基于多地磁传感器的单车道车辆轨迹关联方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多地磁传感器的单车道车辆轨迹关联方法，主要解决当前车辆轨迹关联算法复杂，并且摄像机和雷达等传感器成本高，受天气影响等问题。本发明专利技术将多个地磁传感器等间距的部署在单车道一侧的车道线上，检测车辆到达的时间戳并上传至计算设备，计算设备计算出车辆到达地磁传感器的预测时间戳，构建车辆预测时间戳与地磁传感器测量时间戳的二分图模型，并使用KM算法对待关联二分图模型进行求解。本发明专利技术实现车辆预测数据与地磁传感器测量数据的关联，从而实现车辆的状态更新，进而达到单车道车辆轨迹实时关联的目的，并获得准确的单车道车辆轨迹信息。准确的单车道车辆轨迹信息。准确的单车道车辆轨迹信息。

【技术实现步骤摘要】
基于多地磁传感器的单车道车辆轨迹关联方法


[0001]本专利技术属于物理
，更进一步涉及数据处理
中的一种基于多地磁传感器的单车道车辆轨迹关联方法。本专利技术可用于单车道场景下，通过多个地磁传感器检测同一时刻所有车辆的轨迹信息，获取每个时刻单车道上行驶车辆的关联轨迹。

