基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法，包括以下步骤：分别在公路各个车道上沿车道延伸的纵向上布设光栅传感阵列光纤，依据纵向距离和横向车道的位置信息对传感单元进行信息编码；构建路网信息矩阵，车辆在道路上持续移动时，车辆对沿线的传感单元产生刺激并产生反馈信号序列，将反馈信号序列传输至路网信息矩阵中，并对其进行二值化处理，实现车辆的检测与定位；根据车辆进入相邻传感单元的时间计算车辆运行速度；根据车辆位置和速度信息估计下一帧车辆位置信息，并与下一帧路网信息矩阵比较，进行关联处理；对同一车辆轨迹点进行拟合，生成车辆的运动轨迹。本发明专利技术可实时准确地对公路上全部车辆进行跟踪，且实现成本较低。且实现成本较低。且实现成本较低。

【技术实现步骤摘要】
基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法及系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法及系统。

技术介绍

[0002]在交通领域中，车辆的运行轨迹基本可以提供交通所需要的所有动态信息，因此车辆轨迹的提取是研究大部分交通问题的首要目标，目前车辆轨迹跟踪主要通过交通监控视频或者雷达实现，监控视频涉及计算机视觉领域，雷达涉及点云处理领域，两者均分为车辆检测和车辆跟踪两个步骤，车辆检测是通过各种技术手段检测车辆所处位置信息，车辆跟踪是通过前后帧车辆特征进行关联，获取车辆的运动轨迹。但无论是监控视频还是雷达其检测距离都很有限，全域覆盖的成本太高，且后期的处理也较为复杂，达成实时准确的车辆检测和跟踪的难度更大。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要目的在于提供一种基于光栅阵列传感技术的轨迹跟踪方法，能够对道路的所有车辆全时域的信息感知，包括位置、速度等，基于此提取车辆轨迹，将光栅阵列传感技术创新地应用车辆轨迹跟踪上，且具有低成本、高精度和全时域的特点。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]提供一种基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法，包括以下步骤：
[0006]S1、分别在公路各个车道上沿车道延伸的纵向上布设光栅传感阵列光纤，每根光栅传感阵列光纤上包括多个光纤光栅传感器，每个光纤光栅传感器为一个传感单元，依据纵向距离和横向车道的位置信息对传感单元进行信息编码；
[0007]S2、构建路网信息矩阵，车辆在道路上持续移动时，车辆对沿线的传感单元产生刺激并产生反馈信号序列，将反馈信号序列传输至路网信息矩阵中，并对其进行二值化处理，实现车辆的检测与定位；
[0008]S3、根据车辆进入相邻传感单元的时间计算车辆运行速度；
[0009]S4、根据车辆位置和速度信息估计下一帧车辆位置信息，并与下一帧路网信息矩阵比较，进行关联处理；
[0010]S5、对同一车辆轨迹点进行拟合，生成车辆的运动轨迹。
[0011]接上述技术方案，步骤S1中每一个传感单元的编码信息包括：所在道路信息编号、所在车道数编号、纵向排列序号，在路网上每一个传感单元编码唯一。
[0012]接上述技术方案，步骤S2具体包括以下步骤：
[0013]步骤2.1：构建路网信息矩阵A
m
×
n
,m为横向车道分布数量，n为沿道路纵向传感单元个数，初始化A
m
×
n
为零矩阵；
[0014]步骤2.2：路网信息矩阵接收传感单元传输的反馈信号值，并进行二值化处理，当反馈信号检测有车辆时，该值转化成1，当反馈信号检测无车辆时，该值转化成0，其二值化
阈值根据实际检测需求而定；
[0015]步骤2.2：当第一列传感单元中有前一帧为0，当前帧为1的情况，视为有新车辆进入路网，随机分配四位编号，当最后一列传感单元中有前一帧为1，当前帧为0的情况，视为车辆驶出路网，将自动释放该编号。
[0016]接上述技术方案，步骤S3中车辆运行速度的计算公式如下：
[0017][0018]其中t
n
为车辆刚好进入第n列传感单元的时间，t
n+1
为车辆刚好进入第n+1列传感单元的时间，l为一个传感单元的长度。
[0019]接上述技术方案，步骤S4具体包括以下步骤：
[0020]步骤4.1：根据当前帧车辆位置和速度信息，预测每辆车下一帧所处位置，其计算过程如下：
[0021]第k帧车辆所在传感单元的位置为：C(i,j)，k为整数；
[0022]车辆在该传感单元停留的帧数为：t；
[0023]k+1帧车辆距离所在传感单元起点距离为：X
n
＝*(t+1)，v为车辆运行速度；
[0024]计算n：其中floor为不小于自变量的最小整数，l为一个传感单元的长度；
[0025]预测k+1帧车辆所在传感单元的位置为：C(i,j+n)；
[0026]步骤4.2：根据预测结果和下一帧实际路网信息矩阵对比，进行轨迹关联，其详细步骤为：
[0027]检测k+1帧中路网信息矩阵C(i,j+n)位置上是否有车，若有，将第k帧C(i,j)位置上车辆编号传递给第k+1帧阵C(i,j+n)位置，若无，则按顺序依次检测相邻的八个位置，直至检测到车辆位置，然后将车辆编号传递给该位置，从而实现轨迹的关联。
[0028]接上述技术方案，步骤S5具体包括以下步骤：
