毫米波雷達(dá)傳感器人員監(jiān)控站臺(tái)預(yù)警應(yīng)用,隨著無線電技術(shù)的快速發(fā)展,毫米波雷達(dá)逐漸成為智能安全系統(tǒng)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。毫米波雷達(dá)傳感器在智能安全系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,具有抗干擾能力強(qiáng)、精度高、遠(yuǎn)程測量等優(yōu)點(diǎn)。目前,基于毫米波雷達(dá)傳感器移動(dòng)目標(biāo)檢測和跟蹤算法的毫米波人員監(jiān)控雷達(dá)越來越多地應(yīng)用于平臺(tái)預(yù)警、行人監(jiān)測、智能安防、智能養(yǎng)老、智能社區(qū)等智能安全監(jiān)控領(lǐng)域。
毫米波,工作在毫米波段(millimeterwave),工作頻率在 30~300GHz,波長在1~10mm之間的電磁波。毫米波的波長介于微波和紅外線之間,因此毫米波雷達(dá)具有微波雷達(dá)和光電雷達(dá)的一些優(yōu)點(diǎn)。除毫米波雷達(dá)外,人員監(jiān)控傳感器還包括激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、攝像頭等。
相機(jī)探測范圍廣、監(jiān)測信息量大,可遙測,但數(shù)據(jù)計(jì)算量大,傳輸帶寬大,易受天氣影響、遮擋物影響,且不能直接獲取深度信息,且容易泄露個(gè)人隱私。
超聲波雷達(dá)測距方法簡單,成本低,但其傳輸速度易受天氣影響,超聲波散射角大、方向性差,在測量遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí),其回波信號(hào)較弱,影響測量精度。
激光雷達(dá)測量精度高,但容易受到自然光或熱輻射的影響。當(dāng)自然光強(qiáng)或輻射區(qū)域時(shí),激光雷達(dá)會(huì)大大削弱,激光雷達(dá)成本高,工藝水平要求高。
毫米波雷達(dá)傳感器可直接獲取深度信息,無光、熱、霧、煙、受灰塵等外部環(huán)境因素影響,抗干擾能力強(qiáng),環(huán)境適應(yīng)性好,不會(huì)泄露個(gè)人隱私。其測量精度和穩(wěn)定性優(yōu)于攝像頭和超聲雷達(dá),工藝水平要求和成本低于激光雷達(dá),具有較高的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
一、智能安防:人員計(jì)數(shù)及軌跡跟蹤
人員監(jiān)測雷達(dá)是基于毫米波線性調(diào)頻脈沖毫米波雷達(dá)模塊,采用毫米波線性調(diào)頻脈沖毫米波雷達(dá)模塊FMCW、MIMO等技術(shù),有測距、測速精度高、測角分辨率高、虛警率低,可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)測速精度高、測角分辨率高、虛警率低.準(zhǔn)確監(jiān)控室外多場景、多目標(biāo)人員、準(zhǔn)確定位和穩(wěn)定跟蹤,有效區(qū)分人與非人物,統(tǒng)計(jì)目標(biāo)人數(shù),穩(wěn)定輸出多個(gè)目標(biāo)人之間的距離、速度和角度等信息。
1.人員監(jiān)測與數(shù)量統(tǒng)計(jì)
人員監(jiān)測和數(shù)量統(tǒng)計(jì)是現(xiàn)有多個(gè)場景中不可缺少的數(shù)據(jù),如機(jī)場、商場、連鎖店.車站、博物館、在會(huì)議室等場合,人員發(fā)現(xiàn)庫存和數(shù)據(jù)估計(jì)在安全管理和提高整體服務(wù)水平方面發(fā)揮著重要作用。在現(xiàn)有的人員計(jì)數(shù)應(yīng)用中,主要包括攝像頭識(shí)別、紅外識(shí)別、傳統(tǒng)人工清點(diǎn)、自動(dòng)清點(diǎn)機(jī)械設(shè)備和rfid門禁系統(tǒng)等。然而,這些方法受到成本、準(zhǔn)確性和實(shí)施難度的限制,使得人員計(jì)數(shù)的應(yīng)用難以平衡經(jīng)濟(jì)性和準(zhǔn)確性。毫米波雷達(dá)傳感器的使用可以彌補(bǔ)人員計(jì)數(shù)的這些缺陷,具有廣闊的應(yīng)用前景。
毫米波雷達(dá)傳感器通過對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)人員反射的電磁波的計(jì)算和分析,可以獲得目標(biāo)人員當(dāng)前的速度和位置,并在輸出目標(biāo)人員速度和位置的同時(shí)實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤。此外,通過對目標(biāo)人員位置的分析,可以判斷目標(biāo)人員是否進(jìn)入繪制的監(jiān)測區(qū)域,統(tǒng)計(jì)和輸出各區(qū)域監(jiān)測的目標(biāo)數(shù)量。
2.虛警消除與跟蹤跟蹤
綜合毫米波雷達(dá)傳感器人員監(jiān)測雷達(dá)FMCW、MIMO使用靜態(tài)物體消除算法等技術(shù).人與非人物區(qū)分算法.多徑干擾消除算法和多目標(biāo)跟蹤算法,有效區(qū)分人和其他物體,消除虛假檢測,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境中多目標(biāo)的跟蹤識(shí)別。
靜態(tài)物體消除算法主要用于消除室內(nèi)環(huán)境中靜態(tài)物體(如墻體、桌椅等),該算法涉及信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。通過消除零多普勒通道目標(biāo),可以過濾靜態(tài)物體,避免靜態(tài)物體對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的干擾。
