基于微波的多車道測速和卡口觸發的裝置的制作方法

本實用新型屬于智能交通領域，更具體而言，本實用新型涉及一種基于微波的多車道測速和卡口觸發的裝置。

背景技術：

公路車輛智能監測記錄系統廣泛應用的測速技術主要有地感線圈、視頻、激光及雷達檢測方式。

地感線圈檢測是當車輛進入環形感應線圈形成磁場時，引起電路中調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，得出一個檢測到車輛的輸出信號。根據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，準確度高，高可靠性等優點。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相結合的技術。他是用車輛進入檢測區域時背景灰度值發生變化，從而產生檢測信號，通過相關算法處理分析得到交通流等交通參數。優點是安裝簡單方便，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，檢測精度穩定性不高，實時性差。

窄波雷達檢測主要是采用多普勒頻移效應測速。工作時，檢測器向行駛方向車輛發射微波信號，該微波信號遇到目標后反射，反射波的頻率發生偏移，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、穩定性高，而且對于檢測的環境要求較低。但是缺點是大小車觸發位置不一致，調試困難、檢測距離短，很難捕獲低速行駛的車輛。

技術實現要素：

為解決現有技術中存在的窄波雷達檢測時跨線、跟車容易漏車，觸發位置不固定、造成車牌識別精度不高，一個雷達對應一條車道，調試繁瑣等技術缺陷，本實用新型提出一種基于微波的多車道測速和卡口觸發的裝置。

本實用新型所采用的技術方案是：

一種基于微波的多車道測速和卡口觸發的裝置，所述裝置包括電源模塊、上位機配置模塊、微波雷達傳感器、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的電源；

所述上位機配置模塊采用網絡接口實現與所述微波雷達傳感器的通信與傳輸，所述信號處理模塊與所述微波雷達傳感器通信連接，所述信號處理模塊把所述微波雷達傳感器輸出的數據進行預處理，所述視頻配置模塊采用網絡接口實現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。

采用上述技術方案后，本實用新型基于微波的多車道測速和卡口觸發的裝置，是以多車道測速的微波雷達傳感器作為車輛檢測單元，按車道輸出觸發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，在檢測區域內微波雷達傳感器檢測到目標車輛對虛擬線圈的觸發完成車輛在圖像中的定位；通過雷達與視頻配合使用，替代復雜的視頻分析檢測，完全解決車輛捕獲并動態跟蹤，視頻僅需在指定區域內進行車牌識別即可。微波雷達傳感器檢測到任一車道上的車輛行駛至觸發位置時，均可觸發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，改變了以往一個車道采用一個雷達的弊端，相比于傳統窄波雷達和攝像機一一對應的測速系統，可以大大節省雷達設備及相應的調試和標定工作，具備明顯的性價比優勢，具有更好的經濟性和可維護性，經濟效益比高，適于應用推廣。

附圖說明

圖1是雷達檢測區域效果圖；

圖2是本實用新型基于微波的多車道測速和卡口觸發的裝置的示意框圖；

圖3是本實用新型基于微波的多車道測速和卡口觸發的方法的示意框圖；

圖4是微波雷達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是目標所在車道判定和是否壓實線判定的示意圖；

圖7是目標速度檢測和是否逆行檢測的示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

一種基于微波的多車道測速和卡口觸發的裝置，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備進行供電，輸出電壓為12V；

上位機配置模塊2采用網絡接口實現與微波雷達傳感器3的通信與傳輸，上位機配置模塊2負責對微波雷達傳感器3進行相關參數的配置，在實際應用中將路面上車道的寬度和車道數、虛擬線圈等信息配置給微波雷達傳感器3，用戶設置的需要顯示和測量數據都是由該上位機配置模塊2完成；

