CN111366927A - 一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，属于交通状态监测技术领域，包括依次连接的广域雷达子***、数据传输网络和中心平台；所述广域雷达子***用于采集交通数据并接入数据传输网络；所述数据传输网络用于将交通数据传输给中心平台；所述中心平台用于对交通数据进行事件检测、轨迹跟踪、事件预测分析、历史事件统计，以及设备管理。本发明解决了现有交通状态感知***过于依赖硬件和网络资源，时效性较低，恶劣天气情况下无法及时感知路况的问题。
Description
技术领域
本发明属于交通状态监测技术领域，涉及一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***。
背景技术
随着社会、经济的发展，车辆数量快速增长，高速公路的交通流量越来越大。同时人们对交通服务水平的要求也越来越高。如何在日益增长的交通压力下，实现和保障更快捷、更高效、更安全的交通，这一矛盾越来越突出。
要实现和保障更快捷、更高效、更安全的交通，需要及时、准确的掌握交通现场的第一手信息，并根据实际情况结合历史数据做出预判与决策，解决现场问题、保障交通畅通、预防事故发生。
现有交通状态感知***大多是采用视频分析技术，过于依赖网络环境与服务器资源，时效性较低，在雨、雪、烟雾复杂环境下容易受到严重干扰导致无法及时感知路况。
因此，为了解决上述问题，本发明提出了一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，解决了现有交通状态感知***过于依赖硬件和网络资源，时效性较低，恶劣天气情况下无法及时感知路况的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，包括依次连接的广域雷达子***、数据传输网络和中心平台；
所述广域雷达子***用于采集交通数据并接入数据传输网络；
所述数据传输网络用于将交通数据传输给中心平台；
所述中心平台用于对交通数据进行事件检测、轨迹跟踪、事件预测分析、历史事件统计，以及设备管理。
进一步地，所述广域雷达子***包括广域雷达、电源模块和网络设备，所述广域雷达分别与电源模块和网络设备连接，所述电源模块给广域雷达供电，所述广域雷达采集的交通数据通过所述网络设备接入数据传输网络。
更进一步地，所述广域雷达子***安装在高速公路路侧的立柱、悬臂或门架上，所述广域雷达指向来车方向，安装高度为6至10米，向下俯角不大于9°。
更进一步地，所述广域雷达采用毫米波雷达。
进一步地，所述数据传输网络采用以太网络，通过数据转发服务器为每台广域雷达至中心平台提供以太网传输通道。
进一步地，所述中心平台包括事件检测服务器、数据库服务器、数据分析服务器和web服务器；所述事件检测服务器分别与数据库服务器和web服务器连接，所述数据库服务器数据分析服务器连接，所述数据分析服务器与web服务器连接；
所述事件检测服务器用于广域雷达子***与数据库服务器的数据传输与解码，同时对交通数据进行事件检测与轨迹跟踪，得到交通数据信息；
所述数据库服务器用于进行数据存储、数据管理和数据交互；
所述数据分析服务器用于对数据进一步的整合分析，深度挖掘与智能分析，实现事件预测分析和历史事件统计；
所述web服务器用于实现设备的管理，响应用户请求，提供人机界面，通过人机界面浏览实时信息、查询历史信息，通过组合查询来查找、搜索特定的数据。
进一步地，所述事件检测包括车辆行为分析和异常目标检测，所述车辆行为分析包括停车、缓行、超速、拥堵、逆行、抛洒物、绕行和占用应急车道检测；所述异常目标检测包括行人、非机动车、摩托车检测。
更进一步地，所述交通数据信息包括事件检测信息和目标运动信息；
所述事件检测信息包括车辆行为分析结果和异常目标检测结果；
所述目标运动信息包括目标ID、X位置、Y位置、X速度、Y速度和目标长度。
更进一步地，所述中心平台还包括与数据分析服务器和web服务器连接的报警单元，数据分析服务器堵数据进行分析时，根据预先设置的报警阀值，一旦参数超限则自动触发报警并推送至web界面。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，通过广域雷达子***对道路中每一台车辆的即时位置、速度信息进行连续检测，并通过平台中心的数据分析服务器配合事件检测服务器为智慧高速、车路协同提供基础数据，从而实现全方位的交通感知能力。无论白天、黑夜，无论大雾、雨雪，无论是否有人值守，都可以及时、准确、自动的对路况进行监控，及时发现异常状况，提供给值守人员以及上级***，以便及时响应和处理异常状况，保障交通畅通、避免事故发生。
