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CN112859062B - 一种基于雷达的车辆排队长度检测方法及系统 - Google Patents

一种基于雷达的车辆排队长度检测方法及系统 Download PDF

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CN112859062B
CN112859062B CN202110071193.XA CN202110071193A CN112859062B CN 112859062 B CN112859062 B CN 112859062B CN 202110071193 A CN202110071193 A CN 202110071193A CN 112859062 B CN112859062 B CN 112859062B
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radar
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Weitai Technology Wuhan Co ltd
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Abstract

本发明提供一种基于雷达的车辆排队长度检测方法及系统，方法包括：在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；根据目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；若车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度。本发明利用加速度来判断交叉路口此时的状态，同时利用雷达对于静止以及低速目标难识别的缺点，将车辆的跟踪丢失作为一个关键信息来实现对车辆排队长度的计算，使数据结果更加真实准确。

Description

一种基于雷达的车辆排队长度检测方法及系统
技术领域
本发明涉及智能交通管理技术领域，更具体地，涉及一种基于雷达的车辆排队长度检测方法及系统。
背景技术
随着国民经济的高速发展和城市化进程的加快，我国机动车的拥有量及道路交通量急剧增加。如何有效管控这些车辆成为人民群众最关心、最直接的问题之一。道路交通信号灯在城市交通网络系统中发挥了重大作用，而伴随道路交通信号灯出现的问题就是车辆排队现象。准确获取车辆的排队长度，是智能交通系统进行道路交通信号灯控制配时的重要前提，同时也可以进一步提高交通的管理效率和道路系统的承受能力。
现有技术中，雷达在识别目标时，会过滤掉速度过低的目标，否则会将场景中大量的静止背景识别为目标，因此雷达对于静止车辆的识别会比较差，导致使用雷达进行车辆排队长度检测时也会遇到很大的困难。因此在使用雷达进行车辆排队长度检测时，大都采用基于排队论的方法进行测量，来得到一个大致的车辆排队长度。排队论的方法将交叉路口看作一个服务系统，并认为车辆到达规律服从一定分布，当车辆到达率超过服务能力时，排队开始形成，车辆到达累计数与离去累计数之差为排队车辆数，进而得到车辆的排队长度。然而在这种方法中，不能得到一个准确的排队长度，无法为智能交通系统提供一个准确的信息。
因此，现在亟需一种新的车辆排队长度检测方法来解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于雷达的车辆排队长度检测方法及系统，根据本发明提供的第一方面，本发明提供一种基于雷达的车辆排队长度检测方法，包括：
在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；
基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；
根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；
若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度。
其中，所述基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度，包括：
所述车道计算方式为：
其中，ceil(·)为向上取整函数，x为目标车辆的横坐标，△x为距离右侧最近车道线的水平距离，w是车道线的宽度；
所述当前加速度计算方式为：
其中，车辆Cm在第t帧时的速度为vm_t，在第t+1帧时的速度为vm_t+1，ΔT为雷达工作状态下相邻两帧的时间间隔。
其中，所述根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态，包括：
根据取所述车道内加速度和车道内车辆数，计算车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例；
根据所述车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例与预设阈值之间的大小关系，判断所述车道所处的状态。
其中，所述根据所述车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例与预设阈值之间的大小关系，判断所述车道所处的状态，包括：
若所述车道内车辆减速的比例大于第一预设阈值，则判定所述车道处于停止状态，并记录处于停止状态下车辆停止信息以建立车道的排队区；
若所述车道内车辆加速的比例大于第二预设阈值，则判定所述车道处于通行状态，并清空所述车道的排队区。
