一种具有识别功能的斑马线智能护栏的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及道路护栏领域，具体涉及一种具有识别功能的斑马线智能护栏。
【背景技术】
[0002] 斑马线的出现为人们的出行安全提供了保证，然而，现在不按照规定行驶的机动 车以及行走的行人越来越多，对交通秩序提出了严重的挑战。
[0003] 智能环境感知系统的主要功能是通过传感器获取周边环境信息，对周围物体进行 识别与跟踪(其中包括动态及静态障碍物)等。
[0004]斑马线智能护栏，在其上设置智能环境感知系统以提高其安全、多功能化等综合 性能是目前必然的发展趋势。但是，现在的环境感知系统往往存在感知维度不足、计算精度 不高、实时性不强等问题。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明提供一种具有识别功能的斑马线智能护栏。
[0006] 本发明的目的采用以下技术方案来实现：
[0007] -种具有识别功能的斑马线智能护栏，包括斑马线智能护栏和安装在斑马线智能 护栏上的毫米波雷达三维环境感知系统;毫米波雷达三维环境感知系统包括毫米波雷达、 旋转机械装置、控制单元和数据处理单元;旋转机械装置包括第一旋转轴、旋转盘和第二旋 转轴，第一旋转轴竖直布置且与旋转盘的中心固接，所述第一旋转轴通过第一步进电机驱 动旋转；由第二步进电机驱动旋转的第二旋转轴水平套装在轴承座内，所述轴承座通过2个 竖直布置的支撑轴固接在旋转盘上;所述第二旋转轴的中点处设置有连接部，所述连接部 垂直于第二旋转轴且与第二旋转轴一体成型，毫米波雷达与连接部垂直固接;所述毫米波 雷达的自身固有扫描平面垂直于旋转盘所在平面，且扫描范围角为± 30° ;所述旋转盘在布 置支撑轴的一侧有切口，切口所在的直线平行于第二旋转轴所在的直线，且任一支撑轴与 切口所在直线的距离小于50mm;所述第一步进电机和第二步进电机均通过单片机来控制， 单片机用于接收控制命令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初 始位置和两个步进电机转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置的 当前位置状态反馈给数据处理单元;所述旋转机械装置整体在第一步进电机的带动下面向 护栏前方做水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达在第二步进电机的带动下面向护栏 前方做竖直180°的周期往返运动；
[0008] 数据处理单元包括数据采集子单元、延时修正子单元和坐标输出子单元;数据采 集子单元接收毫米波雷达测量得到的其与目标的距离值P，同时接收单片机发送的垂直旋 转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达的自身扫描角Θ ;设激光雷达对某一目标的读数为 &，〇4，0)，并定义：当雷达处于水平位置时< 1 = 〇°，当雷达处于水平位置上方时(1值为正，雷 达处于水平位置下方时α值为负，当第二旋转轴与斑马线智能护栏正前方方向垂直时β = 0°，当雷达位于β=〇°的右侧时β为正值，当雷达位于β=〇°的左侧时β为负值；当毫米波雷达 的自身扫描方向与毫米波雷达所在平面垂直时θ = 0°，当自身扫描方向位于θ = 0°的上方时 Θ为正值，当自身扫描方向位于θ=ο°的下方时Θ为负值；
[0009] 优选地，延时修正子单元包括距离测量修正模块、水平扫描修正模块和垂直扫描 修正模块:距离测量修正模块，用于对距离值P的测量值进行针对雷达检测波往返过程中延 时效应的修正，其输出的修正因子为：
[0010]
[0011 ] 当IC^e11 > I α2+θ21且IP11 > Iβ21时，上式取正号，否则取负号；[0012] 垂直旋转修正模块，用于对垂直旋转角α进行针对雷达检测波往返过程中延时效
取负号；[0013] 水平旋转修正模块，用于对水平旋转角β进行针对雷达检测波往返过程中延时效 应的修正，其输出的修正因子 I时，上式取正号，否则 应的修正，其输出的修正因弓
当I1 > I β21时，上式取正号，否则 取负号；
[0014] 其中m为毫米波雷达的最大可探测距离，且P Sm; ^用于反应检测目标和毫米波雷 达之间距离对延时效应的影响，目标越靠近雷达则延时越小，反之延时越大;t为对该目标 雷达检测波发出的时间，t2为雷达检测波返回的时间；I ti-ts I代表了雷达检测波往返于目 标和雷达之间所需的时间;T1为毫米波雷达的水平旋转周期，T2为毫米波雷达的竖直旋转周 期抑为以时的α值，α 2为t2时的α值办为以时的β值，β2为t2时的β值JAt 1时的Θ值，θ2为t2时 的Θ值;1^ = 28^ = 2.4s，毫米波雷达的采样间隔为2°/s;
[0015] 坐标输出子单元:经延时修正子单元修正后输出的目标空间坐标为：
[0016]
