一种排队车辆长度检测系统和方法与流程

本发明属于交通数据测量技术领域，特别涉及了一种排队车辆长度检测系统和方法。

背景技术：

随着工业化、城市化步伐的加快，城市交通堵塞已逐渐演变为一个全球性的问题，即使在一些发展中国家，城市交通拥堵问题也愈演愈烈。作为发展中国家的中国，近20年来，随着经济的持续、快速、健康发展，由于机动车数量的突飞猛进，城市交通压力陡增，交通拥堵现象逐渐变得常见。尤其是在大城市，交通拥挤堵塞以及由此导致的交通能耗、环境污染的加剧，是我国城市面临的极其严重的“城市病”之一，已经成为制约国民经济进一步发展的瓶颈。城市交通顺畅是城市正常运转重要条件之一。城市交通问题能否顺利解决，直接关系到城市经济发展、城市现代化建设以及居民生活的改善的程度。

目前，有关解决交通拥堵的解决方案也有很多，例如车速引导系统与信号配时调整系统，而在这些解决方案中，都需要提前从外界获取到一个重要的参数——当前车道排队长度信息。因此，需要一套可行的解决方案，能方便地实时获取到当前的车辆排队长度信息。

目前，现有的车辆排队长度测量系统也有很多种：例如基于图像处理的车辆排队长度测量系统，具体是使用高清照相机获取到当前的车辆排队照片，之后进行图像处理分析，得到当前车辆排队长度；还有基于短距离雷达的车辆长度测量系统，具体是使用雷达发射机发射出高频电磁波，根据雷达回波，对前方车辆进行探测，从而得到车辆排队长度信息。对于前者，由于涉及图像处理，因此受当前拍摄环境很大的影响，在阴雨天及其他特殊情况下，效果不理想，此外由于涉及到复杂的图像处理，对嵌入式系统性能以及拍摄系统要求较高，价格较为昂贵；对于后者，由于雷达发射机功耗较高，而且会对人体产生辐射，可能对健康带来风险，不易于大量装备。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种排队车辆长度检测系统和方法，弥补现有车辆排队长度测量技术的不足。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种排队车辆长度检测系统，包括控制模块以及分别与之连接的激光测距仪、x/y向舵机、人机交互模块和存储模块，所述激光测距仪安装在x/y向舵机上，x/y向舵机包括x向舵机和y向舵机，分别用于水平方向和竖直方向的旋转；通过人机交互模块向控制模块输入控制指令和工作参数，控制模块驱动x/y向舵机旋转，从而带动激光测距仪采集不同位置的数据，控制模块根据这些数据测量出排队车辆的长度，并将测量结果显示在人机交互模块上。

基于上述系统的排队车辆长度检测方法，包括以下步骤：

(1)确定测量原点以及各个测量点的位置，根据每个测量点的位置与x/y向舵机的旋转角度的关系，计算每个测量点对应的x/y向舵机的旋转角度，并保存；

(2)计算待测车道无车辆时的各个测量点对应的距离阈值，包括以下步骤：

(21)安装排队车辆长度检测系统，步骤(1)确定的测量原点即是安装位置；

(22)对x/y向舵机进行原点位置校准；

(23)读取步骤(1)保存的每个测量点对应的x/y向舵机的旋转角度，并根据旋转角度驱动x/y向舵机旋转，激光测距仪采集各个测量点的距离数据并保存；

(24)根据步骤(23)得到的各个测量点的距离数据计算各个测量点对应的无车辆时的距离阈值；

(3)在车辆拥堵时段测量待测车道的车辆排队长度，包括以下步骤：

(31)对x/y向舵机进行原点位置校准；

(32)读取步骤(1)保存的每个测量点对应的x/y向舵机的旋转角度，并根据旋转角度驱动x/y向舵机旋转，激光测距仪采集各个测量点的距离数据并保存；

(33)比较步骤(32)得到的各个测量点的距离数据与步骤(24)得到的距离阈值，得到车辆排队长度。

进一步地，步骤(1)的具体过程如下：

测量原点位于待测车道停止线的前方，以地面作为平面直角坐标系所在平面，以测量原点为坐标系原点，以平行于待测车道的方向作为坐标系x轴，以垂直于x轴的方向作为坐标系y轴，建立平面直角坐标系，所有测量点在平面直角坐标系上沿平行于x轴的方向从停止线开始等间距排列，设相邻测量点的间距为a，则a<b，b为停车安全间隔，获取每个测量点在该坐标系内的坐标，根据式(1)的关系式，计算每个测量点对应的旋转角度：

