CN115762157A - 路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统 - Google Patents
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Abstract
一种路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，该系统用于精确获取道路中车辆或障碍物信息，为交通流参数提取、交通状态监测与交通管控提供数据支撑。该系统包括阵列探头、域处理器和边缘处理器。阵列探头用于获取道路中车辆及各类物体的位置信息；域处理器主要接入阵列探头获取的感知数据，判别感知物体类型，并将一定范围内的阵列探头数据进行现场处理后发送至边缘处器；边缘处理器获取所有域处理器数据，并实现对数据的进行一步加工处理，获取车辆的各类行车信息。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通下的路侧智能感知与管控技术领域，尤其涉及一种路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统。
背景技术
道路交通智能化建设和营运管理过程中，路面上运行的交通目标精细感知和道路运行状态监测是现实工程或应用中常常面临的挑战，尤其是实时感知道路上的交通目标及障碍物的位置是一个重要问题。目前所采用的精细感知方法大多采用视频、微波雷达、激光雷达等传感器；然而，这类感知手段存在检测范围小、造价高、维修性低等缺点。因此，如何实现低成本的全时全域全息道路感知是实现智慧公路建设的关键。
发明内容
本发明提出一种路侧布设感知交通目标实时位置的阵列阵列传感系统。该系统能够实时获取道路中的通行目标及障碍物，为交通数据获取和交通系统管理提供数据支撑。
第一方面，提供一种路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，包括：
多个探头，所述探头布设在道路一侧或者两侧以感知自身所处桩号经过的车辆，并探测车辆侧边与自身的距离，获得车辆在道路该断面的横向偏移量；
多个域处理器，每个所述域处理器与若干所述探头连接，获取所述探头的感知数据；
边缘处理器，所述边缘处理器处理器与若干所述域处理器连接，获取所述域处理器数据，所述边缘处理器在通过GPS或北斗或者NTP服务器网络授时的情况下，基于相邻所述探头探测车辆的时序进行多探头针对于同一车辆的数据去重和关联，形成车辆实时位置信息，并经由坐标转换算法得到车辆的实时经纬度信息，根据车辆经过相邻所述探头的时间差获取车辆的实时车速，依据车辆的车速及车辆在单个所述探头中行驶的时间获取车辆的类型，由此形成包含行车方向、纵向位置、所处车道、横向位置、经纬度信息、车速、车辆类型的车辆信息数据。
在一些示例中，所述探头通过发射特定波长的激光或微波感知车辆。
在一些示例中，所述探头安装间距为2m-10m。
在一些示例中，所述域处理器与所述探头以有线或无线的方式通信。
在一些示例中，所述边缘处理器与所管理的所述域控制器之间通过现场总线通信。
在一些示例中，所述边缘处理器通过网络通讯方式输出所述车辆信息数据。
本发明的有益效果是：(1)落地应用成本较低，在道路两侧仅需布设形式简易、价格适中的阵列(激光或微波)探头作为信息感知设备；(2)系统稳定性强，单个阵列探头的损坏不影响整个系统的使用和检测精度；(3)设备布设在道路两侧，尤其是在高速公路或隧道路段，维修一般在道路行车范围以外，损坏后模块化更换方便；(4)系统覆盖范围广，通过在重点路段或全程布设，能够实现道路全线的全域监测，不存在道路监测盲区；(5)系统检测可靠性高，密集的阵列探头能够保证对障碍物的感知可靠性，为大多数应用场景如车路协同和自动驾驶提供数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本发明一实施例提供的路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统原理图。
图2为本发明一实施例提供的路侧布设阵列传感系统布设示意图。
图3为本发明一实施例提供的路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统流程图。
