一种对道路拥堵状态分析及违法停车检测的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智慧交通领域，涉及一种对道路拥堵状态分析及违法停车检测的方法及装置，具体是一种基于阵列式红外测距传感器的检测车辆行为的方法及装置。
【背景技术】
[0002]随着我国逐渐进入汽车时代，道路上的车辆越来越多，车辆猛增导致了道路交通拥挤问题的日益严重和道路违法停车问题的日益严峻，如何有效的发现以及防止交通堵塞、减少道路违法停车变得越来越重要。
[0003]目前检测道路拥堵状况，普遍采用摄像头进行监控的方式实现，这种方式需传输和处理的数据量非常大，对占用的网络带宽资源和图像保存的存储资源的投入，都是一笔极大的开支；另外还有采用超声波雷达探测的方式实现道路的检测，超声波雷达存在设备笨重且价格昂贵，探测精度低等缺点；这两种检测方式要实现全路段检测需要安装大量的摄像头和超声波雷达设备，设备投入费用巨大，不便于大面积推广应用。
[0004]目前道路违法停车主要采用人工巡查的方式，存在处理不及时的问题。同时也存在巡查人员和车主打游击的现象，整治不彻底；另外交管部门为了整治车辆违停，雇佣了大量的协警协助进行巡查，耗费了大量的人力物力。
[0005]因此，研制一种经济适用、价格便宜、检测快速的可实时对道路拥堵状态分析及道路违法停车检测的装置尤为关键。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种对道路拥堵状态分析及违法停车检测的方法及装置，通过对道路车辆的停止状态和行驶状态的检测和计算，可以获得道路拥堵情况和拥堵长度。
[0007]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]一种对道路拥堵状态分析及违法停车检测的装置，由至少一个的检测矩阵组成，所述检测矩阵由电源模块、检测矩阵运算ARM处理器、矩阵数据存储芯片、无线数据传输模块、采样ARM处理器、红外测距传感器组成；电源模块分别与检测矩阵运算ARM处理器、矩阵数据存储芯片、无线数据传输模块、采样ARM处理器和红外测距传感器连接供电，所述红外测距传感器按照行X列的方式拼装成检测矩阵，检测矩阵的每一行至少与一个采样ARM处理器连接，即采样ARM处理器的数目不少于红外测距传感器的行数，所有行的采样ARM处理器通过I2C总线与检测矩阵运算ARM处理器通讯，完成检测矩阵采样数据的汇总运算和车辆行为的识别判断；所述检测矩阵运算ARM处理器与矩阵数据存储芯片连接。
[0009]所述矩阵数据存储芯片包括四个分区，第一个分区存储50ms周期的实时采样原始数据；第二个分区存储Is周期的抽样数据，该分区数据用于计算车辆行驶速度和拥堵检测；第三个分区存储30s周期的抽样数据，该分区数据用于判断车辆停车和违停检测；第四个分区存储道路车流统计数据。
[0010]所述检测矩阵运算ARM处理器的型号为STM32F207ZE，所述矩阵数据存储芯片的型号为IS61LV51216，所述无线数据传输模块的型号为nRF24L01，所述采样ARM处理器的型号为STM32R)30C8，所述红外测距传感器的型号为夏普GP2Y0A980K0F。
[0011 ] 所述检测矩阵的行列模式包括5行X 11列、5行X 16列、7行X 11列、7行X 16列、9行X 16列、9行X21列、11行X21列、11行X31列、11行X41列、11行X51列、11行X61列和11行X81列；使用模组单元的方式将多个红外测距传感器按照曲面形式拼装成检测矩阵的每一个检测行，所述模组单元中红外测距传感器的数量为11个、10个或5个，每个模组单元还包括一个采样ARM处理器，模组单元利用采样ARM处理器的自动AD转换及DMA数据传输机制进行红外测距传感器输出电压信号的自动快速采样和传输，以实现检测矩阵到路面距离的测量，每个红外测距传感器的测距转换采样周期最快为20ms，根据检测矩阵的实际应用情况设定转换采样周期默认值为50ms。
[0012]当一个检测矩阵中某一行的采样ARM处理器的数目大于I时，其中一个采样ARM处理器为主采样ARM处理器，其余的采样ARM处理器为从采样ARM处理器；从采样ARM处理器均通过SPI总线通讯接口与主采样ARM处理器连接并将采样获得的信息实时传输到主采样ARM处理器中，再由主采样ARM处理器通过I2C总线与检测矩阵运算ARM处理器通讯，完成检测矩阵采样数据的汇总运算和车辆行为的识别判断。
[0013]当装置中的检测矩阵的数目大于I时，其中一个检测矩阵为主检测矩阵，其余的检测矩阵为从检测矩阵，从检测矩阵通过无线数据传输模块将才接到的道路信息传输到主检测矩阵中进行汇总计算。