[0017]
[0018]数据处理单元还包括目标RCS起伏特性测量子单元，用于对目标的RCS序列变异系 数进行测量：
[0019] 对于处在光学区域的复杂目标，假设由N个散射中心构成，则多散射中心目标的 RCS表示为目标方位角的函数：
[0020]
[0021]其中，〇1表示第i个散射中心RCS，a+0表示目标相对毫米波雷达的方位角,R1表示第 i个散射中心相对雷达中心距离;λ为人为设定的参数；
[0022] 则RCS序列变异系数表示为
车中〇(10表示第k次探测 目标的RCS值，RCS序列均
[0023] 本斑马线智能护栏的有益效果为:设计了新的毫米波雷达三维环境感知系统，从 而实现护栏前方水平180°和竖直方向180°的无死角扫描覆盖，且结构简单经济耐用，抗干 扰能力强;利用步进式电动机配合其它部件实现全自动控制功能，控制方便精确;针对新式 旋转雷达系统的特点以及延时效应设计了距离测量修正模块、水平扫描修正模块、垂直扫 描修正模块等修正模块，使得雷达的坐标定位功能更精确，且实时性更强;给出了精确的坐 标计算方法，为自动控制和误差控制提供了基础;针对该新型旋转机械装置，采用了新的 RCS起伏特性测量装置，使得RCS变异系数的测量更加精准，对目标识别更有利;旋转盘、旋 转轴等部件的尺寸可根据具体情况灵活选取，为各种不同大小的斑马线智能护栏的适用性 提供了条件;当有车辆出现时，护栏放下，为人们安全出行提供了保障。
【附图说明】
[0024]利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限 制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得 其它的附图。
[0025]图1是一种具有识别功能的斑马线智能护栏的结构框图；
[0026]图2是旋转机械装置的结构示意图；
[0027]图3是毫米波雷达自身扫描示意图；
[0028]图4是雷达检测目标时的不意图；
[0029]图5是数据处理单元的结构框图。
[0030] 附图标记:毫米波雷达-1;旋转盘-2;第一旋转轴-3;第二旋转轴-4;轴承座-5;支 撑轴-6;连接部-7;第一步进电机-8;第二步进电机-9;旋转机械装置-10;控制单元-11;数 据处理单元-12;数据采集子单元13;延时修正子单元-14;坐标输出子单元-15;切口-16;目 标-17;护栏前方-18。
【具体实施方式】
[0031] 结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0032] 实施例1:
[0033] 如图1-4所示的一种具有识别功能的斑马线智能护栏，包括斑马线智能护栏和安 装在斑马线智能护栏上的毫米波雷达三维环境感知系统;毫米波雷达三维环境感知系统包 括毫米波雷达1、旋转机械装置10、控制单元11和数据处理单元12;旋转机械装置包10括第 一旋转轴3、旋转盘2和第二旋转轴4，第一旋转轴3竖直布置且与旋转盘2的中心固接，所述 第一旋转轴3通过第一步进电机8驱动旋转；由第二步进电机9驱动旋转的第二旋转轴4水平 套装在轴承座5内，所述轴承座5通过2个竖直布置的支撑轴6固接在旋转盘2上;所述第二旋 转轴4的中点处设置有连接部7，所述连接部7垂直于第二旋转轴4且与第二旋转轴4 一体成 型，毫米波雷达1与连接部7垂直固接;所述毫米波雷达1的自身固有扫描平面垂直于旋转盘 2所在平面，且扫描范围角为± 30° ;所述旋转盘2在布置支撑轴6的一侧有切口 16，切口 16所 在的直线平行于第二旋转轴4所在的直线，且任一支撑轴6与切口 16所在直线的距离小于 50mm;所述第一步进电机8和第二步进电机9均通过单片机来控制，单片机用于接收控制命 令，并将控制命令转化为控制信号发送给电机，同时根据装置的初始位置和两个步进电机 转过的角度计算出旋转机械装置的当前位置，并将旋转机械装置10的当前位置状态反馈给 数据处理单元12;所述旋转机械装置10整体在第一步进电机8的带动下面向护栏前方18做 水平180°的周期往返运动，同时毫米波雷达1在第二步进电机9的带动下面向护栏前方20做 竖直180°的周期往返运动；
[0034]如图5所示，数据处理单元12包括数据采集子单元13、延时修正子单元14和坐标输 出子单元15,数据采集子单元13接收毫米波雷达1测量得到的其与目标的距离值P，同时接 收单片机发送的垂直旋转角α和水平旋转角β，以及毫米波雷达1自身的扫描角Θ，从而获得 完整的毫米波雷达数据和扫描平面的位置;如图5所示，设毫米波雷达1测得的某一目标17 的读数为&，^0)，并定义：当毫米波雷达1处于水平位置时< 1 = 〇°，当毫米波雷达1处于水 平位置上方时α值为正，毫米波雷达1处于水平位置下方时α值为负；当第二旋转轴4与斑马 线智能护栏正前方方向垂直时β = 〇°，当毫米波雷达1位于β = 〇°的右侧时β为正值，当毫米 波雷达1位于β=0°的左侧时β为负值；当毫米波雷达1的自身扫描方向与毫米