平交路口匯集了來自多個方向的交通，是道路使用者轉(zhuǎn)換行駛路線的樞紐，在道路網(wǎng)系統(tǒng)中居于核心地位，也是交通事故集中地段，主要原因是各種機動車、非機動車、行人穿行其中，駕駛員在通過交叉口時要在短時間內(nèi)完成一系列復雜的操作，包括讀取交通指示、遵循交通控制、實施轉(zhuǎn)向、避開行人和非機動車等，每一個操作的失誤都可能導致交通事故的發(fā)生，尤其是在大流量、事故多、安全隱患突出的國省道干線公路沿線與支路的平交路口，其中支路包括縣鄉(xiāng)道與農(nóng)村小路等。根據(jù)2017~2019年農(nóng)村公路交通事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全國50%的交通事故發(fā)生在農(nóng)村。

日前，一些地方公路平交路口接連發(fā)生車輛碰撞事故，造成嚴重人員傷亡。從事故調(diào)查情況看，此類事故普遍發(fā)生在鄉(xiāng)村道與國省道的平交路口。對此公安部交通管理局發(fā)出交通安全預警提示，并要求各地公安交管部門進一步加強公路平交路口交通秩序管理和交通違法查糾，協(xié)調(diào)會同相關(guān)部門采取必要措施改善公路平交路口交通安全條件。此外，全國部分地區(qū)也陸續(xù)印發(fā)了公路平交路口安全提升工程實施方案。

圖1. 我國某省關(guān)于印發(fā)《全省農(nóng)村公路平交路口安全提升工程實施方案》的通知截圖

一、平交路口安全隱患與改善措施

1、通行能力受限

平交路口多且濫，嚴重影響了主干道的通行能力。近年來，隨著我國道路建設步伐的加快，很多國、省道都通到了邊遠鄉(xiāng)村，在農(nóng)村地區(qū)，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民出行的需要，數(shù)不勝數(shù)的鄉(xiāng)間小道與國、省道形成了許許多多的平交路口，特別是在穿村路段，沿線的每一條大小胡同幾乎都與主干道形成了平交路口，加之又無必要的道路交通安全設施，人、畜與過往車輛爭道搶行現(xiàn)象嚴重，不但影響了主干道的通行能力，而且交通安全隱患特別突出，極易發(fā)生交通事故。

2、安全設施匱乏

缺乏必要的道路交通安全設施，導致交通沖突嚴重。一般來說，在城市的平交路口道路交通安全設施都比較健全，但在廣大農(nóng)村地區(qū)的平交路口，道路交通安全設施少而又少，許多平交路口甚至連個必要的路口標志都沒有，加之一些新修建的道路狀況較好、視野開闊，駕駛?cè)艘茁楸?，極易導致車輛超速行駛，平交路口處事故發(fā)生率也偏高。

3、路況環(huán)境惡劣

路口內(nèi)空間狹小，容易造成交通擁堵。有些平交路口，路口內(nèi)空間狹小，左轉(zhuǎn)與對面直行同時亮綠燈時，致使兩條車流沖突，但是有時一條車道的車輛還沒有走完，信號燈已經(jīng)變了，而此時另外一條車道的車輛也開始涌進路口內(nèi)，以致與其他方向的車輛相互干擾通行，有時數(shù)個方向的車輛都被擠在路口內(nèi)，造成交通擁堵。而在一些沒有紅綠燈的狹小平交路口，因爭道搶行而造成的交通擁堵則更為嚴重。

4、視覺盲區(qū)存在

視覺盲區(qū)，成為平交路口的“隱形殺手”。在城區(qū)，平交路口四角的廣告牌、違法停放的大型車輛等都能夠不同程度地遮擋過往交通參與者的視線，成為視覺盲區(qū)。在農(nóng)村地區(qū)，特別是在穿村路段的平交路口，四角的房屋、樹木以及農(nóng)民堆放的草垛、雜物等也都能形成一定范圍的盲區(qū)，稍不留神就會引發(fā)交通事故。