技术介绍

[0002]目前，在公路交通智能化中，获取单车道车辆的轨迹是一个日益重要的问题。这可以帮助交通管理者更好地了解道路上的车辆运动情况，为交通流量预测、交通拥堵预警、安全驾驶等提供有价值的数据。目前，单车道场景中通常使用摄像机、雷达等传感器来对车辆轨迹进行关联。然而这类传感器部署环境较为特殊，通常需要安装在龙门架上，难以大规模部署，成本较高，且检测精度受天气影响。为了改进智能交通系统(Intelligent Traffic System，简称ITS)并丰富获取数据形式的种类，地磁传感器也正在交通系统中广泛部署，以收集单车道上车辆的实时轨迹信息，地磁传感器的部署通常不受场景限制，且成本较低，检测不受环境影响。然而在车辆轨迹关联方面，传统的数据关联方案往往拥有较高的计算复杂度，效率较低，难以实现轨迹的实时关联。这对使用地磁传感器来实现车辆轨迹的实时关联方面提出了独特的挑战。这种轨迹关联问题不仅会影响到智能交通系统对车辆行驶轨迹的获取，还会影响到后续对车辆行为状态的判定。
[0003]交通运输部路网监测与应急处置中心在其共同申请的专利文献“基于雷达和视频融合的车辆轨迹跟踪方法及系统”(申请号：202210867558.4，申请公布号：CN 115327527A)中提出一种基于雷达和摄像机融合的单车道车辆轨迹关联方法。该方法通过设置雷达设备和摄像机设备的时间戳同步目的达到数据关联，通过得到雷达信息的时间戳和摄像机信息的时间戳，实现两者传感器数据关联的方法。该方法存在的不足之处在于，摄像机和雷达等传感器部署环境特殊，通常安装在龙门架上，难以大规模部署，成本较高；且检测精度受天气影响，环境恶劣时会出现难以检测车辆的问题，从而进一步影响单车道车辆轨迹关联。
[0004]M.Hassaballah等人在其发表的论文“Vehicle Detection and Tracking in Adverse Weather Using a Deep Learning Framework”(IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2021pp.4230
‑
4242)中提出了一种单车道车辆轨迹关联方法。该方法的步骤是，首先将传统高斯混合概率假设密度滤波器的跟踪器与分层数据关联(HDA)联合使用，然后采用多尺度卷积神经网络的车辆检测和跟踪算法实现了单车道的车辆轨迹关联。该方法存在的不足之处是，使用多尺度深度卷积神经网络的鲁棒车辆检测和跟踪算法比较复杂，效率较低，无法用于在公路智能化中，对单车道车辆实时进行轨迹关联的场景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于多地磁传感器的单车道车辆轨迹关联方法，用于解决当前车辆轨迹关联算法复杂，并且摄像机和雷达等传感器
成本较高，受天气影响，难以大规模部署并且当前使用的基于地磁传感器的车辆轨迹关联方法难以实现数据关联的问题。
[0006]实现本专利技术目的的技术思路是，本专利技术根据需要关联的车辆轨迹范围选用多个同一型号的地磁传感器将该传感器部署后，将所有地磁传感器等间距的部署在单车道一侧的车道线上，地磁传感器的部署方向与车辆的行驶方向相同；采用GPS授时技术对所有地磁传感器进行统一授时。由于本专利技术使用的地磁传感器成本较低，且不受天气影响，便于大规模部署，能够解决现有技术采用摄像机或雷达等传感器带来的成本高，并且受天气影响严重的问题。本专利技术使用同一型号的地磁传感器，采用统一授时技术，克服了现有技术中使用不同传感器且未进行精准对时时，会存在的数据错误关联问题。本专利技术使用低计算复杂度的二分图匹配的KM数据关联算法，实现单车道车辆轨迹的实时关联，从而获得准确的单车道车辆轨迹信息。
[0007]实现本专利技术目的的具体步骤如下：
[0008]步骤1，根据需要关联的车辆轨迹范围，选用M个同一型号的地磁传感器；
[0009]步骤2，部署地磁传感器并授时：
[0010]步骤2.1，将M个地磁传感器每隔N米等间距的部署在单车道一侧的车道线上，地磁传感器的部署方向与车辆的行驶方向相同，N的取值取决于地磁传感器的检测范围；
[0011]步骤2.2，采用GPS授时技术对每个地磁传感器进行统一授时；
[0012]步骤3，计算每辆车辆到达每个地磁传感器的时间戳：
[0013]使用车辆检测算法，每个地磁传感器分别检测每辆车进入该传感器时刻的时间戳和离开时刻的时间戳，将两个时间戳的均值作为该车到达该地磁传感器的时间戳，将每辆车辆到达每个地磁传感器的时间戳与其对应的地磁传感器编号共同上传至计算设备；
[0014]步骤4，构建每个地磁传感器的待关联二分图模型：
[0015]步骤4.1，计算设备将到达每个地磁传感器的同一时刻所有车辆的时间戳分为一类；
[0016]步骤4.2，按照下式，计算每辆车从当前地磁传感器到达下一个地磁传感器的预测时间戳：
[0017][0018]其中，为第i辆车从第k个地磁传感器到达第k+1个地磁传感器时刻的预测时间戳，i＝1,2,
…
,I，I为到达第k个地磁传感器时所有车辆的总数，k＝1，2,
…
,M
‑
1，为第i辆车到达第k个地磁传感器时刻的测量时间戳，x
k+1
为第k+1个地磁传感器的坐标位置，x
k
为第k个地磁传感器的坐标位置，为第i辆车经过第k个地磁传感器时刻的速度；
[0019]步骤4.3，计算每辆车的预测时间戳与其到达时间对应地磁传感器的车辆测量时间戳的权值：
[0020][0021]其中，a
ij
表示第i辆车的与其对应的第k+1个地磁传感器第j个测量时间戳
的权值，j＝1,2,
…
,J，J为车辆到达第k个地磁传感器时第k+1个地磁传感器的测量时间戳的总数；
[0022]步骤4.4，构建每个地磁传感器同一时刻所有车辆的预测数据和该地磁传感器的测量数据的待关联二分图模型，该模型中X节点代表车辆，Y节点代表地磁传感器的测量时间戳，待关联二分图中的任意一条边满足下式：
[0023]W(X
i
,Y
j
)＜＝L(X
i
)+L(Y
j
)
[0024]其中，W(X
i
,Y
j
)为第k+1个地磁传感器的待关联二分图模型中第i辆车的节点X
i
与第j个测量时间戳的Y
j
节点之间的边，其权重值等于a
ij
，L(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多地磁传感器的单车道车辆轨迹关联方法，其特征在于，使用多个地磁传感器进行单车道车辆轨迹关联，使用待关联二分图匹配的KM算法获取单车道上的行驶车辆轨迹；该检测方法的具体步骤包括如下：步骤1，根据需要关联的车辆轨迹范围，选用M个同一型号的地磁传感器；步骤2，部署地磁传感器并授时：步骤2.1，将M个地磁传感器每隔N米等间距的部署在单车道一侧的车道线上，地磁传感器的部署方向与车辆的行驶方向相同，N的取值取决于地磁传感器的检测范围；步骤2.2，采用GPS授时技术对每个地磁传感器进行统一授时；步骤3，计算每辆车辆到达每个地磁传感器的时间戳：使用车辆检测算法，每个地磁传感器分别检测每辆车进入该传感器时刻的时间戳和离开时刻的时间戳，将两个时间戳的均值作为该车到达该地磁传感器的时间戳，将每辆车辆到达每个地磁传感器的时间戳与其对应的地磁传感器编号共同上传至计算设备；步骤4，构建每个地磁传感器的待关联二分图模型：步骤4.1，计算设备将到达每个地磁传感器的同一时刻所有车辆的时间戳分为一类；步骤4.2，按照下式，计算每辆车从当前地磁传感器到达下一个地磁传感器的预测时间戳：其中，为第i辆车从第k个地磁传感器到达第k+1个地磁传感器时刻的预测时间戳，i＝1,2,
…
,I，I为到达第k个地磁传感器时所有车辆的总数，k＝1，2,
…
,M
‑
1，为第i辆车到达第k个地磁传感器时刻的测量时间戳，x
k+1
为第k+1个地磁传感器的坐标位置，x
k
为第k个地磁传感器的坐标位置，为第i辆车经过第k个地磁传感器时刻的速度；步骤4.3，计算每辆车的预测时间戳与其到达时间对应地磁传感器的车辆测量时间戳的权值：其中，a
ij
表示第i辆车的与其对应的第k+1个地磁传感器第j个测量时间戳的权值，j＝1,2,
…
,J，J为车辆到达第k个地磁传感器时第k+1个地磁传感器的测量时间戳的总数；步骤4.4，构建每个地磁传感器同一时刻所有车辆的预测数据和该地磁传感器的测量数据的待关联二分图模型，该模型中X节点代表车辆，Y节点代表地磁传感器的测量时间戳，待关联二分图中的任意一条边满足下式：W(X
i
,Y
j
)＜＝L(X
i
)+L(Y
j
)其中，W(X
i
,Y
j
)为第k+1个地磁传感器的待关联二分图模型中第i辆车的节点X
i
与第j个测量时间戳的Y
j
节点之间的边，其权重值等于a
ij
，L(X

【专利技术属性】
技术研发人员：涂远发，毛国强，耿英凡，朱梦军，赵茄宇，任效江，惠一龙，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：