2.本发明中所述广域雷达子***安装在高速公路路侧的立柱、悬臂或门架上，安装使用方便，体积小、重量轻、功耗低，通过对车辆行驶状态、行驶轨迹等数据的实时运算与检测，实现对路面的全自动监控，及时发现特殊事件，有效的避免不良事件的进一步恶化，实现道路监控自动化。
3.本发明中所述中心平台包括事件检测服务器、数据库服务器、数据分析服务器和web服务器，后台功能强大，提供设备管理、数据采集、感知显示、报警处理、统计分析等功能，采用三层架构，可跨平台运行，支持目前常见的运行环境，也可提供二次开发接口，方便融入更大规模的***中。
4.本发明中所述交通数据信息包括事件检测信息和目标运动信息，数据多元化，提供了全面、多元的道路交通感知能力，不仅提供数据化的每辆车的即时信息，还同时实现监控区域内的车辆检测、事件检测、车辆跟踪、异常报警等功能，通过广域雷达将路面车辆的行驶状态转换成一组表示车辆位置、速度、长度的数据，实现将车辆位置、速度信息的数据化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***的连接框图；
图2是本发明中广域雷达子***的连接框图；
图3是本发明中实施例一的***框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处描述和附图中示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，术语“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。
下面结合实施例和附图对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
本发明的较佳实施例，提供了一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，如图1所示，包括依次连接的广域雷达子***、数据传输网络和中心平台；
所述广域雷达子***用于采集交通数据并接入数据传输网络；
所述数据传输网络用于将交通数据传输给中心平台；
所述中心平台用于对交通数据进行事件检测、轨迹跟踪、事件预测分析、历史事件统计，以及设备管理；所述中心平台将数据信息展现出来，同时存入数据库，用户可查询信息、生成报表、配置广域雷达子***，并可进一步实现跨雷达的特定车辆轨迹跟踪。
进一步地，如图2所示，所述广域雷达子***包括广域雷达、电源模块和网络设备，所述广域雷达通过配套专用数据线分别与电源模块和网络设备连接，所述电源模块给广域雷达供电，所述广域雷达采集的交通数据通过所述网络设备接入所述数据传输网络。道路两侧每间隔最大250米的距离安装一个广域雷达子***，本实施例在10公里试验段范围内，采用80台广域雷达实现全程监控，道路每侧安装40台。
更进一步地，所述广域雷达子***安装在高速公路路侧的立柱、悬臂或门架上，安装使用方便，体积小、重量轻、功耗低，通过对车辆行驶状态、行驶轨迹等数据的实时运算与检测，实现对路面的全自动监控，及时发现特殊事件，有效的避免不良事件的进一步恶化，实现道路监控自动化，本实施例中，将广域雷达子***安装在高速公路路侧的立柱上；
所述广域雷达指向来车方向，安装高度为6至10米，向下俯角不大于9°，本实施例中广域雷达的安装高度统一为距离路面8米，利用配套的安装支架用钢带固定在立柱上，安装角度根据需要调整，安装时，雷达专用线缆从立柱内敷设至设备箱；
所述电源模块和网络设备安装在立柱上或立柱附近的设备箱中；所述电源模块为广域雷达提供单相220V交流电，功率不小于30W，安装时，将供电电缆预留必要的长度至杆下或设备箱内，并为供电电缆设置单相电源避雷器；所述网络设备具有10/100M自适应接口，实际传输带宽不低于2Mbps，安装时，在杆下或设备箱内预留必要长度的网线，且网线规格不低于五类，并为网线设置网络避雷器。
更进一步地，所述广域雷达采用毫米波雷达，本实施例中，所述广域雷达采用德国Smartmicro的广域前向交通雷达检测器T42，是唯一采用4D/UHD检测技术的交通雷达，其采用FMCW测距、Doppler测速、multiple beam测角，多种检测技术的组合实现4D/UHD(UltraHigh Definition Model)检测，探测范围广，在固定检测器中该广域雷达检测距离最长，可检测多达8车道、300米范围内的移动与静止的目标。全固态结构、全天候稳定工作，无运动机械结构，无需日常维护，可靠长寿，寿命期内免维护，主要技术参数如下：