因此，平交路口交通安全改善的關(guān)鍵是對交通參與者進行合理分流與事件預警，盡量減少和分散各種潛在的交通沖突。首要任務是對平交路口安全狀況做出準確的診斷與預警，如完善車道標線、人行橫道線、導向箭頭等標志線；設置讓行標志、警示宣傳標牌、路側(cè)警示樁（柱）等警示交通標志；修剪綠化帶、清理路側(cè)障礙物，增加照明設施，改善行車視距；設置減速丘、震蕩標線、測速雷達等控速設施；完善信號燈或隔離、過街等安防設施，管控路口通行秩序；增設具備車輛行人檢測聲光警告提示等功能的平交路口智能預警系統(tǒng)，引導車輛及行人安全通行等。

其中，采用路口智能預警系統(tǒng)等先進科技裝備對補償進入交叉口范圍內(nèi)機動車駕駛員、行人、非機動車駕駛員的視距，減少視覺盲區(qū)，降低平交路口安全隱患意義重大。巍泰技術(shù)（武漢）有限公司彎道與路口預警雷達WTR-510與WTR-511融合控制系統(tǒng)組成的平交路口智能預警系統(tǒng)，可分別對150m與80m檢測區(qū)域內(nèi)的各類型機動車輛、非機動車輛進行全天候長距離檢測，并分析來車方向、來車距離、行駛速度等；檢測準確度高，抗干擾能力強，檢測結(jié)果不受溫度與氣候條件影響；低電平信號輸出，功耗低，性價比高，可支持太陽能供電，并同時檢測多個車道；安裝維護簡單，不需要中斷交通。此外，還可根據(jù)用戶需求，對即將進入路口或正在通過斑馬線的行人進行實時檢測與預警反饋，便于提醒區(qū)域內(nèi)機動車駕駛員及時避讓。

圖2. 彎道與路口預警雷達在平交路口預警中的現(xiàn)場應用

當雷達檢測到主路或支路車輛駛向路口時，會將檢測結(jié)果傳輸至系統(tǒng)控制芯片，系統(tǒng)控制芯片發(fā)送指令給相應LED顯示屏或屏顯式語音播報器，通過躍動/醒目的字幕告知提醒區(qū)域內(nèi)即將駛?cè)肼房诘能囕v駕駛員，如紅色“左/右側(cè)來車”、“主/支路來車”等字幕，并顯示來車實時速度。甚至可通過語音播報告知車輛駕駛員注意避讓車輛。同理，對于沒有信號燈控制的平交路口，為保障路口行人過街的安全，同樣需要雷達對路口行人進行實時檢測與預警反饋，預警顯示屏顯示紅色“行人過街”等字幕，提前告知機動車駕駛員前方區(qū)域有行人過街，注意減速讓行，必要時停車讓行。

二、平交路口預警微波雷達應用示例

由于城市平交路口道路交通安全設施相對健全，廣大農(nóng)村地區(qū)平交路口設施相對匱乏而事故頻發(fā)。因此，本節(jié)僅展示基于巍泰技術(shù)彎道與路口預警微波雷達檢測技術(shù)的智能預警系統(tǒng)在國省道與縣鄉(xiāng)道、農(nóng)村小路平交路口交通安全預警中的應用示例：

1、十字平交路口

相對于一般路段而言，十字交叉口由于車流轉(zhuǎn)向而引起車流之間的沖突、交匯、分流等車流運行行為，使十字交叉口的交通特性比較復雜，是交通事故多發(fā)點之一。

圖3-1. 縣鄉(xiāng)道與國省道十字平交路口安全預警示例

圖3-2. 農(nóng)村小路與國省道十字平交路口安全預警示例

2、T型平交路口

T型平交路口作為農(nóng)村公路與國省道平交路口中的較常見類型，一般為主要公路與縣鄉(xiāng)道或公路兩旁的企事業(yè)單位、居民小區(qū)、村莊等生活性道路形成的T型節(jié)點，也是交通事故多發(fā)點之一。

圖4-1. 縣鄉(xiāng)道與國省道T型平交路口安全預警示例

圖4-2. 農(nóng)村小路與國省道T型平交路口安全預警示例

3、Y型平交路口

Y型平交路口是主路與支路交角為銳角（鈍角）交叉口，其缺點是車輛轉(zhuǎn)向舒適度差、車輛行車視距不足，通行能力、交通安全性均低于其他三岔路口。以下為銳角Y型平交路口交通安全預警示例。

