一种有轨电车雷达视频复合预警防撞系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有轨电车运行安全保障技术，具体涉及一种有轨电车雷达视频复合预 警防撞系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 目前，有轨电车交通运行安全保障主要依靠电车信号系统指令和驾驶司机的安全 意识，通过SIL4级的轨旁联锁和SIL2级的车载设备共同完成。然而由于有轨电车运行线 路环境复杂，线路中会出现与社会车辆路段交叉甚至人行道交叉的情况，依靠司机判断采 取磁轨制动并不能有效避免有轨电车交通事故发生。为此，出现了一些专门用于有轨电车 运行安全的保障方法，如：无线道岔控制（公布号CN103991465A的发明专利），该发明通过 无线道岔控制系统设置了有效的安全间隔，避免了后车误抢前车控制指令，确保导向安全， 但无法保证有轨电车正常运营过程中的防撞预警。单目视觉（公布号CN103010261A的发 明专利），该发明将摄像装置安装于车辆前端，摄像装置的信号输出端与控制器的信号输入 端电连接，控制器的信号输出端与报警装置的信号输入端连接，通过机器视觉分析预警轨 道交通。但该发明对于夜间光线不足的情况，则无法有效对车辆与行人进行判断。轨道电 连接预警（公布号CN103010264A的发明专利），该发明的信号收发装置置于列车上，并与轨 道电连接，每辆列车在铁轨上发送电信号，其他列车接收该电信号并计算距离，以此作出预 警，当发生危险时可自动进行紧急制动。但该发明必须为每辆车都安装信号收发装置，对于 社会车辆和行人则无法进行预警。
[0003]另外，德国、日本及印度等国家，针对轨道交通安全方面都有深入的研究，特别是 地铁交通方式取得了多个研究成果。德国和日本采用毫米波雷达就列车前方险情向列车司 机发生警报；印度采用GPS卫生系统获取信号用于位置定位，判断列车距离以防止危险的 "碰撞"，从而形成安全屏障。从国内外车辆防撞系统的研究情况来看，目前有轨电车在道岔 区域行车安全，可以由已有成熟的信号系统完成。但是针对城市开放环境，目前并没有适用 于有轨电车交通的防撞系统。对于行驶于城市环境中的有轨电车，有轨电车以目视行车原 则的防撞靠司机保障。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种有轨电车雷达视频复合预警防撞系统及其方法，针对 同轨电车、社会车辆、行人及其他障碍物，提供一种能够提高有轨电车运行安全性的辅助司 机驾驶的预警防撞系统及预警防撞方法。该预警防撞系统通过设置雷达目标检测部件、雷 达视频数据融合卡尔曼跟踪器、视频图像检测部件及危险级别判别器，使得该预警防撞系 统具有测量障碍物距离、速度，并能识别方位、进行危险判断、行人危险告警及其他障碍物 危险判断等功能，为有轨电车的运行提供辅助安全保障。
[0005]为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0006]-种有轨电车雷达视频复合预警防撞系统，其特点是，该系统包含：
[0007] 雷达目标检测部件，获取并分析有轨电车的目标雷达信息；
[0008] 雷达视频数据融合卡尔曼跟踪器，所述雷达视频数据融合卡尔曼跟踪器的第一输 入端与所述雷达目标检测部件的输出端连接；
[0009] 视频图像检测部件，获取并分析有轨电车的目标视频图像信息；所述视频图像检 测部件的输出端与所述雷达视频数据融合卡尔曼跟踪器的第二输入端连接；
[0010] 危险级别判别器，所述危险级别判别器的输入端与所述雷达视频数据融合卡尔曼 跟踪器的输出端连接。
[0011] 优选地，所述视频图像检测部件包含：
[0012] 视频图像探测器，获取有轨电车的目标视频图像信息；
[0013] 目标特征提取及区分仪器，所述目标特征提取及区分仪器的输入端与所述视频图 像探测器的输出端连接，该目标特征提取及区分仪器的输出端与所述雷达视频数据融合卡 尔曼跟踪器的第二输入端连接。
[0014] 优选地，所述雷达目标检测部件包含：
[0015] 雷达目标探测器，获取有轨电车的目标雷达信息；
[0016]目标回波频谱特征分析仪，所述目标回波频谱特征分析仪的输入端与所述雷达目 标探测器的输出端连接，该目标回波频谱特征分析仪的输出端与所述述雷达视频数据融合 卡尔曼跟踪器的第一输入端连接。
