[发明专利]一种基于多目标跟踪雷达实现车辆排队检测方法

权利要求书

1.一种基于多目标跟踪雷达实现车辆排队检测方法，其特征在于，该方法通过在道路侧架设多目标跟踪雷达接收回波信号，对接收到的回波信号进行处理和报文分析，得到车辆存在信息、点迹信息、行驶速度、跟踪信息和角度信息，根据雷达架设环境参数和空间信息转化技术，将信息转换为平面直角坐标系中的信息，实现对需检测路段车辆排队检测及车流量检测，得出各车道车辆排队的车辆信息、排队车辆数和排队长度，从而判断道路中是否存在排队等待，并将获取的车辆排队信息通过网络传递给交通控制调度模块或管理部门；

具体按如下步骤实施：

1)首先对多目标跟踪雷达进行安装和架设；

2)根据多目标跟踪雷达目标角度的测量原理，多目标跟踪雷达的发射天线将以扫频的形式发送24GHZ-24.25GHZ频段的雷达波，若前方有车辆存在，则会反射雷达波，由于两根接收天线的位置不同，会接收到波长相差ΔR，相位相差Δφ的两个不同回波信号；由下列公式(1)和(2)求出Δφ与ΔR：

ΔR＝Δt*λ (1)

其中，Δt为雷达发射和接收信号波的间隔时间，Δφ为相位差，λ表示雷达波的波长；

计算出Δφ后，可根据两接收天线的位置信息以及几何关系计算出车辆与多目标跟踪雷达法线方向的夹角θ：

其中d表示两接收天线间的距离；

根据多目标跟踪雷达与目标相对距离的测量原理，目标与多目标跟踪雷达的相对距离R可表示为：

其中，c为光速，Δt为雷达发射和接收信号波的间隔时间；

根据多目标跟踪雷达目标速度的测量原理，目标车辆当前的行驶速度v可表示为：

其中，f₀为发射天线发射频率；c为光速；α为车辆行驶方向与车辆和雷达间连线构成的夹角，f_d为该车辆的多普勒频移，它由相位比较模块得到；

将得到的车辆行驶速度v、相对距离R和夹角θ与雷达架设环境参数信息相结合，根据几何关系可以求得车辆在检测区域的空间信息数据，在被跟踪车辆的空间信息表达中，不能很直观的对各个车辆的坐标进行表示，故需要将被跟踪车辆的空间信息转换成在平面直角坐标系中的信息；

在基于平面直角坐标系的车辆信息显示图中，每个被跟踪车辆都被抽象成一个坐标点，通过对坐标点信息的读取可以直观的获取被跟踪车辆的坐标和速度信息，与车辆排队长度检测系统所需要的信息完全吻合；

由几何关系可得，车辆的空间信息到平面直角坐标系信息转换公式如下：

V_X＝v*sin(α-θ) (8)

V_Y＝v*cos(α-θ) (9)

其中，H表示雷达距离地面的垂直高度，X表示车辆在平面直角坐标系中x方向位置，Y表示车辆在平面直角坐标系中y方向位置，V_X表示车辆在平面直角坐标系中x方向速度，V_Y表示车辆在平面直角坐标系中y方向速度；

由公式(6)-(9)即可将车辆的空间信息转换为车辆在平面直角坐标系中的坐标信息，在实际应用中，在MCU中写入相应的公式计算程序直接按照转换公式将回波信号进行转换，并以报文的形式传输，计算后得到车辆的坐标和行驶速度信息存在于车辆跟踪信息报文中；

根据被跟踪车辆的坐标X、Y、V_X和V_Y及车道信息N判断该车辆在哪一条车道上行驶，一旦发生车辆停止行驶即可开始进行车辆排队长度计数，完整的排队检测算法如下：

(1)在进行排队检测时，首先要对车道进行划分，在平面直角坐标系中，可对车道进行划分，按照多目标跟踪雷达的实际架设情况确定出车道边缘的x轴坐标即可，平面直角坐标系中的车道划分流程图包括确定车道边缘位置X，记录各边缘的x轴坐标，每两个x轴坐标中间视为一条车道N；根据被检测区域的实际情况架设多目标跟踪雷达，获取该多目标跟踪雷达空间位置信息X_r和Y_r，被检测道路车道划分i＝1,2,3,…N，其中i表示车道数；

