基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系統(tǒng)，屬于交通運(yùn)輸領(lǐng)域；裝有此系統(tǒng)的車輛在道路行駛時(shí)，由智能單向多車檢測(cè)根據(jù)定位道路數(shù)據(jù)信息智能控制微波的輻射面積，其微波雷達(dá)裝置只對(duì)裝載車行駛方向且前后150m范圍所有車道車輛發(fā)射微波信號(hào)，并對(duì)滿足以上兩條件的車輛速度及距離進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送到微處理器。微處理器根據(jù)檢測(cè)到的距離和速度數(shù)據(jù)計(jì)算得到道路車流的三級(jí)速度閾值區(qū)間，通過(guò)與車輛自身的行駛速度進(jìn)行比較，并根據(jù)實(shí)際情況各因素比重進(jìn)行不同程度的預(yù)警提示，時(shí)鐘抑制控制預(yù)警時(shí)間長(zhǎng)短和預(yù)警周期，LCD顯示三級(jí)速度閾值區(qū)間及該車所在的速度區(qū)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速路及快速路上低速行駛車輛的預(yù)警。
【專利說(shuō)明】基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)譬系統(tǒng) 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明設(shè)及交通運(yùn)輸領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系 統(tǒng)。 【背景技術(shù)】 在當(dāng)今道路中，由于個(gè)別駕駛員注意力不集中、撥打電話W及大霧、沙塵等較低能見度 環(huán)境下低速行駛車輛易發(fā)生追尾事故造成很大的人員和財(cái)產(chǎn)損失，因此，如何對(duì)低速行駛 車輛進(jìn)行預(yù)警W達(dá)到安全行駛車速的問(wèn)題迫在眉睫。一、由于個(gè)別駕駛員注意力不集中、撥 打電話時(shí)行駛車速過(guò)低，易導(dǎo)致動(dòng)態(tài)交通流速度變化，影響人們的出行安全，同時(shí)降低了道 路實(shí)際通行能力，一定程度上造成了擁堵。二、大霧、沙塵、黑夜等能見度較低的惡劣天氣恢 復(fù)期，部分駕駛員未能按照交通流的速度恢復(fù)車速，也易導(dǎo)致交通事故并造成時(shí)間浪費(fèi)、油 耗增加等。目前為止，基本沒(méi)有一種能實(shí)現(xiàn)單向多車道檢測(cè)的微波雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)車輛速度影 響交通流做出相應(yīng)的預(yù)警系統(tǒng)?；谶\(yùn)種背景，在汽車上安裝此系統(tǒng)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的為駕駛員 提供最佳行駛速度范圍顯得非常重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系統(tǒng)，是一種適用于高 速路及快速公路路段(無(wú)交叉口或交叉口相對(duì)較少的高等級(jí)道路）的針對(duì)低速行駛車輛的 預(yù)警系統(tǒng);在汽車行駛過(guò)程中，該系統(tǒng)對(duì)低速行駛車輛進(jìn)行預(yù)警提示，從而保證安全并提高 通行效率。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括有裝載在車輛 上的依次電連接的智能單向多車道檢測(cè)控制器、微波雷達(dá)裝置、信號(hào)處理模塊、AD轉(zhuǎn)換模 塊、預(yù)警控制系統(tǒng);所述預(yù)警控制系統(tǒng)包括有與AD轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端連接的微處理器 W及與微處理器連接的時(shí)鐘抑制電路、LCD顯示電路、Ξ級(jí)聲光報(bào)警電路、定位系統(tǒng)，微處理 器還與復(fù)位電路連接;所述單向多車道檢測(cè)控制器控制微波雷達(dá)裝置對(duì)對(duì)定位系統(tǒng)定位到 的裝載車同一行駛方向的且前后150m范圍內(nèi)的所有車道車輛發(fā)射微波信號(hào)，微波雷達(dá)裝置 進(jìn)行測(cè)速測(cè)距并建立該裝載車前后150m范圍內(nèi)車輛的速度的數(shù)據(jù)庫(kù)，將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的微波 信號(hào)進(jìn)行放大后傳送到信號(hào)處理模塊，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成速度和距離數(shù) 據(jù)，微處理器將速度和距離數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將該裝載車的速度和微處理器分析處理后 得到車流的Ξ級(jí)速度闊值進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)道路網(wǎng)實(shí)際情況各因素比重進(jìn)行不同程度的預(yù) 警提示，時(shí)鐘抑制電路控制預(yù)警時(shí)間長(zhǎng)短和預(yù)警周期，LCD顯示電路顯示Ξ級(jí)速度闊值區(qū)間 及該裝載車所在的速度區(qū)間。 