圖5-1. 縣鄉(xiāng)道與國省道Y型平交路口安全預警示例

圖5-2. 農(nóng)村小路與國省道Y型平交路口安全預警示例

4、X型平交路口

X型平交路口是典型的異型平交路口，由于路口內(nèi)空間狹小、行車視距不良、道路渠化不合理、相應的交通安全設施缺乏等因素，容易導致交通事故。

圖6-1. 縣鄉(xiāng)道與國省道X型平交路口安全預警示例

圖6-2. 農(nóng)村小路與國省道X型平交路口安全預警示例

三、平交路口預警微波雷達技術(shù)原理

如上應用示例所示，平交路口智能預警系統(tǒng)是一種設置平交路口附近，通過采集主路與支路車輛行駛狀態(tài)，或路口行人過街狀態(tài)數(shù)據(jù)，向車輛駕駛員發(fā)布預警、引導、控制信息的系統(tǒng)。其中，巍泰技術(shù)彎道與路口預警雷達主要功能就是檢測車輛或行人的存在、方向、位置與速度等。簡單來說，就是利用微波雷達技術(shù)所具有的測速、測距與測角功能實現(xiàn)所需信息的實時檢測，為平交路口智能預警系統(tǒng)的運行提供可靠的數(shù)據(jù)來源。

微波雷達是利用工作頻率在0.3~300GHz，波長1mm~10cm之間的電磁波探測目標的電子設備，雷達發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。其測速、測距與測角原理如下：

1、測速

雷達測速通常采用連續(xù)波方式，利用多普勒效應，通過采集回波信號的頻率和發(fā)射信號頻率之間的差值fd，就可以求出目標的徑向速度vr，計算公式如下：

其中，c是光速，f0是中心頻率。

2、測距

雷達測距采用FMCW，即調(diào)頻連續(xù)波方式。調(diào)頻連續(xù)波是一種受調(diào)制的連續(xù)波，其主要表現(xiàn)為頻率隨時間變化，時域信號如圖：

圖7. 時域信號圖

調(diào)頻連續(xù)波通過發(fā)射機發(fā)出，在經(jīng)過τ時間后被接收機接收，接收到的信號與本振有Sτ的頻差，調(diào)頻連續(xù)波收發(fā)示意圖如下：

圖8. 調(diào)頻連續(xù)波收發(fā)示意圖

接收時間τ，滿足以下公式：

其中，d是雷達到被測目標的距離，c是光速。

接收信號與本振的頻差Sτ，滿足：

其中，S是調(diào)頻連續(xù)波掃頻斜率，B是掃頻帶寬，Τc是掃頻周期。

根據(jù)傅里葉變化理論，觀測窗口（Τ）可以分辨超過1/ΤHz的頻率分量，因此距離分辨率需滿足：

因此距離分辨率dres，僅取決于線性調(diào)頻脈沖掃頻的帶寬B，滿足如下公式：

3、測角

雷達系統(tǒng)可以通過多天線估算反射信號的角度，該角度也稱為到達角（AoA）。

圖9. 雷達到達角示意圖

雷達的最大角視場由雷達可以估算最大的到達角來界定。兩個間隔Ι的天線的最大視場：

由此可以推出±90°的視場角需要兩個天線間隔Ι=λ/2。

雷達角度測算原理示意圖如下：

圖10. 雷達測角示意圖

由距離差引起的兩個接收天線信號的相位差為：

其中，d為兩個天線的間距，θ為目標到雷達的角度，λ為發(fā)射頻率的波長。

四、平交路口預警微波雷達功能特性

1、高精度高分辨

距離分辨率指雷達區(qū)分兩個相鄰物體的能力，分辨率越高，能識別的最小距離就越小。通過前述的測距原理，雷達的距離分辨率為：

距離分辨率隨帶寬增加而提高。24GHz下的ISM頻段有200MHz帶寬，77GHz下的SRR頻段可提供高達4GHz的掃描帶寬。因此與24GHz雷達相比，77GHz雷達有更高的測距精度，能更好地應用于高精度的場景中。