其中，所述获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，包括：
使用调频连续波雷达获取车辆的位置和速度信息；
将所述车辆的位置转换为车辆的坐标形式表示。
其中，所述若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度，包括：
遍历车道排队区中所有车辆，将其中每一辆车与所述目标车辆进行比较；
若所述目标车辆的纵坐标大于每一辆车，则将所述目标车辆加入所述车道的排队区，若所述目标车辆的纵坐标小于其中的某些车辆，则确定这些车辆为误添加车辆，删除所述误添加的车辆，并将所述目标车辆加入所述车道的排队区；
计算所述车道的排队区的最近位置与最远位置，并根据所述最近位置与最远位置之间的距离差计算得到排队长度。
根据本发明提供的第二方面，本发明提供一种基于雷达的车辆排队长度检测系统，包括：
信息获取模块，用于在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；
车道确定模块，用于基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；
车道状态判断模块，用于根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；
排队信息计算模块，用于若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度。
根据本发明提供的第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一方面所提供的基于雷达的车辆排队长度检测方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所提供的基于雷达的车辆排队长度检测方法的步骤。
本发明实施例提供的一种基于雷达的车辆排队长度检测方法及系统，利用加速度来判断交叉路口此时的状态，同时利用雷达对于静止以及低速目标难识别的缺点，将车辆的跟踪丢失作为一个关键信息来实现对车辆排队长度的计算，使数据结果更加真实准确。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于雷达的车辆排队长度检测方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的雷达安装后的坐标系示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于雷达的车辆排队长度检测系统结构示意图；
图4示例了一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明实施例提供的一种基于雷达的车辆排队长度检测方法流程示意图，如图1所示，包括：
101、在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；
102、基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；
103、根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；
104、若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度。
具体的，在步骤101中，本发明实施例预先以雷达的安装位置为坐标原点建立平面直角坐标系进行分析，图2是本发明实施例提供的雷达安装后的坐标系示意图，如图2所示，具体的安装方式为在交叉路口安装好调频连续波雷达，雷达正对要检测的道路，调整雷达的俯仰角、偏转角，知道雷达的波束能够完全覆盖要检测的道路，雷达覆盖区域的有效径向长度为0～180米，基本可以覆盖车道上排队的车辆。记录雷达的安装高度，雷达的俯仰角，以及安装位置，距离右侧最近车道线的水平距离ΔT，雷达距离车道停止线的距离y0，车道线的宽度w等信息。
进一步的，在步骤102中，利用车辆的位置(x,y)以及雷达的安装位置，可以得出车辆所在的车道lane。
在步骤103中，统计每个车道内加速度小于等于0的车辆数以及每个车道内求加速度大于0车辆数，从而得到该车道内车辆减速的比例以及车道内车辆加速的比例。
最后，在步骤104中，记录车辆停止信息和计算车辆排队长度，其中主要思路是将车辆的跟踪丢失作为一个关键信息来实现对车辆排队长度的计算，使数据结果更加真实准确。
本发明实施例提供的一种基于雷达的车辆排队长度检测方法，利用加速度来判断交叉路口此时的状态，同时利用雷达对于静止以及低速目标难识别的缺点，将车辆的跟踪丢失作为一个关键信息来实现对车辆排队长度的计算，使数据结果更加真实准确。
在上述实施例的基础上，所述基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度，包括：
所述车道计算方式为：
其中，cetl(·)为向上取整函数，x为目标车辆的横坐标，△x为距离右侧最近车道线的水平距离，w是车道线的宽度；
所述当前加速度计算方式为：
其中，车辆Cm在第t帧时的速度为vm_t，在第t+1帧时的速度为vm_t+1，ΔT为雷达工作状态下相邻两帧的时间间隔。
由上述实施例的内容可知，本发明实施例可以利用车辆的位置坐标(x,y)以及雷达的安装位置，可以得出车辆所在的车道lane为，
其中ceil(·)为向上取整函数。
假设雷达跟踪的车辆Cm在第t帧时的速度为vm_t，在第t+1帧时的速度为vm_t+1，并且雷达工作状态下相邻两帧的时间间隔为ΔT，则可计算得到Cm在第t+1帧时的加速度am_t+1。
