一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置及方法

一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能交通领域，尤其涉及一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，城市人口的迅猛增多，城市车辆也随之迅猛增长，智能交通系统担负着缓解日益严重交通问题的重任。车流量信息是智能交通系统非常重要的信息源，车流量的获取方式有地面感应线圈、视频检测、微波雷达检测等多种检测方式。地感线圈检测由于安装时需破坏路面，维修过程中又需要阻断交通，目前很少采用。视频检测由于路面反光、积水、阴影反射、昼夜转换以及恶劣天气等因素，难以进行全天候实时交通状态信息获取，对天气的适应性不尽如人意。
[0003]微波雷达检测具有波长短、频带宽、方向性好和穿透能力强等优点，克服了地面感应线圈和视频检测方式中适应性差的缺点。目前微波雷达交通流量探测装置有正向安装方式和侧向安装方式:正向安装方式能准确测出每车道的流量和单车速度，但每个车道都需要安装一个雷达，车道数越多，成本越高。侧向安装方式仅需一个雷达可以监控多达10个车道的交通信息，因此侧向安装更受人们青睐。然而侧向安装雷达如果采用单波束微波发射，不能准确测量单车速度，仅能得到一段时间内的平均车速。有些单位采用双波束发射，但由于其检测方法的局限性，测速精度仍不尽如人意，而且对多个车道同时通过的车辆只能得到一辆车的速度。

【发明内容】

[0004]为了解决现有侧向安装微波雷达测速不准确的问题，本发明提供一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置及方法，能够在准确测量车流量、占有率的同时，准确测量每辆车的速度。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置，第一天线和第二天线横向相距固定距离放置于路侧，垂直于车道方向发射微波与接收微波；所述第一天线连接第一微波收发组件，所述第二天线连接第二微波收发组件，第一微波收发组件和第二微波收发组件均连接波形产生模块和中频滤波模块；所述波形产生模块产生第一天线和第二天线所需要的调制波电压，并通过第一微波收发组件经第一天线垂直于车道方向发射微波，通过第二微波收发组件经第二天线垂直于车道方向发射微波；所述中频滤波模块通过第一微波收发组件接收第一天线的回波，通过第二微波收发组件接收第二天线的回波，并对回波进行滤波处理；所述中频滤波模块连接AD采集模块，所述AD采集模块用于对滤波处理后的信号进行AD采集；所述AD采集模块连接DSP主处理器，所述DSP主处理器获取AD采集的数据；所述DSP主处理器连接DSP协处理器，并提供通讯接口，所述DSP主处理器和DSP协处理器用于实时计算车流量、占有率用于和车辆的速度。
[0006]所述DSP主处理器用于获取AD采集的数据，实时计算车流量、占有率并通过通信接口与外部通信。
[0007]所述DSP协处理器用于协助DSP主处理器计算车辆的速度。
[0008]所述通讯接口包括USB、RS232、RS485、TCP/UDP、GPRS中的若干种。
[0009]一种路侧双波束微波雷达交通流量检测方法，包括以下步骤:
[0010]对检测装置中的各个模块进行初始化；
[0011]对DSP主处理器中存储的车流量、占有率、平均速度清零；
[0012]波形产生模块产生第一天线和第二天线所需要的调制波电压，并通过第一微波收发组件经第一天线垂直于车道方向发射微波，通过第二微波收发组件经第二天线垂直于车道方向发射微波；
[0013]第一天线和第二天线接收回波信号，并通过第一微波收发组件和第二微波收发组件发送给中频滤波模块进行滤波处理；
[0014]AD采集模块对滤波处理后的两路信号进行AD采集；
[0015]DSP主处理器和DSP协处理器统计计算车流量、占有率、平均车速。
[0016]所述DSP主处理器和DSP协处理器统计计算车流量、占有率、平均车速，具体为:DSP主处理器实时计算车流量、占有率，DSP协处理器协助DSP主处理器计算车辆的速度。
[0017]所述DSP主处理器实时计算车流量、占有率，具体为:DSP主处理器通过对AD采集到的数据进行FFT处理，由于FFT处理结果的频谱与垂直于雷达天线的车辆的距离成正比，当车辆通过雷达天线时，特定频率的峰值变大，当峰值超过某个阈值，则判断车辆存在；在统计周期内，通过判断峰值存在的个数和峰值存在的位置确定每个车道的车流量，通过每个车道车辆峰值存在的时间确定每个车道的占有率。