2、多車道多目標

采用陣列雷達天線實現(xiàn)對多個目標實時檢測和跟蹤，可以同時檢測車輛的位置、速度、運動方向，結(jié)合先進的雷達目標跟蹤算法，可同時對多個目標進行測速、測距、測角，并對其運動軌跡進行實時記錄跟蹤。

3、抗干擾低誤報

雷達通過天線發(fā)射和接收目標信號，相較光學器件受干擾的可能性大大降低。此外，有多種措施能盡量減少干擾信號進入接收機。如提高天線增益，可提高雷達接收信號的信噪比；控制天線波束的覆蓋與掃描區(qū)域可以減少雷達照射干擾；采用窄波束天線不僅可以獲得高的天線增益，還能增大雷達的自衛(wèi)距離、提高能量密度，還可以減少地面反射的影響，減小多徑的誤差，提高跟蹤精度；當采用陣列接收天線時，可通過調(diào)整各個陣列單元信號的幅度與相位，在多個干擾方向上構(gòu)成天線波瓣的零點，從而減少接收干擾信號的強度。

4、全天候全天時

受制于光學的物理特性，激光雷達、紅外與視頻等在雨雪、沙塵等極端天氣環(huán)境下，工作可靠性會受到影響。微波雷達能全天候全天時工作，在暴雨、大雪、漆黑及空氣污染等惡劣環(huán)境條件下也能提供高可靠性的探測。此外，微波雷達能夠“看穿”墻壁、戶外綠化帶等其他物體，這是激光雷達、紅外與視頻所不具備的能力。

五、微波雷達技術(shù)在其他領域的應用

微波雷達早期被應用于軍事領域，隨著雷達技術(shù)的發(fā)展與進步，微波雷達傳感器開始應用于智能交通管理、道路安全預警、汽車電子等民用領域，物位與物液檢測等工業(yè)領域。除以上平交路口智能預警輔助外，巍泰技術(shù)其他雷達產(chǎn)品在智能交通管理與其他道路安全預警領域同樣有著廣泛應用。

1、卡口測速雷達

圖11. 卡口測速雷達工作示意圖

巍泰技術(shù)（武漢）有限公司平板型測速雷達TBR-100基于窄波束微波測速原理，可對400km/h速度范圍內(nèi)的行駛車輛速度進行準確檢測，測速精度為-4~0km/h，解決了系統(tǒng)測速不準和異常速度的問題；觸發(fā)精準，觸發(fā)位置精度小于1m；抓拍車輛位置的一致性高，克服了車輛種類和車輛行駛的多樣性，除了能夠抓拍車道上正常行駛的車輛外，還具備抓拍跨線行駛及逆向行駛車輛的功能，單車道車輛抓拍率高達99%；同時，具有較好的環(huán)境適應性與穩(wěn)定性，能夠適應溫度變化和濕度變化較大的室外工作環(huán)境。

目前，TBR-100已通過公安部安全與警用電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心檢驗評定，并獲得《計量器具型式批準證書》與國家測速儀型式評價實驗室（公安）的《計量器具型式評價報告》，可作為交通管理部門在高速公路、城際公路、城市干線公路、城鄉(xiāng)低等級公路等交通事故多發(fā)地段進行違法超速抓拍取證的依據(jù)。

2、移動測速雷達

圖12. 移動測速雷達工作示意圖

巍泰技術(shù)（武漢）有限公司交通信息檢測側(cè)裝微波雷達TBR-310融合高清攝像機、控制抓拍主機、后備電源蓄電池等設備集成的便攜式測速一體機，可實現(xiàn)交警移動抓拍違法超速車輛的需求。TBR-310集成24.15GHz單片微波集成電路技術(shù)與先進的信號處理技術(shù)，可實現(xiàn)超速車輛的精準觸發(fā)抓拍，抓拍率高達99%，具有觸頭、觸尾、雙觸、持續(xù)等多種觸發(fā)方式，誤拍率低；測速精度高，調(diào)試簡易、穩(wěn)定性高，可探測1~4個車道多個車輛目標，具備車道劃分、抗多車并行干擾等功能；環(huán)境適應性強，其檢測性能不受光照、灰塵、雨雪等外界環(huán)境干擾。對降低固定測速設備不完善路段、事故多發(fā)路段的交通事故率，控制超速行為發(fā)生意義重大。

