CN114283592A

CN114283592A - 基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法和应用

Info

Publication number: CN114283592A
Application number: CN202111628857.4A
Authority: CN
Inventors: 禹业栋; 陈涛
Original assignee: Nanjing Sidian Microsystems Co ltd
Current assignee: Nanjing Sidian Microsystems Co ltd
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明公开了一种基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法和应用，用于解决接触式控制的信号灯使用不便且不满足公共卫生安全需求的问题。其中，该方法包括：解析接收到的毫米波雷达帧数据，以获得与监测目标对应的点云；基于距离、角度以及速度，对点云中的各个点进行聚类，以获得监测目标的集合；对监测目标的集合进行滤波，以获得监测目标的航迹集合；根据航迹集合，判断监测目标是否要穿越预设的等待区域，从而对交通信号灯进行控制。

Description

基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法和应用

技术领域

本发明属于雷达探测技术领域，具体是关于一种基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法和装置，计算设备和及其可读存储介质。

背景技术

自助式过街信号灯也称“自助请求式”红绿灯，行人过马路时只需按一下立柱上的按钮，信号灯上便会开始倒计时5秒，5秒后人行信号灯变成绿灯，行人便可以过斑马线。一方面它可以合理调配行人、车辆通行、等候时间，提高车辆通行效率的同时，也能最大限度满足行人、车辆通行需求，可以最大限度的利用道路资源；另一方面可以提高行人的参与感，减少闯红灯行为发生。

然而，现有技术中的这种信号灯却没有大面积铺开使用，究其原因，易用性、准确性、灵活性的不足阻碍了该技术的发展，且接触式控制的信号灯也不能满足公共卫生安全的需求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，其用于解决接触式控制的信号灯使用不便且不满足公共卫生安全需求的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，包括：

解析接收到的毫米波雷达帧数据，以获得与监测目标对应的点云；

基于距离、角度以及速度，对所述点云中的各个点进行聚类，以获得所述监测目标的集合；

对所述监测目标的集合进行滤波预测，以获得所述监测目标的航迹集合；

根据所述航迹集合，判断所述监测目标是否要穿越预设的等待区域，从而对交通信号灯进行控制。

一实施例中，对所述监测目标集合进行滤波预测，具体包括：

使用卡尔曼和/或α-β滤波算法对所述监测目标集合进行滤波。

一实施例中，根据所述航迹集合，判断所述监测目标是否要穿越预设的等待区域，具体包括：

获取不要穿越预设等待区域的监测目标的相位变化，以解析对应监测目标的呼吸频率；

将所述对应监测目标的呼吸频率与预设频率范围进行比对，从而判断预设等待区域内是否存在预设对象。

一实施例中，所述方法还包括：

根据预设等待区域内预设对象的数量，控制交通信号灯的放行工作时长。

一实施例中，所述方法还包括：

在预设等待区域内存在预设对象时，监测所述预设对象是否离开预设等待区域，从而对交通信号灯进行控制。

一实施例中，所述方法还包括：

根据至少两个关联的预设等待区域内是否存在预设对象，从而对交通信号灯进行控制。

一实施例中，所述方法用于控制与第一预设等待区域和第二预设等待区域对应的交通信号灯，所述第一预设等待区域和第二预设等待区域彼此关联；所述方法还包括：

在所述第一预设等待区域和第二预设等待区域中的至少一个内存在预设对象时，控制交通信号灯启动切换倒计时；和/或，

在所述第一预设等待区域或第二预设等待区域内存在预设对象、且监测到所述预设对象离开所述第一预设等待区域或第二预设等待区域时，控制交通信号灯取消切换倒计时；和/或，

在所述第一预设等待区域和第二预设等待区域内存在预设对象、且监测到所述预设对象离开所述第一预设等待区域或第二预设等待区域时，控制交通信号灯维持切换倒计时；和/或，

根据所述第一预设等待区域和第二预设等待区域内预设对象的总数量，控制交通信号灯的放行工作时长。

本申请还提供一种基于毫米波雷达的交通信号灯控制装置，包括：

解析模块，用于解析接收到的毫米波雷达帧数据，以获得与监测目标对应的点云；

聚类模块，用于基于距离、角度以及速度，对所述点云中的各个点进行聚类，以获得所述监测目标的集合；

滤波模块，用于对所述监测目标的集合进行滤波，以获得所述监测目标的航迹集合；

控制模块，用于根据所述航迹集合，判断所述监测目标是否要穿越预设的等待区域，从而对交通信号灯进行控制。

本申请还提供一种计算设备，包括：

至少一个处理器；以及

存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如上所述的方法。

本申请还提供一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如上所述的方法。

与现有技术相比，通过实施本申请的基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，行人无需主动操作，不会有不知情行人不知道如何控制交通信号灯的情况，且更加符合公共卫生安全要求；同时，对于原先准备过马路，但又改变想法的行人，可以主动解除交通信号灯的切换倒计时，避免机动车的无效等待；且，结合预设对象数量来控制交通信号灯放行工作时长的设置，可以动态地满足实际需要过马路的行人需求。

