多目标追踪微波车辆检测器方案

微波交通检测器应用方案

——T-11V5多目的追踪雷达

Tractech

志I德I华I通

江苏志德华通信息技术有限企业

编辑者:高志鹏

1.TractehT-llV5多目的追踪微波车辆检测器简介

i.1功能概述

•TraciechT-llV5多目的追踪微波车辆检测器（如下简称T-UV5）,是运用二维积极

扫描式阵列雷达微波检测技术，对路面发射微波，以每秒20次的扫描频率可靠地

检测路上每一车道的目H勺，精确辨别机动力、非机动力、行人等，可同步识别及跟

踪最多64个目的对象。

•可同步测量每车道的流量、平均速度、拥有率、85%位速率、车头时距、车间距等

交通数据，以及排队长度、逆行、超速、ETA等报警信息，并可精确地测量区域内

每个目的的位置坐标（X,Y）与速度（Vx,Vy）v

•能进行大区域检测，沿来车方向正常检测区域至少可达160米，能同步检测至少6

个车道，其中中间的4个车道每条车道可以有4个精确H勺检测点，4条车道就可以

配置16个精确的检测点。每个检测点就是一条线，这条线与路交叉成90度夹角，

也就是垂直于路H勺方向。这些垂直于路的方向H勺检测线，就可以作为雷达H勺检测点，

可以非常精确检测车辆靠近并通过这些检测点时的状态

•自动检测交通流口勺运行方向，进行车辆逆行检测记录。

•采用前向安装的方式.可以便地运用既有杆件：信号灯杆、电警杆横臂、任一标志

标牌、路灯杆上，具有安装维护以便，不破坏路面，不影响交通，技术先进，成本

低等特点。

•可在全天候环境下工作，外壳到达IP67防护原则，并具有自校准以及故障自诊断

功能。

•可视化H勺图形化操作界面能实时显示每个目的在检测区域内被跟踪状况以及车辆

即时速度、车辆长度等实时信息。

1.2应用场所

T-llV5是一款革命性的通用交通管理雷达，可以用在交通管理领域的诸多方面:

公路和交通管理系统

♦速度测量、距离测量、方.位角度测量

♦多车道、双方向同步测量

♦交通流记录和车辆分类

♦交通事件检测：异常停车、逆行、超速、排队超限等

♦取代地感线圈，可以取代单个和多种线圈

♦匝道交通调整

♦队列报警系统

♦收费站车辆检测

图1.2-1：道路交通管理应用图示

交叉路口检测］和都市交通控制系统

♦停车线检测

♦排队长度检测

♦估计抵达时间检测

♦取代地感线圈

♦交通诱导

♦优化信号机配时方案

=■

三=

=■

=_

=_

三

三

三

一

『=

图

1.2-2：

路口

应用

图示

图1.2-1：T-11V5应用示意图

在雷达静态的应用中，•段状况，雷达传感器是通过CAN•总线或者其他接口输出•种被

检测目的的列表，并对应下列参数：

・距离

•角度（方位）

・径向速度

•反射率电平

•目的的类型（可靠性数字）

除此之外，雷达H勺状态和诊断数据也会被送出。

雷达跟踪目的的成果是形成--种与目的对应的对象，这个对象包括下面口勺参数:

♦X方向的位置坐标

♦Y方向的位置坐标

♦X方向的速度分量

♦Y方向的速度分量

♦目的反射瑞的类型

♦目的反射器的大小

2.TractehT-llV5技术规格

・性能和检测精度

☆微波工作频率：24〜24.245GHz；

☆微波水平发射角：±18度；

☆EIRP（有效等向射频功率）：20dBm；

☆同步追踪目的数：64个：

☆刷新时间:50ms；

☆检测范围：160米（纵向）*6车道（横向）；

☆最大作用距离：卡车240米，小车160米，行人60米：

☆车道流量误差：＜5%；

☆平均时间拥有率误差：W5%：

☆距离精确度：〈土2.5%或V±0.25米（最大）；

☆速度精确度：＜±0.28米/秒，速度范围：0.36k[n/h-300km/h

☆间距:±0.1米/秒至±83.34米/秒;