3、車速反饋屏雷達

圖13. 車速反饋屏現(xiàn)場測速反饋側(cè)視圖

車速反饋屏的技術(shù)核心部分是車速反饋雷達，對實時反饋來車速度，提醒司機不要超速并將車速降到安全范圍起到至關(guān)重要的作用。車速反饋雷達一般是采用微波雷達技術(shù)實現(xiàn)的，其檢測區(qū)域大約為車速反饋屏前部30m到150m的范圍內(nèi)，這也是雷達波所能覆蓋到的區(qū)域。巍泰技術(shù)（武漢）有限公司車速反饋儀雷達TBR-300，測速反饋儀雷達TBR-510與TBR-511基于微波技術(shù)原理與測速算法，可適應多種環(huán)境，不受天氣、光照強度影響，分別準確檢測200m、150m與80m的來車速度，并可直接與LED顯示屏連接，將檢測結(jié)果輸出至顯示屏，連接方式簡單，安裝維護方便。可廣泛應用于高速公路、城市道路、國省道路、縣鄉(xiāng)道路等各等級公路，產(chǎn)業(yè)園區(qū)、住宅區(qū)、學校、醫(yī)院周邊，彎道、隧道等需要進行速度提醒控制的區(qū)域。

4、智能交通信息檢測雷達

圖14. 智能交通信息檢測雷達工作示意圖

根據(jù)城市道路環(huán)境特點與應用需求，巍泰技術(shù)（武漢）有限公司基于多普勒效應測速技術(shù)與FMCW原理測距技術(shù)，推出了可檢測車速、車流量與平均車速的側(cè)向安裝（側(cè)裝）交通流量監(jiān)測雷達TBR-540，以及可以準確檢測車速、平均速度、車流量、車型、車道占有率、車頭時距、交通擁堵情況、車輛逆行狀況等交通基本信息的正向安裝（頂裝）的廣域多目標雷達WTR-470與交通流量計雷達WTR-422。其中，WTR-470與WTR-422均采用了毫米波技術(shù)原理，可分別檢測雙向6車道與8個車道上的128個目標車輛的深度信息，并進行實時跟蹤，具有不受光、熱、霧、煙、灰塵等外界環(huán)境因素的影響，抗干擾能力強，環(huán)境適應性好，全天候不間斷工作的特性。

基于以上微波雷達測速測距功能，在多個路段上安裝多個微波車輛檢測器，通過這些微波車輛檢測器可以不斷地獲取大量連續(xù)的動態(tài)交通數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可為研究道路交通狀態(tài)的時空變化規(guī)律奠定重要基礎。

5、彎道會車預警雷達

巍泰技術(shù)（武漢）有限公司彎道與路口預警雷達WTR-510與WTR-511基于微波雷達多普勒效應測速原理，可分別對150m與80m檢測區(qū)域內(nèi)的各類型機動車輛、非機動車輛進行全天候長距離檢測，并分析來車方向、來車距離、行駛速度等；檢測準確度高，抗干擾能力強，檢測結(jié)果不受溫度與氣候條件影響；低電平信號輸出，功耗低，性價比高，可支持太陽能供電，并同時檢測多個車道；安裝維護簡單，不需要中斷交通。

圖15. 彎道會車預警系統(tǒng)與彎道預警雷達工作示意圖

當雷達檢測到來車時，速度反饋屏會顯示來車實時速度，并通過與對向彎道會車預警系統(tǒng)的聯(lián)動，發(fā)送來車預警信號給對向彎道會車預警系統(tǒng)，對向彎道會車預警系統(tǒng)收到預警信號后顯示紅色“前方來車”字幕，警示燈爆閃黃光，同時語音警報響起“前方來車，請減速慢行”。通過彎道會車預警屏（預警系統(tǒng)），駕駛員在進入彎道前就能了解到前方對向/盲區(qū)車道上的車輛行駛信息，與自己的車輛速度，對駕駛員有警示和提示的作用，從而有效提醒駕駛員減速，謹慎駕駛通過彎道。常規(guī)狀態(tài)下，彎道會車預警LED屏顯示綠色“彎道慢行”字幕，警示司機前方彎道，小心慢行。