具体实施方式
图1示出了一种路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，该系统用于精确获取道路中车辆或障碍物信息，为交通流参数提取、交通状态监测与交通管控提供数据支撑。如图1，该系统包括阵列探头、域处理器和边缘处理器。阵列探头用于获取道路中车辆及各类物体的位置信息；域处理器主要接入阵列探头获取的感知数据，判别感知物体类型，并将一定范围内的阵列探头数据进行现场处理后发送至边缘处器；边缘处理器获取所有域处理器数据，并实现对数据的进行一步加工处理，获取车辆的各类行车信息。
本发明中探头专指能够发射一束激光或单线扫描的激光或者发射角很窄的微波探头。阵列探头以一定间距安装在路侧，一般不超过2m高度。每个探头具有一个编号，本申请也称为“桩号”。探头通过发射特定波长的激光或微波(超声波)，以感知所处桩号是否有车辆或其他交通目标，并探测车辆侧边与探头的距离，获得车辆在道路该断面的横向偏移量。为保证大多数情况都能感应到一般尺寸运动的车辆，阵列探头的安装间距为2m-10m，一般间距4m。根据道路单向道路的车道数，阵列探头布设在道路一侧或者两侧，对于单向三车道及以上道路布设在道路两侧，对于单向两车道及以下道路布设在道路一侧。
以高速公路隧道为例，隧道中布设路侧传感器存在空间限制。为了感知隧道全域的车辆等交通目标信息，对于双车道的隧道，在隧道内以4m的间距和1m左右高度布设阵列探头，探头布设在隧道两侧墙壁上。记录探头安装的位置信息，形成阵列探头静态数据库。阵列探头一般由域处理器通过导线以48V及以下电压供电。需要说明的是，在可以免除雨雪天气影响的隧道内部或者高架下层路段，可以使用激光探头；而在受雨雪天气影响的普通路段，可以使用超声波探头。
在本发明采用探测距离在10m量级的低成本探头，并将众多探头阵列式安装道路两侧进行感知。通过阵列式安装的数量优势来克服探测距离不足和存在遮挡问题。所提出的低成本、近距离的路侧布设感知交通目标的阵列传感系统，能够实现高精度、全天候的全息道路感知。
如图2，每个域处理器与若干探头连接，通过模拟信号或者数字信号获取每个探头的感知数据。域处理器与现场阵列探头的通信方式无限制，总体是满足低成本要求。域处理器以一定频率采集所管辖探头返回的距离值，通过探测到的距离值是否固定在一定范围内，来判别检测目标是否为有效交通目标。将所有的阵列探头进行编组，如每8-16个探头连接至一个域处理器中，通常可感知32-64m范围内的交通目标；域处理器一般由边缘处理器通过导线以48V及以下电压供电。
域处理器将编组内阵列探头的模拟或数字信息经由网络授时后按照时序顺序进行存储，将多个探头的信息进行加工，转换成现场总线(CAN总线或者485总线)数字信号进行打包后，通过现场总线转送给边缘处理器。每个域处理器按照规则配置好其设备数据包的ID，每个设备根据其连接的探头数量，设置一个或多个ID；为简化起见，每个域处理器可只有一个ID，其中包含若干个字节，每个字节为一个探头的信息，另外还包含了每个探头的状态信息(探头是否处于正常运行状态)。
边缘处理器与若干现场域处理器连接，通过数字信号获取每个域处理器数据。边缘处理器与所管理的域处理器之间通过现场总线通信，每个域处理器将所感知和处理的数字信号通过现场总线发送。边缘处理器一般可连接32-64个域处理，通过现场总线(CAN总线或485总线连接)，可管辖约1-2km范围内道路的交通目标感知。边缘处理器一般放置于道路两侧机电设施节点处，由路侧配电箱供电，同时路侧供电箱通过安全低压电源向各个域处理器供电；各个域处理器通过导线向所管理的阵列探头以安全低压电源供电。
边缘处理器分析各个探头感知到的障碍物之间的时序关系，预估交通目标的横纵向位置；经过去重和关联等一系列操作后获取道路障碍物信息及每个交通目标的在道路上的行车方向、纵向位置、所处车道、横向位置、车速等基本信息。基于相邻探头探测目标的时序进行多探头针对于同一目标的数据去重和关联，形成完善的车辆实时位置信息；并经由坐标转换算法，得到车辆的实时经纬度信息；根据车辆经过相邻探头的时间差获取车辆的实时车速；依据车辆的车速及车辆在单个探头中行驶的时间获取车辆的类型(小车或大车)，由此形成包含行车方向、纵向位置、所处车道、横向位置、经纬度信息、车速、车辆类型等基本信息的车辆信息数据。
