一种基于路侧设备的通信与感知数据融合方法与流程

本发明实施例涉及交通管制方法技术领域，具体涉及一种基于路侧设备的通信与感知数据融合方法。

背景技术：

随着智能交通管理及车联网技术的发展，智能交通管理系统中的路侧设备(或称路侧单元，roadsideunit，rsu)与车载终端(或称车载单元，onboardunit，obu)采用短距通信方式进行通讯，实现车辆身份识别，电子扣费，实现不停车、免取卡，建立无人值守车辆通道等功能。

现有技术中为了监测路边车辆的驾驶是否违反交通规则，大多利用摄像头拍摄路边车辆的行驶情况，由人工判断车辆是否违规，直接利用路侧摄像头的监控视频判断车辆驾驶是否违规的操作复杂，无法感知车辆行驶速度，并且判断车辆行驶位置的图像处理方式以及计算系统复杂，人工判断的速度慢且容易出现纰漏，并且交警需要来回奔跑在路上，增加交警的劳动强度，且容易出现违章遗漏的情况，对交通管制和驾驶员的制约力度不够。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种基于路侧设备的通信与感知数据融合方法，以解决现有技术中利用路侧摄像头的监控视频判断车辆驾驶是否违规的操作复杂、容易出现违章遗漏的情况的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种基于路侧设备的通信与感知数据融合方法，包括如下步骤：

步骤100、划定路侧监测区域，并且在路侧安装路侧监控设备；

步骤200、建立三维立体空间，并且将每个所述路侧监控设备获取的监测数据对应在三维立体空间内的分布位置；

步骤300、将所有路侧监控设备的监测数据集成进行边缘计算，得到融合多种信息的路面场景重建模型。

作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，所述路侧监控设备包括路侧计算设备、路侧通信设备、路侧摄像头和路侧雷达，所述路侧通信设备与路侧摄像头和路侧雷达根据路侧车辆建立关于所述路侧监测区域的三维立体空间，所述路侧雷达根据最大监测范围等间距均匀分布，所述路侧摄像头根据最大拍摄距离等间距均匀分布，所述路侧通信设备安装所述路侧监测区域的入口处，并且所述路侧通信设备、路侧雷达和路侧摄像头从下到上的依次安装在地表面上。

作为本发明的一种优选方案，所述路侧通信设备用于监测路侧车辆与所述路侧通信设备的横向距离，同时所述获取所述路侧通信设备获取所述路侧监测区域在城市gis系统中的位置，所述城市gis系统中的若干个相邻路侧监测区域内的所述路侧通信设备建立通讯连接，所述路侧通信设备通过获取周围通信对象的的通信电磁波分布得到通信对象与所述路侧通信设备的相对位置分布，同时从通信报文中获取其他通信设备发送的定位数据。

作为本发明的一种优选方案，所述路侧雷达用于监测路侧车辆在路侧监测区域内沿着竖向轴移动的瞬时速度，所述路侧雷达利用电磁波探测目标，所述路侧雷达通过发射电磁波对探测目标进行照射并接收其回波以获得探测目标至电磁波发射点的距离、距离变化和方位信息。

作为本发明的一种优选方案，所述路侧摄像头用于实时采集路侧车辆在路侧监控区域内的视频，所述路侧摄像头拍摄的数据发送到临时存储数据池内。

作为本发明的一种优选方案，其特征在于，在步骤200中，在所述路侧监测区域建立三维立体空间，所述路侧雷达的路侧车辆作为y轴，所述路侧通信设备的路侧车辆作为x轴，所述路侧摄像头将所述路侧雷达监测的路侧车辆以及所述路侧通信设备监测的路侧车辆在z轴拉伸影像。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，建立所述路侧雷达和所述路侧通信设备的监测数据与时间轴之间的匹配对应关系，所述路侧雷达用于监测路侧车辆在监测区域内的行驶速度，所述路侧通信设备用于根据监测的路侧车辆横向位置确定所述路侧车辆的驾驶路径是否符合交通规则。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，将所有路侧监控设备的监测数据集成到路侧计算设备进行边缘计算的实现步骤为：

