CN206133929U - 基于微波的多车道测速和卡口触发的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于微波的多车道测速和卡口触发的装置，所述装置包括电源模块、上位机配置模块、微波雷达传感器、信号处理模块、视频配置模块、视频传感器和显示存储模块；本实用新型保证了一个微波雷达传感器可以覆盖多个车道，而且每个车道都有视频传感器覆盖，在检测区域内微波雷达传感器检测到目标车辆对虚拟线圈的触发完成车辆在图像中的定位；通过雷达与视频配合使用，替代复杂的视频分析检测，完全解决车辆捕获并动态跟踪，可以大大节省雷达设备及相应的调试和标定工作，具备明显的性价比优势，具有更好的经济性和可维护性，经济效益比高，适于应用推广。

Description

基于微波的多车道测速和卡口触发的装置

技术领域

本实用新型属于智能交通领域，更具体而言，本实用新型涉及一种基于微波的多车道测速和卡口触发的装置。

背景技术

公路车辆智能监测记录***广泛应用的测速技术主要有地感线圈、视频、激光及雷达检测方式。

地感线圈检测是当车辆进入环形感应线圈形成磁场时，引起电路中调谐电流的频率或相位变化，检测处理单元通过对频率或相位变化的响应，得出一个检测到车辆的输出信号。根据前后两个线圈的间距除以车辆通过线圈的时间差算出速度，具有成本低，准确度高，高可靠性等优点。该方法缺点是维护成本高，很容易受通行车辆积压或地表冷热膨胀和压缩的破坏；施工复杂需要进行切割、浇灌等工序，而且影响正常的交通秩序；车速越高测量误差越大；无法看清车牌等。

视频检测是将视频图像处理和计算机图形识别技术相结合的技术。他是用车辆进入检测区域时背景灰度值发生变化，从而产生检测信号，通过相关算法处理分析得到交通流等交通参数。优点是安装简单方便，可直观看到车辆信息。该方法缺点是很容易受到照明、天气情况等因素的影响，检测精度稳定性不高，实时性差。

窄波雷达检测主要是采用多普勒频移效应测速。工作时，检测器向行驶方向车辆发射微波信号，该微波信号遇到目标后反射，反射波的频率发生偏移，从而检测出车辆的速度。利用微波检测器对交通流、占有率及车速检测，不仅时效性好、稳定性高，而且对于检测的环境要求较低。但是缺点是大小车触发位置不一致，调试困难、检测距离短，很难捕获低速行驶的车辆。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的窄波雷达检测时跨线、跟车容易漏车，触发位置不固定、造成车牌识别精度不高，一个雷达对应一条车道，调试繁琐等技术缺陷，本实用新型提出一种基于微波的多车道测速和卡口触发的装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于微波的多车道测速和卡口触发的装置，所述装置包括电源模块、上位机配置模块、微波雷达传感器、信号处理模块、视频配置模块、视频传感器和显示存储模块；

所述电源模块分别与所述上位机配置模块、所述微波雷达传感器、所述信号处理模块、所述视频配置模块、所述视频传感器和所述显示存储模块电性连接并提供相应的电源；

所述上位机配置模块采用网络接口实现与所述微波雷达传感器的通信与传输，所述信号处理模块与所述微波雷达传感器通信连接，所述信号处理模块把所述微波雷达传感器输出的数据进行预处理，所述视频配置模块采用网络接口实现与所述视频传感器的通信与传输，所述视频传感器与所述信号处理模块通信连接，所述视频传感器与所述显示存储模块通信连接。

进一步的，所述信号处理模块包含隔直电路、电压比较器、程控增益放大器。

采用上述技术方案后，本实用新型基于微波的多车道测速和卡口触发的装置，是以多车道测速的微波雷达传感器作为车辆检测单元，按车道输出触发信息给高清的视频传感器进行拍照取证。该装置与方法保证了一个微波雷达传感器可以覆盖多个车道，而且每个车道都有视频传感器覆盖，在检测区域内微波雷达传感器检测到目标车辆对虚拟线圈的触发完成车辆在图像中的定位；通过雷达与视频配合使用，替代复杂的视频分析检测，完全解决车辆捕获并动态跟踪，视频仅需在指定区域内进行车牌识别即可。微波雷达传感器检测到任一车道上的车辆行驶至触发位置时，均可触发视频传感器进行抓拍，同时给出车辆的车道号和速度值，并进行算法处理对其他违法信息进行判定，为超速等违法提供了可靠的证据，改变了以往一个车道采用一个雷达的弊端，相比于传统窄波雷达和摄像机一一对应的测速***，可以大大节省雷达设备及相应的调试和标定工作，具备明显的性价比优势，具有更好的经济性和可维护性，经济效益比高，适于应用推广。