附图说明

图1是根据本申请一实施方式基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法的流程图；

图2是根据本申请一实施方式基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法的应用场景示意图；

图3是根据本申请一实施方式基于毫米波雷达的交通信号灯控制装置的模块图；

图4是根据本申请一实施方式计算设备的硬件结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

参图1，介绍本申请基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法的一具体实施方式。在本实施方式中，该方法包括：

S11、解析接收到的毫米波雷达帧数据，以获得与监测目标对应的点云。

配合参照图2，为本申请基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法的应用场景示意图。在一个典型的应用场景中，可以在交通信号灯上或者交通信号灯周围合适的位置处设置毫米波雷达的装置，在对应行人通行的路径两端预设等待区域，毫米波雷达可以对该等待区域进行全天候的监测。

毫米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。在应用上，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，具有全天候全天时的特点，因此可以适应在户外场景中的监测应用。

毫米波雷达通过发射天线发出相应波段的有指向性的毫米波，当毫米波遇到障碍目标后反射回来，通过接收天线接收反射回来的毫米波。根据毫米波的波段，通过公式计算毫米波在途中传播的时间，就可以知道毫米波雷达和目标之间的相对距离，同时也就知道监测目标的位置。

在角度测量方面，可以利用雷达天线波束的有效性进行测量。例如可以发射一个波束，中心点正对目标时接收信号最强，此时中心点所在角度即为监测目标角度；又或者，发射两个波束，接收到的两个波束能量相等时，说明中心所在的角度即为监测目标角度。

在速度方面，可以利用多普勒效应进行测量。例如向预设的等待区域发射正弦波，如果等待区域存在监测目标，则根据毫米波发射频率和接收频率不同，计算频率差即可计算出监测目标的速度。

本实施方式的一个应用场景中，可以是雷达天线、毫米波雷达芯片以及控制系统三部分构成毫米波雷达的装置。

雷达天线可以对边界清晰的一个固定区域的目标进行检测，雷达天线例如是一发二收或一发多收。单个天线可以由贴片天线或者天线阵列组成，取决于等候区的具体大小。一发二收或一发多收天线能够检测目标距离的远近和角度，因此可以通过雷达算法很好的进行区域划分。

毫米波雷达芯片可以是工作在24G到77G范围内，通过天线向外发射毫米波，并接收目标反射信号，通过对信号进行对比和处理，最终完成对目标的分类识别。并且，毫米波雷达芯片可以是集成了数字处理部分的SoC芯片也可以是不带数字处理部分的射频前端芯片。

控制系统可以由PCB板、芯片外围电路、控制计算处理器MCU组成。其中MCU可以搭载本申请中基于毫米波雷达的信号灯控制方法，基于毫米波雷达芯片捕捉到的目标回波信号进行深度分析。

当然，本申请中基于毫米波雷达的信号灯控制方法也可以是存储于专用的存储介质以被执行、或者运行于云端等，这里只是以一个应用场景为例，对本申请的实施方式进行示范性地说明。

在本实施方式中，毫米波雷达帧数据为毫米波雷达向预设的等待区域发射毫米波后接收的返回数据。对于等待区域而言，其可能存在着没有监测目标和有监测目标两种状态：①在没有监测目标时，可以对交通信号灯不进行控制；②在有监测目标时，不同的监测目标以及同一监测目标在不同时间时的位置都会形成对应的点数据，整体上集合成与监测目标对应的点云。

S12、基于距离、角度以及速度，对所述点云中的各个点进行聚类，以获得所述监测目标的集合。

点云中对应监测目标的各个点分别包括雷达帧数据中记录的距离、角度和速度等信息。而根据各个点的距离、角度以及速度，可以对这些点进行聚类，以将属于同一监测目标的点进行聚合，获得对应各个监测目标的集合。

S13、对所述监测目标的集合进行滤波预测，以获得所述监测目标的航迹集合。

一实施例中，可以使用卡尔曼和/或α-β滤波算法对所述监测目标集合进行滤波。这些滤波算法可以对监测目标进行跟踪，从而获得监测目标在等待区域内的航迹，并预测监测目标是否会穿越等待区域。

