，进行滤波检测并计算相关参数，以得到相关参数；
服务器模块，用于从所述的信号处理功能模块所接收到的所述的相关参数，进行行为预判，并对目标移动轨迹是否与高速公路护栏重合进行判断，根据判断结果将目标的行为举动信号传输至报警功能模块或不进行信号传输；以及
所述的报警功能模块，用于接收所述的行为举动信号并对移动目标进行预警提醒。
作为本发明的优选实施方式，所述的毫米波雷达监测模块包括：
天线单元；
雷达单元；
发射机单元，分别与所述的天线单元和雷达单元相连接，用于发送毫米波信号进行移动目标行为监测；以及
接收机单元，分别与所述的天线单元和雷达单元相连接，用于接收目标行为参数进行数据监测。
作为本发明的优选实施方式，所述的信号处理模块包括：
数据处理单元，用于将起航数据集获取到的数据进行跟踪滤波处理，并计算出移动目标的相关参数；以及
数据存储单元，用于将计算出的相关参数进行保存并通过网络协议打包发送至服务器模块。
作为本发明的优选实施方式，所述的服务器模块：
预警决策单元，用于根据所述的计算出的相关参数对所述的移动目标进行预警分析；
轨迹跟踪单元，用于对翻越至路面的目标行人进行持续的轨迹跟踪。
请参阅图2所示，本发明的该基于上述系统实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法，其中，所述的方法包括以下步骤：
(1)布设于高速公路两侧的毫米波雷达监测装置，采集监测区域内移动目标的行为参数，识别目标移动轨迹；
(2)将采集到的行为参数传输至所述的信号处理功能模块进行滤波检测，并计算相关参数；
(3)所述的服务器模块接收相关参数信息并进行行为预判，对目标移动轨迹是否与高速公路护栏重合进行判断，并根据判断结果将目标的行为举动信号传输至报警功能模块或不进行信号传输；
(4)所述的报警功能模块接收行为举动信号对移动目标进行预警提醒。
请参阅图3所示，所述的毫米波雷达监测装置将获取的信号进行信号处理，该过程主要包括前期数据处理、中期数据关联、后期数据跟踪滤波及起航迹数据集形成等重要环节。
作为本发明的优选实施方式，所述的毫米波雷达监测装置包括天线单元、雷达单元、发射机单元及接收机单元，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)所述的毫米波雷达监测装置对实验场景进行建模处理，将实验场景网格化；
(12)所述的发射机单元向移动目标发射毫米波信号，根据所述的移动目标的反射截面的微波能量判断移动目标的大小，并结合融合视频识别技术联动判断该移动目标是否为行人；
(13)若是，则将所述的移动目标的行为参数通过所述的天线单元和雷达单元发送至所述的接收机单元，并继续后续步骤(14)；若否，则放弃对该移动目标行为的监测，并返回上述步骤(12)；
(14)所述的接收机单元根据接收到的所述的行为参数对所述的移动目标在监测范围内进行数据监测，并通过对网格内移动目标的特征提取与选择判断形成起航迹数据集，对移动轨迹进行识别。
作为本发明的优选实施方式，所述的信号处理模块包括数据处理单元和数据存储单元，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(21)所述的数据处理单元将所述的起航数据集获取的数据进行跟踪滤波处理，并计算移动目标的相关参数；
(22)所述的数据存储单元将计算出的相关参数进行保存并通过网络协议打包发送至所述的服务器模块。
作为本发明的优选实施方式，所述的计算移动目标的相关参数，具体为：
计算移动目标相距护栏处的距离、移动目标的行驶速度以及移动目标所在的运动方向与高速公路护栏之间的夹角。
作为本发明的优选实施方式，所述的服务器模块包括预警决策单元和轨迹跟踪单元，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(31)所述的预警决策单元根据雷达实时获取到的数据，通过目标跟踪算法对当前的移动目标进行预警分析；
(32)如果所述的预警决策单元未监测到监测范围内出现行人的相关参数，则所述的信号处理功能模块不进行信号传输，并返回步骤(1)；如果所述的预警决策单元监测到监测范围内出现行人的相关参数，所述的雷达预警系统执行二级报警信号处理，所述的预警决策单元持续点亮低警告级别灯，如果监测到行人离开的相关参数，则熄灭该低警告级别灯，否则继续步骤(33)；
