车路协同广域雷达综合感知系统方案

2019 年 3 月 18 日 智能交通技术

1. 社会背景及建设意义

道路交叉口是城市交通的重要组成部分，是不同方向道路的连接点，是车辆和行人汇聚，转向和疏散的必经之地，在城市交通中起着至关重要的作用。但随着经济的快速发展，私家车数量急剧增加，导致道路交叉口的交通状况越来越糟糕尤其是城市道路交叉口因为车流大、交通情况复杂等原因，车辆在交叉口处经常发生交通拥堵，车辆追尾，车辆碰撞等问题。城市交叉口已经成为制约撑死道路通行能力的瓶颈之处，是城市交通拥堵和事故发生的多发地之一。据统计，在我国城市道路教程发生的交通事故约占交通事故总数的30%左右；德国在城市道路交叉口发生的事故数占交通事故总数的60%以上，美国占36%左右，日本占42.2%左右。因此对城市道路交叉口进行有效的管理和合理的交通组织，对提高城市道路交叉口的通行能力，减少交通事故以及行车延误具有重要的意义。

随着传感器技术、无线通信技术和智能车辆技术的发展，车辆协同技术（cooperative vehicle-infrastructure system，CVIS）逐渐成为智能交通发展的新方向。车路协同系统是基于无线通信、传感探测等技术获取车辆和道路信息，通过车与车，车与路通信进行交互和共享，实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。

2. 车路协同广域雷达综合感知系统

2.1 系统简介

车路协同系统是目前智能交通系统的前沿技术，它采用先进的探测传感器、无线通信和新一代互联网等技术，全方位实现车车、车路动态实时信息交互，充分实现人、车、路的有效协同，保障交通安全，提高交通能力。车路协同广域雷达综合感知系统首次提出构建 “车辆感知+路侧感知”结合的车路协同感知网络，系统可在交叉口、弯道的路侧和车辆头部安装广域雷达感知设备，全方位立体式采集区域道路内人和车的实时信息，对行人和车辆的轨迹进行分析判断，通过无线网络互联，实现视线盲区或相邻车辆的避撞预警，使人、车、路有效协同，提高交通安全、减少交通事故。

2.2 系统架构

系统主要由信息感知单元、数据传输单元和数据管理单元组成。

系统前端信息感知单元主要设备为广域雷达，安装于路测和行驶车辆上，监测道路车辆运行情况，对于异常情况进行及时预警和紧急处置，同时将信息通过数据传输单元传输至数据管理单元进行存储和分析。

2.3 系统原理

车路协同广域雷达综合感知系统分成两个部分，一为路测系统，一为车载系统。路测系统将广域雷达安装于交叉口或弯道等易发生安全事故的位置，广域雷达利用其检测范围广、数据丰富等特点，采集覆盖区域内所有行人、车辆，采集目标位置信息、速度信息、交通流信息和道路异常信息综合分析，一旦发现可能存在的目标冲突，则通过情报板警示和改变信号灯配时的方式，避免事故的发生。

车载系统则将广域雷达安装在车辆前端，前向照射，采集自身车辆状态信息和感知周围行人和车辆信息，一旦发现可能潜在的碰撞危险，则提醒驾驶人员，采取紧急措施。

2.4 系统特点优势

1) 交叉口人车安全预警

区域内所有行人和车辆监测，并对目标行为进行智能分析，发现冲突，即时预警和警示；

2) 车辆主动防碰撞预警

车辆主动探测行驶周边环境，对道路行人、车辆状态实时监测，发现潜在碰撞危险，及时预警；

3) 全天候工作，不受环境影响

大区域检测，可工作于多种复杂环境，不受天气和光照等影响，抗干扰能力强；

4) 信号控制系统配合，保障通行安全

实时检测行驶车辆的速度和位置，预测到达路口时间，及时调整信号配时，保证通行效率和交通安全。

3. 系统主要设备介绍

3.1 广域雷达微波检测器（DTAM D29）

3.1.1 广域雷达微波检测器简介

广域雷达微波检测器，采用主动扫描式雷达技术，建立交通信息采集系统，能在路口进行多车道、高准确度检测，采集路口实时、全面、准确的交通信息，包括：实时位置、即时速度、车型分类、车道信息、车流量、平均速度、时间占有率、车头时距、排队长度统计和区域车辆数统计等基础交通统计数据。还能对路口交通事件进行检测，并进行报警输出，包括：违法停车、逆向行驶、超速行驶、排队超限和不按规定车道行驶等事件报警信息。

3.1.2 广域雷达微波检测器原理

广域雷达微波检测器采用前向安装的方式，它是基于一种大区域跟踪的检测方式：采用多通道的雷达天线技术，采用一发多收雷达天线，使雷达天线发射的波形可以覆盖更大的区域，雷达天线将雷达波以极高的发射频率投射在路面上，同时，发射频率会在一定范围内不断变化，不同频率的雷达波遇到物体反射回来，通过多组接收天线对连续回波信号经过接收和分析，雷达天线就能得出准确的目标信息后开始对这些目标进行跟踪和测量，直至目标离开检测区域。

为达到跟踪检测的目的，广域雷达微波检测器向外连续投射一个“宽幅”的微波束，以保证正面覆盖多达8个车道，不仅能实现大区域大范围检测、提高检测精度，而且能扩大检测功能，并具备事件检测功能。

微波检测器采用道路侧向或者正向安装方式，连续发射低功率的调频微波，覆盖路段上大区域范围内、单/双向多条车道。

配合安装调试软件，可根据实际的路面信息标定车道。利用大区域跟踪检测原理，可以很好的解决大车遮挡小车的情况，防止漏检，提高检测精度。

微波检测器连续发射调频微波波束，探测道路上的车辆信息。当车辆进入波束覆盖范围时，检测器通过反射回来的回波判定车辆，并应用先进的3DHD技术（相对距离、速度、方位角）区分、识别、确定目标车辆，并给每一个目标车辆标定编号，实现了对多目标的检测。通过实时定位车辆的坐标位置来跟踪目标，实现对波束覆盖范围内车辆的轨迹跟踪式检测。

通过对目标的跟踪式检测及回波的度量，可精确的测得车辆的位置、车型、即时速度、车辆存在信息等即时交通数据。

通过配置软件，划定检测线，可完全替代传统检测器，统计并输出车流量、平均速度、时间占有率等周期性数据。

结合车辆轨迹跟踪检测方式，广域雷达微波检测器可以对车辆进行行为分析，判定交通事件，如异常停车、逆向行驶、超高速、超低速、排队超限等事件，并输出报警信号。

3.1.3 广域雷达微波检测器技术参数

1. 微波车辆检测器采用二维主动扫描式阵列雷达微波检测技术，微波信号沿发射方向以每秒20次的扫描频率可靠地检测路上每一车道的目标，准确区分机动车、非机动车、行人等；

2. 微波车辆检测器能进行大区域检测，沿来车方向正常检测区域可达200米，能同时检测至少8个车道；

3. 可同时跟踪检测多达128个目标；

4.微波车辆检测器跟踪检测每个目标的位置坐标（x,y）、速度（Vx, Vy）、车型分类，具有图形化操作软件，实时显示每个目标在检测区域内被跟踪情况以及车辆即时位置、速度、车辆长度等实时信息；

5.为信号机提供车辆存在信息，为信号控制系统提供非破坏路面非接触式不受外界光线干扰的微波车辆检测；

6.多功能的数据检测功能，可替代多组其他类型检测器，检测每车道多达四个断面的流量、平均速度、占有率、85%位速率、车头时距、车间距等交通数据；

检测精度：

车流量误差：≥95%