用于通过利用雷达仪器车尾测量检测交通灯区域内的交通违章的方法

摘要

本发明涉及一种通过利用FMCW雷达仪器（1）车尾测量来检测交通灯区域内的交通违章的方法。从在第一测量时间点（t1）获得的测量信号中推导出配属于车辆（3）的车头的特定位置（sP1）和径向速度，并且借助于在第一测量时间点（t1）和第二测量时间（t2）之间的间隔时间借助路程-时间定律计算出针对车头在第二测量时间点（t2）的第一预期位置（eP1）。通过在其他的测量时间点针对车头重复地计算预期位置，迭代地利用得出的车辆速度预测车头越过界定交通灯区域的停车线（5）的预期时间点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监控交通区域的方法，目的是检测车辆在由 停车线界定的、并且因为开关交通灯暂时允许或者不允许通行的交通 灯区域内的交通违章。这种方法按照类属由EP2048515A1中公知。

背景技术

一般来说，公知的用于监控交通区域的方法之间的区别在于使用 不同种类的传感器，它们或者嵌入在行车道路面内（侵入式传感器） 或者布置在行车道路面的上方（非侵入式传感器）。侵入式传感器的 装配非常耗时耗力，并且必须根据行车道路面的磨损情况时不时地更 换。此外它们只适合用于静态的布置。借此监控的交通区域受到嵌入 的传感器的布置方式的限定。

根据EP2048515A1，不是在由多个车道构成的行车道的每个单 个的车道内分别在一个预定的位置上嵌入传感器，而是让雷达辐射基 本上水平地朝向行车道并且越过行车道的所有车道纵向地朝向行车道 边沿。为此如下地朝向行车道定位用于发送和接收雷达辐射的、分辨 角度的雷达仪器（FMCW雷达仪器），即，使它在雷达辐射轴线（雷 达波束的对称线）与行车道边沿的水平的安装角度小于45°的情况下发 出构成雷达波束（Radarkeule）的、具有20°到40°之间的开度角的雷达 辐射。雷达仪器可以或者如下地布置，即，使车辆在穿行过雷达波束 时朝向雷达仪器行驶（驶入交通-测量车头的雷达仪器）或者如下地布 置，即，使它此时远离雷达仪器（驶离交通-车尾测量的雷达仪器）。 其中，被监控的交通区域的位置和大小由雷达辐射轴线相对于行车道 边沿的位置和雷达波束的开度角决定。

根据前述的EP2048515A1，从穿行过雷达波束期间在车辆上反 射的雷达信号中推导出车辆相对于雷达仪器在测量期间变化的相对位 置。在知道停车线与雷达仪器的相对位置的情况下，就借助车辆与雷 达仪器的相对位置在多个测量时间点得出车辆与停车线的垂直间距。 紧接着可以从同样被推导出来的所涉及的车辆的速度和相对位置与停 车线的垂直间距推断出[w1]经过停车线的时间点，并且当这个时间点落 在配属于该停车线的交通灯的绿灯阶段以外时，就触发拍照。

这里通过所谓的投射点的位置解释车辆的配属于每个测量时间点 的位置，对于投射点分别从反射信号得出距离和角度。

对于正在驶来的交通（此时，车头位于雷达辐射的反射区域内）， 能够利用前述的方法可靠地检测交通灯周围的交通违章，这是因为自 然是首先经过停车线的车头基本上决定所谓的投射点的位置。

对于正在驶离的交通（对其，随着越来越接近停车线只有车尾还 位于雷达辐射的反射区域内），并且因此车尾基本上决定所谓的投射 点的位置，所以不能检测那些虽然车头在某个时间点（根据交通灯的 预定的切换状态）已经经过停车线，但是车尾还没有经过停车线的交 通违章。

发明内容

本发明的任务是，找到一种方法，借此能够借助车尾测量的雷达 仪器对车辆的车头驶过停车线的情况作出更准确的预测。

对于用来检测车辆在由停车线界定的交通灯区域内的交通违章的 方法来说，该任务通过具有以下方法步骤的车尾测量得以解决。

在第一个步骤中，在具有行车道边沿和由停车线界定的交通灯区 域的行车道旁边安装FMCW雷达仪器。FMCW雷达仪器被设计用于发 出雷达辐射，雷达辐射构成具有雷达轴线的雷达波束，并且如下地向 行车道定向，即，使雷达波束覆盖停车线包围的、受监控的交通区域。 其中，雷达轴线与行车道边沿围出锐角的、水平的安装角。