发射功率：12.7dBm；基带频率：24.0～24.25GHz；最大检测距离：340米；最小检测距离：1.5米；距离检测精度：小于2.5％或0.25米；速度检测范围：0～320km/h；速度检测精度：小于1％或1km/h；视角：16°；工作温度：-40℃～74℃；防护等级：IP67；供电：13～32VDC；功耗：＜10.5W。
单台广域雷达检测区域可覆盖双向8车道，纵深300米的范围，可检测跟踪区域内多达256个目标的信息，提供目标的位置(坐标)、速度、长度信息，数据每30毫秒更新一次；多台广域雷达接力安装可实现对道路交通的全程监控，实现对道路交通状态的全程感知。广域雷达对道路交通进行全程监控，对通行车辆行驶数据进行全程记录，可以积累完整、详细的交通流数据，方便后期实现大数据分析、交通态势预判和预测。
进一步地，如图3所示，所述数据传输网络采用以太网络，通过数据转发服务器为每台广域雷达至中心平台提供以太网传输通道，在杆下提供10/100M自适应RJ45端口，传输带宽不小于2Mbits/s。具体地，所述数据转发服务器依据雷达通讯协议对数据包进行解码，解码出目标位置和速度数据，封装成以太网数据帧转发到中心平台的事件检测服务器和数据库服务器。
进一步地，所述中心平台包括事件检测服务器、数据库服务器、数据分析服务器和web服务器；所述事件检测服务器分别与数据库服务器和web服务器连接，所述数据库服务器数据分析服务器连接，所述数据分析服务器与web服务器连接，后台功能强大，提供设备管理、数据采集、感知显示、报警处理、统计分析等功能，采用三层架构，可跨平台运行，支持目前常见的运行环境，也可提供二次开发接口，方便融入更大规模的***中；
所述事件检测服务器用于广域雷达子***与数据库服务器的数据传输与解码，保证数据的完整、一致、唯一，同时对交通数据进行事件检测与轨迹跟踪，得到交通数据信息；
所述数据库服务器用于进行数据存储、数据管理和数据交互，实现数据的存取、查询、备份及恢复，所述数据库服务器需要至少4TB的存储空间，也可采用高速公路监控中心的已有计算和存储资源搭建；
所述数据分析服务器用于对数据进一步的整合分析，深度挖掘与智能分析，实现事件预测分析和历史事件统计；
具体地，中心平台的事件检测服务器和数据库服务器接收到数据转发服务器发送的目标位置和速度数据后，事件检测服务器对当前雷达监控范围内的所有目标结合解析出的目标位置和速度等信息进行事件检测；数据库服务器进行历史目标数据沉淀以及分析结果的存储并发送给数据分析服务器；数据分析服务器根据时间作为窗口对数据进行智能分析从而进行交通事件场景预测；
所述web服务器用于响应用户请求，提供人机界面，通过人机界面浏览实时信息、查询历史信息，通过组合查询来查找、搜索特定的数据。
具体地，所述web服务器通过数据分析服务器可以获取到智能分析后的预测信息，通过事件检测服务器可以获取到近实时的事件告警消息，然后将信息展现到用户页面上。
所述用户页面包括：设备列表页面、设备状态页面、设备配置页面、主信息窗口、数据查询与报表管理页面，以及账户管理页面；
所述设备列表页面显示***中所有广域雷达的名称、位置及工作状态，授权用户可进行新增、删除、查找雷达操作；
所述设备状态页面显示设备状态、显示设备数据和查询历史数据，显示设备状态具体显示在线离线状态、程序版本、设备型号；显示设备数据实时显示广域雷达检测数据，以现场平面图+动态图标的方式展示该广域雷达检测到的所有车辆ID、位置、速度；查询历史数据具体查询该广域雷达历史交通参数数据以及历史事件检测数据；
所述设备配置页面中，授权人员可对任意一台广域雷达进行参数管理和配置，对广域雷达进行工作状态监控与查看、参数设置、功能使能等管理，方便***的运维管理。具体包括：重命名设备；广域雷达通讯接口选择，可选择广域雷达数据是通过串口输出还是通过网口输出；车道设置及名称定义，用户可自定义车道名称，如：1、2、3车道、应急车道、超车道等；广域雷达坐标设置：设置广域雷达所在位置的路段、桩号、方向，如：G92+K485。设置后，车辆位置信息显示为G92+K485+20；IP地址设置，可设置广域雷达的IP地址、网关地址、目标地址等网络参数；事件检测参数设置：包括事件监测区域、低速报警阈值、超速报警阈值、停车报警的时间阈值，道路拥堵检测参数等；
所述主信息窗口滚动显示所有广域雷达最新上报的事件信息，显示事件的时间、地点、广域雷达编号、事件类型、事件细节参数；