由于在毫米波雷达应用中，对监测目标的例如距离、角度、速度、加速度的测量值往往都存在噪声。卡尔曼滤波和α-β滤波可以利用监测目标的动态信息，设法去掉噪声的影响，得到一个关于目标位置的最优估计。这个估计可以是对当前目标位置的估计(滤波)，也可以是对于将来位置的估计(预测)，也可以是对过去位置的估计(插值或平滑)。

S14、根据所述航迹集合，判断所述监测目标是否要穿越预设的等待区域，从而对交通信号灯进行控制。

在实际的应用场景中，往往会出现监测到的目标不是在预设的等待区域等待过马路，而只是穿越等待区域。对于这种情况，不需要对交通信号灯进行控制。

对于不要穿越预设等待区域的监测目标，则说明该监测目标稳定在等待区域范围内活动或静止，存在需要过马路的可能。在此情况下，需要对交通信号灯进行相应的控制，例如进入交通信号灯切换的倒计时，而具体的倒计时的时长可以被预先设置。

具体地，对于此时不要穿越预设等待区域的监测目标，需要获取其相位变化，从而解析对应的呼吸频率。并将对应监测目标的呼吸频率与预设频率范围进行比对，从而判断预设等待区域内是否存在预设对象。

本实施方式的应用中，可以只将行人作为这里的预设对象。也即，只有确认监测到的等待区域内的监测目标是行人时，才有控制交通信号灯的需求。而通过解析监测目标的相位变化，并将获得的呼吸频率与正常人类的呼吸频率范围进行比对，即可确认监测目标是否为预设对象(行人)。这样的判断可以进一步排除非行人的干扰，如小动物、树叶、废弃塑料等，而对于无论是正常行走、推行或者骑行、坐辅助行动装备的人，都可以准确进行判断。

在确定预设区域内存在预设对象后，即可进一步地根据预设对象的状况，控制交通信号灯。

一实施例中，可以根据预设等待区域内预设对象的数量，控制交通信号灯的放行工作时长。例如，可以设置一个预设对象可以通过马路的最低时长作为基准放行工作时长T，而每增加一个预设对象，需要增加的通过马路的时长增加t，而为了考虑到车道上整体的车流通行状况，还可以为单次的放行工作时长设置一个上限值Tmax，从而实现对不同数量预设对象在预设等待区域等待时，交通信号灯放行工作时长的合理控制。

一实施例中，在预设等待区域内存在预设对象时，监测该预设对象是否离开预设等待区域，从而对交通信号灯进行控制。这种情形下，可能是预设对象原先预备过马路，但又改变了路线，这时候可以控制取消已经在准备切换的交通信号灯的倒计时。

在不同的实施方式中，还可以是根据至少两个关联的预设等待区域内是否存在预设对象，从而对交通信号灯进行控制。

继续参图2，以两个关联的预设等待区域(第一预设等待区域和第二预设等待区域)为例，本实施方式中的基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法可以是对应控制这两个预设等待区域对应的交通信号灯。其中：

①在第一预设等待区域和第二预设等待区域中的至少一个内存在预设对象时，控制交通信号灯启动切换倒计时。

也即，第一预设等待区域有预设对象+第二预设等待区域没有预设对象＝交通信号灯启动切换倒计时；第一预设等待区域没有有预设对象+第二预设等待区域有预设对象＝交通信号灯启动切换倒计时。

②在第一预设等待区域或第二预设等待区域内存在预设对象、且监测到预设对象离开第一预设等待区域或第二预设等待区域时，控制交通信号灯取消切换倒计时。

也即，第一预设等待区域有预设对象+第二预设等待区域没有预设对象+ 第一预设等待区域的预设对象离开＝交通信号灯取消切换倒计时；第一预设等待区域没有预设对象+第二预设等待区域有预设对象+第二预设等待区域的预设对象离开＝交通信号灯取消切换倒计时。

③在第一预设等待区域和第二预设等待区域内存在预设对象、且监测到预设对象离开所述第一预设等待区域或第二预设等待区域时，控制交通信号灯维持切换倒计时。

也即，第一预设等待区域有预设对象+第二预设等待区域有预设对象+第一预设等待区域的预设对象离开＝交通信号灯维持切换倒计时；第一预设等待区域有预设对象+第二预设等待区域有预设对象+第二预设等待区域的预设对象离开＝交通信号灯维持切换倒计时。