在此期间或者紧随其后，在第二个步骤中，确定停车线与FMCW 雷达仪器的垂直距离。

在第三个步骤中发出雷达辐射，并且在测量期间的多个测量时间 点（n个测量时间点，其中，n是大于等于3的自然整数）接收测量信 号，这些测量时间点相互之间的时间间距恒定不变并且是已知的。测 量信号是通过在至少一个由雷达辐射测量的车辆上的反射造成的，其 中，每个测量时间点都能够从当前的测量信号推导出径向速度以及被 测车辆与FMCW雷达仪器的多个的径向距离和被测的车辆与散射区域 内的雷达轴线的多个对象角度作为每个被测的车辆的测量参数。

为了简单起见，应该借助仅一个被测的车辆阐述该方法。

至少在第一测量时间点推导出径向速度，并且从多个推导出来的 径向距离和推导出来的对象角度得出特定径向距离和特定对象角度， 它们共同地描述被测车辆的特定位置，其缩小成与FMCW雷达仪器相 关的点。

在知道FMCW雷达仪器与行车道和与停车线的相对取向，特别是 知道FMCW雷达仪器的安装角的情况下，在其帮助下从径向速度得出 车辆速度，并且利用FMCW雷达仪器与停车线的间距有利地已经从在 第一个测量时间点确定的特定位置和径向速度中借助路程-时间定律计 算出被测车辆的车头越过停车线的预期时间点。

紧接着在n个测量时间点的其他测量时间点从测量信号中推导出 径向速度，并且总是重新计算预期时间点，并且以如下方式更新，即， 使得它不断接近车辆的车头真正到达停车线的真实的时间点，该时间 点因为车辆速度的变化可能发生变化。在这个过程中，不是在各个测 量时间点得出的特定位置的帮助下确定该测量时间点的预期时间点 的，而是在各个测量时间点计算出的车头的预期位置的帮助下确定的。

从当前的预期时间点中借助路程-时间定律迭代地计算至少一个 拍照时间点，此时，车辆的车头位于至少一个拍照线上。

最后，当预期时间点位于其中一个配属于该停车线的交通灯的绿 灯阶段以外，并且被测车辆位于与停车线具有已知的间距的拍照线上 时，触发摄像机拍下至少一张证据照片。

从在第一个测量时间点确定的特定位置中为第二个测量时间点得 出第一个预期位置，并且在其他的测量时间点分别为下一个测量时间 点得出其他的预期位置。借此能够准确地得出被测车辆到达停车线或 者到达与停车线的间距已知的拍照线的时间点，而与不断地变化的速 度无关。在这种情况下基于以下假定，即，车辆垂直地向停车线运动。

作为备选，有利地也可以在其他的测量时间点分别确定特定位置， 并且从中得出描述车辆的行驶轨迹。这基于以下假定，即，车辆沿着 得出的行驶轨迹向停车线运动。那么就能够还要更加准确地预测被测 车辆到达停车线或者拍照线的时间点，因为这种预测不仅注意到车辆 速度的变化，还注意到可能不是直线的或者说不一定垂直于停车线延 伸的行驶轨迹。

附图说明

下面要借助实施例详尽地阐述本发明。在附图中：

图1a示出用于执行所述方法的测量装置结构的示意图，具有处于 第一个位置上的车辆；

图1b示出根据图1a的测量装置结构的示意图，具有处于第二位 置上的车辆；以及

图1c示出根据图1a的测量装置结构的示意图，具有处于第三位 置上的车辆。

具体实施方式

针对用于检测交通灯区域内由在行车道2上向前运动的车辆3引 起的交通违章的方法，使用的是由现有技术中公知的FMCW雷达仪器 1（FMCW=调频连续波），有利地是FSK雷达仪器（FSK=频移键 控），即FMCW雷达仪器1的一种特殊形式，利用该仪器还能够同时 检测多辆车辆3，并且也能够进行跟踪（Tracking）。FMCW雷达仪器 1发出构成雷达波束4的、具有至少两种交替的载波频率的雷达辐射， 并且接收由被检测的车辆3通过反射引起的测量信号（多普勒信号）。 通过评估由车辆3反射的至少两种载波频率之间和之内的频移，借助 FMCW雷达仪器1所包括的信号处理单元，可以从由其中一辆车辆3 引起的、并且分别在单个测量时间点构成的测量信号中推导出散射区 域内的多个径向距离和对象角度，并且大致地推导出径向速度。因此， 在短暂的测量期间内能够在多辆车辆3之间进行良好的分辨。