6、行人過街預警雷達

巍泰技術(shù)（武漢）有限公司行人監(jiān)測雷達WTR-830可實現(xiàn)無交通信號燈控制的人行橫道線處行人過街狀態(tài)檢測，為車輛駕駛員提供及時可靠地預警數(shù)據(jù)支撐。WTR-830采用FMCW體制，綜合運用數(shù)字波束合成等技術(shù)，具有測距精度高，測角分辨率高及虛警率低等優(yōu)點；可對25m監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的過街行人進行準確監(jiān)測、精確定位與穩(wěn)定跟蹤，并支持監(jiān)測區(qū)域設置，人車分類監(jiān)測、越界監(jiān)測、進入/離開區(qū)域監(jiān)測，行人速度、數(shù)量與方位監(jiān)測等；具備低電平控制信號輸出功能，可聯(lián)動路側(cè)發(fā)光警示、智控裝置等，實現(xiàn)人行橫道線處行人過街狀態(tài)信息輸出，支持多場景、多環(huán)境下的人員監(jiān)測、人數(shù)統(tǒng)計與安防預警等。

圖16. 行人過街預警系統(tǒng)與行人過街預警雷達工作示意圖

當雷達檢測到行人將要進入或正在通過斑馬線時，將檢測結(jié)果傳輸至系統(tǒng)控制芯片，系統(tǒng)控制芯片發(fā)送指令給相應的主動發(fā)光交通標志/發(fā)光警示裝置等（LED顯示屏、LED示警樁、LED地燈等）路側(cè)設施，通過醒目文字、警示燈頻閃、燈光變色等方式向車輛駕駛員發(fā)送遠距離強警示信息，便于駕駛員提前采取相應的讓行措施。

7、霧區(qū)車輛尾跡警示雷達

根據(jù)JT/T 1032-2016標準要求：防追尾警示模式中的車輛檢測模塊最大檢測距離不小于20m，檢測準確率不低于95%。巍泰技術(shù)（武漢）有限公司霧區(qū)車輛檢測雷達WTR-560與WTR-561基于微波雷達技術(shù)原理，可實現(xiàn)對霧天、雨雪天、夜間等低能見度環(huán)境中動態(tài)和靜態(tài)目標車輛進行的快速捕捉和警示燈光觸發(fā)；無須敷設電纜、無須破壞道路及路面?zhèn)妊b結(jié)構(gòu)、無須增加附加立桿或橫桿，安裝施工方便；連接方式簡單，可直接與燈光預警系統(tǒng)連接；檢測距離可達25m，檢測精準、零誤報；不受風、光照、溫度、濃霧變化等外界環(huán)境因素干擾，并可穿透煙、灰塵和霧等準確識別跟蹤目標車輛，幫助實現(xiàn)霧區(qū)車輛防追尾預警。

圖17. 霧區(qū)智能行車誘導系統(tǒng)與霧區(qū)車輛檢測雷達工作示意圖

當無車輛通過時，誘導裝置的黃色誘導燈同步閃爍，紅色警示燈處于關(guān)閉狀態(tài)；當雷達檢測到車輛通過時，觸發(fā)上游特定組誘導裝置的紅色警示燈點亮，形成紅色尾跡提示后車：前方有車輛存在以及前后跟馳車輛的安全行車間距。此時，其他誘導裝置的黃色誘導燈同步閃爍，當車輛向前行駛經(jīng)過下一組誘導裝置時，紅色尾跡會與車輛動態(tài)同步前移。

巍泰技術(shù)（武漢）有限公司作為專業(yè)微波/毫米波雷達傳感器解決方案提供商，在智能交通管理與道路安全預警等相關(guān)領域有著十年以上的產(chǎn)品研發(fā)、制造與應用經(jīng)驗。公司研發(fā)生產(chǎn)的微波/毫米波雷達傳感器產(chǎn)品包括卡口測速雷達、移動測速雷達、車速反饋屏雷達、智能交通信息檢測雷達、彎道會車預警雷達、路口哨兵預警雷達、行人過街預警雷達、霧區(qū)車輛尾跡警示雷達等近30款。此外，公司憑借長期的技術(shù)沉淀、良好的產(chǎn)品性能，已獲得國內(nèi)外眾多知名企業(yè)的認可與廣闊的市場應用。