中国水利水电第十四工程局有限公司 云南省昆明市 650041
摘要：随着我国高速公路发展迅速，里程的不断增加，交通事故频发，检测交通事件的难度也逐渐增大。因此需实时、准确地采集道路动态及多样的交通信息，为交通事件检测及诱导方案的提出提供依据。本文采用微波和音频两种采集技术实现对行驶车辆信息的采集，通过采集的车辆信息实现车辆定位及运动状态的识别研究。
关键词：双传感；运动状态；车辆定位；信息融合技术
目前我国高速公路发展迅速，里程不断增加，由于地域差异大，气象条件多变，增加道路行车安全隐患，尤其在低能见度条件下，交通事故频发，检测交通事件的难度增大。因此需实时、准确地采集道路动态及多样的交通信息，为交通事件检测及诱导方案的提出提供依据。
到目前为止，交通信息采集主要有感应线圈、视频、微波、超声波、红外、GPS 定位、电子标签等方式。目前的检测技术存在价格昂贵、系统复杂、对路面结构产生损害、低能见度环境条件效果差等问题。而微波具有对移动物体反应灵敏、检测速度快等特点；音频也属于交通信息检测技术之一，车辆的自发声是车辆行驶状态的一种表现形式。车辆的运动状态具有移动和自发声双重特点，利用音频和微波对道路车辆运动状态的检测具有互补性强、安装方便、对路面结构无损害、低能见度环境表现良好等优点。因此本文采用微波和音频两种采集技术实现对行驶车辆信息的采集，通过采集的车辆信息实现车辆定位及运动状态的识别研究。
本文首次采用微波的脉冲信号实现车辆运动状态的研究分析；通过采集道路有标签的音频数据实现车辆行车车道级定位检测研究；针对单一微波和音频在车辆检测中存在的误检率高等问题，利用微波+音频实现基于表决层融合的车辆检测研究。
1 车辆定位和运动状态识别技术简介
1.1 车辆运动状态监测相关参数
车辆运动状态包括车辆行车方向、行车速度、加速度以及车辆的位置信息等状态参数。通过对车辆的状态信息的检测可以准确掌握车辆的运行状况，进一步对交通流的统计、车辆行车变道、异常行驶等情况做出判断，通过灯光、广播、电子显示屏等诱导途径提示驾驶员的安全行驶，为道路车辆的安全行驶提供进一步保障。车辆运动状态的检测为道路诱导方案提供理论基础，通过诱导方案进一步保障道路车辆快速通过、安全行驶。因此车辆运动状态的检测对于行车安全行车的重要性不言而喻。
1.2 声音传感检测
目前利用声音进行车辆状态检测的研究与其他检测器相比相对较少。声音对车辆的检测同样是根据检测状态改变进行识别。当车辆通过声音检测区域时，拾音器接收到的声音通过信号处理等方法检测声音信号能量的提高，实现车辆检测；当车辆驶离检测区域时，传感器接收到的声音的能量减少，检测到车辆的信号消失。
1.3 微波传感检测
微波的大致工作原理：将微波传感器模块安装在道路上方，或者安装在道路路肩，能够与道路中的车辆保持在可检测的范围之内。微波模块的发射器向运动中的车辆发射调频微波，行驶中的车辆阻挡波束的传播，并进行反射，反射地的波被接收器接收，根据发射波与接收波之间的多普勒效应可检测出车辆的通过。
2 利用微波实现车辆运动状态检测
微波传感器是一种反应快、高灵敏器件，本研究选用一般市面上的开关传感器进行相关车辆状态检测。当有车辆通过时会触发微波微波传感器，而通过多个传感器的组合实现车辆其他状态的检测。
2.1 车辆检测
在高速公路上车辆的行驶速度 60km/h-120km/h，与一般道路车辆相比速度很快，增加了检测的难度。微波传感器具有检测速度快、反应灵敏等特点。利用选取的微波传感器用于车辆的检测。当有车辆驶入时，微波传感器通过发射的微波发生的改变进而判断有运动物体。当没有移动物体干扰时，微波传感器输出低电平，一旦有移动物体出现，微波传感器马上由低电平变为高电平。
