本發(fā)明屬于智能交通領(lǐng)域，更具體而言，本發(fā)明涉及一種基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的方法與裝置。

背景技術(shù)：

公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的測速技術(shù)主要有地感線圈、視頻、激光及雷達(dá)檢測方式。

地感線圈檢測是當(dāng)車輛進入環(huán)形感應(yīng)線圈形成磁場時，引起電路中調(diào)諧電流的頻率或相位變化，檢測處理單元通過對頻率或相位變化的響應(yīng)，得出一個檢測到車輛的輸出信號。根據(jù)前后兩個線圈的間距除以車輛通過線圈的時間差算出速度，具有成本低，準(zhǔn)確度高，高可靠性等優(yōu)點。該方法缺點是維護成本高，很容易受通行車輛積壓或地表冷熱膨脹和壓縮的破壞；施工復(fù)雜需要進行切割、澆灌等工序，而且影響正常的交通秩序；車速越高測量誤差越大；無法看清車牌等。

視頻檢測是將視頻圖像處理和計算機圖形識別技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。他是用車輛進入檢測區(qū)域時背景灰度值發(fā)生變化，從而產(chǎn)生檢測信號，通過相關(guān)算法處理分析得到交通流等交通參數(shù)。優(yōu)點是安裝簡單方便，可直觀看到車輛信息。該方法缺點是很容易受到照明、天氣情況等因素的影響，檢測精度穩(wěn)定性不高，實時性差。

窄波雷達(dá)檢測主要是采用多普勒頻移效應(yīng)測速。工作時，檢測器向行駛方向車輛發(fā)射微波信號，該微波信號遇到目標(biāo)后反射，反射波的頻率發(fā)生偏移，從而檢測出車輛的速度。利用微波檢測器對交通流、占有率及車速檢測，不僅時效性好、穩(wěn)定性高，而且對于檢測的環(huán)境要求較低。但是缺點是大小車觸發(fā)位置不一致，調(diào)試?yán)щy、檢測距離短，很難捕獲低速行駛的車輛。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的窄波雷達(dá)檢測時跨線、跟車容易漏車，觸發(fā)位置不固定、造成車牌識別精度不高，一個雷達(dá)對應(yīng)一條車道，調(diào)試繁瑣等技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出一種基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的方法與裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的裝置，所述裝置包括電源模塊、上位機配置模塊、微波雷達(dá)傳感器、信號處理模塊、視頻配置模塊、視頻傳感器和顯示存儲模塊；

所述電源模塊分別與所述上位機配置模塊、所述微波雷達(dá)傳感器、所述信號處理模塊、所述視頻配置模塊、所述視頻傳感器和所述顯示存儲模塊電性連接并提供相應(yīng)的電源；

所述上位機配置模塊采用網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)與所述微波雷達(dá)傳感器的通信與傳輸，所述信號處理模塊與所述微波雷達(dá)傳感器通信連接，所述信號處理模塊把所述微波雷達(dá)傳感器輸出的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，所述視頻配置模塊采用網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)與所述視頻傳感器的通信與傳輸，所述視頻傳感器與所述信號處理模塊通信連接，所述視頻傳感器與所述顯示存儲模塊通信連接。

進一步的，所述信號處理模塊包含隔直電路、電壓比較器、程控增益放大器。

一種基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的方法，包含以下步驟：

第一步：模塊配置，設(shè)定觸發(fā)位置；在卡口應(yīng)用路段，先用上位機配置模塊和視頻配置模塊根據(jù)車道信息分別對微波雷達(dá)傳感器和視頻傳感器進行配置，在觸發(fā)信號的位置上設(shè)置虛擬線圈位置；

第二步：微波雷達(dá)傳感器對檢測區(qū)域進行掃描；微波雷達(dá)傳感器在虛擬線圈處檢測到有目標(biāo)車輛經(jīng)過，通過運動車輛對虛擬線圈的觸發(fā)，完成目標(biāo)車輛在圖像中的檢測，從而得出車輛觸發(fā)虛擬線圈時在圖像中的位置，通過虛擬線圈觸發(fā)機制完成運動車輛在圖像中的檢測與定位，最后通過計算目標(biāo)車輛的幾何中心作為車輛在圖像中的精確位置；