步骤301、分别设定路侧雷达和路侧通信设备的监控数据有效范围；

步骤302、将所述路侧雷达、路侧通信设备和所述路侧摄像头的监控数据以及对应数据的监测时间点发送到所述路侧计算设备的临时存储数据池内；

步骤303、标记超出监控数据有效范围的路侧雷达数据和路侧通信设备数据，同时标记出对应的监测时间点；

步骤304、路侧计算设备选定包含监测时间点的排查时间段，并且从所述路侧摄像头拍摄的视频内一次截取排查数据流；

步骤305、在一次截取排查数据流的基础上二次筛选超出监控数据有效范围的视频数据，并且将视频数据在三维立体空间内模拟出路侧车辆的驾驶状态。

作为本发明的一种优选方案，在二次筛选超出监控数据有效范围的视频数据时，还可以通过标记超出监控数据有效范围的路侧雷达数据和路侧通信设备数据的连续时间段，直接重建出对应路侧车辆在此连续时间段内的三维立体模型；

作为本发明的一种优选方案，将超出监控数据有效范围的路侧雷达数据和路侧通信设备数据集成在所述三维立体模型上。

本发明的实施方式具有如下优点：

(1)本发明通过多个路侧设备的监测数据的融合，利用路侧通信设备监测路侧车辆的信息以及车辆跨道行驶情况，利用路侧雷达监测路侧车辆在路侧监测区域内沿着竖向轴移动的瞬时速度，同时利用摄像头记录路况信息，从而实现及时有效的判断出不符合交通规则的车辆信息，并且通过路侧雷达、路侧通信设备和所述路侧摄像头的多个监测设备的实时监控，可自动智能实现对车辆跨道行驶和车辆超速行驶的准确判断，无需人工查阅监控录像进行一一对比，提高对车辆的监控力度和监控效率，减少人工投入；

(2)本发明将这些视频段在三维空间立体内模拟重现，三维立体模型的占用空间小，由于路侧摄像头的监控数据会定期的覆盖，通过三维立体模型可实现对违规车辆的违规数据进行长久保存，避免无法实现数据溯源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施方式中的通信和数据融合方法的流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于路侧设备的通信与感知数据融合方法，现有技术中为了监测路边车辆的驾驶是否违反交通规则，大多利用摄像头拍摄路边车辆的行驶情况，由人工判断车辆是否违规，人工判断的速度慢且容易出现纰漏，因此本实施方式为了解决现有问题，通过多个路侧设备的监测数据的融合，准确无疑的自动确认路侧车辆的行驶状态，快速找出违反交通规则的车辆。

具体包括如下步骤：

步骤100、划定路侧监测区域，并且在路侧安装路侧监控设备。

步骤200、建立三维立体空间，并且将每个所述路侧监控设备获取的监测数据对应在三维立体空间内的分布位置。

步骤300、将所有路侧监控设备的监测数据集成进行边缘计算，得到融合多种信息的路面场景重建模型。

在步骤100中，所述路侧监控设备包括路侧计算设备、路侧通信设备、路侧摄像头和路侧雷达，所述路侧通信设备与路侧摄像头和路侧雷达根据路侧车辆建立关于所述路侧监测区域的三维立体空间，所述路侧雷达根据最大监测范围等间距均匀分布，所述路侧摄像头根据最大拍摄距离等间距均匀分布，所述路侧通信设备安装所述路侧监测区域的入口处，并且所述路侧通信设备、路侧雷达和路侧摄像头从下到上的依次安装在地表面上。

路侧通信设备用于监测路侧车辆与所述路侧通信设备的横向距离，所述路侧通信设备通过获取周围通信对象的的通信电磁波分布得到通信对象与所述路侧通信设备的相对位置分布，同时从通信报文中获取其他通信设备发送的定位数据，在本实施方式中主要利用路侧通信设备测量路边车辆距离通信设备安装点的横向距离。

路侧雷达用于监测路侧车辆在路侧监测区域内沿着竖向轴移动的瞬时速度，所述路侧雷达利用电磁波探测目标，所述路侧雷达通过发射电磁波对探测目标进行照射并接收其回波以获得探测目标至电磁波发射点的距离、距离变化和方位信息，在本实施方式中主要利用路侧雷达测量路边车辆的移动速度。

路侧摄像头用于实时采集路侧车辆在路侧监控区域内的视频，所述路侧摄像头拍摄的数据发送到临时存储数据池内，

本实施方式在路侧监控区域内，将路侧通信设备安装在地表面上，路侧雷达等间距安装在路侧通信设备的上方，路侧摄像头安装在路侧雷达的上方，因此可以确保路侧通信设备和路侧雷达至少可以监测到路侧监控区域内两个车道的车辆，提高路边设备的数据监控准确性。

另外，本实施方式将举例说明路侧设备的通信和数据融合的应用环境，众所周知，对于比较拥挤的路段来说，每个车辆遵守交通规则行驶可避免交通事故的发生，为了对车辆进行实时准确的监控，本实施方式的路侧设备的使用方法具体如下：