所述数据查询与报表管理页面可查询历史数据，可对历史数据进行筛选、搜索等操作；增删改报表的格式和内容，自动生成定义的报表；用户可选择时间、区间、设备ID、方向、检测区ID、事件类型、目标信息(位置、速度、长度)等要素，根据用户选择的内容输出报表；
所述账户管理页面进行用户注册、登录，权限管理等。
更进一步地，所述事件检测服务器、数据库服务器、数据分析服务器和web服务器可集中安装于机柜中，通过以太网交换机接入用户网络，采用UPS供电；
本实施例中，上述服务器均采用2U机架式服务器，其主要参数如下：处理器：E5-2620V4，1片，可扩展至2片；内存：ECC DDR4 16G，支持24个内存插槽；硬盘：2×480G固态SAS，支持8个硬盘热插拔插槽；阵列卡：内置，至少支持RAID0/1；网卡：四千兆端口网卡；电源：750W；
所述以太网交换机采用1U机架式三层交换机，其主要参数如下：16个10/100/1000M以太网端口；背板容量：336G；包转发率：30Mpps。
具体地，上述服务器的操作***采用Microsoft Windows Server，所述数据库服务器的管理***采用Microsoft SQL Server，应用软件支持跨平台访问，可采用主流的Linux操作***以及MySQL数据库。用户可通过多种操作***的多种浏览器访问中心平台软件界面。通过数据库实现共享，也可通过动态库的形式与第三方平台衔接，方便将交通数据融入更高一级的应用平台中。
进一步地，所述事件检测包括车辆行为分析和异常目标检测，所述车辆行为分析包括停车、缓行、超速、拥堵、逆行、抛洒物、绕行和占用应急车道检测；所述异常目标检测包括行人、非机动车、摩托车检测。
具体地，停车、缓行检测：当车辆速度低于设定的速度时，触发缓行报警，车辆完全停止时，触发停车报警；
超速检测：速度高于设定速度时，触发超速报警；
拥堵检测：当区域内车辆密度上升，平均速度下降时，触发路段拥堵报警；
逆行检测：当车辆逆行、倒车时触发逆行报警；
行人、非机动车、摩托车检测：高速路内出现行人、非机动车、摩托车时触发报警；
抛洒物检测：出现疑似抛洒物目标时，触发抛洒物报警；
绕行检测：车辆普遍绕开某一区域时，疑似该区域存在问题，触发绕行报警；
占用应急车道检测：当车辆进入、占用应急车道时，触发占用应急车道报警。
更进一步地，所述交通数据信息包括事件检测信息和目标运动信息，数据多元化，提供了全面、多元的道路交通感知能力，不仅提供数据化的每辆车的即时信息，还同时实现监控区域内的车辆检测、事件检测、车辆跟踪、异常报警等功能，通过广域雷达将路面车辆的行驶状态转换成一组表示车辆位置、速度、长度的数据，实现将车辆位置、速度信息的数据化；
所述事件检测信息包括车辆行为分析结果和异常目标检测结果；
所述目标运动信息包括目标ID、X位置、Y位置、X速度、Y速度和目标长度，所述目标ID是指车辆车牌号。
具体地，还可以包括指定断面的传统的车辆检测数据，如分车道、分车型、分方向的车流量统计、平均速度、车头时距、道路时间占有率等数据，也可以是指定区域的分车道、分车型的车流量统计、平均速度、车头距、道路空间占有率数据；中心平台对广域雷达数据进行再次挖掘分析，实现跨雷达的功能，如特定目标的全程持续追踪。通过广域雷达将路面车辆的行驶状态转换成一组表示车辆位置、速度、长度的数据，实现将车辆位置、速度信息的数据化，通过对车辆行驶状态、行驶轨迹等数据的实时运算与检测，实现对路面的全自动监控，及时发现特殊事件，有效的避免不良事件的进一步恶化，实现道路监控自动化。
更进一步地，所述中心平台还包括与数据分析服务器和web服务器连接的报警单元，数据分析服务器堵数据进行分析时，根据预先设置的报警阀值，一旦参数超限则自动触发报警并推送至web界面。
本发明通过广域雷达子***对道路中每一台车辆的即时位置、速度信息进行连续检测，提供实时的交通参数信息，并通过平台中心的数据分析服务器配合事件检测服务器为智慧高速、车路协同提供基础数据，从而实现全方位的交通感知能力。无论白天、黑夜，无论大雾、雨雪，无论是否有人值守，都可以及时、准确、自动的对路况进行监控，及时发现异常状况，提供给值守人员以及上级***，以便及时响应和处理异常状况，保障交通畅通、避免事故发生。采用先进的大数据平台，广域雷达会对道路运行环境进行每秒4hz频率的全景扫描感知，每次扫描形成包方向角度、距离、速度及强度的回波数据。单台传感器监测距离长达250米，全天候、全照度条件下工作，采用高级别的FPGA处理单元对每一个回波数据进行汇总、分层、分类、去除杂波、提取目标、计算合并，最终形成车辆、行人、抛洒物目标的尺寸，位置、速度、方向、运动轨迹等精准数据。***同时支持海量数据存储和计算，相比传统的视频监控方案，不仅实现了交通运行动态的精准的全数据采集、监测，运行安全风险的精准自动识别以及预测。