第三步：雷達(dá)對目標(biāo)信息檢測，并進行違法行為判定；進行車道檢測及壓實線檢測、進行目標(biāo)所在車道判定和是否壓實線判定、進行目標(biāo)速度檢測和目標(biāo)是否逆行檢測；

第四步：視頻傳感器抓拍；微波雷達(dá)傳感器通過網(wǎng)絡(luò)與視頻傳感器通信，當(dāng)微波雷達(dá)傳感器檢測到檢測斷面有車輛達(dá)到且得到測速結(jié)果數(shù)據(jù)，立即將測速數(shù)據(jù)和違法信息實時發(fā)送到多個車道上的視頻傳感器，視頻傳感器根據(jù)各自配置的車道信息，觸發(fā)抓拍屬于自己車道號的目標(biāo)；

第五步：視頻傳感器進行識別車牌和大小車型信息；視頻傳感器對所拍到的圖片信息進行處理，根據(jù)灰度值、數(shù)據(jù)庫對比等技術(shù)測得車牌號和目標(biāo)車輛類型，并疊加到抓拍圖像中；

第六步：產(chǎn)生所有車輛的圖片信息；雷達(dá)信息和圖片信息進行整合，將所有信息進行目標(biāo)匹配，合成在一張圖片中；抓拍的視頻傳感器自動識出車輛車牌號和車輛類型，并截取一張或多張違法車輛圖像，經(jīng)過圖像數(shù)據(jù)處理，把相應(yīng)的信息如路段，目標(biāo)車速，超速百分比，是否逆行，是否壓實線等合成到圖片中，生成文件包，以供當(dāng)事人查詢和作為對違法處罰的依據(jù)；

第七步：平臺存儲，違法行為取證；視頻傳感器將生產(chǎn)的文件包通過網(wǎng)絡(luò)傳至顯示存儲模塊，將所有的車輛圖片放在一文件包中保存，有違法信息的車輛信息在另一模塊中存儲，方便有關(guān)部門查處該車輛。

進一步的，在所述第三步中，通過以下方式來進行車道檢測及壓實線檢測、目標(biāo)所在車道判定和是否壓實線判定、目標(biāo)速度檢測和目標(biāo)是否逆行檢測：

以微波雷達(dá)傳感器為中心點建立坐標(biāo)系示意圖，虛擬線圈離雷達(dá)的縱向距離為L，車道長為M；

目標(biāo)的距離公式為：

目標(biāo)的速度公式為：

平行于車道水平方向為Y軸方向，正方向為微波雷達(dá)傳感器波束發(fā)射方向；

垂直于車道水平方向為X軸方向，正方向為微波雷達(dá)傳感器波束發(fā)射方向；

目標(biāo)與微波傳感器雷達(dá)的水平偏向夾角為α，垂直俯仰角度為θ；

被檢測目標(biāo)相對于傳感器的徑向速度：V_radial；

被檢測目標(biāo)距離微波雷達(dá)傳感器的徑向距離：D_radial；

則目標(biāo)位于坐標(biāo)系中X方向坐標(biāo)值：

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

目標(biāo)位于坐標(biāo)系中Y方向坐標(biāo)值：

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

被檢測目標(biāo)在坐標(biāo)系中的運動速度(IDx_X__Velocity，IDx_Y__Velocity)：

目標(biāo)位于坐標(biāo)系中X方向速度值：

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

目標(biāo)位于坐標(biāo)系中Y方向速度值：

IDx_Y_{_Velocity}＝(V_radial*sinθ)*cosα；····公式(6)

通過雷達(dá)輸出的目標(biāo)反射截面積判斷出目標(biāo)的長度(Obj__Length)與寬度(Obj__Width)

若在虛擬線圈檢測到車輛Q存在，并有ID_Q_X__Coordinate和Obj__Width，則將ID_Q_X__Coordinate與Y(x-1)+Obj__Width/2和Yx+Obj__Width/2進行比較，若Y_Y(x-1)+Obj__Width/2＜ID_Q_X__Coordinate＜Yx+Obj__Width/2，則判定車輛在X車道；然后進行下一步判定車輛是否壓線，若Y_Y(x-1)+Obj__Width/2＜ID_Q_X__Coordinate＜Y_Y(x-1)+Obj__Width，則判定為壓線行駛；若不成立，則比較Yx-Obj__Width＜ID_Q_X__Coordinate＜Yx+Obj__Width/2，則判定為壓線行駛；以上不等式等不成立，則無壓線行駛，直接輸出車道號；