附图说明

图1是雷达检测区域效果图；

图2是本实用新型基于微波的多车道测速和卡口触发的装置的示意框图；

图3是本实用新型基于微波的多车道测速和卡口触发的方法的示意框图；

图4是微波雷达传感器和视频传感器配置的示意图；

图5是车道检测及压实线检测的示意图；

图6是目标所在车道判定和是否压实线判定的示意图；

图7是目标速度检测和是否逆行检测的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

一种基于微波的多车道测速和卡口触发的装置，如图1所示，该装置包括电源模块1、上位机配置模块2、微波雷达传感器3、信号处理模块4、视频配置模块5、视频传感器6和显示存储模块7；

电源模块1与上位机配置模块2、微波雷达传感器3、信号处理模块4、视频配置模块5、视频传感器6和显示存储模块7电性连接并为这些设备进行供电，输出电压为12V；

上位机配置模块2采用网络接口实现与微波雷达传感器3的通信与传输，上位机配置模块2负责对微波雷达传感器3进行相关参数的配置，在实际应用中将路面上车道的宽度和车道数、虚拟线圈等信息配置给微波雷达传感器3，用户设置的需要显示和测量数据都是由该上位机配置模块2完成；

微波雷达传感器3根据目标车辆与传感器之间的相对速度v，根据多普勒原理，反射波会发生频移为f_d的微波信号，根据公式即可得到目标车辆的相对速度和相对距离，根据上位机配置模块2的车道信息和虚拟线圈触发位置，完成对数据的处理，将配置好的有用信息通过信号处理模块4传输出去。

信号处理模块4与微波雷达传感器3通信连接，信号处理模块4把微波雷达传感器3输出的数据进行预处理，信号处理模块4包含隔直电路、电压比较器、程控增益放大器；隔直电路是获取信号的交流分量，由于微波雷达传感器3输出的中频放大信号含有+2V的三极管静态直流工作点，若不将其隔离，则在后续处理时会使信号发生截止，影响工作的进一步进行。电压比较器采用电压比较芯片LM393AP，将隔直缓冲后的中频信号转换成标准的3.3V的TTL电平信号，通过增加硬件的工作简化软件处理。程控增益放大器由模拟多路复用器和运算放大器组成，根据前段AD转换采集的数据来改变程控增益放大器的放大倍数，从而使信号的幅值尽可能的保持在2-3V之间，实现全量程的统一，进一步提高信号的采样精度。

视频配置模块5采用网络接口实现与视频传感器6的通信与传输，视频配置模块5对视频传感器6进行相关参数的配置，视频传感器6与信号处理模块4通信连接，视频传感器6可安装于多个车道的相应位置，视频传感器6接收信号处理模块4发送过来的指令，触发抓拍属于自己车道号的目标；

视频传感器6与显示存储模块7通信连接，视频传感器6根据微波雷达传感器3的触发时间和车速以及相应的车道号，与视频车辆检测车辆车牌位置和车辆速度相匹配，生产抓拍记录，并通过网络存储在显示存储模块7。

下面对基于微波的多车道测试和卡口触发的方法进行说明，该方法是基于上述装置进行实施的，一种基于微波的多车道测速和卡口触发的方法包括如图3所示的流程，如下：

第一步：模块配置，设定触发位置；在卡口应用路段，先用上位机配置模块2和视频配置模块5根据车道信息分别对微波雷达传感器3和视频传感器6进行配置，在触发信号的位置上设置虚拟线圈位置，配置示意图见图4；

第二步：微波雷达传感器3对检测区域进行扫描；微波雷达传感器3在虚拟线圈处检测到有目标车辆经过，通过运动车辆对虚拟线圈的触发，完成目标车辆在图像中的检测，从而得出车辆触发虚拟线圈时在图像中的位置，通过虚拟线圈触发机制完成运动车辆在图像中的检测与定位，最后通过计算目标车辆的几何中心作为车辆在图像中的精确位置；

第三步：雷达对目标信息检测，并进行违法行为判定；在第三步中包含车道检测及压实线检测、目标所在车道判定和是否压实线判定、目标速度检测和目标是否逆行检测，见图5-7；

如图5为以微波雷达传感器3为中心点建立坐标系示意图，虚拟线圈离雷达的纵向距离为L，车道长为M；

目标的距离公式为：

目标的速度公式为：

平行于车道水平方向为Y轴方向，正方向为微波雷达传感器3波束发射方向；

垂直于车道水平方向为X轴方向，正方向为微波雷达传感器3波束发射方向；

目标与微波传感器雷达的水平偏向夹角为α，垂直俯仰角度为θ；

被检测目标相对于传感器的径向速度：V_radial；

被检测目标距离微波雷达传感器3的径向距离：D_radial；

则目标位于坐标系中X方向坐标值：

IDx_X__Coordinate＝(D_radial*sinθ)*sinα；····公式(3)

