一种4D毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统

本发明属于道路监测，多传感器融合数据处理、多传感器布局等，涉及传感器数据处理和传感器阵列布局，特别涉及一种4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统。

背景技术：

1、近年来，智慧交通的发展一直是道路交通发展具有重大意义的部分，目前的道路交通监测传感器主要分为两种，一种是视觉传感器，主要测量车辆的速度，记录车牌号信息等，另一种是雷达传感器，用于测量车辆位置和速度。两种传感器往往单独工作，因此能够得到的车辆信息有限，不能给出全面的信息。除此之外，在车辆行驶的过程中，随时都有发生危险或违规行为的可能，传感器的安装位置多位于接近路口处，对于整个路面的车辆信息不能把控。另外，现有的传感器只能监测违规，不能给驾驶员提供前方路面的预警功能，没能为驾驶员提供有效的道路信息。以上的情况都不利于交通监管，更不利于智慧交通发展。

2、通过以上分析，现有技术存在的问题和缺陷如下：

3、1.基于单个视觉传感器或雷达传感器的交通目标识别方法难以获得较为完整的车辆信息。

4、2.现有的交通监测系统无法实现道路的全面覆盖。

5、3.现有交通监视系统数据无法服务于驾驶员，监测数据信息利用率低，道路安全程度低。

6、解决以上问题及缺陷的难度为：

7、1.同时采用雷达和视频传感器后，数据的匹配和融合设计难度大。算法复杂度大，时效性差，不利于环境复杂多变的道路监控。

8、2.合理进行传感器的布局布阵，使得交通监视系统可以覆盖所有路段。

9、3.设计算法提供全面的车辆驾驶信息(速度、位置、灯光、车牌)和道路环境信息(团雾浓度、雨雪强度)。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，以建立更为全面和精确的智慧交通系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，包括：

4、若干雷达摄像头传感器单元，用于道路上的车辆位置、速度、高度、灯光和车牌以及道路环境感知，并传送至云端处理系统单元；每个所述雷达摄像头传感器单元包括4d毫米波雷达与视频传感器，所述雷达摄像头传感器单元采用多传感器阵列布局，将所述4d毫米波雷达与视频传感器安装在道路两侧，实现道路监测区域的全覆盖，同时通过雷达间融合实现车辆的长程轨迹跟踪；

5、云端处理系统单元，依据监测区域的所有雷达摄像头传感器单元采集的4d毫米波雷达数据和视频数据，处理和分析道路车辆行驶状态和道路驾驶环境，提取异常信息，实施预警；

6、警报与预警单元，接收云端处理系统单元的信息，给来往车辆提供预警。

7、在一个实施例中，所述4d毫米波雷达包括天线模块、基带处理模块、信号处理模块和目标跟踪配置模块；通过发射电磁波和接受目标回波，探测视野范围内的车辆角度、距离和速度信息；

8、所述视频传感器为摄像头检测单元，内设有支架、防护罩和录像机，用于通过拍照和拍摄视频，对车辆的灯光、车牌和道路天气感知。

9、在一个实施例中，所述天线模块，方位维采用9发射9接收天线阵列布局实现1°方位分辨率，俯仰维采用4发射8接收天线阵列布局实现2°俯仰分辨率，具有测量车辆速度、位置和高度信息的功能。

10、在一个实施例中，所述多传感器阵列布局为：

11、雷达摄像头传感器单元以一定宽度为间隔，两传感器单元间距大于50m且不超过200m，对称或者交叉安装至路旁护栏上，其中4d毫米波雷达波束方向和视频传感器的摄像头安装方向使得4d毫米波雷达跟踪的目标轨迹通过通信系统实现相邻雷达间的匹配，在整个跟踪范围内，同一车辆始终使用同一个id编号。

12、在一个实施例中，所述4d毫米波雷达波束方向和视频传感器的摄像头安装方向采用如下两种方式之一：

13、方式一，与车道方向垂直；

14、方式二，以斜视方式正对车的来向或者去向。

15、在一个实施例中，所述4d毫米波雷达通过跟踪交通目标的轨迹，判断车辆是否存在变道、压线、占用应急车道的情况；根据当前路段的要求，实时判断是否存在违规行为，如果存在违规行为则4d毫米波雷达触发视频传感器的摄像头拍照取证，通过数据传输系统单元将4d毫米波雷达轨迹和拍照取证数据上传到云端处理系统单元，并提示预警。

