一种基于雷达感应的道闸控制方法与流程

1.本发明涉及道闸的控制，具体涉及一种基于雷达感应的道闸控制方法。


背景技术：

2.道闸常被用于道路交通管制口处，作为车辆进出的管控设备使用，当需要对车辆放行时，道闸的闸杆抬起允许车辆通过，待车辆驶离道闸后，闸杆落下对出入口进行关闭拦截。
3.传统道闸闸杆的自动控制方式分为地感线圈检测、超声波检测、红外或激光对管检测等，地感线圈需要埋设在道闸进出口处的路面下，施工麻烦且需要破坏地面，安装及维护都十分不便，地感线圈容易受到气候温度及自然环境的影响，由于需要依靠金属感应来检测车辆是否靠近，对于道闸周围有金属窖井盖、铁轨、电缆管网铺设的情况，很容易受到这些金属设施的干扰，严重影响检测的准确性。并且，对于集装箱式的大型车辆，车架高度距离地面较远，或者是多段拖挂式车辆，地感线圈检测更加不可靠。红外或激光对管检测方式分为反射式和对射式，反射式会随着使用时间增长及环境变化而令反射效率下降，导致检测可靠性严重下降；对射式需要一发射端和一接收端配合，两端安装位置精准度要求较高，并且检测区域为线性范围，在道闸检测中很少单独采用。超声波与雷达波检测场景相似，但超声波是机械波需要通过压电介质的振动发射，并不适用于压力较高或负压的场合，也不适用于环境温度变化较大的场所，适用性受到严重的限制。而雷达波是电磁波，不需要依靠介质来传播，受环境因素影响较小且雷达的精度也较高，采用雷达感应来控制道闸成为一种比较理想的选择方式。
4.雷达感应控制的道闸主要包括射频前端、模数转换单元、信号处理单元、逻辑判断单元以及输出接口等部分，安装于道闸进入口处的雷达主动向来车方向发射电磁波，电磁波经目标反射后被雷达接收，经过对回波信号进行处理并提取特征信息参数，检测目标并估计目标的距离、速度、角度等信息，通过逻辑判断单元来分析判断出目标有无、目标类型，并确定目标所处的位置，最终向闸杆输出抬杆或落杆的控制信号。
5.现有的基于雷达感应控制道闸闸杆抬杆的方法中，主要针对车辆及行人作为检测目标，并且是根据对所获取的检测目标物体尺寸大小进行判断来作为控制道闸闸杆的抬杆触发信号，这种控制方法存在如下不足：单纯依据物体尺寸作为抬杆触发信号容易受周围环境因素影响而造成误抬杆的情况，例如对于在雷达检测范围内有安置大型广告牌等情况，静态下的大尺寸物体容易触发闸杆的抬杆，不利于道闸的控制管理，也极易发生落杆伤人的安全事故；并且，一般的道闸为了通行的安全考虑，闸杆旁侧设有行人通行专用通道，闸杆处仅限于车辆的通行控制，现有道闸的控制将行人及车辆共同作为检测目标显然并不合适，不仅影响通行管理的安全性，对于需要车辆快速通行的主要交通路口的道闸管理更不合适。


