专利名称：基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法
技术领域：
本发明涉及交通信息采集方法技术领域，特别涉及利用激光测距设备的交通信息采集方法技术领域，具体是指ー种基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法。
背景技术：
激光距离传感器(又称激光测距仪)是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光距离传感器依靠目标的反射来识别传感器向目标射出脉冲激光，由光电元件接收目标反射的激光脉冲，时间鉴别测定激光束从发射到接收的脉冲飞行时间，就可以得出从传感器到目标的距离。在激光距离传感器基础上发展起来的激光雷达不仅能测距，而且还可以测量目标方位、运动速度和加速度等。激光距离传感器是激光、精密机械、嵌入式技术及光电子学等多学科技术的综合应用。由于激光具有高方向性、高単色性和高功率等优点，激光距离传感器由于测距较远、方便判定目标方位、精确度和分辨率高、抗干扰能力强等优点，应用领域不断扩大、行业需求众多。智能交通之所以有巨大的发展潜力而成为物联网发展的重点领域，是与我国的国情密不可分的。随着我国经济建设的蓬勃发展，城市规模不断扩大，汽车数量的持续快速增长，交通拥堵现象日趋严重，交通事故时有发生。交通问题已成为城市管理工作中的重大社会问题。利用先进的电子、通信等技术发展我国的智能交通系统，加强现有道路交通的运输管理，提高路网的通行能力和交通服务质量非常重要。目前我国公路交通信息采集主要有地感线圈、微波探測、超声波探測、视频图像识别和压电称重等监测方式，以上这些方式都有其各自的局限性。例如效果单一，一套仪器只能检测单一的交通信息特征；检测准确率不高，在有车辆距离较近或者相互遮挡的情况时，部分车速和流量信息会产生丢失或误判；成本较高，施工麻烦，如地感线圈需要预先进行路面埋设，视频分析服务器成本一直居高不下。在将激光技术用于交通信息采集的相关应用领域中，中国专利申请200810079778. O公开了ー种采用红外光传感器配合路面铺设反光带，并沿反光带长度方向逐点扫描方式发射和接收的激光信息收集装置，两组这样的红外光传感器相距d的位置，可以对车辆的长度、行驶速度等进行测量。但这种类型的信息采集有很多缺点，例如需要用到两套光传感器系统；需要在路面上设置反光带；如果要达到此专利所想达到的效果，传感器来回扫描的速度需要达到几百甚至上千赫兹，如此扫描范围的机械扫描结构是难以做到的。中国专利申请200910092596. I介绍了ー种利用垂直路面放置的激光测距或者超声波测距仪对路面车辆进行监控，能够达到对道路车辆类型进行识别的目的，识别时候对距离变化点进行监测，但这个专利方法对车辆进行识别的采样率偏低，不能对车辆做到细致甄别；这个专利的另ー个缺点是由于这个专利没有考虑车辆的速度对车辆高度点采样率的影响，因此对车辆车型的识别率非常低，应用效果较差
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种基于单ー激光测距节点实现车辆速度測量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能的，并可利用具有多节点的激光测距节点系统获得道路信息，便于道路信息的采集和发布，且设备布设及应用简便，实现成本低廉，应用效果较佳，且应用范围广泛的基于激光测距节点系统实现道路イ目息米集的方法。所述的激光测距节点系统包括多个激光测距节点装置及连接所述各装置的卡ロ服务器，所述的激光测距节点装置包括激光距离传感器以及内置于所述的激光距离传感器的数据处理器，所述的激光距离传感器为架设于道路上一个车道的上方的大角度激光收发距离传感器，所述的数据处理器具有车辆信息识别模块，所述的车辆信息识别模块的输入端连接所述的激光距离传感器，该车辆信息识别模块的输出端连接所述的卡ロ服务器。为了实现上述的目的，本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法包括以下步骤(I)所述的各激光测距节点装置的大角度激光收发距离传感器对于所述车道上的 固定位置进行持续的激光测距；(2)所述的大角度激光收发距离传感器将测得的距离值D发送至所述的数据处理器；(3)所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别；(4)所述的各激光测距节点装置的车辆信息识别模块将所获得的车辆信息发送卡ロ服务器；(5)所述的卡ロ服务器基于所获得的各激光测距节点装置车辆信息分析获得道路信息；(6)所述的卡ロ服务器发布所述的道路信息，井根据所述的道路信息向外部道路监管系统发布道路监管指令。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别，具体为车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量AD对车流量进行统计的操作。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量AD对车流量进行统计的操作，具体为当所述的车辆信息识别模块判断所述的距离值的变化量AD大于预设的变化量阈值时，则计算车流量+1。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别，还包括车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量AD确定车速的操作。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量AD确定车速的操作，具体为所述的车辆信息识别模块确定车辆速度V为