[0018]所述DSP协处理器协助DSP主处理器计算车辆的速度，具体为:当DSP主处理器判断车辆存在时，将AD采集的数据送给DSP协处理器，DSP协处理器通过细化的FFT算法分别得到车辆通过雷达第一天线和第二天线的开始时间，由此得到车辆通过雷达第一天线和第二天线的时间差，由于两个雷达天线的距离固定，由此计算车辆的速度。
[0019]本发明具有以下优点及有益效果:
[0020]1.本发明采用能够发射两个独立波束的微带天线，最多可以探测双向十个车道的信息，系统能够适应各种地物杂波、恶劣的气象条件以及工业现场大量的粉尘干扰。
[0021]2.本发明通信兼容^8、1^232、1?485、11^/皿？、6?1?等多种接口。
[0022]3.本发明的数字信号处理模块，采用两个DSP处理器，使复杂信号处理算法在20ms以内完成，保证数据的时效性。
[0023]4.本发明在准确测量车流量、占有率的同时，可以准确测量每辆车的速度。
【附图说明】
[0024]图1为本发明装置整体结构示意图；
[0025]图2为本发明方法中计算车辆速度流程图；
[0026]图3为本发明方法的整体程序流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0028]在图1中，第一微波收发组件和第一天线、波形产生模块、中频滤波模块相连，第二微波收发组件和第二天线、波形产生模块、中频滤波模块相连，中频滤波模块和AD采集模块相连，DSP主处理器和AD采集模块、DSP协处理器、通讯接口相连。第一天线和第二天线横向相距固定距离放置于路侧，波形产生模块产生第一天线所需要的调制波电压通过第一微波发射组件经第一天线垂直于车道方向发射微波，波形产生模块产生第二天线所需要的调制波电压通过第二微波发射组件经第二天线垂直于车道方向发射微波，第一微波收发组件接收第一天线的回波经中频滤波模块的滤波处理后进行AD采集，第二微波收发组件接收第二天线的回波经中频滤波模块的滤波处理后进行AD采集，DSP主处理器对AD采集模块采集的 数据进行FFT分析，通过FFT分析可以判断车道是否存在车辆和确定车辆所在车道，当DSP主处理器判断车辆开始触发时，DSP主处理器将部分AD采集数据传送给DSP协处理器，DSP协处理器精确计算车辆的速度，将计算的速度值传回DSP主处理器。当DSP数据统计周期到，DSP主处理器对车流量、占有率、平均车速进行统计计算传递给通讯接口，通讯接口支持 USB、RS232、RS485、TCP/UDP、GPRS 等。
[0029]在图2中，速度的计算首先对速度V进行清零，然后对第一天线和第二天线并行采集数据，第一天线采集数据经DSP主处理器FFT处理后，进行背景建立，如果背景建立没有完成，继续建立背景，如果背景建立完成，DSP主处理器等待车辆触发，如果有车辆触发，DSP主处理器将AD采集的数据送给DSP协处理器，DSP协处理器通过细化的FFT处理算法计算车辆触发时间Tl，此时间精确到10-5s量级。同样，第二天线采集数据经FFT处理后，进行背景建立，如果背景建立没有完成，继续建立背景，如果背景建立完成，DSP主处理器等待车辆触发，如果有车辆触发，DSP主处理器将AD采集的数据送给DSP协处理器，DSP协处理器通过细化的FFT处理算法计算车辆触发时间T2，此时间精确到10-5s量级。根据Tl和T2可以计算车辆触发两个雷达天线的时间延迟Delay = T2-T1,由于两个雷达天线的距离固定为D，可以计算速度V =距离D/时间延迟Delay，由于车辆触发时间可以精确到10_5s量级，所以可以得到高精度的速度。
[0030]在图3中，首先进行DSP初始化，初始化DSP的时钟、外设、系统运行的各种参数等，程序进入正常工作模式，开始进行车流量、占有率、平均速度清零，之后第一天线采样数据，FFT处理，判断背景建立是否完成，如果没有完成，继续建立背景，如果背景建立完成，判断统计周期是否到，如果统计周期没到，判断是否有车辆驶离，如果有车辆驶离，车流量累力口、车辆通过时间累加、车速记录。如果统计周期到，计算车流量、占有率、平均速度。
【主权项】