为了实现所有感知到的目标时间同步，边缘处理器连接GPS/北斗授时模块或者通过NTP服务器进行网络授时。域处理器本身有时钟，但是为了简化时间同步，域处理器的时间不做要求。但是边缘处理器必须配置GPS/北斗授时模块或者通过NTP服务器进行网络授时。
边缘处理器通过网络通讯方式输出处理的数据，不限定无线或有线无要求；但是其输出参数包含感知时间戳、目标纵向桩号、目标横向偏移量、车道编号、目标车速、目标经度、目标维度、目标航向角。边缘处理器通过光纤或无线通信模块与监控中心进行连接。对于高速公路具备光纤通信的情形，各边缘处理器通过光纤将监控范围内的交通目标信息发送至监控中心，监控中心通过对各边缘处理器的数据进行汇总处理后形成完善的道路交通信息数据供后续使用。
下面结合图3从系统布置、数据处理方法等方面对上述的路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统进行详细说明。
S1、基于道路车道信息及系统精度要求在道路路侧按照预定间距安装一系列的阵列探头作为车辆感知设备，并对阵列探头进行位置记录和编组。
S2、将阵列探头在路上安装的桩号、行车方向及道路左右侧等信息作为静态数据建成静态数据库，储存在边缘处理器数据库。
S3、阵列探头通过回波距离探测其作用范围内是否有目标，并将此信息输出到域处理器进行数据预处理，以每个探头返回的距离值是否固定在一定范围内，判别检测目标为车辆或障碍物。
S4、边缘处理器实时读取到若干域处理器汇总的各探头获取的距离传感信息，并通过探头的安装位置和感知到的距离信息的时序来判断路段上车辆等交通目标的纵向位置(桩号)和横向位置(车道偏移量)；
S5、边缘处理器通过进一步的检测目标去重及区域关联，获取道路中每个交通目标的在道路上的行车方向、纵向位置、所处车道、横向位置、车速等基本信息；同时边缘处理器根据阵列探头安装位置和道路线形，算出各个交通目标的经纬度信息，并给交通目标赋予时间戳和其他信息。
Claims (6)
1.一种路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，其特征在于，包括：
多个探头，所述探头布设在道路一侧或者两侧以感知自身所处桩号经过的车辆，并探测车辆侧边与自身的距离，获得车辆在道路该断面的横向偏移量；
多个域处理器，每个所述域处理器与若干所述探头连接，获取所述探头的感知数据；
边缘处理器，所述边缘处理器处理器与若干所述域处理器连接，获取所述域处理器数据，所述边缘处理器在通过GPS或北斗或者NTP服务器网络授时的情况下，基于相邻所述探头探测车辆的时序进行多探头针对于同一车辆的数据去重和关联，形成车辆实时位置信息，并经由坐标转换算法得到车辆的实时经纬度信息，根据车辆经过相邻所述探头的时间差获取车辆的实时车速，依据车辆的车速及车辆在单个所述探头中行驶的时间获取车辆的类型，由此形成包含行车方向、纵向位置、所处车道、横向位置、经纬度信息、车速、车辆类型的车辆信息数据。
2.根据权利要求1所述的路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，其特征在于，所述探头通过发射特定波长的激光或微波感知车辆。
3.根据权利要求1或2所述的路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，所述探头安装间距为2m-10m。
4.根据权利要求1所述的路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，其特征在于，所述域处理器与所述探头以有线或无线的方式通信。
5.根据权利要求1所述的路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，其特征在于，所述边缘处理器与所管理的所述域控制器之间通过现场总线通信。
6.根据权利要求1所述的路侧布设感知交通目标实时位置的阵列传感系统，其特征在于，所述边缘处理器通过网络通讯方式输出所述车辆信息数据。
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