所述的一種基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述微波雷 達(dá)裝置包括有發(fā)射前端電路、射頻前端電路、收發(fā)天線、前置放大器，射頻前端電路包括有 依次連接的固態(tài)振蕩器、環(huán)流器、混頻器，固態(tài)振蕩器與發(fā)射前端電路連接，環(huán)流器與收發(fā) 天線連接，混頻器與前置放大器連接。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是： 本發(fā)明采用智能單向多車道檢測(cè)控制器、微波雷達(dá)裝置、信號(hào)處理模塊及預(yù)警控制系 統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確快速的進(jìn)行距離和速度的測(cè)量，并且探測(cè)距離遠(yuǎn)、系統(tǒng)運(yùn)行可靠、性能受外界 環(huán)境影響小，可W對(duì)駕駛員在道路上行駛進(jìn)行有效的預(yù)警，從而減少道路動(dòng)態(tài)交通流變化 的影響，提高道路通行能力，減少出行成本。 【附圖說(shuō)明】 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖2為交通預(yù)警模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。 圖3為系統(tǒng)軟件流程圖。 【具體實(shí)施方式】 W下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 參照?qǐng)D1，一種基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系統(tǒng)，包括有裝載在車輛上的 依次電連接的智能單向多車道檢測(cè)控制器1、微波雷達(dá)裝置2、信號(hào)處理模塊3、AD轉(zhuǎn)換模塊 4、預(yù)警控制系統(tǒng)5;所述預(yù)警控制系統(tǒng)5包括有與AD轉(zhuǎn)換模塊4的信號(hào)輸出端連接的微處理 器6W及與微處理器6連接的時(shí)鐘抑制電路7、LCD顯示電路8、Ξ級(jí)聲光報(bào)警電路9、定位系統(tǒng) 10,微處理器6還與復(fù)位電路11連接;所述單向多車道檢測(cè)控制器1控制微波雷達(dá)裝置2對(duì)定 位系統(tǒng)10定位到的裝載車同一行駛方向的且前后150m范圍內(nèi)的所有車道的目標(biāo)車輛12發(fā) 射微波信號(hào)，微波雷達(dá)裝置2進(jìn)行測(cè)速測(cè)距并建立該裝載車前后150m范圍內(nèi)車輛的速度的 數(shù)據(jù)庫(kù)，將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的微波信號(hào)進(jìn)行放大后傳送到信號(hào)處理模塊3,通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊4將 微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成速度和距離數(shù)據(jù)，微處理器6將速度和距離數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將該裝載車 的速度和微處理器6分析處理后得到車流的Ξ級(jí)速度闊值進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)道路網(wǎng)實(shí)際情 況各因素比重進(jìn)行不同程度的預(yù)警提示，時(shí)鐘抑制電路7控制預(yù)警時(shí)間長(zhǎng)短和預(yù)警周期， LCD顯示電路8顯示Ξ級(jí)速度闊值區(qū)間及該裝載車所在的速度區(qū)間。 微波雷達(dá)裝置2包括有發(fā)射前端電路13、射頻前端電路14、收發(fā)天線15、前置放大器16， 射頻前端電路14包括有依次連接的固態(tài)振蕩器17、環(huán)流器18、混頻器19,固態(tài)振蕩器17與發(fā) 射前端電路14連接，環(huán)流器18與收發(fā)天線15連接，混頻器19與前置放大器16連接。 LCD顯示電路8的顯示屏設(shè)置在駕駛室。微波雷達(dá)裝置采用的是X波段帶寬工作。 如圖3。系統(tǒng)初始化將之前的數(shù)據(jù)清除；時(shí)鐘抑制控制預(yù)警周期;定位系統(tǒng)獲取道路網(wǎng) 的數(shù)據(jù)信息(定位信息包括道路等級(jí)、限速、車道數(shù)、氣候狀況等）；LCD顯示采集處理更新的 速度闊值區(qū)間。 