微波雷達(dá)傳感器根據(jù)上位機配置模塊設(shè)定的行駛方向與車輛的實際行駛方向比較，檢測車輛速度為負(fù)時，說明與道路方向相反，判定為逆向行駛；檢測車輛速度為正時，說明與道路方向一致，為正常行駛。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的方法與裝置，是以多車道測速的微波雷達(dá)傳感器作為車輛檢測單元，按車道輸出觸發(fā)信息給高清的視頻傳感器進行拍照取證。該裝置與方法保證了一個微波雷達(dá)傳感器可以覆蓋多個車道，而且每個車道都有視頻傳感器覆蓋，在檢測區(qū)域內(nèi)微波雷達(dá)傳感器檢測到目標(biāo)車輛對虛擬線圈的觸發(fā)完成車輛在圖像中的定位；通過雷達(dá)與視頻配合使用，替代復(fù)雜的視頻分析檢測，完全解決車輛捕獲并動態(tài)跟蹤，視頻僅需在指定區(qū)域內(nèi)進行車牌識別即可。微波雷達(dá)傳感器檢測到任一車道上的車輛行駛至觸發(fā)位置時，均可觸發(fā)視頻傳感器進行抓拍，同時給出車輛的車道號和速度值，并進行算法處理對其他違法信息進行判定，為超速等違法提供了可靠的證據(jù)，改變了以往一個車道采用一個雷達(dá)的弊端，相比于傳統(tǒng)窄波雷達(dá)和攝像機一一對應(yīng)的測速系統(tǒng)，可以大大節(jié)省雷達(dá)設(shè)備及相應(yīng)的調(diào)試和標(biāo)定工作，具備明顯的性價比優(yōu)勢，具有更好的經(jīng)濟性和可維護性，經(jīng)濟效益比高，適于應(yīng)用推廣。

附圖說明

圖1是雷達(dá)檢測區(qū)域效果圖；

圖2是本發(fā)明基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的裝置的示意框圖；

圖3是本發(fā)明基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的方法的示意框圖；

圖4是微波雷達(dá)傳感器和視頻傳感器配置的示意圖；

圖5是車道檢測及壓實線檢測的示意圖；

圖6是目標(biāo)所在車道判定和是否壓實線判定的示意圖；

圖7是目標(biāo)速度檢測和是否逆行檢測的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

一種基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的裝置，如圖1所示，該裝置包括電源模塊1、上位機配置模塊2、微波雷達(dá)傳感器3、信號處理模塊4、視頻配置模塊5、視頻傳感器6和顯示存儲模塊7；

電源模塊1與上位機配置模塊2、微波雷達(dá)傳感器3、信號處理模塊4、視頻配置模塊5、視頻傳感器6和顯示存儲模塊7電性連接并為這些設(shè)備進行供電，輸出電壓為12V；

上位機配置模塊2采用網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)與微波雷達(dá)傳感器3的通信與傳輸，上位機配置模塊2負(fù)責(zé)對微波雷達(dá)傳感器3進行相關(guān)參數(shù)的配置，在實際應(yīng)用中將路面上車道的寬度和車道數(shù)、虛擬線圈等信息配置給微波雷達(dá)傳感器3，用戶設(shè)置的需要顯示和測量數(shù)據(jù)都是由該上位機配置模塊2完成；

微波雷達(dá)傳感器3根據(jù)目標(biāo)車輛與傳感器之間的相對速度v，根據(jù)多普勒原理，反射波會發(fā)生頻移為f_d的微波信號，根據(jù)公式即可得到目標(biāo)車輛的相對速度和相對距離，根據(jù)上位機配置模塊2的車道信息和虛擬線圈觸發(fā)位置，完成對數(shù)據(jù)的處理，將配置好的有用信息通過信號處理模塊4傳輸出去。