(2)多目标跟踪雷达正常对道路通行情况进行检测，经过一系列复杂转换后将雷达接收天线接收到的回波信息转换到平面直角坐标系中，即V_X＝v*sin(α-θ)、V_Y＝v*cos(α-θ)，在平面直角坐标系中，坐标原点为多目标跟踪雷达在地面的投影位置，坐标系中的每个坐标点都包含着相应被跟踪车辆的位置X和Y、行驶速度V_X和V_Y、车辆编号k信息；

(3)当检测到某个坐标点的速度低于阈值1km/h时，认为该坐标点对应的车辆已经停止行驶，此时认为该车辆的停车行为可能会引起车辆的排队；判断该车辆所在的车道编号i，i＝1,2,3,…N，记录该坐标点包含的车辆信息X_j、Y_j、V_Xj和V_Yj，j表示所在车道上的第j个排队车辆，并将该车道的停车数n_i加1，n_i表示第i车道的停车数，即n_i(t+T)＝n_i(t)+1，i＝1,2,3,…N，T表示雷达的扫描周期；

(4)判断步骤(3)中车辆的停车行为是否会引起车辆排队，即：

若无其他车辆停止行驶，且停止行驶的车辆恢复行驶，则表示该车辆的停车行为没有引起车辆排队，删除对该车辆的坐标信息X_j、Y_j、V_Xj和V_Yj的记录，j表示所在车道上的第j个排队车辆；相应车道i的停车数n_i减1，即n_i(t+T)＝n_i(t)-1，i＝1,2,3,…N，T表示雷达的扫描周期；

若有其他车辆停止行驶，则表示该车辆的停车行为可能引起车辆排队，记录所有新停车辆的坐标位置信息X_j、Y_j、V_Xj和V_Yj，j＝1,2,3,…N，每新有一辆车停止行驶便将其相应车道i的停车数加1，即变为n_i(t+T)＝n_i(t)+1，i＝1,2,3,…N；

(5)对被检测区域内的车辆进行实时检测：

若有停止行驶的车辆恢复行驶，则删除对该车辆的相应坐标信息记录X_j、Y_j、V_Xj和V_Yj，j＝1,2,3,…N，并将相应车道i的停车数n_i减1，即变为n_i(t+T)＝n_i(t)-1，i＝1,2,3,…N；

若检测到新的停车信息，则记录该车辆相应信息X_j、Y_j、V_Xj和V_Yj，j＝1,2,3,…N，并将相应车道i的停车数n_i加1，即变为n_i(t+T)＝n_i(t)+1，i＝1,2,3,…N；

(6)统计并更新检测路段的排队车辆数n_i，i＝1,2,3,…N，判断排队车辆总数n_i，i＝1,2,3,…N是否大于规定阈值，若大于规定阈值，则向道路管理模块发送各车道排队车辆数n_i排队信息，i＝1,2,3,…N，将首尾车辆的y轴坐标相减，还可得到车辆排队长度L的信息；

(7)当排队达到一定规模时，道路管理模块开始行动，对道路进行管理和交通疏导；通过多目标跟踪雷达的实时检测和对排队车辆信息的统计和更新，实时掌握该检测路段的车辆排队情况；判断信息记录中是否还有停车信息记录，若已没有对停车信息的记录则表示该检测路段已经没有停止行驶的车辆，道路恢复畅通；向道路管理模块发送反馈信息，表示管理与疏导成功，该检测路段已恢复正常通行；

(8)多目标跟踪雷达回到正常检测道路通行情况的状态，继续对车道占有率、车辆行驶速度v交通信息进行检测。