人與非人物的區(qū)分算法主要用于人與微動(dòng)物(如旋轉(zhuǎn)電風(fēng)扇、浮動(dòng)窗簾等)的區(qū)別。人與非人物的區(qū)分算法將統(tǒng)計(jì)人與微動(dòng)物的特征,提取有效特征,區(qū)分目標(biāo),只輸出目標(biāo)人員的跟蹤結(jié)果。
多徑干擾消除算法主要用于消除室內(nèi)場景中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)帶來的虛假檢測點(diǎn),避免這些虛假檢測點(diǎn)被毫米波雷達(dá)傳感器誤認(rèn)為目標(biāo)進(jìn)行跟蹤輸出,造成虛假警報(bào)問題。該算法將根據(jù)室內(nèi)環(huán)境面積和毫米波雷達(dá)傳感器獲得的原始檢測點(diǎn)信息(如距離、速度、角度和信噪比等),做出綜合判斷,判斷原檢測點(diǎn)是否為虛假點(diǎn),從而過濾掉,大大降低室內(nèi)環(huán)境多徑引起的虛擬警報(bào)問題。
多目標(biāo)跟蹤算法主要用于準(zhǔn)確定位和穩(wěn)定跟蹤室內(nèi)環(huán)境中的多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。該算法首先有效地聚類原始檢測點(diǎn),獲得不同的目標(biāo)簇,然后通過擴(kuò)展卡爾曼濾波算法跟蹤不同的簇,獲得穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡。
二、站臺(tái)預(yù)警:站臺(tái)端頭入侵監(jiān)測預(yù)警
隨著“四橫四縱”高鐵網(wǎng)絡(luò)基本建成,各樞紐車站站臺(tái)、通道數(shù)量增加,運(yùn)營車輛數(shù)量增加,發(fā)車間隔縮短,人流密度同步增加,站臺(tái)區(qū)上下車時(shí)人員聚集嚴(yán)重。此外,還會(huì)有乘客試圖通過站臺(tái)端頭逃票入侵鐵路線路,這不僅會(huì)給乘客帶來很大的安全風(fēng)險(xiǎn),還會(huì)影響鐵路運(yùn)營秩序。
目前,站臺(tái)端頭的保護(hù)一般采用值班人員全天候值班的方式。每個(gè)車站只能增加檢查人員的數(shù)量、提高檢查頻率,確保運(yùn)行安全。但基于人工檢查,在緊急情況下通過對講機(jī)進(jìn)行對講.電話等形式實(shí)現(xiàn)了對站房安全管理的集中監(jiān)督,存在檢查盲區(qū)、警情傳遞慢、不及時(shí)處理的缺點(diǎn)。鑒于這種形式,站臺(tái)端入侵報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。站臺(tái)端入侵報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)站臺(tái)端全天候、自動(dòng)監(jiān)控,節(jié)省人力和物力資源。結(jié)合視頻系統(tǒng),可隨時(shí)調(diào)出報(bào)警記錄相應(yīng)時(shí)間的歷史視頻,方便證明入侵,限制平臺(tái)旅客的行為,發(fā)揮威懾作用。
作為高鐵站臺(tái)端頭入侵預(yù)警系統(tǒng)的技術(shù)核心,毫米波雷達(dá)傳感器入侵人員監(jiān)控雷達(dá)的測量靈敏度和準(zhǔn)確性決定了整個(gè)入侵預(yù)警系統(tǒng)的及時(shí)性和可靠性。人員監(jiān)控雷達(dá)毫米波采用MMIC綜合射頻方案穩(wěn)定性好、成本適宜;組合MIMO多天線設(shè)計(jì),波束合成(DBF)技術(shù),回波定向強(qiáng).覆蓋范圍廣;創(chuàng)新列優(yōu)化調(diào)整分配功率,實(shí)現(xiàn)更大增益,保證雷達(dá)測量的靈敏度和準(zhǔn)確性。此外,雷達(dá)還具有自動(dòng)啟動(dòng)校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償功能,抗干擾能力強(qiáng),中心頻率不漂移,確保雷達(dá)監(jiān)測不受風(fēng)影響、光照、溫度變化和煙、霧、灰塵等外部環(huán)境因素的干擾進(jìn)一步保證了雷達(dá)測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
根據(jù)站臺(tái)需要,在需要進(jìn)行入侵檢測的站臺(tái)端設(shè)置垂直于軌道方向的多個(gè)人員監(jiān)控雷達(dá)檢測防線,實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測區(qū)域內(nèi)入侵人員的軌跡,配合攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,方便管理中心工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警和后續(xù)違法舉證。當(dāng)有人非法穿越或破壞一道防線時(shí),毫米波雷達(dá)傳感器可以立即檢測入侵信息,通過入侵報(bào)警主控器或當(dāng)?shù)貓?bào)警語音說服警察情況;當(dāng)有人非法穿越或破壞第二道防線時(shí),雷達(dá)可以立即檢測入侵信息,通過入侵報(bào)警主控器將報(bào)警傳輸?shù)胶蠖似脚_(tái)管理中心,管理中心接收和處理報(bào)警信號(hào),客戶端顯示入侵報(bào)警的站臺(tái)端位置;同時(shí),管理中心和現(xiàn)場外部聲音報(bào)警開始報(bào)警,終端監(jiān)控圖片彈出在計(jì)算機(jī)屏幕上。指揮中心值班人員可通過語音對講機(jī)說服撤退,說服不成功時(shí),通知站臺(tái)工作人員立即趕到現(xiàn)場處理。同時(shí),管理中心和現(xiàn)場外部聲音報(bào)警開始報(bào)警,終端監(jiān)控圖片彈出。