☆数据上传周期：500ms〜3600秒范围内任意可调：

•机械性能

☆设备尺寸：24*17*7cm；

☆重量：2KG；

☆外壳采用Lexan树脂材料（防水、防冻、防锈）

防护等级符合IP-67（NEMA-4X）原则；

•电源/环境条件

☆电源功率：3.7L

☆电压输入:7〜32VDC；

☆温度：-45〜85℃：

☆湿度：最大100%；

☆风速范围：不大于160km/.h；

☆适合于任何天气（雨、雾、雪、大风、冰、灰尘等）；

☆撞击/振动承受度：100grms/14grms；

•安装条件

☆安装高度：5〜1C米（可借用信号灯或电子警察杆）

☆水平偏置角；±10度；

☆垂直偏置角：土£度：

•安装条件

☆设备设计、制造符合交通信号控制设备中国通用规格，在规定条件下工作,

其平均无端障间隔时间满足：MTBF:290000小时（23年）：

☆平均故障修复时间：15分钟

•通讯接口

CAN总线、RS485,RelayContect:8Pairs（可选）

3.系统处理方案

3.1取代地磁线圈方案简介

3.1.1监控单向三条车道

图V5监控3车道示意图

如图所示，此处T-llV5监控三车道，原工作原理：假设触发点的测量线Ml距离

雷达口勺水平距离为30米（这个距离是精确值，不像其他雷达只是个大概，并且可以根据实

际使用规定进行调整），当有超速运动目的通过Ml时，雷达的对应Relay标志位会置位或

者复位，电脑检测对应触发点3]Relay标志位，假如标志位有变化，就认为有超速目的通过,

并控制相机进行抓拍，同步检测所有目的的Y和X坐标值，确定目的所在的车道和精确位

置，将目的的速度信息和乍道信息及位置.信息等超速违法信息直加到相机抓拍的照片上，从

而完毕一次抓拍过程。

当然，每个车道的测量线H勺位置，可以分别进行设置，也就是可以设置成不一样

的位置，此处为了论述以便，三条车道的测量线的位置是同样的。

3.1.2监控双向六条车道

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

电

3.1.2-1：T-llV5监控六车道示意图

如上图所示，同步监控六条车道，需要6个Relay标忐位R0-R7,每一•种标忐位对应

一种车道的触发点，每一种相机监控两条车道，当然，为了节省成本，也可以使用两台相机,

这样每3个标志位.相称于3条车道,对应一台相机.根据您的使用规定配置好雷达和相机八

工作原理：假设触发点的测量线Ml距离雷达的水平距离为30米（这个距离可以根据实际

使用规定进行调整），当有超速运动目的通过Ml时，雷达日勺对应Relay标志位会置位或者

复位，电脑检测对应触发点H勺Relay标志位，假如标志位有变化，就认为有超速目的通过，

并控制对应车道的相机进行抓拍，同步检测所有目的口勺Y和X坐标值，确定目的所在的车

道和精确位置，将目H勺的速度信息和所在车道信息及位置信息笔超速违法信息叠加到相机抓

拍的照片上，从而完毕一次抓拍过程。

当然您假如不需要在前端放置电脑，也可以用雷达来直接触发相机。这时，需要给雷

达加上硬件触发接口，也就是给雷达加上Relay接口。这个接口输出的硬件触发信号可以直

接触发相机进行拍照。•种雷达可以至少触发8台相机进行拍照，假如配上扩展硬件触发接

口，可以一种雷达就可以触发16台相机。不过，在治安卡口的应用中，一般不用那么多相

机。用雷达自身的所带的硬件触发接口，也就是Relay触发接口，就够用了。只是这样做，

相机就必须在接受触发信号进行拍照口勺同步，接受雷达口勺数据报文，并进行分析，来判断所

拍照H勺图片是那条车道的车辆触发引起的，同步穆加该辆车，也就是引起触发拍照H勺车辆H勺

有关速度和位置信息到照片上。换句话说，也就是，本来由电脑来判断雷达数据归属的功能,

改由相机来判断。这就需要相机厂家根据雷达的通信协议和数据报文定以，编写对应的程序，

来完毕数据判断和数据叠加H勺任务。这样，前端设备就可以挣脱电脑或者工控机了。相机完

毕拍照和叠加数据信息后，将证据照片通过网络传播到管理终端。

硬件示意图如下:

。

。

。

。

。

。

0・

交换机

图：3.122：T-llV5监控6车道示意图

（雷达直接触发，前端不含电脑）

工程示意图如下:

一台T71V5监控双向6车道抓拍

设备箱

限速30公里/小时

设备箱

图3.L2-3：监控双向六车道工程图

3.1.3卡口应用

上面所述是将雷达用在超速抓拍匕假如作为卡口来使用，只需要将雷达H勺限速范

围设置得低某些，例如5公里起抓，那么除了行人之外所有通过测量线的运动目的都会被抓

拍。假如要找出超速目的，那么只需要把读出的目口勺速度值和软件设定的路段限速值进行比

较，假如超过限速值，则认为是超速目的，并叠加对应超速违法信息：反之，则只叠加对应

数据信息。

3.2自适应智能交通信号系统

3.2.1系统简介

自适应信号系统，变化了过去路口固定的红绿灯计时模式，根据实时交通流进行智能控

制信号时间长短，通过T-11V5微波车辆器，实时分析各方向车流状态，通过内部的自适应

算法，动态调整各个方向口勺红绿灯时间，以到达更好的路口通行能力，减少无车时还要空等

红灯H勺时间，使单位时间通行效率实现最大化；同步在交通流量高峰时期，通过合理的信号

周期H勺变化来疏导交通，减少局部区域交通压力，减轻交通拥堵现象。

信号机将得到

的交通信息1:

传至控制中总

行我传七-26

无城传给

控制中心根据交通

信息实时优化交通

T-llV5进行数据控制,形成M终优

采集,如车流收、时化控制方案并卜我

间占仃率、速度、指信号机智能至信号机运行

队长度等控瓶红绿灯控制中心同时捉供

时长数据给交遹诱牙子

系统

图3.2.1-1:自适应信号系统构造示意图

该系统通过TT1V5微波车辆检测器按照车道采集位控制系统所需要的流量、时间

拥有率、平均速度、车长、排队长度、各方向待转区车辆数目等信息进行数据采集，得

到4个不•样方向、每个方向最多6个车道*纵向160米的区域检测数据，并传播给主

控制器。主控制器通过数据分析处理，得到最佳的信号灯控制方案，并将控制信号传播

给信号机，实现交通信号智能自适应H勺目的。因此，本系统不需要对既有的交通设备进

行替代，只需要在当地多安装一种控制器和四个T-11V5微波车检器即可完毕整个十字

路口的升级改造。

主控制器还可以把目前路口的交通数据实时传播到交通控制中心，如车流量、车

速等信息。交控中心可根据这些数据进行智能交通的统筹管理，弥补目前设备仅可.以采

集干道交通数据的局限性，

图3.1.1-2：路口，四套T-1IV5示意图

3.2.2系统特性

1）多车道

市场上绝大部分检测器是单道设备，在应用于多车道的公路时，每一检测点都需由多种

检测器单元构成。因此带来高额口勺成本和复杂的安装，并且伴随单元和布线口勺增长使得可靠

性下降且不便于维修。而我们的自适应智能交通信号系统所使用H勺T-llV5可以探测6个车

道的每一条车道上的车道占用率、流量、平均速度、85分位速率、车间时距等信息，最远

可以测量到160米的地方。凸显了T-UV5在多车道公路上的高性价比。

2）全天候

T-llV5作为•种实时性很强的交通采集设备，可以保证全天候稳定工作。拥有自我校

准功能在大雨、大雪、沙尘暴、雾强等恶劣天气下也可以正常工作。

3）高精度

T-llV5的检测精度上非常高，靠近100%的检测精度，可以对移动目口勺进行精确的定

位、速度测量等，同步检测跟踪64个目的，并且可以对各个目的进行分类，如汽车、卡车

等，尤其能对摩托车、自行车进行精确的检测。

4）强适应

T-llV5H勺数据传播模式有无线和有线两种方式，可以根据不一样的应用状况进行灵活

选择。极低口勺功耗设计，甚至可使用蓄电池供电，使得T-llV5可以灵活地适应不一样的路

口状况。功能易于扩展，通过对设备H勺远程控制，可以满足顾客个性化功能规定，如：单车

道信息记录、路口停等车辆长度记录等。

5）易安装

市场卜绝大部分雷达设备是F向架空安装设备,这就限制「它们在多应用场景下的布

署，并且在安装和维修时，检测器下方的道路必须被关闭，对车辆正常通行导致影响。T-1I

V5可以在不中断交通的状况下安装在既有路侧电线杆匕不会对车辆通行产生任何影响。

3.3更多其他方案

TractechT-U微波车辆检测器的功能非常丰富，是一款泛用交通管理雷达，几乎道

路交通上所有的应用功能，它都可以实现，例如：诱导信息采集，逆向行驶，错误方向行驶,

长时间占道行驶等，它都可以完毕，并且在特定的事件中输出报警。期待现诸位共同探讨开

发此款雷达口勺更多应用，深入提高我国的道路交通管理水平。

4.TractechT-llV5的安装阐明

4.1坐标系统

T-llV5的坐标系统如下:

Variables:

rx-rangeinX-direction

ly-rangeinY-direction

\'x-speedinX-direction

vy-speedinY-direction

rr-rangeradial

v,-speedradial

a-angle

图4.1-1:坐标系统

Variables：变量

北一X方向上的距离

W-Y方向上的距离

vx—X方向上H勺速度

VY—Y方向上日勺速度

rr-径向距离

vr—径向速度

a—X方向和目的径向的夹角

4.2怎样获得最佳的角度覆盖

4.2.1安装高度

下面图示了雷达波束与地面的最小接触距离和雷达安装高度H勺互相关系。较低

的J安奘高度对捕捉距离雷认转近(<3()m)【向车辆是有利口勺,不过安装的太低，轻易受到无

聊人上的破坏。不过，当把雷达安装的较高时，对于距离雷达较近的目H勺车辆，不利于雷达

发现，由于，当目的和雷达的距离较近时，目的车辆也许在雷达的波束下面行驶。

雷达安装到2-8m左右内位置是我们提议的位置，这样可以获得最佳性能。当然雷达

也许H勺安装高度可以从1m至ij10m。

图4.2.IT：安装高度示意图

一高度=3m-＞最小接触距离=17.5m

高度=5m-＞最小接触距离=29.16m

高度=7m-＞最小接触距离=40.83m

这些数据是根据雷达的辐射方向图计算得出的。

020406080100120140160160200

Radiationpatterntouchesgroundlevel

o102060

X[m]

图4.2.1-2：辐射方向图

上图可以很清晰的看,到雷达辐射方向图。雷达的辐射方向图显示波束在距离雷达水平

方向35m的位置接触到水平地而，因此雷达波束接触到目日勺的最小距离就是35米，此时雷

达的安装高度是6mo

4.2.2垂直角度（俯仰角）

在这里可以得到和上节同样的成果，只是这个最小接触距离要依赖于雷达的垂

直安装角度，也就是俯仰角。为了更清晰地在清晰雷达的垂直安装角度和最小接触距离的关

系，下面例子选择的参数是任意选择口勺，具有一般性。

—elevationangle-3°elevationangle=0°-elevationangle+3°

->minimalrange=26.56m->minimalrange35m->minimalrange=50,86m

雷达俯仰角=-3°-＞最小接触距离=26.56m

雷达俯仰角=-0°-＞最小接触距离=35m

-雷达俯仰角=+3°-＞最小接触距离=50.86m

4.2.2.1俯仰角为0°

下图显示的是雷达的俯仰角度为0"时，雷达的辎射方向图，当架设高度为6米时,

雷达H勺波束与地面的最小接触距离为35m。

ivauidiiviipaiiciiiivuciicdgiuuiiuicvui

0102030405G60

X[m]

4.2.2.2俯仰角为3°

下图显示的是雷达的俯仰角度为3°时，雷达的辐射方向图，当架设高度为6米时，雷

达的波束与地面的最小接触距离为50.86m。

15

W10

>5

0

020406080100

假如雷达的俯仰角（正向）比较大，也就是向上翘的太高，那么车辆将会在雷达波束

的下方运行，在下面的雷达辐射方向图中，车辆在到距雷达133m之前都是运行在雷达波束

的卜.方的。

20

W10

>0

radiationpatterntoohigh

-10

020406080100120140160180200

X[m]

4.2.2.3俯仰角为-3°

下图显示的是雷达的俯仰角度为-3°时，雷达的辐射方向图，当架设高度为6米时，雷

达的波束与地面的最小接触距离为26.56m。

Radiationpatterntouchesgroundlevel

01020304050

X[m]

4.2.3方位角

跟踪算法采用某些假设和滤波来预测、计算、和平滑监测目内。一般状况卜，在目H勺

没有任何参数口勺状况下，跟踪算法可以跟踪任意方向上的所有目日勺，不过，这种跟踪的成果

在诸多状况下是低效的并且是模糊不清的。有/参数的状况下，跟踪算法就懂得哪个方向上

目的在移动，这样做的成果是