具体的公式如下：
在上述实施例的基础上，所述根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态，包括：
根据取所述车道内加速度和车道内车辆数，计算车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例；
根据所述车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例与预设阈值之间的大小关系，判断所述车道所处的状态。
具体的，首先，本发明实施例会统计每个车道内加速度小于等于0的车辆数nd，该车道所有车辆数N，计算可得该车道内车辆减速的比例Rd为：
将Rd与设定的阈值进行比较，若超过此阈值，则认为该车道进入红灯时间，开始记录该车道的车辆停止信息，并给出车道排队信息。
对于车道内求加速度大于0车辆数na，该车道所有车辆数N，计算该车道内车辆加速的比例Ra，这是为了保证输出车道排队长度的稳定性，Ra为：
将Ra与设定的阈值进行比较，若超过该阈值，则认为该车道进入绿灯时间，清空该车道的停止区，重置车道排队长度。
在上述实施例的基础上，所述根据所述车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例与预设阈值之间的大小关系，判断所述车道所处的状态，包括：
若所述车道内车辆减速的比例大于第一预设阈值，则判定所述车道处于停止状态，并记录处于停止状态下车辆停止信息以建立车道的排队区；
若所述车道内车辆加速的比例大于第二预设阈值，则判定所述车道处于通行状态，并清空所述车道的排队区。
假定两阈值th1和th2分别为0.7和0.8，则Rd与设定的阈值0.7进行比较，若超过此阈值，则认为该车道进入红灯时间，开始记录该车道的车辆停止信息，并给出车道排队信息。Ra与设定的阈值0.8进行比较，若超过该阈值，则认为该车道进入绿灯时间，清空该车道的停止区，重置车道排队长度。
在上述实施例的基础上，所述获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，包括：
使用调频连续波雷达获取车辆的位置和速度信息；
将所述车辆的位置转换为车辆的坐标形式表示。
可以理解的是，本发明实施例预先在交叉路口安装好调频连续波雷达，雷达正对要检测的道路，调整雷达的俯仰角、偏转角，直到雷达的波束能够完全覆盖要检测的道路。
具体的，本发明实施例利用卡尔曼滤波算法和匈牙利算法对路口车辆进行多目标跟踪，获取其位置(x,y)和速度v。
在上述实施例的基础上，所述若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度，包括：
遍历车道排队区中所有车辆，将其中每一辆车与所述目标车辆进行比较；
若所述目标车辆的纵坐标大于每一辆车，则将所述目标车辆加入所述车道的排队区，若所述目标车辆的纵坐标小于其中的某些车辆，则确定这些车辆为误添加车辆，删除所述误添加的车辆，并将所述目标车辆加入所述车道的排队区；
计算所述车道的排队区的最近位置与最远位置，并根据所述最近位置与最远位置之间的距离差计算得到排队长度。
具体的，在车道进入红灯时间后，即本发明实施例所述的停止状态时，若该车道内的车辆被跟踪丢失，则认为丢失车辆是停止导致的雷达跟踪丢失，将丢失的车辆目标C放入排队区Car_stop{C1，C2，…，Cm}；
在将丢失的车辆放入排队区Car_stop时，对该车道的排队区的车辆进行动态更新，更新过程如下：
遍历该车道排队区Car_stop中的目标，将其中的每个目标Ci(i＝1，2，…，m)与新加入的目标C进行比较，设目标Ci的位置坐标为(xi，yi)，C的位置坐标为(x，y)，若yi＞y，则说明之前添加的车辆Ci属于误添加车辆，则删除车辆Ci，否则保留已有车辆Ci。
最后，则可以求该车道排队区的内最近位置ymin与最远位置ymax
ymin＝max(min(y1，y2，…，ym)，y0)
ymax＝max(y1，y2，…，ym，y0)
进而可以求得该车道车辆的排队长度
len＝ymax-ymin。
图3是本发明实施例提供的一种基于雷达的车辆排队长度检测系统结构示意图，如图3所示，包括：信息获取模块301、车道确定模块302、车道状态判断模块303以及排队信息计算模块304，其中：
信息获取模块301用于在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；
车道确定模块302用于基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；
车道状态判断模块303用于根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；
排队信息计算模块304用于若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度。
具体的如何利用信息获取模块301、车道确定模块302、车道状态判断模块303以及排队信息计算模块304进行车辆排队长度检测可参见如图1所示的实施例，本发明实施例在此不再赘述。
图4示例了一种电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如下方法：在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度。
本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于雷达的车辆排队长度检测方法，其特征在于，包括：