當(dāng)自身車輛的速度處于Ξ級(jí)速度闊值區(qū)間的某一級(jí)別，儀表盤上的Ξ級(jí)聲光預(yù)警進(jìn)行 不同程度的預(yù)警提示。安全提示，紅燈顯示頻率5s/次;建議提示，澄燈顯示頻率20s/次;建 議提示，黃燈顯示頻率45s/次;無(wú)提示，綠燈顯示頻率120s/次。提醒駕駛員提高車輛行駛速 度。 發(fā)射前端電路功能主要目的是通過(guò)對(duì)偏置電壓的控制來(lái)完成發(fā)射信號(hào)的頻率或相位 的調(diào)制。本發(fā)明采用的是連續(xù)波體制雷達(dá)，給耿氏二極管提供一個(gè)穩(wěn)定的直流偏執(zhí)電壓即 可。 本發(fā)明的微波雷達(dá)裝置和預(yù)警控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理包括： 1) 固態(tài)振蕩器生成頻率為fs的微波信號(hào)，經(jīng)環(huán)流器1端環(huán)流到2端并由發(fā)射天線發(fā)射 (部分泄漏到環(huán)流器3端）。當(dāng)目標(biāo)車輛與裝載車之間有相對(duì)速度V時(shí)，根據(jù)多普勒原理，反射 波會(huì)發(fā)生頻移。假設(shè)頻移量為fd，則接收天線收到的反射波頻率為fs+fd，并經(jīng)環(huán)流器環(huán)流到 混頻器。最后發(fā)射波與反射波在混頻器的作用下輸出一頻率等于多普勒頻移量fd的電信 號(hào)。根據(jù)多普勒原理，易知
電中，Αν為目標(biāo)車輛的相對(duì)速度，As為微波信號(hào)的波長(zhǎng)。 因此，只要檢測(cè)出混頻輸出信號(hào)的頻率即可通過(guò)式得到目標(biāo)車輛的相對(duì)速度。 2) 電磁波在空間傳播的可表述為時(shí)間t等變量函數(shù)，設(shè)本振輸出電壓幅值為As,信號(hào)的 相位為樹0,則本振電壓信號(hào)可表示為：v,=4c〇s[的巧;該高頻電信號(hào)由發(fā)射天線發(fā)射，經(jīng) 目標(biāo)車輛反射后由接收天線接收;根據(jù)其推導(dǎo)論證結(jié)果，回波電壓信號(hào)可表示為：
式中:Ar為回波信號(hào)幅值，戰(zhàn)的為回波信號(hào)相位， K為待定常數(shù)，D2為目標(biāo)車輛與傳感器的相對(duì)距離td為時(shí)間差。由此可見，D與Ar之間存在一 定的非線性關(guān)系，可W通過(guò)電壓和相對(duì)距離之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，然后再用查表法確定雷 達(dá)傳感器與目標(biāo)車輛之間的相對(duì)距離。 3) 通過(guò)微處理器將檢測(cè)到的距離和速度計(jì)算得到道路車流的Ξ級(jí)速度闊值區(qū)間，并和 自身車輛的行駛速度進(jìn)行比較，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不同程度的預(yù)警提示，時(shí)鐘抑制控制 預(yù)警時(shí)間長(zhǎng)短（建議預(yù)警周期4.5-10s)，LCD顯示Ξ級(jí)速度闊值區(qū)間及該車所在的速度區(qū) 間。 預(yù)警控制算法，設(shè)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的變量分別為X={W，V，0，S，J，D}，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。 其中，W表示天氣情況，V表示速度闊值區(qū)間，0表示占有率，S表示判斷結(jié)果，Q表示交通狀況， J表示交通擁擠，D表示交通事故。如各變量對(duì)應(yīng)的值域可W分別為:W: {:晴、陰、雨、雪、霧}; V: {v獻(xiàn)0，v獻(xiàn) 1，V惑義2，v獻(xiàn)3} ;0: {01 < 30%，30%<02 < 60%，03 > 60% } ;S: {1，0}分別用來(lái)表 示是否存在危險(xiǎn)性兩種狀態(tài);J: {1,0}分別用來(lái)表示交通擁擠和交通不擁擠;D: {1,0}分別 用來(lái)表示交通事故發(fā)生和不發(fā)生。 具體模擬和應(yīng)用步驟如下： 首先根據(jù)已知局部概率計(jì)算節(jié)點(diǎn)概率。
同理，可求P(J=0)W及P化=0)和P化=1)。
[0012]然后計(jì)算在天氣、闊值速度區(qū)間、占有率給定情況下的條件概率