目标位于坐标系中Y方向坐标值：

IDx_Y__Coordinate＝(D_radial*sinθ)*cosα；····公式(4)

被检测目标在坐标系中的运动速度(IDx_X__Velocity，IDx_Y__Velocity)：

目标位于坐标系中X方向速度值：

IDx_X__Velocity＝(V_radial*sinθ)*sinα；····公式(5)

目标位于坐标系中Y方向速度值：

IDx_Y__Velocity＝(V_radial*sinθ)*cosα；····公式(6)

通过雷达输出的目标反射截面积判断出目标的长度(Obj__Length)与宽度(Obj__Width)

若在虚拟线圈检测到车辆Q存在，并有ID_Q_X__Coordinate和Obj__Width，则将ID_Q_X__Coordinate与Y(x-1)+Obj__Width/2和Yx+Obj__Width/2进行比较，若Y_Y(x-1)+Obj__Width/2＜ID_Q_X__Coordinate＜Yx+Obj__Width/2，则判定车辆在X车道；然后进行下一步判定车辆是否压线，若Y_Y(x-1)+Obj__Width/2＜ID_Q_X__Coordinate＜Y_Y(x-1)+Obj__Width，则判定为压线行驶；若不成立，则比较Yx-Obj__Width＜ID_Q_X__Coordinate＜Yx+Obj__Width/2，则判定为压线行驶；以上不等式等不成立，则无压线行驶，直接输出车道号。

微波雷达传感器3根据上位机配置模块2设定的行驶方向与车辆的实际行驶方向比较，检测车辆速度为负时，说明与道路方向相反，判定为逆向行驶；检测车辆速度为正时，说明与道路方向一致，为正常行驶；

第四步：视频传感器6抓拍；微波雷达传感器3通过网络与视频传感器6通信，当微波雷达传感器3检测到检测断面有车辆达到且得到测速结果数据，立即将测速数据和违法信息实时发送到多个车道上的视频传感器6，视频传感器6根据各自配置的车道信息，触发抓拍属于自己车道号的目标；

第五步：视频传感器6进行识别车牌和大小车型信息；视频传感器6对所拍到的图片信息进行处理，根据灰度值、数据库对比等技术测得车牌号和目标车辆类型，并叠加到抓拍图像中；

第六步：产生所有车辆的图片信息；雷达信息和图片信息进行整合，将所有信息进行目标匹配，合成在一张图片中；抓拍的视频传感器6自动识出车辆车牌号和车辆类型，并截取一张或多张违法车辆图像，经过图像数据处理，把相应的信息如路段，目标车速，超速百分比，是否逆行，是否压实线等合成到图片中，生成文件包，以供当事人查询和作为对违法处罚的依据；

第七步：平台存储，违法行为取证；视频传感器6将生产的文件包通过网络传至显示存储模块7，将所有的车辆图片放在一文件包中保存，有违法信息的车辆信息在另一模块中存储，方便有关部门查处该车辆。

视频传感器6可以是摄像机，在图4、图5中多个摄像机共同工作。

本发明基于微波的多车道测速和卡口触发的方法与装置，是以多车道测速的微波雷达传感器3作为车辆检测单元，按车道输出触发信息给高清的视频传感器6进行拍照取证。该装置与方法保证了一个微波雷达传感器3可以覆盖多个车道，而且每个车道都有视频传感器6覆盖，在检测区域内微波雷达传感器3检测到目标车辆对虚拟线圈的触发完成车辆在图像中的定位；通过雷达与视频配合使用，替代复杂的视频分析检测，完全解决车辆捕获并动态跟踪，视频仅需在指定区域内进行车牌识别即可。微波雷达传感器3检测到任一车道上的车辆行驶至触发位置时，均可触发视频传感器6进行抓拍，同时给出车辆的车道号和速度值，并进行算法处理对其他违法信息进行判定，为超速等违法提供了可靠的证据，改变了以往一个车道采用一个雷达的弊端，经济效益比高，适于应用推广。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于微波的多车道测速和卡口触发的装置，其特征在于：所述装置包括电源模块、上位机配置模块、微波雷达传感器、信号处理模块、视频配置模块、视频传感器和显示存储模块；

所述电源模块分别与所述上位机配置模块、所述微波雷达传感器、所述信号处理模块、所述视频配置模块、所述视频传感器和所述显示存储模块电性连接并提供相应的电源；

所述上位机配置模块采用网络接口实现与所述微波雷达传感器的通信与传输，所述信号处理模块与所述微波雷达传感器通信连接，所述信号处理模块把所述微波雷达传感器输出的数据进行预处理，所述视频配置模块采用网络接口实现与所述视频传感器的通信与传输，所述视频传感器与所述信号处理模块通信连接，所述视频传感器与所述显示存储模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于微波的多车道测速和卡口触发的装置，其特征在于：所述信号处理模块包含隔直电路、电压比较器、程控增益放大器。