[发明专利]一种高速公路交通运行状态感知雷达的布设方法

权利要求书

1.一种高速公路交通运行状态感知雷达的布设方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集待布设路段的道路环境信息，并据此建立三维道路环境模型；

其中，所述道路环境信息包括道路线形、边坡情况、中央分隔带位置及尺寸、护栏位置及尺寸、标志牌位置及尺寸、路侧树木侵入道路范围内的高度及尺寸、道路上跨设施高度及尺寸；边坡情况包含填挖方情况、挖方尺寸、边坡形式及坡度；

步骤2，设定雷达初始间距，按雷达初始间距对待布设路段进行雷达均布，确定雷达的初始纵向位置；其中，第一个雷达位于待布设路段的起点；

步骤3，确定雷达布设参数为雷达纵向位置、雷达安装高度、雷达横向位置、雷达最小俯仰角度，按照布设优化原则对每个雷达进行参数优化，得到优化后的雷达布设个数及每个雷达布设参数，进而完成整个待布设路段的雷达布设；

其中，雷达纵向位置为沿道路行车方向的位置，雷达横向位置为雷达垂直于行车方向的位置，雷达最小俯仰角度是指雷达检测边线与雷达安装竖杆形成的最小夹角；

所述按照布设优化原则对每个雷达进行参数优化，其具体步骤为：

3.1，设定雷达布设参数的调节阈值，对雷达安装高度、雷达横向位置、雷达最小俯仰角度分别进行初始化；

3.2，按照布设优化原则对第一个雷达进行布设参数优化，得到优化后第一个雷达的布设参数；沿行车方向依次对第二至N个雷达分别进行布设参数优化，直至雷达的检测面覆盖待布设路段的终点时停止布设优化，得到优化后的雷达布设个数N＇和所有雷达的布设参数；N为初始化时的雷达个数，N＇为优化后的雷达个数；

所述布设优化原则为：对于一个待优化雷达，具体步骤为：

(a)固定当前调节轮次的雷达纵向位置、雷达安装高度、雷达横向位置，以预设的角度步距在雷达最小俯仰角度的调节阈值内对待优化雷达的最小俯仰角度进行调节，并计算该雷达每组布设参数下的有效检测面积；雷达最小俯仰角度调节一次，对应进行一次有效检测面积计算；

(b)以预设的横向步距在雷达横向位置的调节阈值内对待优化雷达的横向位置进行调节，每次横向位置调节对应进行一轮次步骤(a)；

(c)以预设的高度步距在雷达安装高度的调节阈值内对待优化雷达的安装高度进行调节，每次安装高度调节对应进行一轮次步骤(a)-(b)；

(d)以预设的纵向步距在雷达纵向位置的调节阈值内对待优化雷达的纵向位置进行调节，每次纵向位置调节对应进行一轮次步骤(a)-(c)；

(e)选取所有布设参数调节过程中有效检测面积最大时对应的布设参数为该雷达的最佳布设参数，得到优化后该雷达的布设参数；至此完成当前雷达的布设参数优化；

对于待布设路段起点处的雷达，即第一个雷达，其纵向位置不需要调节，直接进行步骤(a)-(c)后转入步骤(e)即可；

所述计算该雷达当前布设参数下的有效检测面积，具体步骤为：

(a)计算雷达当前布设参数下的理论检测面积，即无遮挡情况下的雷达检测面积，其计算公式为：

a_i＝(tanγ_i1-tanγ_i2)·H_i·b

其中，H_i为第i个雷达的安装高度，b为道路宽度，γ_i1和γ_i2分别为第i个雷达的最大俯仰角度和最小俯仰角度，且γ_i2＝γ_i1+φ，φ为雷达固有最大检测角度；

(b)计算路面障碍物对雷达的遮挡面积

首先，从三维道路环境模型中提取每个障碍物对雷达的遮挡面积S_1,j；

其次，根据图形相似原理，每个障碍物在路面上形成与障碍物遮挡面平行的竖直遮挡物，计算竖直遮挡物的遮挡面积；

S_2,j＝S_1,j·((D_1,j+D_2,j)/D_1,j)²；

其中，S_2,j表示第j个障碍物对应的竖直遮挡物，D_1,j为雷达到第j个障碍物的水平距离，D_2,j为第j个障碍物到竖直遮挡物的水平距离；

最后，利用平面图形投影方法，计算障碍物在路面上的实际遮挡面积s：

s_j＝S_2,j/tanλ；

其中，s_j为第j个障碍物在路面上的实际遮挡面积，λ为穿过障碍物中心的雷达波线与水平方向的夹角；

(c)计算相邻雷达的检测重叠区域面积

在雷达布设参数确定的情况下，计算相邻雷达的检测重叠区域面积：

r_i＝(H_i·tanγ_i1-X_i-H_i+1·tanγ_i+1,2)·b

其中，r_i表示第i个雷达与第i+1个雷达之间的检测重叠区域面积，b为道路宽度，X_i为第i个雷达与第i+1个雷达之间的纵向间距，γ_i1为第i个雷达的最小俯仰角度，γ_i+1,2为第i+1个雷达的最大俯仰角度；

(d)计算雷达有效检测面积，其计算公式如下：

v_i＝a_i-∑s_j-r_i

其中，v_i为第i个雷达的有效检测面积。