多目标跟踪阵列雷达交通事件检测系统的应用研究

杨程

摘要：文章基于多目标跟踪阵列雷达的性能及特点，设计出一套适应于广西南友高速公路特殊环境下的高速公路交通事件检测系统。该系统具有信息采集、事件检测、违法抓拍及报警、走私路口异常检测等功能，能有效打击不法分子走私行为，降低事故发生率，提升高速公路运营管理水平。

关键词：多目标跟踪阵列雷达;事件检测;高速公路交通检控

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现有手段比较单一，主要侧重于对超速行为以及治安卡口的管控，对于违法占用应急车道、违法停车、逆行等交通事件并未进行有效检测和管控。广西南友高速公路通向我国南大门凭祥友谊关，公路弯多，车辆平均运行速度较快，夜间道路补光不足，且在凭祥至夏石路段之间存在很多不法分子私自凿开的走私路口，致使高速公路事故频发，极易引发大面积的交通拥堵。因此，急需一种受干扰小、能昼夜检测、安装便捷、维护量小并能够智能地、准确地、全天候地采集高速公路交通信息的检测系统，同时该系统能为高速公路管理部门提供实时、准确的交通流信息及报警信息。

1 关键技术

目前高速公路现有的交通事件检测系统主要有视频检测、断面微波和多目标跟踪阵列雷达等多种检测方式。下面对各种检测方式的特点进行描述：

（1）视频检测方式：可以通过视频对前端道路状况进行人工观察，但其检测精度很低，容易受到外界环境影响，对道路环境和夜间照明系统的要求比较高。在南友高速公路夜间超低照明度的环境下无法满足夜间对非法区域越界人员及附近车辆检测的需求。

（2）断面微波检测方式：可检测一个断面，受环境影响较小，但无事件检测功能。

（3）多目标跟踪阵列雷达检测方式：可检测长达200 m的区域，同时具备信息采集和事件检测功能，不受天气和环境的影响，数据采集准确性高，可以定位坐标，对防护栏外划定区域的人和车辆进行有效实时侦测。

综上，结合广西南友高速公路私开的走私路口多、夜间灯光不足、车速快的实际情况，本系统采用多目标跟踪阵列雷达检测方式进行交通信息采集和事件检测。

2 系统总体设计

2.1 设计思路

多目标跟踪阵列雷达是利用毫米波长雷达，采用多目标扫描雷达天线，对道路车辆进行精准存在检测或感应检测，同时还能提供精准的单车次即时车速、车辆位置信息以及车流量、平均速度和占有率等交通量数据。通过多目标跟踪阵列雷达进行交通信息采集和事件检测后，进行数据及事件交互判断，将检测到的交通数据、交通事件检测信息、走私路口异常事件、违法停车抓拍图片等实时传输到监控中心，可为信息采集系统、交通事件检测系统和其它系统联动提供实时、准确的交通信息，为保障路段交通的顺畅运行提供底层数据的支撑。

2.2 系统架构

系统由检测层、传输层、应用层三部分组成。检测层由多目标跟踪阵列雷达完成，其可以捕捉波束覆盖区域以内的多个目标，同时测量该目标的距离、速度和方位角度。传输层通过常规有线光缆传输或者以运营商4G无线传输。应用层通过信息采集系统，达到对高速公路交通决策提供数据依据的目标。通过事件检测系统，进行实时检测，缩短交通事故响应时间;结合视频监控系统，对交通违法行为进行检测并取证，保障交通的顺畅运行;通过交通信息发布系统进行信息发布，起到缓解交通拥堵、缩短旅行时间的目的。多目标跟踪阵列雷达交通事件检测系统架构图如图1所示;多目标跟踪阵列雷达交通事件检测系统拓扑图如图2所示。

3 系统功能

3.1 信息采集交通诱导功能

（1）实现交通流量检测

多目标跟踪阵列雷达微波检测器可以很好地利用既有路段杆件进行安装，雷达覆盖区域可实现对交通流参数信息的检测，包括流量、平均速度、占有率等参数，可以更精确地替代传统的交通流检测设备。通过统一标准协议，经标准化处理后，为交通诱导系统提供断面交通流参数，同时累积历史数据，为数据挖掘系统提供更多的信息服务功能。