τλ ADy =---
At cosΘ ,其中，t为时间，Θ为所述的大角度激光收发距离传感器的激光发射方向与所在车道路面间的夹角。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别，还包括车辆信息识别模块根据获得的距离值D对车车型进行识别的操作。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的车辆信息识别模块根据获得的距离值D对车车型进行识别的操作，具体包括以下步骤(3-1)所述的车辆信息识别模块基于所述的距离值的变化量△ D执行所述的确定车速的操作，获得车辆速度V ；(3-2)所述的车辆信息识别模块根据所述的距离值的变化量AD确定车辆高度h ；(3-3)所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆高度h和车辆速度V绘制车辆轮 廓图；(3-4)所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆轮廓图识别车辆类型。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的车辆信息识别模块根据所述的距离值的变化量△ D确定车辆高度h，具体为所述的车辆信息识别模块确定车辆高度h为h = H-Dsin Θ，其中，H为所述的激光测距节点装置到其所在车道路面间的垂直距离。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的车辆信息识别模块包括车型数据库，所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆轮廓图识别车辆类型，具体为所述的车辆信息识别模块根据将所述的车辆轮廓图与所述的车型数据库内的车型进行比对，确定与该车辆轮廓图相应的车辆类型。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的系统还包括多个摄像机，所述的各激光测距节点装置的数据处理器均连接ー个摄像机，所述的各摄像机也连接所述的卡ロ服务器，所述的方法在步骤(4)之后还包括以下步骤(4-1)所述的各激光测距节点装置的车辆信息识别模块向所述的摄像机发送触发指令；(4-2)所述的摄像机在接收到触发指令后，拍摄车辆影像；(4-3)所述的摄像机将车辆影像发送至所述的卡ロ服务器。该基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法中，所述的道路信息包括道路车流量信息、拥堵情况信息和车辆分布信息。采用了该发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，各节点装置中的数据处理器能够获取距离传感器测得的距离值，井根据距离值的相关信息对车辆信息进行识别，从而实现车辆速度測量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能，卡ロ服务器能够根据各激光测距节点装置的车辆信息获得道路信息，进而进行道路信息发布和道路监管指令的发布，有效克服了现有技术中探測装置布设繁琐，采样率低，无法有效辨识车型等缺点，且本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法应用简便，成本低廉，应用效果佳，应用扩展性好，应用范围也较为广泛。
图I为本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法所采用的节点系统的应用方式示意图。图2为本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法所采用的节点装置的原理示意图。图3为本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法的步骤流程图。