由于车辆在每个车道的距离可在一定的范围内变化，因此路侧通信设备通过获取每个车辆与通信点之间的横向距离，判断每个车辆所处的位置是否超过标准范围，一旦超过标准范围，则意味着该车辆没有遵守交通规则，同样的，根据路侧雷达监测结果计算车辆经过每个雷达的速度，判断车辆是否超速，因此建立所述路侧雷达和所述路侧通信设备的监测数据与时间轴之间的匹配对应关系，所述路侧雷达用于监测路侧车辆在监测区域内的行驶速度，所述路侧通信设备用于根据监测的路侧车辆横向位置确定所述路侧车辆的驾驶路径是否符合交通规则。

因此，在所述路侧监测区域建立三维立体空间，所述路侧雷达的路侧车辆作为y轴，所述路侧通信设备的路侧车辆作为x轴，所述路侧摄像头将所述路侧雷达监测的路侧车辆以及所述路侧通信设备监测的路侧车辆在z轴拉伸影像。

直接利用路侧摄像头的监控视频判断车辆驾驶是否违规的操作复杂，无法感知车辆行驶速度，并且判断车辆行驶位置的图像处理方式以及计算系统复杂，因此，本实施方式将所有路侧监控设备的监测数据集成到路侧计算设备进行边缘计算的实现步骤为：

1、分别设定路侧雷达和路侧通信设备的监控数据有效范围；

2、将所述路侧雷达、路侧通信设备和所述路侧摄像头的监控数据以及对应数据的监测时间点发送到所述路侧计算设备的临时存储数据池内；

3、标记超出监控数据有效范围的路侧雷达数据和路侧通信设备数据，同时标记出对应的监测时间点；

4、路侧计算设备选定包含监测时间点的排查时间段，并且从所述路侧摄像头拍摄的视频内一次截取排查数据流；

5、在一次截取排查数据流的基础上二次筛选超出监控数据有效范围的视频数据，并且将视频数据在三维立体空间内模拟出路侧车辆的驾驶状态。

在本实施方式中，由于路侧雷达和路侧通信设备的数据传输和数据标记过程中会存在一定的延时，因此为了避免延时产生的误差，本实施方式在截取路侧摄像头的监控视频时，选择包含标记时间点的一段时间内的视频数据，例如标记时间为8:00，选择7:59-8:01时间段内的一次截取排查数据流。

在二次筛选超出监控数据有效范围的视频数据时，可以通过人工的方式再截取超出监控数据有效范围的视频段，或者还可以通过标记超出监控数据有效范围的路侧雷达数据和路侧通信设备数据的连续时间点，直接重建出对应路侧车辆在此连续时间段内的三维立体模型。

通过上述方式，可以实现及时有效的判断出不符合交通规则的车辆信息，并且通过路侧雷达、路侧通信设备和所述路侧摄像头的多个监测设备的实时监控，可实现对车辆跨道行驶和车辆超速行驶的准确判断，无需人工查阅监控录像进行一一对比，提高对车辆的监控力度和监控效率，减少人工投入。

另外，本实施方式的路侧通信设备还可以用于监测路边违规停车的情况，根据路侧通信设备监测的车辆位置分布，如果路侧通信设备多次监测的同一个车辆位置分布不变，则意味着该车辆已经靠边停车，根据该监控区域对路边停车的管理，如果停车时间超过设定时间段，则截取该时间段对应的路侧摄像头采集的视频信息，即可实现对违停车辆的管控。

截取的车辆跨道行驶和车辆超速行驶视频段以及违停车辆的视频段分类保存在数据库内进行存档备份，方便后期的管控和数据追溯。

同时也可以将这些视频段在三维空间立体内模拟重现，三维立体模型的占用空间小，由于路侧摄像头的监控数据会定期的覆盖，通过三维立体模型可实现对违规车辆的违规数据进行长久保存，避免无法实现数据溯源。

所述路侧通信设备获取所述路侧监测区域在城市gis系统中的位置，所述城市gis系统中的若干个相邻路侧监测区域内的所述路侧通信设备建立通讯连接，路侧通信设备支持包括can、802.11p、3g/4g、wifi/bt等通信方式，可以实现车与路侧设备、路侧设备与路侧设备、路侧设备与车联网管理平台之间高可靠性和低时延的实时通信功能。提供信息中继、路段车辆环境信息采集、交通灯的控制、交通信息推送等服务。

因此车联网管理平台可以向路侧通信设备发布监控车辆的信息，路侧通信设备实现整个城市的通信覆盖，可实现对监控车辆的追踪定位，方便对某一监控车辆的定向实时监控。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。