[0029]步骤5.1：根据时间序列，将每一帧不同车辆位置按照其编号加入相应的轨迹点集合T
i
；
[0030]步骤5.1：对每一个轨迹点集合分别采用三次样条插值的方法拟合轨迹，实现车辆轨迹跟踪。
[0031]本专利技术还提供一种基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪系统，包括：
[0032]编码单元，用于依据纵向距离和横向车道的位置信息对每根光栅传感阵列光纤上的传感单元进行信息编码，其中光栅传感阵列光纤沿公路上各个车道延伸的纵向上布设，每根光栅传感阵列光纤上包括多个传感单元；
[0033]路网模块，用于构建路网信息矩阵，车辆在道路上持续移动时，车辆对沿线的传感单元产生刺激并产生反馈信号序列，路网模块将反馈信号序列传输至路网信息矩阵中，并对其进行二值化处理，实现车辆的检测与定位；
[0034]计算模块，用于根据车辆进入相邻传感单元的时间计算车辆运行速度；
[0035]关联模块，用于根据车辆位置和速度信息估计下一帧车辆位置信息，并与下一帧路网信息矩阵比较，进行关联处理；
[0036]拟合模块，用于对同一车辆轨迹点进行拟合，生成车辆的运动轨迹。
[0037]接上述技术方案，路网模块具体用于：
[0038]构建路网信息矩阵A
m
×
n
,m为横向车道分布数量，n为沿道路纵向传感单元个数，初始化A
m
×
n
为零矩阵；
[0039]路网信息矩阵接收传感单元传输的反馈信号值，并进行二值化处理，当反馈信号检测有车辆时，该值转化成1，当反馈信号检测无车辆时，该值转化成0，其二值化阈值根据实际检测需求而定；
[0040]当第一列传感单元中有前一帧为0，当前帧为1的情况，视为有新车辆进入路网，随机分配四位编号，当最后一列传感单元中有前一帧为1，当前帧为0的情况，视为车辆驶出路网，将自动释放该编号。
[0041]接上述技术方案，关联模块具体用于：
[0042]根据当前帧车辆位置和速度信息，预测每辆车下一帧所处位置；
[0043]根据预测结果和下一帧实际路网信息矩阵对比，进行轨迹关联。
[0044]接上述技术方案，拟合模块具体用于：
[0045]根据时间序列，将每一帧不同车辆位置按照其编号加入相应的轨迹点集合T
i
；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分别在公路各个车道上沿车道延伸的纵向上布设光栅传感阵列光纤，每根光栅传感阵列光纤上包括多个光纤光栅传感器，每个光纤光栅传感器为一个传感单元，依据纵向距离和横向车道的位置信息对传感单元进行信息编码；S2、构建路网信息矩阵，车辆在道路上持续移动时，车辆对沿线的传感单元产生刺激并产生反馈信号序列，将反馈信号序列传输至路网信息矩阵中，并对其进行二值化处理，实现车辆的检测与定位；S3、根据车辆进入相邻传感单元的时间计算车辆运行速度；S4、根据车辆位置和速度信息估计下一帧车辆位置信息，并与下一帧路网信息矩阵比较，进行关联处理；S5、对同一车辆轨迹点进行拟合，生成车辆的运动轨迹。2.根据权利要求1所述的基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，步骤S1中每一个传感单元的编码信息包括：所在道路信息编号、所在车道数编号、纵向排列序号，在路网上每一个传感单元编码唯一。3.根据权利要求1所述的基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：步骤2.1：构建路网信息矩阵A
m
×
n
,m为横向车道分布数量，n为沿道路纵向传感单元个数，初始化A
m
×
n
为零矩阵；步骤2.2：路网信息矩阵接收传感单元传输的反馈信号值，并进行二值化处理，当反馈信号检测有车辆时，该值转化成1，当反馈信号检测无车辆时，该值转化成0，其二值化阈值根据实际检测需求而定；步骤2.2：当第一列传感单元中有前一帧为0，当前帧为1的情况，视为有新车辆进入路网，随机分配四位编号，当最后一列传感单元中有前一帧为1，当前帧为0的情况，视为车辆驶出路网，将自动释放该编号。4.根据权利要求1所述的一种基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，步骤S3中车辆运行速度的计算公式如下：其中t
n
为车辆刚好进入第n列传感单元的时间，t
n+1
为车辆刚好进入第n+1列传感单元的时间，l为一个传感单元的长度。5.根据权利要求1所述的基于光栅阵列传感技术的车辆轨迹跟踪方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：步骤4.1：根据当前帧车辆位置和速度信息，预测每辆车下一帧所处位置，其计算过程如下：第k帧车辆所在传感单元的位置为：C(i,j)，k为整数；车辆在该传感单元停留的帧数为：t；k+1帧车辆距离所在传感单元起点距离为：X
n
＝v*(t+1)，v为车辆运行速度；计算n：其中floor为不小于自变量的最小整数，l为一个传感单元的长
度；预测k+1帧车辆所在传感单元的位置为：C(i,j+n)；步骤4.2：根据预测结果和下一帧实际路网信...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕能超，吴静成，吴超仲，文家强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：