图4为本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法所采用的节点系统的结构示意图。图5为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对小型轿车进行扫描识别的效果图。图6为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对出租车进行扫描识别的效果图。图7为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对货柜车进行扫描识别的效果图。图8为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对卡车进行扫描识别的效果图。图9为利用发明的基于激光测距的道路车辆信息采集节点装置对搅拌车进行扫描识别的效果图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。请參阅图I所示，为本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法所采用的节点系统的应用方式示意图。该系统包括多个激光测距节点装置I及连接所述各装置I的卡ロ服务器4，节点装置I架设于道路6上一个车道的上方龙门架2上，并通过线缆5连接卡ロ服务器4。所述的激光测距节点装置I包括激光距离传感器以及内置于所述的激光距离传感器的数据处理器。所述的激光距离传感器为架设于道路上一个车道的上方的大角度激光收发距离传感器，所述的激光测距传感器为大角度激光收发测距传感器，如图2所示，该大角度激光收发测距传感器包括控制电路、脉冲激光发射电路和激光接收电路，所述的脉冲激光发射电路和激光接收电路均连接所述的控制电路，所述的控制电路还连接所述的数据处理器。所述的数据处理器具有车辆信息识别模块，所述的车辆信息识别模块的输入端连接所述的激光距离传感器，该车辆信息识别模块的输出端连接所述的卡ロ服务器。所述的脉冲激光发射电路的激光发射方向迎向所在车道的来车方向(如图I中箭头所示)，且所述的激光发射方向与车道间夹角的角度在20°至60°之间。该脉冲激光发射电路发射的激光在所述的车道上形成2. 5米X I米的矩形光斑3。该光斑3与所述的激光距离传感器之间的距离为25米。所述的大角度激光收发测距传感器的接收孔径角度在20毫弧度至100毫弧度之间。所述的激光接收电路的接收范围为ー直径2. 7米的圆形范围。在一种实施方式中，本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，如图3所示，包括以下步骤
(I)所述的各激光测距节点装置的大角度激光收发距离传感器对于所述车道上的固定位置进行持续的激光测距；(2)所述的大角度激光收发距离传感器将测得的距离值D发送至所述的数据处理器；(3)所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别；(4)所述的各激光测距节点装置的车辆信息识别模块将所获得的车辆信息发送卡ロ服务器；(5)所述的卡ロ服务器基于所获得的各激光测距节点装置车辆信息分析获得道路、信息，该道路信息包括道路车流量信息、拥堵情况信息和车辆分布信息等；(6)所述的卡ロ服务器发布所述的道路信息，井根据所述的道路信息向外部道路监管系统发布道路监管指令。其中，步骤(3)所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别，可具体包括车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量△ D对车流量进行统计的操作；车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量△ D确定车速的操作；以及车辆信息识别模块根据获得的距离值D对车车型进行识别的操作。在较优选的实施方式中，上述对车流量进行统计的操作，具体为当所述的车辆信息识别模块判断所述的距离值的变化量△ D大于预设的变化量阈值吋，则计算车流量+1。确定车速的操作，具体为所述的车辆信息识别模块确定车辆速度V为
T/ ADy =---
Al cosΘ ,其中，t为时间，Θ为所述的大角度激光收发距离传感器的激光发射方向与所在车道路面间的夹角。且所述的对车车型进行识别的操作，具体包括以下步骤(3-1)所述的车辆信息识别模块基于所述的距离值的变化量△ D执行所述的确定车速的操作，获得车辆速度V ；(3-2)所述的车辆信息识别模块根据所述的距离值的变化量AD确定车辆高度h ；(3-3)所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆高度h和车辆速度V绘制车辆轮廓图；(3-4)所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆轮廓图识别车辆类型。其中，步骤(3-2)所述的车辆信息识别模块根据所述的距离值的变化量Λ D确定车辆高度h，具体为所述的车辆信息识别模块确定车辆高度h为h = H-Dsin Θ，H为所述的激光测距节点装置到其所在车道路面间的垂直距离。且所述的车辆信息识别模块包括车型数据库，步骤(3-4)所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆轮廓图识别车辆类型，具体为所述的车辆信息识别模块根据将所述的车辆轮廓图与所述的车型数据库内的车型进行比对，确定与该车辆轮廓图相应的车辆类型。在更优选的实施方式中，如图4所示，所述的系统还包括多个摄像机，所述的各激光测距节点装置的数据处理器均连接ー个摄像机，所述的各摄像机也连接所述的卡ロ服务器，所述的方法在步骤(4)之后还包括以下步骤(4-1)所述的各激光测距节点装置的车辆信息识别模块向所述的摄像机发送触发指令；(4-2)所述的摄像机在接收到触发指令后，拍摄车辆影像；