由雷达辐射构成的雷达波束4受到边沿辐射的界定，边沿辐射相 互之间围成锐角，并且决定雷达波束4的开度角。开度角的角平分线 理解为雷达轴线41，它也是雷达波束4的对称线。

为了执行根据本发明的方法，FMCW雷达仪器1定位在行车道2 旁边，并且朝行车道以如下方式定向，即，使由雷达波束4在行车道2 上方覆盖的交通区域（受监控的交通区域6）包含停车线5。必须或者 根据定位的预定规定值安装并且检查FMCW雷达仪器1与停车线5的 间距，或者在定位以后将其得出出来。这个信息也可以通过在即将进 行测量之前读取FMCW雷达仪器1得到。

优选地，FMCW雷达仪器1在行车道2旁边与行车道边沿21以 水平的、垂直的安装间距并且在高度上与行车道表面22以竖直的、垂 直的安装间距以装配在杆上的方式布置。如下地进行FMCW雷达仪器 1的水平定向，即，使雷达波束4基本上在在行车道2上行驶的车辆3 的行驶方向31上构成，并且覆盖行车道2上的受监控的交通区域6， 其包含存在于行车道2上的停车线5并且覆盖行车道2上的有车辆3 向停车线5行驶过去的区域。其中，雷达轴线41与行车道边沿21的 在FMCW雷达仪器1的辐射方向上延伸的区段构成水平方向的锐角安 装角α。FMCW雷达仪器1的竖直定向以竖直的锐角安装角（未示出） 描绘，该安装角是由雷达轴线41与行车道表面22围成的。

由FMCW雷达仪器1的位置和取向并且由得出由测量信号产生 的、可直接推导出的测量参数（径向速度、径向距离和对象角度）， 可以推导出被检测的车辆3其他特征，例如车辆行驶的车道、代表车 辆的行驶轨迹、车辆加速度和车辆速度。

其中，行驶轨迹在每个测量时间点说明了车辆3在行车道2上的 真正的前进方向，这个前进方向不一定与相对FMCW雷达仪器1的径 向速度的方向一致，并且此外，例如由于车辆3转换车道，不一定非 要相应于行车道2的延伸方向和为此一般性确定的、平行于行车道边 沿21延伸的行驶方向31。

车辆速度是车辆3在行车道2上前进的真实的速度。

除了FMCW雷达仪器1，还需要至少一个摄像机7，它有利地与 FMCW雷达仪器1一起在竖直方向上一上一下地布置在杆上，还需要 信号连接件9，这些信号连接件将配属于停车线5的交通灯8一方面与 摄像机7连接并且另一方面与属于FMCW雷达仪器1的信号处理及控 制单元连接。

为了准备检测交通违章，FMCW雷达仪器1如已述的那样如下地 相对于行车道2定位，即，车辆3穿过雷达波束4向停车线5运动。 在车辆3穿行期间，FMCW雷达仪器1在多个测量时间点接收各一个 测量信号，该测量信号是由于车辆3的被雷达辐射作用的、并且把雷 达辐射反射回去的表面上的反射引起的。在每个测量时间点接收到的 测量信号特别是由向FMCW雷达仪器1反射回雷达辐射的表面的延展 范围和相对位置确定的。所以能够从测量信号中推导出进行反射的表 面区域在散射区域内的多个径向距离和对象角度，当雷达辐射被长型 车辆的整个车身侧反射回来时，则这个表面区域最大。然而，可以非 常准确地推导出径向速度，这是因为所有进行反射的表面区域都自然 具有相同的速度。车辆3在驶入雷达波束4期间提供越来越大的进行 反射的表面，也就是说越来越多的进行反射的表面区域。随着进行反 射的投射点与FMCW雷达仪器1的距离越来越远，辐射回来的能量以 1/R⁴减少，并且导致更加靠近FMCW雷达仪器1的进行反射的投射点 提供的反射信号比类型和朝向相同的、正在远离FMCW雷达仪器1的 表面区域明显更强烈。

