高速公路全天候感知技术研究.pdf
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1、124 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 高速公路全天候感知技术研究谭屈山,杨 洋,王 俊,符刘旭,张珂溢,钟爱平(四川数字交通科技股份有限公司,四川 成都 610000)摘要:针对高速公路信息感知的问题,面向高速公路中交通状态、交通安全管控以及对全天候交通事件检测预警的需求,开展高速公路全天候感知技术研究,包括毫米波雷达感知技术、基于神经网络模型的三维目标检测技术、交通毫米波雷达为主的雷视融合架构技术,以期进一步提升智慧高速的交通信息感知能力。关键词:高速公路;全天候;信息感知;雷视融合中图分类号:U495 文献标识码:A 文章编号:1673-8098(202
2、3)04-0124-030 引言随着经济快速发展,人们对出行质量的要求越来越高,交通建设随之不断进步,道路干线网络不断完善。自 20 世纪初,我国建成第一条高速公路沪嘉高速公路以来,中国的高速公路建设取得了举世瞩目的成就1,2012 年年底,我国高速公路通车总里程达9.6万公里,首次超越美国跃居世界第一2。到2021年年底,这个数据已刷新为 16.91 万公里3,继续稳居世界第一。高速公路如此重要,因此保障高速公路顺畅、高效的通行也越发重要。交通信息感知作为交通信息基础设施最为关键的功能之一,可为交通态势预判、信号控制、车路协同、无人驾驶等交通应用场景提供重要的数据与决策支撑,是践行“交通强国
3、”战略的基石。4基于此,本文将结合智慧高速建设特点,对高速公路全天候感知技术开展研究。1 毫米波雷达感知技术在智能交通和自动驾驶领域,摄像头、激光雷达和毫米波雷达是常用的传感器,而毫米波交通雷达是其中唯一的全天候传感器。各传感器之间的特性对比如表 1 所示。表 1 智能交通常用传感器对比参数/性能AI 摄像头激光雷达毫米波雷达综合成本适中探测威力100 400 米(日间)100 250 米(10%反射率)300 1000 米(全天候)夜间环境极弱强强恶劣天气极弱弱强测速能力极弱弱强测距能力极弱强强角分辨率极强强较弱毫米波雷达除了受天线通道数影响,在角分辨率指标明显弱于视频和激光雷达外,几乎在其
4、他方面均有明显优势:在探测距离方面,毫米波雷达可以精准检测和分析超过 1000 米的长距离;同时,几乎不受夜间及雨雾尘霾等恶劣天气影响,显著优于摄像头和激光雷达,因此得到了交通领域的重视,在我国多个省市区的智慧高速试点中得到了广泛应用。交通毫米波雷达全要素感知可以涵盖以下信息:车辆速度:交通雷达可以测量车辆的速度,对车辆行驶速度进行监测和控制,从而提高道路安全和交通效率。距离和位置:交通雷达可以测量车辆与雷达之间的距离,以及车辆在道路上的位置,从而提供更加准确的交通数据和信息。大小和形状:现代交通雷达可以实现目标分辨和多目标跟踪等高级功能,可以检测车辆的大小和形状,从而区分不同类型的车辆。车辆
5、数量和流量:交通雷达可以通过检测车辆的位置和速度,计算出通过某个区域的车辆数量和流量,从而帮助交通管理人员更好地掌握交通状况,及时调整交通策略。交通事件:例如一些交通雷达可以检测车辆是否停放在了不允许的地点,例如紧急停车道等,从而帮助交通管理人员及时处理违规停车情况。本文针对现有毫米波雷达在交通行业应用中“看不远”“看不准”“分不清”的三大痛点,研究开发了可以实现对乘用车定向探测距离超过 1200 米、探测精度优于 0.07、分辨率优于 0.5的高性能交通雷达,比传统的交通雷达拥有更远的探测能力、更高的空间角分辨以及更优秀的测角精度。同时增加125NO.4/AUGUST.2023交通建设与管理
6、 影响有影响的人 俯仰分辨能力,在复杂的部署环境下对门架、路牌等干扰具有较强的识别能力。图 1 高性能毫米波雷达系统框架图 2 交通毫米波雷达成都绕城高速部署2 基于深度学习的三维目标检测技术面对复杂的道路交通场景,传统检测技术难以满足精确的目标定位需求,从而存在一定道路安全隐患。此外,目标检测技术是计算机视觉领域的一个重要研究任务,目的是通过分析图像的数据内容快速检测和分割出目标物体。因此,研究类视觉传感器条件下的 3D 目标检测具有重要的意义。尽管近年来点云三维物体检测取得了快速进展,但笔者对三维目标检测两阶段网络进行研究发现,现有的两阶段方法不仅结构复杂,而且需要设计大量的超参数,缺乏灵
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