（2）实现区域检测，准确反映路段交通流状态

传统检测器只能对一个断面进行检测，无法准确描述整个路段的交通流状态;而多目标跟踪阵列雷达可对路段具有代表性区域交通流进行检测，输出交通流统计信息，在每条道路上，形成唯一的道路运行轨迹，更加真实地反映交通流状态。

（3）即时反映交通流，优化交通诱导模型

多目标跟踪阵列雷达可以即时反映路段交通状况，包括排队报警、拥堵情况、异常事件等。通过优化诱导系统模型，可以直接判定路段拥堵状态，并快速将拥堵报警信息上传至交通诱导系统，报警信息无需分析计算，可直接发布拥堵信息，优化交通诱导系统模型，使信息发布更具实时性和准确性。通过系统内多元信息融合及处理模型，实现高速公路交通实时路况和诱导屏的排队报警、拥堵情况、异常事件、旅行时间估计等信息展示，并通过数据接口上传至监控中心大屏进行实时监控及交通播报。

3.2 事件检测功能

传统路段的事件检测系统由视频检测完成，由于视频检测手段自身的缺陷，导致误报率高，因此许多事件检测系统的应用未达到预期的效果;而多目标跟踪阵列雷达可以为事件检测系统提供高精度的事件检测报警。本系统提供以下事件报警信息：（1）排队长度超限报警;（2）异常停车报警;（3）超速行驶报警;（4）逆行报警。

3.3 违法抓拍及报警功能

结合视频球机，可对交通事件进行抓拍并触发报警，形成M+V（雷达+视频）系统。M+V系统采用雷达+视频方式，视频采集系统可实现对路面交通实时状况的直观反馈，但由于视频识别算法和视频对道路环境的要求较高，导致其采集的交通数据不准确，不能全天候地工作;而雷达采集系统准确度较高，但没有直观的画面去观察道路事件状况。因此，采用视频+雷达的采集方式，可以对两种检测方式的不足进行相互弥补，形成智能化、高准确度、全天候、多维度的交通信息采集系统。M+V（雷达+视频）系统逻辑架构图如图3所示。

系统通過多目标跟踪阵列雷达对道路大区域进行检测，可精确定位每个进入检测范围目标的坐标（x，y）并对其进行跟踪，识别出的有效跟踪轨迹会传递给报警程序，若轨迹违背了一系列规则，则报警信号就会生成。如目标在指定区域内速度持续为0 km/h，且持续时间超过设定时间，则认定为违法停车;同时将目标坐标转换为球机转动的角度，将距离转换为变倍系数，当球机完成变倍变焦后，分析仪控制球机进行抓拍并实时回传第一组违法图片;雷达持续跟踪目标，超过设定时间后，抓拍第二组违法图片，及时回传该跟踪目标的视频至后台服务器数据库中。所有的轨迹和报警都可以收入数据库，根据需要和储存空间，保存3个月以上。

3.4 走私路口异常检测功能

本系统基于雷达检测系统与视频监控系统联动功能，特别对南友高速公路走私路口区域出现的车辆、人员（100 m内）等事件进行走私路口自动报警和抓拍。软件中的跟踪识别模块接收每个目标雷达，并将其与人、车等不同的运动模型及不同信号功率模型相匹配。这些匹配信息被处理成每个对象的跟踪轨迹，用来判断是否存在走私路口异常行为，例如长时间停车、人员长时间滞留路侧、人员进入高速公路等，并触发报警。

4 应用效果

多目标跟踪阵列雷达多设置在南友高速公路的较易私凿走私路口处。利用雷达系统提供的数据信息，建立交通事件快速检测系统，为异常和突发事件的快速反应提供先进手段，实现多元化信息的自动存储与提取;采用多种智能算法对系统前端所采集到的数据进行数据挖掘，为系统准确判断事件性质提供了科学数据支撑，对不法分子私自凿开的走私路口提供证据链，有效打击了走私猖獗的状况;对南友高速公路车况车速进行监控，降低了事故发生概率，提升了高速公路管理水平。经过两年多的实际应用，应用效果良好。

5 结语

通过系统的实际应用，将高速公路上的信息、监控等功能实现智能化，并结合视频、情报板等设备形成新的交通事件检测系统，为高速公路信息化建设提供新的技术力量。随着高速公路行业科技的进步与高速发展，紧跟打造绿色高速、智慧高速的新趋势，本系统将具备越来越好的应用前景。

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