技术实现要素：

6.本发明公开一种基于雷达感应的道闸控制方法，适用于车辆快速通行路段道闸口的自动控制，能有效防止非行驶中的车辆造成误触发道闸开启的情况，有助于提升道闸智能管控的安全性。
7.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于雷达感应的道闸控制方法，包括如下内容：获取多普勒雷达的回波信号；对回波信号进行信号放大及模数转换处理；对转换处理后的信息进行特征值提取，提取的特征值包括电压峰值，将电压峰值作为第一判断参数；对转换处理后的信息进行傅里叶频率计算，计算出目标点至道闸闸口的距离及目标点的移动速度，将目标点的移动速度作为第二判断参数；系统设定道闸闸杆的抬杆阈值，抬杆阈值包括电压阈值和速度阈值，若第一判断参数大于或等于电压阈值，且第二判断参数大于或等于速度阈值，则输出抬杆控制信号并控制道闸的闸杆抬起。
8.进一步，生成作为第一判断参数的电压峰值时，先根据背景数据库中的数据去除获取信号中的背景噪音，去除背景噪音后将提取到的电压峰值作为第一判断参数。
9.进一步，背景噪音去除后，根据提取的特征值计算出目标物体的大小，计算出的目标物体大小作为第三判断参数，抬杆阈值还包括车型大小阈值；若同时满足第一判断参数大于或等于电压阈值、第二判断参数大于或等于速度阈值、第三判断参数小于或等于车型大小阈值，则输出抬杆控制信号并控制道闸的闸杆抬起。
10.进一步，对计算出的目标物体大小及最终判断是否为车辆的结果进行保存并更新背景数据库信息。
11.进一步，道闸的闸杆抬起后，若车辆通过道闸并驶离闸口，则系统分别获取到车辆通过道闸的信号以及获取到车辆远离闸口行驶至设定距离处的信号，系统接收到车辆通过道闸的信号和车辆远离闸口行驶至设定距离处的信号后，则输出落杆控制信号并控制道闸的闸杆落下。
12.进一步，车辆通过道闸的信号通过安装于道闸闸口处的红外光光幕传感器获得，车辆远离闸口行驶至设定距离处的信号通过安装于道闸闸口处的地感线圈和/或超声波雷达获得。
13.本发明所公开的基于雷达感应的道闸控制方法，适用于车辆快速通行路段道闸口的自动控制，可实现规定车型的快速放行，对于道闸的开启通过对进入检测范围内的物体大小产生的电压峰值变化以及物体的移动速度来共同控制，可以有效解决检测范围内存在大尺寸静态物体造成误触发道闸开启的问题，也可以规避行人等缓慢移动的非车辆物体造成的不应该放行的情况，有助于提升道闸智能管控的安全性及提高车辆的通行效率。
附图说明
14.图1为本发明实施例中道闸控制方法的原理示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
16.本实施例公开一种基于雷达感应的道闸控制方法，如图1所示，主要包括对道闸闸杆的抬杆控制和落杆控制，其中，本实施例中的道闸闸杆的抬杆控制，主要依靠安装在闸口来车方向的多普勒雷达在检测范围内所获取到的回波信号分析而生成抬杆控制信号。而对本实施例中道闸闸杆的落杆控制，则主要依靠安装于闸口处的红外光光幕传感器、超声波雷达以及地感线圈共同配合生成落杆控制信号。下面将结合附图1对本实施例的抬杆控制和落杆控制具体方法进行介绍。
17.对于道闸抬杆的控制，现有的基于雷达感应控制的道闸，其控制方法上的共同点在于：先由安装在闸口处的多普勒雷达向来车方向的检测区域内发射电磁波，当电磁波遇到目标物体后会被反射回来，反射回来的电磁波被多个接收天线接收形成回波信号，回波信号被送入信号放大及模数转换模块进行信号放大，转换成数字信号输入给信号处理单元进行分析处理，通过对获取信号的特征提取进行计算分析，以便生成抬杆判断参数，将该抬杆判断参数与系统设定阈值进行比较，最终依据比较结果来控制闸杆是否抬起。
18.在上述整个控制过程中，信号处理分析是核心，其中包括对数字信号进行傅里叶计算，计算出目标点至闸口的距离、角度以及目标点移动速度等参数，还会涉及雷达极坐标系与直角坐标系的转换，剔除雷达探测边界范围外的虚假目标点，保留所需目标点信息，对目标点信息数据进行聚类来判断目标点是否为车辆。这些分析计算方法均可以采用现有技术中的方法而实现，如可以参考cn111830508a的发明专利中所公开的内容，本发明的核心改进点不在于此，因此，对此部分可以通过现有技术实现的内容不做过多介绍，以下仅对本发明的技术改进点详加说明。
19.本实施例中对于道闸闸杆的抬杆控制方法，包括如下步骤：步骤1：获取多普勒雷达的回波信号；步骤2：对回波信号进行信号放大及模数转换处理；步骤3：对转换处理后的信息进行特征值提取，提取的特征值包括电压峰值，将电压峰值作为第一判断参数；步骤4：对转换处理后的信息进行傅里叶频率计算，计算出目标点至道闸闸口的距离及目标点的移动速度，将目标点的移动速度作为第二判断参数；步骤5：系统设定道闸闸杆的抬杆阈值，抬杆阈值包括电压阈值和速度阈值，若第一判断参数大于或等于电压阈值，且第二判断参数大于或等于速度阈值，则输出抬杆控制信号并控制道闸的闸杆抬起。