式(1)中，θx、θy分别为x向舵机和y向舵机的旋转角度，x、y分别为测量点在坐标系内的横、纵坐标，h为测距传感器距地面的高度。

进一步地，步骤(22)和(31)的具体步骤如下：

(a)对x向舵机进行原点位置校准：

(a1)以当前点为基准点，保存当前点测量距离x0；

(a2)控制x向舵机向右转动α度，保存该点测量距离x1；

(a3)控制x向舵机向左转动2α度，保存该点测量距离x2；

(a4)比较x0、x1和x2，选出最小值对应的点作为下次校准的基准点；

(a5)重复步骤(a1)-(a4)，直到x1与x2相等，保存当前基准点位置，并将其作为x向舵机基准点；

(b)对y向舵机进行原点位置校准，其步骤与x向舵机原点位置校准相同；

(c)校准后，使得激光测距传感仪发射的光束垂直于路面，并将路面的激光点即为测量原点。

进一步地，步骤(24)的具体步骤如下：

(241)激光测距仪重复多次采集某测量点的距离数据，将多次采集的数据组成一个数组；

(242)对数组重复进行多次加权平均：

式(2)中，li为数组中的第i个元素，n为数组长度，lb为上一次加权平均值，mb为lb在本次计算中的权值；

(243)以加权平均值作为中心剔除野值；

(244)对剔除野值后的数据进行二次加权平均，得到该测量点的距离阈值。

进一步地，步骤(33)的具体过程如下：

从待测车道的停止线开始，将步骤(32)得到每个测量点的距离数据与步骤(24)得到的该测量点的距离阈值进行比较，将第一个距离数据小于距离阈值的测量点作为车辆排队的终点，则从该待测车道停止线至该终点的距离即为排队车辆的长度。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明相比于现有技术，由于结构简单(仅有两个旋转舵机以及一部激光测距仪)，便于布置，而且由于使用激光测距，受环境影响小，因此有很大的实用价值。通过对车辆排队长度的精确计算，反映出路面的车流量信息，为交管部门提供决策调度依据，减少交通拥堵现象。

附图说明

图1是本发明的系统组成框图；

图2是本发明的整体方法流程图；

图3是本发明的坐标系建立示意图；

图4是本发明中直角坐标与旋转角度之间的关系示意图；

图5是本发明中步骤2的流程图；

图6是本发明中距离阈值的求取流程图；

图7是本发明中步骤3的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

一种排队车辆长度检测系统，如图1所示，包括控制模块以及分别与之连接的激光测距仪、x/y向舵机、人机交互模块和存储模块，所述激光测距仪安装在x/y向舵机上，x/y向舵机包括x向舵机和y向舵机，分别用于水平方向和竖直方向的旋转；通过人机交互模块向控制模块输入控制指令和工作参数，控制模块驱动x/y向舵机旋转，从而带动激光测距仪采集不同位置的数据，控制模块根据这些数据测量出排队车辆的长度，并将测量结果显示在人机交互模块上。

本发明还包括基于上述系统的排队车辆长度检测方法，如图2所示，具体步骤如下。

步骤1：确定测量原点以及各个测量点的位置，根据每个测量点的位置与x/y向舵机的旋转角度的关系，计算每个测量点对应的x/y向舵机的旋转角度，并保存。

测量原点位于待测车道停止线的前方，以地面作为平面直角坐标系所在平面，以测量原点为坐标系原点，以平行于待测车道的方向作为坐标系x轴，以垂直于x轴的方向作为坐标系y轴，建立平面直角坐标系，所有测量点在平面直角坐标系上沿平行于x轴的方向从停止线开始等间距排列，设相邻测量点的间距为a，则a<b，b为停车安全间隔。图3为建立平面直角坐标系的一个示例图，图中的α1n、α2n分别为车道1、2上布置的测量点。

获取每个测量点在该坐标系内的坐标，根据图4的得到式(1)，计算每个测量点对应的旋转角度：

式(1)中，θx、θy分别为x向舵机和y向舵机的旋转角度，x、y分别为测量点在坐标系内的横、纵坐标，h为测距传感器距地面的高度。

步骤2：计算待测车道无车辆时(例如午夜12点至凌晨4点)的各个测量点对应的距离阈值，如图5所示，具体步骤如下。

步骤21：安装排队车辆长度检测系统，步骤1确定的测量原点即是安装位置。

步骤22：对x/y向舵机进行原点位置校准，具体步骤如下。

a、对x向舵机进行原点位置校准：

a1、以当前点为基准点，保存当前点测量距离x0；

a2、控制x向舵机向右转动α度，保存该点测量距离x1；

a3、控制x向舵机向左转动2α度，保存该点测量距离x2；

a4、比较x0、x1和x2，选出最小值对应的点作为下次校准的基准点；

a5、重复步骤a1-a4，直到x1与x2相等，保存当前基准点位置，并将其作为x向舵机基准点；

b、对y向舵机进行原点位置校准，其步骤与x向舵机原点位置校准相同；

c、校准后，使得激光测距传感仪发射的光束垂直于路面，并将路面的激光点即为测量原点。

步骤23：读取步骤1保存的每个测量点对应的x/y向舵机的旋转角度，并根据旋转角度驱动x/y向舵机旋转，激光测距仪采集各个测量点的距离数据并保存。

步骤24：根据步骤23得到的各个测量点的距离数据计算各个测量点对应的无车辆时的距离阈值，如图6所示，具体步骤如下。

步骤241：激光测距仪重复多次采集某测量点的距离数据，将多次采集的数据组成一个数组；

步骤242：对数组重复进行多次加权平均：

式(2)中，li为数组中的第i个元素，n为数组长度，lb为上一次加权平均值，mb为lb在本次计算中的权值；

步骤243：以加权平均值作为中心剔除野值；

步骤244：对剔除野值后的数据进行二次加权平均，得到该测量点的距离阈值。

步骤3：在车辆拥堵时段(例如上、下班高峰时段)测量待测车道的车辆排队长度，如图7所示，具体步骤如下。

步骤31：对x/y向舵机进行原点位置校准，该过程与步骤22一致。

步骤32：读取步骤1保存的每个测量点对应的x/y向舵机的旋转角度，并根据旋转角度驱动x/y向舵机旋转，激光测距仪采集各个测量点的距离数据并保存。

步骤33：比较步骤32得到的各个测量点的距离数据与步骤24得到的距离阈值，得到车辆排队长度。从待测车道的停止线开始，将步骤32得到每个测量点的距离数据与步骤24得到的该测量点的距离阈值进行比较，将第一个距离数据小于距离阈值的测量点作为车辆排队的终点，则从该待测车道停止线至该终点的距离即为排队车辆的长度。

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。