多目標跟蹤陣列雷達交通事件檢測系統的應用研究

楊程

摘要：文章基于多目標跟蹤陣列雷達的性能及特點，設計出一套適應于廣西南友高速公路特殊環境下的高速公路交通事件檢測系統。該系統具有信息采集、事件檢測、違法抓拍及報警、走私路口異常檢測等功能，能有效打擊不法分子走私行為，降低事故發生率，提升高速公路運營管理水平。

關鍵詞：多目標跟蹤陣列雷達;事件檢測;高速公路交通檢控

Based on the performance and characteristics of multitarget tracking array radar，this article designs a set of expressway traffic incident detection system adapted to the special environment of Guangxi Nanyou Expressway.This system has the functions of information collection，event detection，violation capture and alarm，and smuggling intersection abnormal detection，which can effectively control the smuggling behavior of criminals，reduce the accident rate，and improve the expressway operation and management level.

Multitarget tracking array radar;Event detection;Expressway traffic control

0 引言

目前，我國在高速公路交通管控方面現有手段比較單一，主要側重于對超速行為以及治安卡口的管控，對于違法占用應急車道、違法停車、逆行等交通事件并未進行有效檢測和管控。廣西南友高速公路通向我國南大門憑祥友誼關，公路彎多，車輛平均運行速度較快，夜間道路補光不足，且在憑祥至夏石路段之間存在很多不法分子私自鑿開的走私路口，致使高速公路事故頻發，極易引發大面積的交通擁堵。因此，急需一種受干擾小、能晝夜檢測、安裝便捷、維護量小并能夠智能地、準確地、全天候地采集高速公路交通信息的檢測系統，同時該系統能為高速公路管理部門提供實時、準確的交通流信息及報警信息。

1 關鍵技術

目前高速公路現有的交通事件檢測系統主要有視頻檢測、斷面微波和多目標跟蹤陣列雷達等多種檢測方式。下面對各種檢測方式的特點進行描述：

（1）視頻檢測方式：可以通過視頻對前端道路狀況進行人工觀察，但其檢測精度很低，容易受到外界環境影響，對道路環境和夜間照明系統的要求比較高。在南友高速公路夜間超低照明度的環境下無法滿足夜間對非法區域越界人員及附近車輛檢測的需求。

（2）斷面微波檢測方式：可檢測一個斷面，受環境影響較小，但無事件檢測功能。

（3）多目標跟蹤陣列雷達檢測方式：可檢測長達200 m的區域，同時具備信息采集和事件檢測功能，不受天氣和環境的影響，數據采集準確性高，可以定位坐標，對防護欄外劃定區域的人和車輛進行有效實時偵測。

綜上，結合廣西南友高速公路私開的走私路口多、夜間燈光不足、車速快的實際情況，本系統采用多目標跟蹤陣列雷達檢測方式進行交通信息采集和事件檢測。

2 系統總體設計

2.1 設計思路

多目標跟蹤陣列雷達是利用毫米波長雷達，采用多目標掃描雷達天線，對道路車輛進行精準存在檢測或感應檢測，同時還能提供精準的單車次即時車速、車輛位置信息以及車流量、平均速度和占有率等交通量數據。通過多目標跟蹤陣列雷達進行交通信息采集和事件檢測后，進行數據及事件交互判斷，將檢測到的交通數據、交通事件檢測信息、走私路口異常事件、違法停車抓拍圖片等實時傳輸到監控中心，可為信息采集系統、交通事件檢測系統和其它系統聯動提供實時、準確的交通信息，為保障路段交通的順暢運行提供底層數據的支撐。

2.2 系統架構

系統由檢測層、傳輸層、應用層三部分組成。檢測層由多目標跟蹤陣列雷達完成，其可以捕捉波束覆蓋區域以內的多個目標，同時測量該目標的距離、速度和方位角度。傳輸層通過常規有線光纜傳輸或者以運營商4G無線傳輸。應用層通過信息采集系統，達到對高速公路交通決策提供數據依據的目標。通過事件檢測系統，進行實時檢測，縮短交通事故響應時間;結合視頻監控系統，對交通違法行為進行檢測并取證，保障交通的順暢運行;通過交通信息發布系統進行信息發布，起到緩解交通擁堵、縮短旅行時間的目的。多目標跟蹤陣列雷達交通事件檢測系統架構圖如圖1所示;多目標跟蹤陣列雷達交通事件檢測系統拓撲圖如圖2所示。

3 系統功能

3.1 信息采集交通誘導功能

（1）實現交通流量檢測

多目標跟蹤陣列雷達微波檢測器可以很好地利用既有路段桿件進行安裝，雷達覆蓋區域可實現對交通流參數信息的檢測，包括流量、平均速度、占有率等參數，可以更精確地替代傳統的交通流檢測設備。通過統一標準協議，經標準化處理后，為交通誘導系統提供斷面交通流參數，同時累積歷史數據，為數據挖掘系統提供更多的信息服務功能。