微波根据发送和接收的波频信号的变换来实现对车辆的检测，当改变量低于阈值时不发生改变，因此微波存在检测范围，在微波检测范围，一旦有物体运动就将会使微波发生触发。
2.2 车辆行车方向检测
车辆行驶方向识别方法根据传感器信号传输到控制器的时间差判断信息源的方向，而本方法运用车辆检测技术检测车辆的通过，微波传感器经数字化处理后只有高低两种情况，对于一个传感器，如果外界有行车，那么信号源将发生跳变，如果将两路微波传感器安装在道路的不同位置，那么两路微波触发就会产生一个时间差，根据产生的时间差来识别车辆的行车方向。
2.3 车辆速度检测
通过获取到两路传感器触发的时间差来，根据速度时间方程计算车辆的行车速度。
2.4 车辆加速度检测
加速度是速度的变化率，因此，通过在一段区间布设微波传感器组来实现车辆速度的检测，根据速度的变化率实现对车辆加速度的检测。
2.5 基于双微波传感实现车辆与路肩距离检测算法
根据前面小节利用微波对运动车辆行车状态检测的研究，利用微波传感器的触发来实现对车辆的检测，通过时间差理论实现对车辆行车方向和车速的检测。结合微波传感器具有无方向、传播速度快、反应明捷等特点，利用三角形原理布设一套双微波传感器检测方法用于识别车辆与路肩纵向距离。
2.6 车辆运动状态检测系统总体方案
根据双微波的方式实现对运动车辆行车方向、车速、加速度、纵向距离的检测条件下，构建基于双微波传感数据的车辆运动状态检测系统。车辆运动状态检测系统需要两路微波作为检测器，通过控制器判断两路微波传感器的状态变化。通过指示灯指示状态情况，并利用串口通信技术实现数据上传。
3 利用道路音频进行车辆行车车道检测
车辆行车车道检测整体思想是采集处于不同行车道车辆的音频数据，通过人为标定的方式对音频和视频进行数据标注，对标注后的数据进行相关数据预处理，通过“仿人耳”的 MFCC 提取方法提取音频数据的特性，然后利用深度学习网络模型 LSTM 进行模型训练、学习，最后通过训练好的模型实现车辆行车单路音频可以利用其幅值上的差异实现对于不同车辆行车道的识别；而如果利用双路音频，在幅值和时间上都存在差异，模仿人的双耳对目标定位的原理实现行车车道的检测。双传感相比单传感，增加了数据的维度，提供更多数据信息。
4 基于微波和音频双传感融合实现车辆检测
不同类型的传感器作用环境不同，能够在不同的环境下发挥作用，单一传感数据进行检测的抗干扰性较差，测量精度较低。而不同类别的传感的优点和缺点都特别明显，结合不同传感检测方法利用融合处理技术实现融合处理，增强检测系统的抗干扰性，提升检测结果的精度。根据前面章节的研究，结合微波和音频实现异类传感器的融合处理将能够达到一个不错的检测效果。利用微波和音频同时对运动车辆行车进行检测，微波和音频形成不同类别的数据源，但是在最终的检测目标上一致，通过两种检测方法各自的优点，融合检测系统的检测结果对环境的抗干扰更强、检测精度更高等优点。
5 总结
利用微波传感对运动车辆状态相关参数检测方法分析，提出了一种基于双路微波传感检测车辆与路肩距离方法，构建了车辆运动状态检测系统，根据车辆既具有动的特性，又具有发声的特性，结合微波和音频的传感的优势，提出将微波与音频进行数据融合，提升检测的准确性。
参考文献：
[1]刘志强，张中昀，倪捷，et al.双动态条件下多传感器融合的车辆检测方法研究[J].机械设计与制造，2018（S2）：11-15.
[2]石淑珍.基于微波车检器的动态交通事件检测系统[J].中国交通信息化，2016（12）.
[3]王镭，张宇英.浅谈微波检测技术应用于高速流量自动采集[J].中国自动识别技术，2017.