信號處理模塊4與微波雷達(dá)傳感器3通信連接，信號處理模塊4把微波雷達(dá)傳感器3輸出的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，信號處理模塊4包含隔直電路、電壓比較器、程控增益放大器；隔直電路是獲取信號的交流分量，由于微波雷達(dá)傳感器3輸出的中頻放大信號含有+2V的三極管靜態(tài)直流工作點，若不將其隔離，則在后續(xù)處理時會使信號發(fā)生截止，影響工作的進一步進行。電壓比較器采用電壓比較芯片LM393AP，將隔直緩沖后的中頻信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的3.3V的TTL電平信號，通過增加硬件的工作簡化軟件處理。程控增益放大器由模擬多路復(fù)用器和運算放大器組成，根據(jù)前段AD轉(zhuǎn)換采集的數(shù)據(jù)來改變程控增益放大器的放大倍數(shù)，從而使信號的幅值盡可能的保持在2-3V之間，實現(xiàn)全量程的統(tǒng)一，進一步提高信號的采樣精度。

視頻配置模塊5采用網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)與視頻傳感器6的通信與傳輸，視頻配置模塊5對視頻傳感器6進行相關(guān)參數(shù)的配置，視頻傳感器6與信號處理模塊4通信連接，視頻傳感器6可安裝于多個車道的相應(yīng)位置，視頻傳感器6接收信號處理模塊4發(fā)送過來的指令，觸發(fā)抓拍屬于自己車道號的目標(biāo)；

視頻傳感器6與顯示存儲模塊7通信連接，視頻傳感器6根據(jù)微波雷達(dá)傳感器3的觸發(fā)時間和車速以及相應(yīng)的車道號，與視頻車輛檢測車輛車牌位置和車輛速度相匹配，生產(chǎn)抓拍記錄，并通過網(wǎng)絡(luò)存儲在顯示存儲模塊7。

下面對基于微波的多車道測試和卡口觸發(fā)的方法進行說明，該方法是基于上述裝置進行實施的，一種基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的方法包括如圖3所示的流程，如下：

第一步：模塊配置，設(shè)定觸發(fā)位置；在卡口應(yīng)用路段，先用上位機配置模塊2和視頻配置模塊5根據(jù)車道信息分別對微波雷達(dá)傳感器3和視頻傳感器6進行配置，在觸發(fā)信號的位置上設(shè)置虛擬線圈位置，配置示意圖見圖4；

第二步：微波雷達(dá)傳感器3對檢測區(qū)域進行掃描；微波雷達(dá)傳感器3在虛擬線圈處檢測到有目標(biāo)車輛經(jīng)過，通過運動車輛對虛擬線圈的觸發(fā)，完成目標(biāo)車輛在圖像中的檢測，從而得出車輛觸發(fā)虛擬線圈時在圖像中的位置，通過虛擬線圈觸發(fā)機制完成運動車輛在圖像中的檢測與定位，最后通過計算目標(biāo)車輛的幾何中心作為車輛在圖像中的精確位置；

第三步：雷達(dá)對目標(biāo)信息檢測，并進行違法行為判定；在第三步中包含車道檢測及壓實線檢測、目標(biāo)所在車道判定和是否壓實線判定、目標(biāo)速度檢測和目標(biāo)是否逆行檢測，見圖5-7；

如圖5為以微波雷達(dá)傳感器3為中心點建立坐標(biāo)系示意圖，虛擬線圈離雷達(dá)的縱向距離為L，車道長為M；

目標(biāo)的距離公式為：

目標(biāo)的速度公式為：

平行于車道水平方向為Y軸方向，正方向為微波雷達(dá)傳感器3波束發(fā)射方向；

垂直于車道水平方向為X軸方向，正方向為微波雷達(dá)傳感器3波束發(fā)射方向；

目標(biāo)與微波傳感器雷達(dá)的水平偏向夾角為α，垂直俯仰角度為θ；

被檢測目標(biāo)相對于傳感器的徑向速度：V_radial；

被檢測目標(biāo)距離微波雷達(dá)傳感器3的徑向距離：D_radial；

則目標(biāo)位于坐標(biāo)系中X方向坐標(biāo)值：

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

目標(biāo)位于坐標(biāo)系中Y方向坐標(biāo)值：

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

被檢測目標(biāo)在坐標(biāo)系中的運動速度(IDx_X__Velocity，IDx_Y__Velocity)：

目標(biāo)位于坐標(biāo)系中X方向速度值：

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

目標(biāo)位于坐標(biāo)系中Y方向速度值：

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

通過雷達(dá)輸出的目標(biāo)反射截面積判斷出目標(biāo)的長度(Obj__Length)與寬度(Obj__Width)