在车辆3驶入雷达波束4时，在第一测量时间点，测量信号只由 也可以配属于车头的副驾驶一侧的前方车辆棱角构成，因此，在该第 一测量时间点获得的、稍后阐述的特定位置等同于车头的位置。紧接 着检测那些越来越多地由车辆侧旁上的反射决定的测量信号。后续的 测量信号还额外地越来越多地由车尾上的反射构成，直到在到达停车 线5之前，测量信号几乎仅由车尾上的反射所引起。因此，特定位置 在经过车辆的车身长度穿行期间从前向后移动。

也可以将FMCW雷达仪器1以相对于行车道表面22更高的位置 装配在杆上。优点在于，同时穿行过雷达波束4的车辆3产生更少的 相互之间的遮蔽。

为了让检测到的测量信号与原则上同时检测的背景噪声产生充足 的间距，并且为了提高信号检测的明确性，为信号强度规定了一个阈 值，测量信号必须超过这个阈值，以便用来进行进一步的信号处理。

阈值原则上也可以由FMCW雷达仪器1的雷达传感器的受技术限 制的、无法主动决定的灵敏度极限预定。

在车辆3穿行雷达波束4期间（这决定了测量持续时间），连续 不断地在多个测量时间点进行测量信号检测，这些测量时间点之间分 别间隔恒定的、已知的间隔时间。

在图1a至1c中，示例性地在其中三个不同的测量时间点，也就 是在时间点t₁、t₂和t₃示出其中一辆车辆3。可以根据所需的测量结果 分辨率和FMCW雷达仪器1的技术特性、特别是其雷达传感器及其信 号处理单元的技术特性来调整前后相继的测量时间点t₁、t₂、t₃之间的 间隔时间。

从相应的在一个测量时间点检测到的测量信号中获得测量参数， 也就是说各一个径向速度，并且至少在第一测量时间点t1额外地作为 特定位置参数获得特定径向距离r₁和特定对象角度β₁。其中，利用预 先规定的计算方法（例如算数平均值）分别从多个从测量信号中推导 出来的径向距离和对象角度计算出特定径向距离和特定对象角度。只 要在测量时间点推导出来的径向距离和对象角度不在只能配属于一辆 车辆3的散射范围内，就可以判断，它们是由多辆车辆3造成的。相 应地，为所述多辆车辆3计算出各一个特定径向距离和各一个特定对 象角度，并且相关于测量时间点成对地作为特定位置配属给一个径向 速度和其中一辆车辆3。如果能够连续在多个测量时间点完成这样的配 属，那么就增加了以下可能性，即，配属结果在少数几个测量时间点 以后就已经具有高可靠性。如果测量信号中的至少一些能够配属给其 中一辆车辆3，那么就为以下提供了前提，即，能够在车辆穿过雷达波 束4的后面的路程上跟踪（tracking）相关的车辆3，并且能够把其他 的测量信号也配属给这辆车3。

随着构成特定位置，车辆3在每个测量时间点由一个点表示，它 相对于FMCW雷达仪器1和雷达轴线41的暂时位置分别由配属的特 定径向距离和配属的特定对象角描述。在信号处理期间，车辆3的位 置可以相应地缩小到这个点的位置（特定位置）。

不管是用什么计算方法构成特定位置的，它最终描述的是车辆3 的缩小到一个点的位置，其中，这个点在穿行雷达波束4期间从车头 向车尾运动，也就是经历的偏差为车身长度。

对于所谓的对车辆3的跟踪，为了能够将测得的速度也可靠地配 属给一组车辆3中的其中一辆车辆3或者为了能够得出描述车辆3的 行驶轨迹，因为这个偏差连续不断地在整个穿行期间增加，所以可以 忽略这个偏差。