④根据第一预设等待区域和第二预设等待区域内预设对象的总数量，控制交通信号灯的放行工作时长。

类似地，也可以是通过设置一个基准放行工作时长、每增加一个预设对象的增加时长t、以及单次的放行工作时长上限值Tmax，对这里的交通信号灯的放行工作时长进行控制。

可以看出，通过实施本实施方式中基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，行人无需主动操作，不会有不知情行人不知道如何控制交通信号灯的情况，且更加符合公共卫生安全要求。同时，对于原先准备过马路，但又改变想法的行人，可以主动解除交通信号灯的切换倒计时，避免机动车的无效等待；且，结合预设对象数量来控制交通信号灯放行工作时长的设置，可以动态地满足实际需要过马路的行人需求。

参图3，本申请还提供一种基于毫米波雷达的交通信号灯控制装置。在本实施方式中，该基于毫米波雷达的交通信号灯控制装置包括解析模块、聚类模块、滤波模块以及控制模块。

解析模块用于解析接收到的毫米波雷达帧数据，以获得与监测目标对应的点云；聚类模块用于基于距离、角度以及速度，对所述点云中的各个点进行聚类，以获得所述监测目标的集合；滤波模块用于对所述监测目标的集合进行滤波预测，以获得所述监测目标的航迹集合；控制模块用于根据所述航迹集合，判断所述监测目标是否要穿越预设的等待区域，从而对交通信号灯进行控制。

如上参照图1到图2，对根据本说明书实施方式基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法进行了描述。在以上对方法实施例的描述中所提及的细节，同样适用于本说明书实施例的基于毫米波雷达的交通信号灯控制装置，在此不再赘述。

图4示出了根据本说明书的实施例的基于毫米波雷达的交通信号灯控制装置的硬件结构图。如图4所示，计算设备30可以包括至少一个处理器301、存储器302(例如非易失性存储器)、内存303和通信接口304，并且至少一个处理器301、存储器302、内存303和通信接口304经由总线305连接在一起。至少一个处理器301执行在存储器302中存储或编码的至少一个计算机可读指令。

应该理解，在存储器302中存储的计算机可执行指令当执行时使得至少一个处理器301进行本说明书的各个实施例中以上结合图1-3描述的各种操作和功能。

在本说明书的实施例中，计算设备30可以包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、工作站、桌面型计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、移动计算设备、智能电话、平板计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持装置、消息收发设备、可佩戴计算设备、消费电子设备等等。

根据一个实施例，提供了一种比如机器可读介质的程序产品。机器可读介质可以具有指令(即，上述以软件形式实现的元素)，该指令当被机器执行时，使得机器执行本说明书的各个实施例中以上结合图1-3描述的各种操作和功能。具体地，可以提供配有可读存储介质的系统或者装置，在该可读存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机或处理器读出并执行存储在该可读存储介质中的指令。

在这种情况下，从可读介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此机器可读代码和存储机器可读代码的可读存储介质构成了本说明书的一部分。

可读存储介质的实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、 CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD-RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上或云上下载程序代码。

本领域技术人员应当理解，上面公开的各个实施例可以在不偏离发明实质的情况下做出各种变形和修改。因此，本说明书的保护范围应当由所附的权利要求书来限定。

需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和单元都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或单元。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行确定。上述各实施例中描述的装置结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些单元可能由同一物理客户实现，或者，有些单元可能分由多个物理客户实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

以上各实施例中，硬件单元或模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元、模块或处理器可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件单元或处理器还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。

上面结合附图阐述的具体实施方式描述了示例性实施例，但并不表示可以实现的或者落入权利要求书的保护范围的所有实施例。在整个本说明书中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。

本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所对应的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims

1.一种基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，其特征在于，对所述监测目标集合进行滤波预测，具体包括：

3.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，其特征在于，根据所述航迹集合，判断所述监测目标是否要穿越预设的等待区域，具体包括：

4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的基于毫米波雷达的交通信号灯控制方法，其特征在于，所述方法用于控制与第一预设等待区域和第二预设等待区域对应的交通信号灯，所述第一预设等待区域和第二预设等待区域彼此关联；所述方法还包括：

8.一种基于毫米波雷达的交通信号灯控制装置，其特征在于，包括：

滤波模块，用于对所述监测目标的集合进行滤波预测，以获得所述监测目标的航迹集合；

9.一种计算设备，包括：

至少一个处理器；以及

存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至7中任一所述的方法。

10.一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如权利要求1至7中任一所述的方法。