若在虛擬線圈檢測到車輛Q存在，并有ID_Q_X__Coordinate和Obj__Width，則將ID_Q_X__Coordinate與Y(x-1)+Obj__Width/2和Yx+Obj__Width/2進行比較，若Y_Y(x-1)+Obj__Width/2＜ID_Q_X__Coordinate＜Yx+Obj__Width/2，則判定車輛在X車道；然后進行下一步判定車輛是否壓線，若Y_Y(x-1)+Obj__Width/2＜ID_Q_X__Coordinate＜Y_Y(x-1)+Obj__Width，則判定為壓線行駛；若不成立，則比較Yx-Obj__Width＜ID_Q_X__Coordinate＜Yx+Obj__Width/2，則判定為壓線行駛；以上不等式等不成立，則無壓線行駛，直接輸出車道號。

微波雷達(dá)傳感器3根據(jù)上位機配置模塊2設(shè)定的行駛方向與車輛的實際行駛方向比較，檢測車輛速度為負(fù)時，說明與道路方向相反，判定為逆向行駛；檢測車輛速度為正時，說明與道路方向一致，為正常行駛；

第四步：視頻傳感器6抓拍；微波雷達(dá)傳感器3通過網(wǎng)絡(luò)與視頻傳感器6通信，當(dāng)微波雷達(dá)傳感器3檢測到檢測斷面有車輛達(dá)到且得到測速結(jié)果數(shù)據(jù)，立即將測速數(shù)據(jù)和違法信息實時發(fā)送到多個車道上的視頻傳感器6，視頻傳感器6根據(jù)各自配置的車道信息，觸發(fā)抓拍屬于自己車道號的目標(biāo)；

第五步：視頻傳感器6進行識別車牌和大小車型信息；視頻傳感器6對所拍到的圖片信息進行處理，根據(jù)灰度值、數(shù)據(jù)庫對比等技術(shù)測得車牌號和目標(biāo)車輛類型，并疊加到抓拍圖像中；

第六步：產(chǎn)生所有車輛的圖片信息；雷達(dá)信息和圖片信息進行整合，將所有信息進行目標(biāo)匹配，合成在一張圖片中；抓拍的視頻傳感器6自動識出車輛車牌號和車輛類型，并截取一張或多張違法車輛圖像，經(jīng)過圖像數(shù)據(jù)處理，把相應(yīng)的信息如路段，目標(biāo)車速，超速百分比，是否逆行，是否壓實線等合成到圖片中，生成文件包，以供當(dāng)事人查詢和作為對違法處罰的依據(jù)；

第七步：平臺存儲，違法行為取證；視頻傳感器6將生產(chǎn)的文件包通過網(wǎng)絡(luò)傳至顯示存儲模塊7，將所有的車輛圖片放在一文件包中保存，有違法信息的車輛信息在另一模塊中存儲，方便有關(guān)部門查處該車輛。

視頻傳感器6可以是攝像機，在圖4、圖5中多個攝像機共同工作。

本發(fā)明基于微波的多車道測速和卡口觸發(fā)的方法與裝置，是以多車道測速的微波雷達(dá)傳感器3作為車輛檢測單元，按車道輸出觸發(fā)信息給高清的視頻傳感器6進行拍照取證。該裝置與方法保證了一個微波雷達(dá)傳感器3可以覆蓋多個車道，而且每個車道都有視頻傳感器6覆蓋，在檢測區(qū)域內(nèi)微波雷達(dá)傳感器3檢測到目標(biāo)車輛對虛擬線圈的觸發(fā)完成車輛在圖像中的定位；通過雷達(dá)與視頻配合使用，替代復(fù)雜的視頻分析檢測，完全解決車輛捕獲并動態(tài)跟蹤，視頻僅需在指定區(qū)域內(nèi)進行車牌識別即可。微波雷達(dá)傳感器3檢測到任一車道上的車輛行駛至觸發(fā)位置時，均可觸發(fā)視頻傳感器6進行抓拍，同時給出車輛的車道號和速度值，并進行算法處理對其他違法信息進行判定，為超速等違法提供了可靠的證據(jù)，改變了以往一個車道采用一個雷達(dá)的弊端，經(jīng)濟效益比高，適于應(yīng)用推廣。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。