[0014]本发明设计了一种道路车辆检测的检测矩阵，该检测矩阵采用超远距离红外测距传感器按“行X列”的方式组成检测矩阵，如图1所示，用以实现道路上车辆行为的检测，每个单独的超远距离红外测距传感器的测量距离在800?2500cm之间，测量精度在+/-1Ocm之间。本发明将该超远距离红外测距传感器简称为“测距传感器”，将测距传感器组成的行列矩阵简称为“检测矩阵”，将与道路平行方向的测距传感器组定义为“行”，与道路垂直方向的测距传感器组定义为“列”，按照“行X列”的方式组成检测矩阵。
[0015]采用最常用的7行Xll列的检测矩阵为例对本发明进行详细描述及说明，车辆行为检测矩阵由纵横排列的77个测距传感器构成，如图1所示，每个测距传感器内部含有一个红外线发射器和一个CXD检测器，红外线发射器用来产生红外光束，CXD检测器用来接收从被测物反射的红外光束，每个测距传感器将被测物的距离转换为电压信号输出，由ARM处理器对测距传感器输出的电压信号进行模数转换，并计算被测物和检测矩阵的距离。
[0016]每一行测距传感器中，每个测距传感器输出的电压信号输入到行信息采样ARM处理器STM32R)30C8芯片的AD采样引脚，该ARM处理器最多能够同时采样12路电压信号；如此每行一个采样ARM处理器，7行X 11列的检测矩阵需要7个采样处理器，这7个采样ARM处理器通过I2C总线与一个检测矩阵运算ARM处理器STM32F207ZE芯片通讯，完成检测矩阵采样数据的汇总运算和车辆行为的识别判断，如图2所示。
[0017]车辆行为检测矩阵的各个红外测距传感器按照一定的曲面角度拼成检测矩阵，并安装在道路路灯灯杆上，使每个红外测距传感器发射的红外光束以一定角度形成红外光栅并均匀的覆盖到道路上的一片区域，被覆盖的区域称为检测区域，每个路灯灯杆安装前后两个检测矩阵，每个矩阵覆盖5mX20m的区域；如图3所示，7行红外测距传感器形成的红外光栅均匀的覆盖到5m宽的道路上，将道路分割成6段，每段间隔为0.83m，即行间隔为0.83m ;路灯灯杆上安装检测矩阵后，11列红外测距传感器形成的红外光栅均匀的覆盖到20m长的道路上，将道路分割成10段，每段间隔为2m，即列间隔为2m，如图4所示。
[0018]依据红外测距传感器获得的距离变化识别并判断车辆的行为，当检测区域没有车辆时，检测区域每个红外测距传感器测量的距离为检测器到路面的实际距离，本发明中定义该距离为路面距离，并且存储这些路面距离，用作后续车辆检测；当有车辆驶入检测区域时，会有一部分红外测距传感器检测到的距离变短，本发明定义该变短的距离为障碍物距离；随着车辆进入检测区域，测量距离变短的红外测距传感器会逐渐增多，随着车辆离开检测区域，测量距离变短的红外测距传感器会逐渐减少，直到车辆驶出检测区域，所有红外测距传感器测量的距离均恢复到路面距离。
[0019]当有车辆或者行人、障碍物进入检测区域后，检测矩阵射向道路路面的红外光栅被遮挡，导致红外测距传感器测量出来的距离发生变化，表明有物体进入检测区，检测装置根据被遮挡红外光栅的数量以及测量距离变化的数值识别进入检测区的物体是否为车辆，并识别车辆的相关动作，如图5和6所示；目前车辆距离路面的高度最低都多40cm,故进入检测区域的物体被检测到的所行的高度值都多40cm，则可以判定为车辆高度。
[0020]只要车道上存在宽度超过0.83m、长度超过2m的物体存在，就可以被检测矩阵的4个红外测距传感器检测到，若被检测到的物体，高度多40cm时，则可以判断该物体为车辆；若需要更加高的检测精度，或者车道路面更加宽阔、灯杆间的距离更加长时，则可以选择安装更大的检测矩阵进行检测，如可以选择7行X 16列，9行X 16列，9行X21列，11行X21列，11行X31列，11行X41列，11行X51列，11行X61，11行X81列的检测矩阵进行车道路面车辆或者障碍物的检测；若车道路面较窄、灯杆间距离较短时，可以选择安装更加小的检测矩阵，如可以选择5行X 11列，5行X 16列的检测矩阵进行车道路面车辆或者障碍物的检测；若在道路的所有路灯灯杆上安装上检测矩阵，使红外光栅能够覆盖到整条道路的路面，以达到实时检测整条道路中车辆行为的目的。
[0021]本发明的一个检测矩阵只检测一个车道上车辆的行为和状态，但在实际应用中，根据道路车道的数量安装多个检测矩阵，在多车道的情况下，通常使用多个检测矩阵按行并排安装的方式，在同一个灯杆上安装多个检测矩阵，通过角度的调整使每个检测矩阵覆盖到每一条车道，每个检测矩阵负责检测一条车道的车辆行为及状态，如图7所示；本发明通过配置设定靠近路灯灯杆的检测矩阵为“主检测矩阵”，其它车道的检测矩阵配置设定为“从检测矩阵”;如图8所示，从检测矩阵通过无线数据传输模块将采集到的道路信息传输到主检测矩阵中进行汇总计算。
[0022]本发明中的检测矩阵安装在路灯灯杆上，各个测距传感器发射的红外光束需要形成一定角度，使红外光束照射到路面的监测点需要均匀的覆盖到检测区域内。以7X11的检测矩阵、覆