16、在一个实施例中，所述云端处理系统单元，包括：

17、数据接收单元，用于接收监测路段区域内所雷达摄像头传感器单元采集的4d毫米波雷达数据和视频数据；

18、数据融合匹配单元，将4d毫米波雷达数据与视频数据匹配，实现4d毫米波雷达数据集和视频数据集在同一维度呈现；

19、航迹形成单元，采用最近领域法去除雷达摄像头传感器单元的冗余数据，实现道路目标唯一化，采用卡尔曼滤波算法实现道路车辆行驶状态跟踪和轨迹拟合；

20、道路信号感知判别单元，根据车辆行驶状态、车灯指示以及摄像头的车道环境数据进行感知，判别车辆违规信息以及需要给驾驶员预警的道路环境信息；

21、环境感知判别单元，实现道路环境情况感知，上报云端和交警系统，为驾驶员提供参考数据。

22、在一个实施例中，所述道路环境情况包括团雾、雨雪，对于团雾，通过视频分析团雾的能见度，给出能见度数值，将能见度数据实时发布到路况显示屏。

23、在一个实施例中，所述云端处理系统单元，将道路图像分为暗通道图像估计和车道线检测两部分处理，其中暗通道图像估计后生成透射率图像，然后将透射率图像细化，车道线检测后计算车道线坐标，根据计算出的车道线坐标估计车道线的距离，根据细化的透射率图像和估计的车道线距离得到车道线图像的透射率，然后计算大气消光系数得到能见度量化值。

24、在一个实施例中，所述警报与预警单元包括：

25、违规监测警报单元，将车辆违规信息发送至交通部门，实现违规监测；

26、道路状况预警单元，将道路环境能见度信息传送至路面警报装置，提醒驾驶员前方路段出现异常。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1)本发明将4d毫米波雷达与视频传感器结合，实现探测范围全覆盖，探测信息包括道路车辆位置、速度、高度、灯光和车牌以及道路环境(如团雾、雨雪等)，从而能够提供更为完整的目标车辆信息以及环境感知。

29、2)本发明采用将传感器阵列安装在路面两端的护栏顶端的布局方式，能实现道路交通的全段监测，避免了4d毫米波雷达探测时因车辆重叠所产生的误差。

30、3)本发明增加了环境能见度感知，在监测的基础上增加了预警功能，及时提醒车辆发生的违规行为，更好地服务于驾驶员。

技术特征：

1.一种4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述4d毫米波雷达包括天线模块、基带处理模块、信号处理模块和目标跟踪配置模块；通过发射电磁波和接受目标回波，探测视野范围内的车辆角度、距离和速度信息；

3.根据权利要求2所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述天线模块，方位维采用9发射9接收天线阵列布局实现1°方位分辨率，俯仰维采用4发射8接收天线阵列布局实现2°俯仰分辨率，具有测量车辆速度、位置和高度信息的功能。

4.根据权利要求2所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述多传感器阵列布局为：

5.根据权利要求4所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述4d毫米波雷达波束方向和视频传感器的摄像头安装方向采用如下两种方式之一：

6.根据权利要求4所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述4d毫米波雷达通过跟踪交通目标的轨迹，判断车辆是否存在变道、压线、占用应急车道的情况；根据当前路段的要求，实时判断是否存在违规行为，如果存在违规行为则4d毫米波雷达触发视频传感器的摄像头拍照取证，通过数据传输系统单元将4d毫米波雷达轨迹和拍照取证数据上传到云端处理系统单元，并提示预警。

7.根据权利要求4所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述云端处理系统单元，包括：

8.根据权利要求7所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述道路环境情况包括团雾、雨雪，对于团雾，通过视频分析团雾的能见度，给出能见度数值，将能见度数据实时发布到路况显示屏。

9.根据权利要求1或8所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述云端处理系统单元，将道路图像分为暗通道图像估计和车道线检测两部分处理，其中暗通道图像估计后生成透射率图像，然后将透射率图像细化，车道线检测后计算车道线坐标，根据计算出的车道线坐标估计车道线的距离，根据细化的透射率图像和估计的车道线距离得到车道线图像的透射率，然后计算大气消光系数得到能见度量化值。

10.根据权利要求1所述4d毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，其特征在于，所述警报与预警单元包括：

技术总结
一种4D毫米波雷达与视频传感器阵列的道路交通监测系统，包括：若干雷达摄像头传感器单元，用于道路上的车辆位置、速度、高度、灯光和车牌以及道路环境感知，其采用多传感器阵列布局，将4D毫米波雷达与视频传感器安装在道路两侧，实现道路监测区域的全覆盖，同时通过雷达间融合实现车辆的长程轨迹跟踪；云端处理系统单元，依据监测区域的所有雷达摄像头传感器单元采集的4D毫米波雷达数据和视频数据，处理和分析道路车辆行驶状态和道路驾驶环境，提取异常信息，实施预警；警报与预警单元，接收云端处理系统单元的信息，给来往车辆提供预警。本发明能实现道路交通的全段监测，提供更完整的目标车辆信息以及环境感知，并提供预警。

技术研发人员：张华,刘姝妍,刘思奇,孙景荣,阎博,胡敏
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13