微波雷達傳感器3根據目標車輛與傳感器之間的相對速度v，根據多普勒原理，反射波會發生頻移為f_d的微波信號，根據公式即可得到目標車輛的相對速度和相對距離，根據上位機配置模塊2的車道信息和虛擬線圈觸發位置，完成對數據的處理，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與微波雷達傳感器3通信連接，信號處理模塊4把微波雷達傳感器3輸出的數據進行預處理，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，由于微波雷達傳感器3輸出的中頻放大信號含有+2V的三極管靜態直流工作點，若不將其隔離，則在后續處理時會使信號發生截止，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換成標準的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用器和運算放大器組成，根據前段AD轉換采集的數據來改變程控增益放大器的放大倍數，從而使信號的幅值盡可能的保持在2-3V之間，實現全量程的統一，進一步提高信號的采樣精度。

視頻配置模塊5采用網絡接口實現與視頻傳感器6的通信與傳輸，視頻配置模塊5對視頻傳感器6進行相關參數的配置，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位置，視頻傳感器6接收信號處理模塊4發送過來的指令，觸發抓拍屬于自己車道號的目標；

視頻傳感器6與顯示存儲模塊7通信連接，視頻傳感器6根據微波雷達傳感器3的觸發時間和車速以及相應的車道號，與視頻車輛檢測車輛車牌位置和車輛速度相匹配，生產抓拍記錄，并通過網絡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的方法包括如圖3所示的流程，如下：

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

第二步：微波雷達傳感器3對檢測區域進行掃描；微波雷達傳感器3在虛擬線圈處檢測到有目標車輛經過，通過運動車輛對虛擬線圈的觸發，完成目標車輛在圖像中的檢測，從而得出車輛觸發虛擬線圈時在圖像中的位置，通過虛擬線圈觸發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：雷達對目標信息檢測，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、目標所在車道判定和是否壓實線判定、目標速度檢測和目標是否逆行檢測，見圖5-7；

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

目標的距離公式為：

目標的速度公式為：

平行于車道水平方向為Y軸方向，正方向為微波雷達傳感器3波束發射方向；

垂直于車道水平方向為X軸方向，正方向為微波雷達傳感器3波束發射方向；

目標與微波傳感器雷達的水平偏向夾角為α，垂直俯仰角度為θ；

被檢測目標相對于傳感器的徑向速度：V_radial；

被檢測目標距離微波雷達傳感器3的徑向距離：D_radial；

則目標位于坐標系中X方向坐標值：

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

目標位于坐標系中Y方向坐標值：

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

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

目標位于坐標系中X方向速度值：

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

目標位于坐標系中Y方向速度值：

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

通過雷達輸出的目標反射截面積判斷出目標的長度(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。

微波雷達傳感器3根據上位機配置模塊2設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；微波雷達傳感器3通過網絡與視頻傳感器6通信，當微波雷達傳感器3檢測到檢測斷面有車輛達到且得到測速結果數據，立即將測速數據和違法信息實時發送到多個車道上的視頻傳感器6，視頻傳感器6根據各自配置的車道信息，觸發抓拍屬于自己車道號的目標；

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，根據灰度值、數據庫對比等技術測得車牌號和目標車輛類型，并疊加到抓拍圖像中；

第六步：產生所有車輛的圖片信息；雷達信息和圖片信息進行整合，將所有信息進行目標匹配，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，經過圖像數據處理，把相應的信息如路段，目標車速，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，以供當事人查詢和作為對違法處罰的依據；

第七步：平臺存儲，違法行為取證；視頻傳感器6將生產的文件包通過網絡傳至顯示存儲模塊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。

本發明基于微波的多車道測速和卡口觸發的方法與裝置，是以多車道測速的微波雷達傳感器3作為車輛檢測單元，按車道輸出觸發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，在檢測區域內微波雷達傳感器3檢測到目標車輛對虛擬線圈的觸發完成車輛在圖像中的定位；通過雷達與視頻配合使用，替代復雜的視頻分析檢測，完全解決車輛捕獲并動態跟蹤，視頻僅需在指定區域內進行車牌識別即可。微波雷達傳感器3檢測到任一車道上的車輛行駛至觸發位置時，均可觸發視頻傳感器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，改變了以往一個車道采用一個雷達的弊端，經濟效益比高，適于應用推廣。

最后應說明的是：以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。