一种基于毫米波雷达的落石监测预警方法与流程

本发明涉及公路预警，尤其是涉及一种基于毫米波雷达的落石监测预警方法。

背景技术：

1、毫米波雷达凭借其主动式微波探测的物理特性，在边坡形变监测领域展现出显著的技术优越性。其工作频段（通常为24ghz、77ghz或更高）赋予其毫米级乃至亚毫米级的位移测量精度，能够敏锐捕捉坡体表面反射点的相位差变化，从而在边坡变形的早期孕育阶段——即蠕变加速期——提供高时间分辨率、高空间密度的形变场数据。然而，当监测场景从“大面积坡体整体位移”转向“局部落石抛射运动”时，毫米波雷达的技术适用性遭遇了严峻挑战。落石监测的核心难点在于目标检测与轨迹跟踪，而非静态形变累积。这一场景转换使得雷达面临强烈的“非合作目标”干扰困境：

2、第一，植被覆盖导致的强杂波效应。 边坡表面通常生长有灌木、乔木或草本植物，在风力作用下，枝叶会产生厘米级乃至分米级的随机摆动。此类摆动与落石初动阶段的振动频率和微多普勒特征存在频谱混叠，极易被雷达误判为运动目标，从而引发大量虚警（误报）。

3、第二，飞鸟、昆虫等生物目标的多普勒相似性。 落石自由落体或滚动撞击坡面时，其运动速度、加速度及雷达散射截面积（rcs）变化曲线，与鸟类飞行、大型昆虫穿越波束的行为存在参数空间的重叠。现有恒虚警率（cfar）检测算法和短时傅里叶变换（stft）时频分析方法，尚难以构建有效的特征分离超平面，导致飞鸟过境时频繁触发虚假报警。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于毫米波雷达的落石监测预警方法，用以解决毫米波雷达监测落石时容易被植被和飞鸟误导的问题。

2、本发明提供一种基于毫米波雷达的落石监测预警方法，包括如下步骤：

3、s1：通过毫米波雷达测量出监测区域中物体在a、b、c三个点的位置信息，所述位置信息包括：水平位置、高度位置以及时间点；

4、s2：通过所述位置信息计算出物体由a点到达b点的水平速度，计算出物体由b点到达c点的水平速度，如果水平速度等于水平速度，则执行步骤s3；否则判断物体不是落石，不发出预警；

5、s3：通过所述位置信息计算出物体由a点到达b点时的初始竖向速度，计算出物体由a点到达c点时的初始竖向速度，如果与相等则判断物体为落石，发出预警；否则判断物体为其它，不发出预警。

6、优选的，在步骤s3中，当发出预警后还包括步骤s4，所述步骤s4包括：开启车辆检测雷达，如果检测到有车辆接近，开启警示灯。

7、优选的，在步骤s1中，所述毫米波雷达通过等时差方式测出物体在a、b、c三个点的位置信息。

8、优选的，在步骤s2中，水平速度通过如下公式计算得到：

9、

10、其中，和分别为物体在a点和b点的水平位置，和分别为物体在a点和b点的时间点。

11、优选的，在步骤s2中，水平速度通过如下公式计算得到：

12、

13、其中，为物体在c点的水平位置，为物体在c点的时间点。

14、优选的，在步骤s3中，通过如下公式计算得到：

15、=

16、其中，和分别为物体在a点和b点的高度位置，为重力加速度（约 9.8m/s2）；

17、通过如下公式计算得到：

18、=

19、其中，为物体在c点的高度位置。

20、优选的，在步骤s2中，如果＞，且和的差值在预定范围内，则判断物体可能为落石，执行步骤s3；否则判断物体不是落石，不发出预警。

21、优选的，在步骤s1中，所述位置信息通过如下步骤获得：

22、通过毫米波雷达测量和计算出物体在时间点t的x坐标值、y坐标值和z坐标值，其中z坐标值为物体的高度位置，x坐标值和y坐标值为物体的水平位置。

23、优选的，在步骤s2中，所述物体在a点的水平位置的坐标为（x1，y1），所述物体在b点的水平位置的坐标为（x2，y2），所述物体在c点的水平位置的坐标为（x3，y3），则

24、=

25、=。

26、优选的，所述毫米波雷达、车辆检测雷达和警示灯设置在塔杆上。

27、与现有技术相比，本发明在采集的数据中选取物体移动时的三个点的位置信息，然后通过水平速度初步判断有可能是落石，且判断出落石在采集三个点位置信息时没有落地。在这个基础上，再次通过初始竖向速度判断是否是落石。本发明利用了落石移动过程中仅受重力作用的特点以及毫米波雷达高频采集时时差小使外力对落石的水平速度影响小的特点来监测落石，整体结构简单，其能快速识别落石并预警，监测效果好，能有效过滤飞鸟、车辆、行人和植被的干扰，并且不受气象和光学条件影响，为交通和生产活动提供安全保障。

1.一种基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，在步骤s3中，当发出预警后还包括步骤s4，所述步骤s4包括：开启车辆检测雷达，如果检测到有车辆接近，开启警示灯。

3.根据权利要求2所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，在步骤s1中，所述毫米波雷达通过等时差方式测出物体在a、b、c三个点的位置信息。

4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，在步骤s2中，水平速度通过如下公式计算得到：

5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，在步骤s2中，水平速度通过如下公式计算得到：

6.根据权利要求5所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，在步骤s3中，通过如下公式计算得到：

7.根据权利要求6所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，在步骤s2中，如果＞，且和的差值在预定范围内，则判断物体可能为落石，执行步骤s3；否则判断物体不是落石，不发出预警。

8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，在步骤s1中，所述位置信息通过如下步骤获得：

9.根据权利要求8所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，在步骤s2中，所述物体在a点的水平位置的坐标为（x1，y1），所述物体在b点的水平位置的坐标为（x2，y2），所述物体在c点的水平位置的坐标为（x3，y3），则

10.根据权利要求9所述的基于毫米波雷达的落石监测预警方法，其特征在于，所述毫米波雷达、车辆检测雷达和警示灯设置在塔杆上。