(33)如果所述的预警决策单元监测到行人快速靠近的加速度参数且所述的移动轨迹与高速公路护栏重合，则所述的预警决策单元持续点亮中警告级别灯并熄灭所述的低警告级别灯；
(34)如果所述的预警决策单元预测到所述的行人的行为举动信号为翻越护栏动机，所述的雷达预警系统执行一级报警信号处理，且所述的预警决策单元从此时开始直至行人翻越至路面期间持续点亮高警告级别灯并熄灭所述的中警告级别灯，并继续后续步骤(35)；
(35)所述的轨迹跟踪单元对翻越至路面的目标行人进行持续的轨迹跟踪。
在本发明的一具体实施方式中，所述的点亮低警告级别灯为点亮绿灯；
在本发明的一具体实施方式中，所述的点亮中警告级别灯为点亮橙灯；
在本发明的一具体实施方式中，所述的点亮高警告级别灯为点亮红灯。
在本发明的一具体实施方式中，所述的一级报警信号处理具体为：所述的预警模块启动报警器鸣叫功能进行预警提醒，同时，远程监控中心人员提供喇叭进行语音劝阻。
请参阅图4所示，其为本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法的移动目标识别处理流程图，作为本发明的优选实施方式，所述的目标跟踪算法作为现有技术中已有的技术类型，故此处针对该技术特征不再赘述。
本技术方案预判功能的实现主要包括前期的数据采集与预警决策两部分。其中数据采集是预警系统的第一步，主要是通过毫米波雷达监测功能模块获取实时具有定位信息的数据，对于移动目标的速度、方向、加速度等参数进行采集；预警决策主要是根据雷达实时获取到的数据信息，通过有效的目标跟踪算法来实现预警；分为三部分，有人即报警同时亮绿灯，只要人员没有离开绿灯一直亮；又快速靠近的加速度则亮橙灯报警；预测到有翻越护栏动机则亮红灯。翻越至路面上之后红灯持续报警并跟踪轨迹。
采用了本发明的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统及其方法，有别于传统的视频识别技术，本技术方案采用毫米波雷达监测装置能够全天候监测移动目标且不受任何外部环境影响，极大的提高了视频识别的性能和精度，通过融合视频识别技术，有效的针对高速公路上的行人运动轨迹进行监测与预判，降低了交通事故发生的频率，满足了行人横穿行为的监测及预警需求。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统，其特征在于，所述的系统包括：
毫米波雷达监测功能模块，用于采集监测区域内移动目标的行为参数，识别目标移动轨迹，并得到相应的行为参数数据；
信号处理功能模块，用于从所述的毫米波雷达监测功能模块所接收到的所述的行为参数数据，进行滤波检测并计算相关参数，以得到相关参数；
服务器模块，用于从所述的信号处理功能模块所接收到的所述的相关参数，进行行为预判，并对目标移动轨迹是否与高速公路护栏重合进行判断，根据判断结果将目标的行为举动信号传输至报警功能模块或不进行信号传输；以及
所述的报警功能模块，用于接收所述的行为举动信号并对移动目标进行预警提醒。
2.根据权利要求1所述的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统，其特征在于，所述的毫米波雷达监测模块包括：
天线单元；
雷达单元；
发射机单元，分别与所述的天线单元和雷达单元相连接，用于发送毫米波信号进行移动目标行为监测；以及
接收机单元，分别与所述的天线单元和雷达单元相连接，用于接收目标行为参数进行数据监测。
3.根据权利要求1所述的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统，其特征在于，所述的信号处理模块包括：
数据处理单元，用于将起航数据集获取到的数据进行跟踪滤波处理，并计算出移动目标的相关参数；以及
数据存储单元，用于将计算出的相关参数进行保存并通过网络协议打包发送至服务器模块。
4.根据权利要求1所述的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的雷达预警系统，其特征在于，所述的服务器模块：
预警决策单元，用于根据所述的计算出的相关参数对所述的移动目标进行预警分析；
轨迹跟踪单元，用于对翻越至路面的目标行人进行持续的轨迹跟踪。