这个偏差对于推导出径向速度（通过该径向速度借助FMCW雷达 仪器1的已知的安装数据计算车辆速度）是没有意义的，这是因为可 以假定，固态物体的所有表面以相同的速度运动并且因此车辆3的表 面也以相同的速度运动。

如果交通状况是每次只能有一辆车辆3位于受监控的交通区域6 内，那么为了确定其中一辆车辆3的特定位置sP₁，仅在第一测量时间 点t₁从测量信号中除了径向速度以外还推导出特定位置参数，也就是 特定径向距离r₁和特定对象角度β₁，就够了。在知道FMCW雷达仪器 1的安装参量的情况下，从特定径向距离r₁和特定对象角度β₁计算出 特定位置sP₁与停车线5的垂直的间距a，并且从径向速度计算出车辆 速度。

然后利用路程-时间定律从垂直的间距a和车辆速度计算出被测的 车辆3的车头越过停车线5的临时的预期时间点。路程-时间定律（速 度=路程x时间）使得能够从在第一测量时间点t₁针对车头得出的已知 的特定位置sP₁出发，在知道车辆速度的情况下，预测车头何时驶过一 段特定路程，或者它在一段特定时间后驶过多长的路程。

在以后的测量时间点，只需要从测量信号推导出径向速度，并且 在知道前后相继的测量时间点之间的间隔时间的情况下计算出借此当 前的预期时间点。在车辆速度恒定时，当前的预期时间点就是预计的 预期时间点。

借助图1a-1c描述第一实施例。

图1a示出驶入雷达波束4的瞬间时的车辆3。在第一测量时间点 t₁，FMCW雷达仪器1接收到测量信号，从中如已经阐述过的那样获得 车辆速度、第一个特定径向距离r₁和第一个特定对象角度β₁。测量信 号仅由雷达辐射在右前方的车辆棱角上的反射造成，该车辆棱角代表 车头的暂时位置。从停车线5与FMCW雷达仪器1的垂直的间距a、 车辆速度和第一个特定位置sP₁（由第一个特定径向距离r₁和第一个特 定对象角度β₁决定）的信息，借助路程-时间定律计算出初步的预期时 间点，车头在这个预期时间点到达停车线5和/或与之相关的拍照线10。 同时借助路程-时间定律在知道第一个特定位置sP₁、第一测量时间点t₁的车辆速度和两个前后相继的测量时间点之间的间隔时间的情况下计 算出第一预期位置eP₁，车辆3的车头在紧跟其后的第二测量时间点t₂处于这个第一预期位置上。在这种情况下，基于以下假定，即，车辆3 垂直朝向停车线5运动。为了对所述方法进行描述，测量时间点的数 量被局限在理论数量“3”以内，然而实际上根据测量周期的频率，依 据车辆速度和车道与FMCW雷达仪器1的间距，每次穿行时有高达几 百个测量时间点。

图1b示出在第二测量时间点t₂的车辆3。从在第二测量时间点t₂获得的测量信号中仅推导出径向速度，并且借助路程-时间定律从计算 出来的第一预期位置eP₁和由推导出来的径向速度计算出的当前车辆 速度以及第一和第二两个测量时间点t₁、t₂之间的间隔时间计算出当前 的预期时间点。只要车辆3的车辆速度在此期间保持不变，那么车头 就确实位于先前计算出的第一预期位置eP₁上，这正如这里所示的那 样。在车辆速度（其在第二测量时间点t₂经由从测量信号推导出径向 速度进行检查）发生了变化的情况下，车头实际上位于计算出来的第 一预期位置eP₁的前方或后方。通过从第一预期位置eP₁出发针对第三 测量时间点t₃借助在第二测量时间点t₁推导出来的径向速度确定第二 预期位置eP₂，第二预期位置eP₂进一步接近车头的右角在第三测量时 间点t₃的真实位置。于是完成对车头的跟踪，其方式是，在测量时间 点仅仅通过多个检测到的径向速度和两个前后相继的测量时间点之间 已知的、恒定的间隔时间得出了在下一个测量测量时间点的相应的预 期位置。

最后分别从第n-2个预期位置、测量时间点之间的间隔时间和在 第n-1个测量时间点推导出来的径向速度借助路程-时间定律分别计算 出车辆3的车头在第n个测量时间点的第n-1个预期位置。