(4-3)所述的摄像机将车辆影像发送至所述的卡ロ服务器。在本发明的应用中，本发明的道路信息采集的方法可用于对高速公路、交通卡ロ、或某些需要特殊管制的路段。可參考图I所示在道路的每个车道上放设置测距节点装置，以20度到60度的角度迎着车到来的方向架设。测距节点装置按照一定频率(彡IKHz)向路面(距离25米左右)发射测距激光脉冲对通过该车道处的车辆进行监测，这样能够使200Km/h速度的车辆车身每5cm测ー个点，能保障对车辆轮廓的有效描绘。测距节点装置的激光米用大角度发射接收方式，在路面处形成一个2. 5mX Im左右的光斑,该光斑即为信息采集探測区域。当车辆到来时，探测节点首先根据ー组距离变化判断车辆到来，发射信号给其他的联动传感装置如摄像头等发射ー个触发脉冲，这个车辆到来时刻的响应时间很短，在10个毫秒左右，当车辆车牌进入探測区域时，根据车牌距离的改变综合一个车辆行进速度在激光方向的分量考虑通过公式
τ, ΔΖ)V =-
AtcosO其中Θ为激光方向与路面的夹角，由此可以计算出车辆行进的速度。当车辆完整通过后，根据测距节点测量的距离变化综合测量角度Θ和车辆速度V还原出车辆轮廓，车辆高度可以还原成h = H-Dsin Θ其中H为测距节点架设距离地面的高度，由此h值配合速度V可以描绘出车辆的轮廓特征，通过得到的车辆轮廓特征与样本车辆外型特征进行比对识别，从而得到所通过车辆的类型。如图5至图9所示，依次为利用本发明的基于激光测距的道路信息采集节点系统对小型轿车、出租车、货柜车、卡车和搅拌车进行扫描识别后产生的车辆轮廓特征效果图，图中横坐标50点/格，纵坐标为O. 6m/格。利用该车辆轮廓特征图与节点装置内预置的车型库资料进行比对，即可获得确定的车辆类型信息。本发明采用红外光作为探测媒介，可不受环境光线的影响对交通信息进行全天候的采集；也无需对路面进行施工或者铺设合作目标，且与地感线圈相比，对车辆的到来时刻判别更加准确；本发明的方法能实现单条车道车辆速度測量，減少了不同车道间车辆的干扰，避免了车辆信息的误报与漏报，便于对车道的抓拍取证与辨别，且由于车辆速度作为參考量，对车型识别提供有效依据；且本发明只需要一个单ー传感节点，就能够对众多的交通信息进行探測，总体成本低廉，可适合高密度检测点布设；前端交通信息节点具有智能化处理特点，能够检测出车辆速度、车型等基本信息，前端功能节点优势的基础上，实现多节点联网，从而能够对整个道路的信息做出综合分析。全部卡ロ传感节点的车辆通过信息触发计数、车辆速度、车辆类型等信息传到后台进行数据分析可以得到整体路面的车流量、拥堵情况、车辆分布等信息，配合如摄像机等其他信息采集手段，可以对路面状况有更加全面直观的了解，为交通疏导、车辆监管、信息发布等提供依据。采用了该发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，各节点装置中的数据处理器能够获取距离传感器测得的距离值，井根据距离值的相关信息对车辆信息进行识别，从而实现车辆速度測量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能，卡ロ服务器能够根据各激光测距节点装置的车辆信息获得道路信息，进而进行道路信息发布和道路监管指令的发布，有效克服了现有技术中探測装置布设繁琐，采样率低，无法有效辨识车型等缺点，且本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法应用简便，成本低廉，应用效果佳，应用扩展性好，应用范围也较为广泛。在此说明书中，本发明已參照其特定的实施例作了描述。但是，很 显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，所述的系统包括多个激光测距节点装置及连接所述各装置的卡ロ服务器，所述的激光测距节点装置包括激光距离传感器以及内置于所述的激光距离传感器的数据处理器，所述的激光距离传感器为架设于道路上一个车道的上方的大角度激光收发距离传感器，所述的数据处理器具有车辆信息识别模块，所述的车辆信息识别模块的输入端连接所述的激光距离传感器，该车辆信息识别模块的输出端连接所述的卡ロ服务器，其特征在于，所述的方法包括以下步骤 (1)所述的各激光测距节点装置的大角度激光收发距离传感器对于所述车道上的固定位置进行持续的激光测距； (2)所述的大角度激光收发距离传感器将测得的距离值D发送至所述的数据处理器； (3)所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别； (4)所述的各激光测距节点装置的车辆信息识别模块将所获得的车辆信息发送卡ロ服务器； (5)所述的卡ロ服务器基于所获得的各激光测距节点装置车辆信息分析获得道路信息； (6)所述的卡ロ服务器发布所述的道路信息，井根据所述的道路信息向外部道路监管系统发布道路监管指令。
2.根据权利要求I所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在干，所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别，具体为 车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量AD对车流量进行统计的操作。