在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；
基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；
根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；
若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度；所述根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态，包括：
根据取所述车道内加速度和车道内车辆数，计算车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例；
根据所述车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例与预设阈值之间的大小关系，判断所述车道所处的状态；
所述根据所述车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例与预设阈值之间的大小关系，判断所述车道所处的状态，包括：
若所述车道内车辆减速的比例大于第一预设阈值，则判定所述车道处于停止状态，并记录处于停止状态下车辆停止信息以建立车道的排队区；
若所述车道内车辆加速的比例大于第二预设阈值，则判定所述车道处于通行状态，并清空所述车道的排队区；所述若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度，包括：
遍历车道排队区中所有车辆，将其中每一辆车与所述目标车辆进行比较；
若所述目标车辆的纵坐标大于每一辆车，则将所述目标车辆加入所述车道的排队区，若所述目标车辆的纵坐标小于其中的某些车辆，则确定这些车辆为误添加车辆，删除所述误添加的车辆，并将所述目标车辆加入所述车道的排队区；
计算所述车道的排队区的最近位置与最远位置，并根据所述最近位置与最远位置之间的距离差计算得到排队长度。
2.根据权利要求1所述的基于雷达的车辆排队长度检测方法，其特征在于，所述基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度，包括：
所述车道计算方式为：
其中，ceil(·)为向上取整函数，x为目标车辆的横坐标，△x为距离右侧最近车道线的水平距离，w是车道线的宽度；
所述当前加速度计算方式为：
其中，车辆Cm在第t帧时的速度为vm_t，在第t+1帧时的速度为vm_t+1，ΔT为雷达工作状态下相邻两帧的时间间隔。
3.根据权利要求1所述的基于雷达的车辆排队长度检测方法，其特征在于，所述获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，包括：
使用调频连续波雷达获取车辆的位置和速度信息；
将所述车辆的位置转换为车辆的坐标形式表示。
4.一种基于雷达的车辆排队长度检测系统，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于在预设坐标系内，获取交叉路口处目标车辆的坐标和瞬时速度，所述预设坐标系以交叉路口处安装的雷达为原点建立；
车道确定模块，用于基于所述目标车辆的坐标和瞬时速度，确定所述目标车辆所处的车道以及当前加速度；
车道状态判断模块，用于根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态；
排队信息计算模块，用于若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度；所述根据所述目标车辆所处的车道以及当前加速度判断所述车道所处的状态，包括：
根据取所述车道内加速度和车道内车辆数，计算车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例；
根据所述车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例与预设阈值之间的大小关系，判断所述车道所处的状态；
所述根据所述车道内车辆减速的比例和车道内车辆加速的比例与预设阈值之间的大小关系，判断所述车道所处的状态，包括：
若所述车道内车辆减速的比例大于第一预设阈值，则判定所述车道处于停止状态，并记录处于停止状态下车辆停止信息以建立车道的排队区；
若所述车道内车辆加速的比例大于第二预设阈值，则判定所述车道处于通行状态，并清空所述车道的排队区；所述若所述车道处于停止状态，则记录所述车道内跟踪丢失的目标，并将所述丢失的目标加入所述车道的排队区，以计算得出所述车道的排队长度，包括：
遍历车道排队区中所有车辆，将其中每一辆车与所述目标车辆进行比较；
若所述目标车辆的纵坐标大于每一辆车，则将所述目标车辆加入所述车道的排队区，若所述目标车辆的纵坐标小于其中的某些车辆，则确定这些车辆为误添加车辆，删除所述误添加的车辆，并将所述目标车辆加入所述车道的排队区；
计算所述车道的排队区的最近位置与最远位置，并根据所述最近位置与最远位置之间的距离差计算得到排队长度。
5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述基于雷达的车辆排队长度检测方法的步骤。
6.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述基于雷达的车辆排队长度检测方法的步骤。
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