5.一种基于权利要求1至4中任一项所述的雷达预警系统实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)布设于高速公路两侧的毫米波雷达监测装置，采集监测区域内移动目标的行为参数，识别目标移动轨迹；
(2)将采集到的行为参数传输至所述的信号处理功能模块进行滤波检测，并计算相关参数；
(3)所述的服务器模块接收相关参数信息并进行行为预判，对目标移动轨迹是否与高速公路护栏重合进行判断，并根据判断结果将目标的行为举动信号传输至报警功能模块或不进行信号传输；
(4)所述的报警功能模块接收行为举动信号对移动目标进行预警提醒。
6.根据权利要求5所述的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法，其特征在于，所述的毫米波雷达监测装置包括天线单元、雷达单元、发射机单元及接收机单元，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)所述的毫米波雷达监测装置对实验场景进行建模处理，将实验场景网格化；
(12)所述的发射机单元向移动目标发射毫米波信号，根据所述的移动目标的反射截面的微波能量判断移动目标的大小，并结合融合视频识别技术联动判断该移动目标是否为行人；
(13)若是，则将所述的移动目标的行为参数通过所述的天线单元和雷达单元发送至所述的接收机单元，并继续后续步骤(14)；若否，则放弃对该移动目标行为的监测，并返回上述步骤(12)；
(14)所述的接收机单元根据接收到的所述的行为参数对所述的移动目标在监测范围内进行数据监测，并通过对网格内移动目标的特征提取与选择判断形成起航迹数据集，对移动轨迹进行识别。
7.根据权利要求5所述的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法，其特征在于，所述的信号处理模块包括数据处理单元和数据存储单元，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(21)所述的数据处理单元将所述的起航数据集获取的数据进行跟踪滤波处理，并计算移动目标的相关参数；
(22)所述的数据存储单元将计算出的相关参数进行保存并通过网络协议打包发送至所述的服务器模块。
8.根据权利要求7所述的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法，其特征在于，所述的计算移动目标的相关参数，具体为：
计算移动目标相距护栏处的距离、移动目标的行驶速度以及移动目标所在的运动方向与高速公路护栏之间的夹角。
9.根据权利要求5所述的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法，其特征在于，所述的服务器模块包括预警决策单元和轨迹跟踪单元，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(31)所述的预警决策单元根据雷达实时获取到的数据，通过目标跟踪算法对当前的移动目标进行预警分析；
(32)如果所述的预警决策单元未监测到监测范围内出现行人的相关参数，则所述的信号处理功能模块不进行信号传输，并返回步骤(1)；如果所述的预警决策单元监测到监测范围内出现行人的相关参数，所述的雷达预警系统执行二级报警信号处理，所述的预警决策单元持续点亮低警告级别灯，如果监测到行人离开的相关参数，则熄灭该低警告级别灯，否则继续步骤(33)；
(33)如果所述的预警决策单元监测到行人快速靠近的加速度参数且所述的移动轨迹与高速公路护栏重合，则所述的预警决策单元持续点亮中警告级别灯并熄灭所述的低警告级别灯；
(34)如果所述的预警决策单元预测到所述的行人的行为举动信号为翻越护栏动机，所述的雷达预警系统执行一级报警信号处理，且所述的预警决策单元从此时开始直至行人翻越至路面期间持续点亮高警告级别灯并熄灭所述的中警告级别灯，并继续后续步骤(35)；
(35)所述的轨迹跟踪单元对翻越至路面的目标行人进行持续的轨迹跟踪。
10.根据权利要求9所述的实现针对高速公路行人非法横穿行为进行预判及轨迹标定处理的方法，其特征在于，所述的一级报警信号处理具体为：所述的预警模块启动报警器鸣叫功能进行预警提醒，同时，远程监控中心人员提供喇叭进行语音劝阻。
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