20.上述给出的控制抬杆方法中，将目标物体反射电磁波产生的电压大小来作为第一判断参数，是因为可以通过电压大小来区分目标物体的大小，对于尺寸较大的物体，其回波信号产生的电压峰值也越大，可以通过对现有各种车型以及常见的非车辆物体在相同距离下反射的回波信号电压值进行测试，收集大量测试数据可以确定出合适的电压阈值，只有当第一判断参数大于或等于电压阈值时才有可能触发闸杆抬起，剔除了小尺寸非车辆物体造成误触发闸口开启的可能性。
21.进一步考虑，同时进入到多普勒雷达检测范围内的物体有可能不止一个或一种，
实时获得的回波信号有可能是多个物体反射波的叠加，叠加后的回波产生的电压会增大，有可能出现非车辆物体因回波叠加造成电压峰值满足闸口开启的情况，因此，本实施例中生成作为第一判断参数的电压峰值前，先根据系统中背景数据库里存储的一些能区分噪音的数据，去除所获取信号中的背景噪音，去除背景噪音后再将提取到的电压峰值作为第一判断参数。
22.本发明对于抬杆的控制采用多个判断参数来实现，将所捕获目标点的移动速度作为第二判断参数，是基于雷达检测范围内出现静态大尺寸物体的情况考虑。有些闸口所处环境的路旁会安装大型广告牌，这些广告牌会处于雷达检测范围内，为避免对闸口的开启造成信号干扰，单纯依靠目标物体尺寸判断来区分是否为车辆难度较大，因此，本实施例中增设了对目标物体的移动速度检测，通常情况下，车辆即将进入闸口前处于移动中，只需在系统内设置速度阈值，该速度阈值可以根据不同路段车辆的行使速度要求及实际速度统计计算获得，只有当第一判断参数大于或等于电压阈值，并且同时满足第二判断参数大于或等于速度阈值的情况下，才有可能开启闸口，这样就避免了很多非车辆情况下造成误触发开闸的情况。
23.对于某些道路闸口仅允许小型车辆通行的情况，为了实现对大型车辆的自动拦截，本实施例中对于闸杆抬杆的控制还可以增加第三个判断参数，即：当背景噪音去除后，根据提取的特征值计算出目标物体的大小，将计算出的目标物体大小作为第三判断参数，与此同时系统内设定的抬杆阈值还包括用于区分不同车型的车型大小阈值；若同时满足第一判断参数大于或等于电压阈值、第二判断参数大于或等于速度阈值、第三判断参数小于或等于车型大小阈值，则输出抬杆控制信号并控制道闸的闸杆抬起，由此可以限制不符合要求的大型车辆通过闸口。采用上述给出的抬杆控制方法，对于超高、超宽车辆的限行管控变得简单，无需现有管控方式需要设置限高杆或限宽隔离墩。
24.按照上述方法计算出的目标物体的大小以及最终判断是否为允许车辆通行的结果需要保存在数据库中，每次结果都及时保存并更新背景数据库信息，不断优化背景数据库中的信息，可以提高对目标物体检测识别的准确率。
25.上述主要针对本发明闸杆抬杆控制的说明，对于闸杆抬起后的重新落杆控制，现有大多数道闸是根据时间来控制的，即系统设定抬杆时间阈值，闸杆抬起后达到时间阈值后，自动控制闸杆落下，这种控制方法存在一定的安全隐患，对于车辆临时停在闸杆入口处的情况很容易造成被砸伤的危险事故，另外，靠时间来控制落杆对于道闸的通行效率管控较差，时间阈值设置较长，容易造成多辆车在同一次抬杆后跟车通过，不利于管控，若时间阈值设置较短，对于长度较长的车辆尚未完全通过闸口容易意外落杆被砸伤。
26.考虑到上述现有技术中存在的不足，本实施例中对于道闸落杆的控制方法如下：道闸的闸杆抬起后，若车辆通过道闸并驶离闸口，则系统分别获取到车辆通过道闸的信号以及获取到车辆远离闸口行驶至设定距离处的信号，系统接收到车辆通过道闸的信号和车辆远离闸口行驶至设定距离处的信号后，则输出落杆控制信号并控制道闸的闸杆落下。本实施例中的道闸入口处安装了地感线圈、超声波雷达以及红外光光幕传感器，当闸杆抬起后车辆顺利通过闸口，红外光光幕传感器向系统反馈车辆已通过道闸的信号，车辆继续行使逐渐远离闸口，系统内设定一个安全行使距离，并通过与该安全行使距离监测范围相匹配的地感线圈或者超声波雷达来获取车辆已远离闸口并行使至安全距离的信号，当系统接
收到红外光光幕传感器反馈信号、以及接收到地感线圈和/或超声波雷达反馈的信号后，才输出落杆控制信号并控制道闸的闸杆落下，避免了上述提及的不安全事故。地感线圈和超声波雷达都是用于监测车辆是否驶离闸口至安全距离处，可以选择其一进行安装，但考虑到地感线圈的监测范围小以及精确度低等不足，特别是对于一些特殊车型的车辆采用超声波雷达监测准确率更高，也可以同时安装地感线圈和超声波雷达。
27.综上所述，本发明所公开的道闸控制方法相较于现有控制方法，考虑因素更加全面，选取的控制参数也更加合理，能够有效提高道闸通行的效率和运行安全性。
28.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。