借助预期位置在每次的第n个测量时间点，从在第n个测量时间 点确定的第n-1个预期位置和在第n-1个测量时间点推导出来的径向速 度借助路程-时间定律计算出被测车辆3的车头越过停车线5的预期时 间点，借此使计算出来的预期时间点以迭代方式接近被测车辆3的车 头实际上越过停车线5的真正的时间点。

于是，预期时间点以迭代方式接近车头到达停车线5或者与停车 线5具有已知的间距的拍照线10的真正的时间点。这就是说，预测相 比较而言更加准确。到达拍照线10时，可以通过车头触发摄像机7。 为了不让交通状况发生违章，拍照线10可以位于停车线5前方，并且 /或者为了证明违章拍照线10也可以在停车线5上或在其后方。当然， 为了在不同的拍照线10上拍照也可以使用具有不同的分辨率或者不同 的焦距的摄像机7。

测量时间点t₁、t₂、t₃之间的间隔时间越短，车头在下一个测量时 间点的预期位置eP₁、eP₂就越接近车辆3的车头在下一个测量时间点 的真实位置，并且相应地，对到达停车线5的时间的预测，也就是说 对预期时间点的预测，就越准确。准确预测的前提是，车辆3垂直地 朝向停车线5行驶，也就是说，描述车辆的行驶轨迹是垂直于停车线5 延伸的直线。

在所述方法的第二实施例中，在随后的测量时间点（这里就是t₂和t₃）也从测量信号推导出特定位置参数sP₂和sP₃（见图1b和图1c）， 并且通过跟踪车辆3（如由现有技术中公知的那样）确定车辆3的由行 驶轨迹描述的每个暂时的前进方向。根据第一实施例实现了车头进行 跟踪，其方式是，在测量时间点t₁、t₂得出下一个测量时间点t₂、t₃的 相应的预期位置eP₁、eP₂。在知道行驶轨迹的情况下，作为两个测量时 间点之间的路程不是像在第一实施例中那样假设为垂直于停车线5的 直的路段，而是在两个测量时间点之间由得出的行驶轨迹所描述的路 段。于是就在行驶轨迹不是直线或者是不垂直于停车线5的直线时也 能够准确地确定预期位置。在这些情况下，车辆3行至停车线5经过 的路程更长，所以借此特别是能够针对极限状态确保无误，即，只有 当违章确实存在时，才真的触发摄像机7。有一种可能的论据抵触所述 方法的这种实施方式，即，车头可能比预测的更晚到达停车线5，例如 因为发生了车道更换。

为了还要更加准确的预测，在计算到达停车线5的预期时间点或 在计算下一个测量时间点的预期位置时可以注意测量时间和计算时 间，该计算时间是在每个测量时间点从接收测量信号到获得计算结果 经过的时间。这就是说，不是考虑获得计算结果的时间点，而是考虑 获得计算结果的时间点减去测量和计算时间。

如果由于交通状况同时有多辆车辆3处于受监控的交通区域6中， 那么为了能够跟踪被测的车辆3，并且能够将推导出来的径向速度可靠 地配属给作为起因的车辆3，要强制性地在后续的测量时间点从测量信 号中也推导出特定位置参数。

附图标记列表

1     FMCW雷达仪器

2     行车道

21    行车道边沿

22    行车道表面

3     车辆

31    行驶方向

4     雷达波束

41    雷达轴线

5     停车线

6     受监控的交通区域

7     摄像机

8     交通灯

9     信号连接件

10    拍照线

a     垂直的间距

α    水平的安装角

β₁   在第一测量时间点的特定对象角度

r₁    在第一测量时间点的特定径向距离

sP₁   在第一测量时间点的特定位置

β₂   在第二测量时间点的特定对象角度

r₂    在第二测量时间点的特定径向距离

sP₂   在第二测量时间点的特定位置

β₃   在第三测量时间点的特定对象角度

r₃    在第三测量时间点的特定径向距离

sP₃   在第三测量时间点的特定位置

eP₁   第一预期位置（针对车头在第二测量时间点）

eP₂   车头在第三测量时间点的预期位置

t₁    第一测量时间点

t₂    第二测量时间点

t₃    第三测量时间点