（2）實現區域檢測，準確反映路段交通流狀態

傳統檢測器只能對一個斷面進行檢測，無法準確描述整個路段的交通流狀態;而多目標跟蹤陣列雷達可對路段具有代表性區域交通流進行檢測，輸出交通流統計信息，在每條道路上，形成唯一的道路運行軌跡，更加真實地反映交通流狀態。

（3）即時反映交通流，優化交通誘導模型

多目標跟蹤陣列雷達可以即時反映路段交通狀況，包括排隊報警、擁堵情況、異常事件等。通過優化誘導系統模型，可以直接判定路段擁堵狀態，并快速將擁堵報警信息上傳至交通誘導系統，報警信息無需分析計算，可直接發布擁堵信息，優化交通誘導系統模型，使信息發布更具實時性和準確性。通過系統內多元信息融合及處理模型，實現高速公路交通實時路況和誘導屏的排隊報警、擁堵情況、異常事件、旅行時間估計等信息展示，并通過數據接口上傳至監控中心大屏進行實時監控及交通播報。

3.2 事件檢測功能

傳統路段的事件檢測系統由視頻檢測完成，由于視頻檢測手段自身的缺陷，導致誤報率高，因此許多事件檢測系統的應用未達到預期的效果;而多目標跟蹤陣列雷達可以為事件檢測系統提供高精度的事件檢測報警。本系統提供以下事件報警信息：（1）排隊長度超限報警;（2）異常停車報警;（3）超速行駛報警;（4）逆行報警。

3.3 違法抓拍及報警功能

結合視頻球機，可對交通事件進行抓拍并觸發報警，形成M+V（雷達+視頻）系統。M+V系統采用雷達+視頻方式，視頻采集系統可實現對路面交通實時狀況的直觀反饋，但由于視頻識別算法和視頻對道路環境的要求較高，導致其采集的交通數據不準確，不能全天候地工作;而雷達采集系統準確度較高，但沒有直觀的畫面去觀察道路事件狀況。因此，采用視頻+雷達的采集方式，可以對兩種檢測方式的不足進行相互彌補，形成智能化、高準確度、全天候、多維度的交通信息采集系統。M+V（雷達+視頻）系統邏輯架構圖如圖3所示。

系統通過多目標跟蹤陣列雷達對道路大區域進行檢測，可精確定位每個進入檢測范圍目標的坐標（x，y）并對其進行跟蹤，識別出的有效跟蹤軌跡會傳遞給報警程序，若軌跡違背了一系列規則，則報警信號就會生成。如目標在指定區域內速度持續為0 km/h，且持續時間超過設定時間，則認定為違法停車;同時將目標坐標轉換為球機轉動的角度，將距離轉換為變倍系數，當球機完成變倍變焦后，分析儀控制球機進行抓拍并實時回傳第一組違法圖片;雷達持續跟蹤目標，超過設定時間后，抓拍第二組違法圖片，及時回傳該跟蹤目標的視頻至后臺服務器數據庫中。所有的軌跡和報警都可以收入數據庫，根據需要和儲存空間，保存3個月以上。

3.4 走私路口異常檢測功能

本系統基于雷達檢測系統與視頻監控系統聯動功能，特別對南友高速公路走私路口區域出現的車輛、人員（100 m內）等事件進行走私路口自動報警和抓拍。軟件中的跟蹤識別模塊接收每個目標雷達，并將其與人、車等不同的運動模型及不同信號功率模型相匹配。這些匹配信息被處理成每個對象的跟蹤軌跡，用來判斷是否存在走私路口異常行為，例如長時間停車、人員長時間滯留路側、人員進入高速公路等，并觸發報警。

4 應用效果

多目標跟蹤陣列雷達多設置在南友高速公路的較易私鑿走私路口處。利用雷達系統提供的數據信息，建立交通事件快速檢測系統，為異常和突發事件的快速反應提供先進手段，實現多元化信息的自動存儲與提取;采用多種智能算法對系統前端所采集到的數據進行數據挖掘，為系統準確判斷事件性質提供了科學數據支撐，對不法分子私自鑿開的走私路口提供證據鏈，有效打擊了走私猖獗的狀況;對南友高速公路車況車速進行監控，降低了事故發生概率，提升了高速公路管理水平。經過兩年多的實際應用，應用效果良好。

5 結語

通過系統的實際應用，將高速公路上的信息、監控等功能實現智能化，并結合視頻、情報板等設備形成新的交通事件檢測系統，為高速公路信息化建設提供新的技術力量。隨著高速公路行業科技的進步與高速發展，緊跟打造綠色高速、智慧高速的新趨勢，本系統將具備越來越好的應用前景。

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