[0017] 优选地，所述雷达目标探测器包含：
[0018] 雷达发射信号单元，向有轨电车的目标发送雷达信号；
[0019] 雷达数字信号预处理器，所述雷达数字信号预处理器分别与所述雷达发射信号单 元、所述目标回波频谱特征分析仪连接；
[0020] 第一接收信号单元，获取有轨电车的目标返回的第一雷达信号；所述第一接收信 号单元与所述雷达数字信号预处理器连接；
[0021] 第二接收信号单元，获取有轨电车的目标返回的第二雷达信号；所述第二接收信 号单元与所述雷达数字信号预处理器连接。
[0022] -种有轨电车雷达视频复合预警防撞方法，其特点是，所述预警防撞方法包含：
[0023] S1，雷达目标检测部件对有轨电车的多个目标进行距离、速度及方位的检测及分 析，并将分析后的信号发送至雷达视频数据融合卡尔曼跟踪器；
[0024] S2,视频图像检测部件对有轨电车的多个目标进行图像捕捉、分析，并将分析得到 的目标特征信号发送至所述雷达视频数据融合卡尔曼跟踪器；
[0025] S3,所述雷达视频数据融合卡尔曼跟踪器根据所述雷达目标检测部件发送的信 号、所述视频图像检测部件发送的信号进行融合处理，计算每个目标的预测数据，并将预测 数据发送至危险级别判别器；
[0026] S4,所述危险级别判别器根据每个目标的预测数据进行危险预判，并根据预判等 级，对有轨电车司机进行相应警戒级别的报警。
[0027] 优选地，所述步骤S1包含：
[0028] S1. 1，所述雷达目标检测部件的雷达目标探测器对有轨电车的多个目标进行距 离、速度及方位的检测，并将获取的检测信号发送至该雷达目标检测部件的目标回波频谱 特征分析仪；
[0029] SI. 2,所述目标回波频谱特征分析仪根据目标方位的不同，采用不同方式对所述 雷达目标探测器获取的信号进行处理，并将处理后的信号发送至雷达视频数据融合卡尔曼 跟踪器。
[0030] 优选地，所述步骤SI. 1包含：
[0031] SI. 1. 1，所述雷达目标探测器的雷达发射信号单元交替重复发射a段线性调频信 号、b段线性调频信号，其中a段线性调频信号、b段线性调频信号仅起始频率不同，其余特 性均相同；
[0032] 其中，a段线性调频信号的数学公式表达为：
[0033]
[0034] b段线性调频信号的数学公式表达为：
[0035] 命
:，.L · - 1I
[0036] 其中，fa_。为a段线性调频信号的初始频率，
[0037] fb_。为b段线性调频信号的初始频率，
[0038] Tr为一个a、b重复周期，
[0039] Δf为频率步进间隔，其中4f=A
[0040] B为有效带宽，
[0041] N为频率步进的数目；
[0042] SI. 1. 2,设在电磁波所在的空域内，某一目标在t= 0时刻距离所述雷达发射信号 单元为R，径向速度为v，则所述雷达目标探测器的第一接收信号单元、第二接收信号单元 对应接收到的第一目标回波、第二目标回波分别表示为：
[0043]
[0044]
[0045] 其中，「⑴=2(fVT)为信号延时，c为光速;
[0046] SI. 1. 3,所述第一目标回波在所述第一接收信号单元中与本振发射信号进行基带 混频，混频后计算第一差频信号san(t);所述第二目标回波在所述第二接收信号单元中与 本振发射信号进行基带混频，混频后计算第二差频信号sbn(t);
[0047] SLL4,雷达数字信号预处理器在/ = /7； +|7；和z= /7； 7：分别对第一差频信号 4 4 san(t)、第二差频彳目号sbn(t)进行米样得到：
[0048]
[0049]
[0050]
[0051] SI. 1. 5,所述雷达数字信号预处理器根据上述两个采样公式计算得到该目标的实 际距离、速度及方位；并将距离信号、速度信号及方位信号发送至所述目标回波频谱特征分 析仪。
[0052] 优选地，所述步骤S2包含：
[0053] S2. 1，所述视频图像检测部件的视频图像探测器对有轨电车的多个目标进行图像 捕捉，并将捕捉到的图像信号发送至该视频图像检测部件的目标特征提取及区分仪器；
[0054] S2. 2,所述目标特征提取及区分仪器采用特征梯度直方图算法提取目标特征，并 将提取到的目标特征信号发送至所述雷达视频数据融合卡尔曼跟踪器。