1.一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置，其特征在于，第一天线和第二天线横向相距固定距离放置于路侧，垂直于车道方向发射微波与接收微波；所述第一天线连接第一微波收发组件，所述第二天线连接第二微波收发组件，第一微波收发组件和第二微波收发组件均连接波形产生模块和中频滤波模块；所述波形产生模块产生第一天线和第二天线所需要的调制波电压，并通过第一微波收发组件经第一天线垂直于车道方向发射微波，通过第二微波收发组件经第二天线垂直于车道方向发射微波；所述中频滤波模块通过第一微波收发组件接收第一天线的回波，通过第二微波收发组件接收第二天线的回波，并对回波进行滤波处理；所述中频滤波模块连接AD采集模块，所述AD采集模块用于对滤波处理后的信号进行AD采集；所述AD采集模块连接DSP主处理器，所述DSP主处理器获取AD采集的数据；所述DSP主处理器连接DSP协处理器，并提供通讯接口，所述DSP主处理器和DSP协处理器用于实时计算车流量、占有率用于和车辆的速度。2.根据权利要求1所述的一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置，其特征在于，所述DSP主处理器用于获取AD采集的数据，实时计算车流量、占有率并通过通信接口与外部通信。3.根据权利要求1所述的一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置，其特征在于，所述DSP协处理器用于协助DSP主处理器计算车辆的速度。4.根据权利要求1所述的一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置，其特征在于，所述通讯接口包括USB、RS232、RS485、TCP/UDP、GPRS中的若干种。5.一种路侧双波束微波雷达交通流量检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 对检测装置中的各个模块进行初始化； 对DSP主处理器中存储的车流量、占有率、平均速度清零； 波形产生模块产生第一天线和第二天线所需要的调制波电压，并通过第一微波收发组件经第一天线垂直于车道方向发射微波，通过第二微波收发组件经第二天线垂直于车道方向发射微波； 第一天线和第二天线接收回波信号，并通过第一微波收发组件和第二微波收发组件发送给中频滤波模块进行滤波处理； AD采集模块对滤波处理后的两路信号进行AD采集； DSP主处理器和DSP协处理器统计计算车流量、占有率、平均车速。6.根据权利要求5所述的一种路侧双波束微波雷达交通流量检测方法，其特征在于，所述DSP主处理器和DSP协处理器统计计算车流量、占有率、平均车速，具体为:DSP主处理器实时计算车流量、占有率，DSP协处理器协助DSP主处理器计算车辆的速度。7.根据权利要求6所述的一种路侧双波束微波雷达交通流量检测方法，其特征在于，所述DSP主处理器实时计算车流量、占有率，具体为:DSP主处理器通过对AD采集到的数据进行FFT处理，由于FFT处理结果的频谱与垂直于雷达天线的车辆的距离成正比，当车辆通过雷达天线时，特定频率的峰值变大，当峰值超过某个阈值，则判断车辆存在；在统计周期内，通过判断峰值存在的个数和峰值存在的位置确定每个车道的车流量，通过每个车道车辆峰值存在的时间确定每个车道的占有率。8.根据权利要求6所述的一种路侧双波束微波雷达交通流量检测方法，其特征在于，所述DSP协处理器协助DSP主处理器计算车辆的速度，具体为:当DSP主处理器判断车辆存在时，将AD采集的数据送给DSP协处理器，DSP协处理器通过细化的FFT算法分别得到车辆通过雷达第一天线和第二天线的开始时间，由此得到车辆通过雷达第一天线和第二天线的时间差，由于两个雷达天线的距离固定，由此计算车辆的速度。
【专利摘要】本发明涉及一种路侧双波束微波雷达交通流量检测装置及方法。所述检测装置包括第一天线，第二天线，第一微波收发组件，第二微波收发组件，波形产生模块，中频滤波模块，AD采集模块，DSP协处理器，DSP主处理器，通讯接口。第一天线和第二天线放置于路侧，垂直于车道方向发射微波与接收微波，数字信号处理器DSP通过对回波的采集，DSP主处理器和DSP协处理器统计计算车流量、占有率、平均车速。本发明采用能够发射两个独立波束的微带天线，最多可以探测双向十个车道的信息，系统能够适应各种地物杂波、恶劣的气象条件以及工业现场大量的粉尘干扰。
【IPC分类】G08G1/052, G01S13/92, G08G1/01, G01S13/91
【公开号】CN104881995
【申请号】CN201410419818
【发明人】毕欣, 杜劲松, 徐洪庆, 高洁, 赵越南, 田星, 张清石, 仝盼盼, 赵乾, 李想, 丛日刚, 高扬, 王伟, 苏锐, 陈晶
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年8月22日