3.根据权利要求2所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在于，所述的车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量AD对车流量进行统计的操作，具体为 当所述的车辆信息识别模块判断所述的距离值的变化量AD大于预设的变化量阈值吋，则计算车流量+1。
4.根据权利要求3所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在于，所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别，还包括 车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量AD确定车速的操作。
5.根据权利要求4所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在于，所述的车辆信息识别模块根据获得的距离值的变化量AD确定车速的操作，具体为 所述的车辆信息识别模块确定车辆速度V为At cos 0， 其中，t为时间，e为所述的大角度激光收发距离传感器的激光发射方向与所在车道路面间的夹角。
6.根据权利要求5所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在干，所述的数据处理器的车辆信息识别模块根据获得的距离值D的相关信息对车辆信息进行识别，还包括 车辆信息识别模块根据获得的距离值D对车车型进行识别的操作。
7.根据权利要求6所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在干，所述的车辆信息识别模块根据获得的距离值D对车车型进行识别的操作，具体包括以下步骤 (3-1)所述的车辆信息识别模块基于所述的距离值的变化量AD执行所述的确定车速的操作，获得车辆速度V ; (3-2)所述的车辆信息识别模块根据所述的距离值的变化量AD确定车辆高度h; (3-3)所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆高度h和车辆速度V绘制车辆轮廓图； (3-4)所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆轮廓图识别车辆类型。
8.根据权利要求7所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在于，所述的车辆信息识别模块根据所述的距离值的变化量△ D确定车辆高度h，具体为 所述的车辆信息识别模块确定车辆高度h为 h = H-Dsin 0 , 其中，H为所述的激光测距节点装置到其所在车道路面间的垂直距离。
9.根据权利要求7所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在干，所述的车辆信息识别模块包括车型数据库，所述的车辆信息识别模块根据所述的车辆轮廓图识别车辆类型，具体为 所述的车辆信息识别模块根据将所述的车辆轮廓图与所述的车型数据库内的车型进行比对，确定与该车辆轮廓图相应的车辆类型。
10.根据权利要求I所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在于，所述的系统还包括多个摄像机，所述的各激光测距节点装置的数据处理器均连接ー个摄像机，所述的各摄像机也连接所述的卡ロ服务器，所述的方法在步骤(4)之后还包括以下步骤 (4-1)所述的各激光测距节点装置的车辆信息识别模块向所述的摄像机发送触发指令； (4-2)所述的摄像机在接收到触发指令后，拍摄车辆影像； (4-3)所述的摄像机将车辆影像发送至所述的卡ロ服务器。
11.根据权利要求I所述的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，其特征在于，所述的道路信息包括道路车流量信息、拥堵情况信息和车辆分布信息。
全文摘要
本发明涉及一种基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，节点装置激光测距采用有一定倾角的探测方式，内置的数据处理器能根据距离值的相关信息对车辆信息进行识别，从而实现车辆速度测量、车辆行为触发、车辆轮廓描绘、车流量统计等诸多功能，卡口服务器能够根据各激光测距节点装置的车辆信息获得道路信息，进而进行道路服务信息和道路监管指令的发布。采用本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法，能高效获取道路信息，有效克服了现有技术中探测装置布设繁琐，采样率低，无法有效辨识车型等缺点。且本发明的基于激光测距节点系统实现道路信息采集的方法应用简便，成本低廉，应用效果佳，应用扩展性好，应用范围也较为广泛。
文档编号G08G1/04GK102663893SQ201210111549
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者吴轶轩, 李万才, 李震宇, 梅林 , 江洪, 沈冬青, 陈建永 申请人:公安部第三研究所