沪杭甬高速公路率先采用本发明实施局部路段的全程交通状态检测和感知，通过连续布置广域雷达，实现雷达检测区的连续覆盖，实现对相应路段内全部车辆的全程、无缝、实时监测。通过对所有车辆运行数据的实时分析，自动判断所有车辆行驶状态，掌握区域内的总体交通状况与车流分布，提高对路况的感知程度，对异常交通事件进行自动检测，缩短对异常交通情况的判断和响应时间，提前发现隐患，以便采取措施进行管控疏导，将问题解决在萌芽状态。沪杭甬高速公路通过利用本发明的交通状态感知***，为实现智慧高速、车路协同提供了全面、准确、及时的道路交通状态数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：包括依次连接的广域雷达子***、数据传输网络和中心平台；
所述广域雷达子***用于采集交通数据并接入数据传输网络；
所述数据传输网络用于将交通数据传输给中心平台；
所述中心平台用于对交通数据进行事件检测、轨迹跟踪、事件预测分析、历史事件统计，以及设备管理。
2.根据权利要求1所述的一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：所述广域雷达子***包括广域雷达、电源模块和网络设备，所述广域雷达分别与电源模块和网络设备连接，所述电源模块给广域雷达供电，所述广域雷达采集的交通数据通过所述网络设备接入数据传输网络。
3.根据权利要求2所述的一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：所述广域雷达子***安装在高速公路路侧的立柱、悬臂或门架上，所述广域雷达指向来车方向，安装高度为6至10米，向下俯角不大于9°。
4.根据权利要求2所述的一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：所述广域雷达采用毫米波雷达。
5.根据权利要求1所述的一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：所述数据传输网络采用以太网络，通过数据转发服务器为每个广域雷达子***至中心平台提供以太网传输通道。
6.根据权利要求5所述的一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：所述中心平台包括事件检测服务器、数据库服务器、数据分析服务器和web服务器；所述事件检测服务器分别与数据库服务器和web服务器连接，所述数据库服务器与数据分析服务器连接，所述数据分析服务器与web服务器连接；
所述事件检测服务器用于广域雷达子***与数据库服务器的数据传输与解码，同时对交通数据进行事件检测与轨迹跟踪，得到交通数据信息；
所述数据库服务器用于进行数据存储、数据管理和数据交互；
所述数据分析服务器用于对数据进一步的整合分析，深度挖掘与智能分析，实现事件预测分析和历史事件统计；
所述web服务器用于实现设备的管理，响应用户请求，提供人机界面，通过人机界面浏览实时信息、查询历史信息，通过组合查询来查找、搜索特定的数据。
7.根据权利要求6所述的一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：所述事件检测包括车辆行为分析和异常目标检测，所述车辆行为分析包括停车、缓行、超速、拥堵、逆行、抛洒物、绕行和占用应急车道检测；所述异常目标检测包括行人、非机动车、摩托车检测。
8.根据权利要求7所述的一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：所述交通数据信息包括事件检测信息和目标运动信息；
所述事件检测信息包括车辆行为分析结果和异常目标检测结果；
所述目标运动信息包括目标ID、X位置、Y位置、X速度、Y速度和目标长度。
9.根据权利要求6所述的一种基于广域雷达的高速公路交通状态感知***，其特征在于：所述中心平台还包括与数据分析服务器和web服务器连接的报警单元，数据分析服务器对数据进行分析时，根据预先设置的报警阀值，一旦参数超限则自动触发报警并推送至web界面。
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