同理，可求 口(1 = 〇|胖1，￥1，〇1)，口(5=1|胖1，￥1，〇1)，口(5 = 〇|胖1，￥1，〇1)的概率。 最后將條件概率進(jìn)行是否比較，判斷道路交通狀況進(jìn)行預(yù)警提示，其中預(yù)警周期建議 為4.5-lOs。將兩者大小進(jìn)行比較，如果等于1的概率大，則表示會(huì)發(fā)生交通擁擠，反之不會(huì)。 同理對(duì)于交通事故的判斷。 上述車速與事故數(shù)之間是一個(gè)"U"形曲線。車速接近平均車速時(shí)，事故率最低;隨著車 速與平均車速的差增大，無(wú)論是大于平均車速還是小于平均車速，事故數(shù)都呈增加趨勢(shì)。記 I為路段事故率，次/l〇5vel · km; Δν為車速與平均車速的差值，km/h。根據(jù)其推導(dǎo)論證結(jié) 果：J二1G〇備6〇2 Α，.:-0.006的5 δ,.+2'μ由公式得事故率最小時(shí)的相對(duì)速度是Λ V = 5.544Km/ h。 步驟1:車輛進(jìn)入車流時(shí)，開始通過(guò)微波雷達(dá)檢測(cè)分別獲取裝載車輛前后150m范圍車輛 的速度和距離數(shù)據(jù)信息； 步驟2:根據(jù)獲取到的裝載車輛前后車輛速度計(jì)算出車輛的平均速度巧； 步驟3:計(jì)算適宜的車輛速度區(qū)間，％逆。e (():.巧，1，10:歹)屬安全速度;第一速度闊值區(qū)間， 車速在平均車速10%到15%范圍，即％姑居(化巧石，化巧如化1日它，1.巧？）;第二速度闊 值區(qū)間，車速在平均車速15%到20%范圍，即少逗,。:6 (0.8?^ O.^v) U (1. Κ?Μ.巧）;第 Ξ速度闊值區(qū)間，車速不在平均車速20%范圍區(qū)間，即福@;€ (0,0.8巧）U (1.2v，〇〇); 步驟4:將計(jì)算所得的速度闊值區(qū)間與定位系統(tǒng)獲得道路的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息相結(jié)合。比 如，計(jì)算出的速度闊值區(qū)間上限值超過(guò)了道路的限速值(或特殊天氣道路的限速值），運(yùn)時(shí) 建議速度的上限值就變?yōu)榈缆废匏偕舷拗?或特殊天氣道路的限速值），同理對(duì)于有最低限 速的道路，如果計(jì)算出的速度闊值區(qū)間下限值低于道路的最低限速，運(yùn)時(shí)建議速度的下限 值就變?yōu)榈缆废匏傧孪拗担?步驟5:將當(dāng)前車速和計(jì)算出的速度闊值區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)各因素比重判斷是否進(jìn)行 預(yù)警W及預(yù)警的方式； 步驟6:數(shù)據(jù)接收完成，轉(zhuǎn)移至步驟1，如圖2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括有裝載在車 輛上的依次電連接的智能單向多車道檢測(cè)控制器、微波雷達(dá)裝置、信號(hào)處理模塊、AD轉(zhuǎn)換模 塊、預(yù)警控制系統(tǒng);所述預(yù)警控制系統(tǒng)包括有與AD轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端連接的微處理器 以及與微處理器連接的時(shí)鐘抑制電路、LCD顯示電路、三級(jí)聲光報(bào)警電路、定位系統(tǒng)，微處理 器還與復(fù)位電路連接;所述單向多車道檢測(cè)控制器控制微波雷達(dá)裝置對(duì)定位系統(tǒng)定位到的 裝載車同一行駛方向的且前后150m范圍內(nèi)的所有車道車輛發(fā)射微波信號(hào)，微波雷達(dá)裝置進(jìn) 行測(cè)速測(cè)距并建立該裝載車前后150m范圍內(nèi)車輛的速度的數(shù)據(jù)庫(kù)，將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的微波信 號(hào)進(jìn)行放大后傳送到信號(hào)處理模塊，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊將微波信號(hào)轉(zhuǎn)換成速度和距離數(shù)據(jù)， 微處理器將速度和距離數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將該裝載車的速度和微處理器分析處理后得到 車流的三級(jí)速度閾值進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)道路網(wǎng)實(shí)際情況各因素比重進(jìn)行不同程度的預(yù)警提 示，時(shí)鐘抑制電路控制預(yù)警時(shí)間長(zhǎng)短和預(yù)警周期，LCD顯示電路顯示三級(jí)速度閾值區(qū)間及該 裝載車所在的速度區(qū)間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微波雷達(dá)的單向多車道車輛低速預(yù)警系統(tǒng)，其特征 在于:所述微波雷達(dá)裝置包括有發(fā)射前端電路、射頻前端電路、收發(fā)天線、前置放大器，射頻 前端電路包括有依次連接的固態(tài)振蕩器、環(huán)流器、混頻器，固態(tài)振蕩器與發(fā)射前端電路連 接，環(huán)流器與收發(fā)天線連接，混頻器與前置放大器連接。
【文檔編號(hào)】G08G1/09GK105989714SQ201610024151
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日
【發(fā)明人】丁恒, 朱良元, 蔣程鑌, 張衛(wèi)華, 鄭小燕, 黃文娟, 張雨
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)