WO1995028653A1 - Procede de surveillance de trafic pour la detection automatique d'incident de vehicules - Google Patents

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WO1995028653A1
WO1995028653A1 PCT/FR1995/000464 FR9500464W WO9528653A1 WO 1995028653 A1 WO1995028653 A1 WO 1995028653A1 FR 9500464 W FR9500464 W FR 9500464W WO 9528653 A1 WO9528653 A1 WO 9528653A1
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vehicles
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PCT/FR1995/000464
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Inventor
Didier Lion
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Thomson-Csf
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/91—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control
    • G01S13/92—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control for velocity measurement

Definitions

  • the present invention relates to a traffic monitoring method for the automatic detection of vehicle incidents.
  • the application more particularly targeted by the invention relates to the monitoring of road or motorway traffic, conventionally called by the generic name of Automatic Incident Detection (D.A.I.).
  • Road traffic monitoring is currently carried out by different techniques which can be classified into two categories, on the one hand techniques based on a punctual analysis of a section of road or motorway, and on the other hand , techniques based on a global analysis of this same section:
  • a first widely used technology consists of placing induction loops under the road.
  • the variation of the field induced in such loops makes it possible to know whether a vehicle has passed or not.
  • the main advantage of this technology is that the buckles with induction work whatever the climatic conditions, day and night.
  • the installation of these loops is cumbersome and expensive to implement, and it is difficult, if not impossible, to carry out maintenance or exchange of loops in the event of a breakdown.
  • a second technology consists in using video cameras located at the different points that one wishes to analyze on a given section, each camera being associated with automatic image processing.
  • the installation of video cameras is very simple, but the performances are inconclusive because they strongly depend on climatic conditions and light conditions.
  • the algorithms used in image processing are complex, and require significant computing power.
  • a third known technology uses a radar, either fixed with continuous wave, or pulse Doppler .
  • a technique using a fixed continuous wave radar to extract different parameters, such as speed or length is for example described in the document US-A-.985.705.
  • the major drawback of the three previous technologies, based on a punctual analysis of a road section is that incident detection is not immediate. Indeed, an incident occurring near an analysis point is not detected, and only the subsequent consequences of this incident at the measurement point are detected. The detection time can be very long, on the order of several minutes.
  • a second analysis technique known to date consists in carrying out a global analysis of a section of road or motorway, by monitoring this section over an area of several hundred meters, and this , so as to detect incidents almost instantly.
  • a single technology still at the stage of development, implements this technique using a video camera associated with a specific image processing for DAI
  • the disadvantages are a detection range, therefore a surveillance zone, limited to a few hundred meters, and which can be greatly reduced in bad weather conditions (rain, snow, fog), or in bright light, that is to say when the risk of incident is greatest.
  • the idea of the present invention consists in associating the advantages brought by a global analysis technique (speed of incident detection) with the advantages provided by the use of a radar (in particular, operation any time, night and day, with the same performance).
  • the subject of the present invention is a method for monitoring the traffic of vehicles capable of traveling on at least two lanes, of the type consisting in emitting a microwave wave of predetermined shape according to a predefined radiation pattern, in receiving signals reflected by the vehicles during a given acquisition time TA, and to process the signals received so as to detect the vehicles and calculate, for each distance, the number of vehicles i detected as well as the instantaneous speed V j (t) at an instant t given of each vehicle, the method being characterized in that, the radiation pattern having an aiming axis substantially parallel to the direction of the lanes, and the steps of acquisition and processing of the signals being repeated over time intervals (T ) consecutive, it also includes an automatic incident detection phase consisting of performing the iterative steps s following:
  • a first step of calculating parameters consisting in: - searching, at each instant t, if a vehicle i detected in the current time interval, corresponds to a vehicle j detected at an instant [t - l] of the interval previous time; - for all vehicles i corresponding to a vehicle j, calculate, at time t, their acceleration ⁇ t (t) by applying the relation
  • a second incident detection step from the parameters calculated during the first step by detecting the change in speed of a vehicle i below a first predetermined speed threshold V ⁇ eui ⁇ .
  • FIG. 1a and 1b illustrate an example of radiation diagram, respectively in elevation and site, of a radar system implementing the method according to the invention
  • FIG. 6 shows a block diagram of a possible radar system for implementing the method according to the invention.
  • the solution proposed to solve the problem of automatic incident detection consists in providing a radar system which can use the Doppler effect so as to be able to extract the instantaneous speed of the vehicles detected, and which also has a capacity for distance discrimination.
  • a radar system which can use the Doppler effect so as to be able to extract the instantaneous speed of the vehicles detected, and which also has a capacity for distance discrimination.
  • the radiation pattern used for transmission and reception must be such that its line of sight is substantially parallel to the channels that one wishes to observe.
  • the radar system is positioned at a height h chosen according to the area to be observed, typically around 10 meters if one wishes to observe an area over several hundred meters, in order to limit the risks of masking of one vehicle by another.
  • the radar system is preferably placed in the middle of the traffic lanes, traffic on these lanes is not necessarily in the same direction. With an adequate choice of the radiation of the radar system, the latter will be able to observe all the taxiways as well as the two emergency stop bands, in both directions of traffic, over a length depending on the range of the radar.
  • the radiation can advantageously be in symmetrical square cosecant in azimuth and in square cosecant in elevation, so that all the signals received by the radar are substantially at the same power, regardless of the position of the vehicle detected in the radar observation area.
  • FIGS. 1a and 1b illustrate, by way of nonlimiting example, this type of radiation respectively in elevation (curve A) and in azimuth (curve B), from a radar system 1 situated at a height h with respect to the road 2.
  • the radiating antenna is here schematically represented by the reference 10.
  • FIG. 2b it is noted that the area observed is a portion of highway consisting of two lanes 20 of opposite traffic, separated by a central reservation 21, and two emergency stop bands 22.
  • FIG. 2 The main steps of the monitoring method according to the invention are shown diagrammatically in FIG. 2, for a given box-distance:
  • the radar used is preferably a pulse radar, so that the transmitted wave consists of a pulse train, with a carrier frequency between 3 and 100 GHz.
  • the use of such a radar makes it possible to directly obtain distance discrimination on the vehicles detected.
  • it is still possible to use a linear wave frequency modulated continuous wave radar whose processing chain includes processing adapted by Fourier transform to find the distance information.
  • the next step, referenced 5, is a conventional radar signal processing step consisting in detecting, for each distance or box-distance k, the vehicles i present and in extracting the number of vehicles i detected as well as their instantaneous speed Vj ( t).
  • step 5 can be conventionally carried out as follows, for each box-distance k:
  • the preceding processing can be refined by applying, before carrying out the fast Fourier transform, a weighting window on the signal samples obtained, so as to reduce the amplitude of the secondary lobes of the spectral analysis lines.
  • the weighting window is preferably of the Hanning or Hamming type.
  • the Fourier transform on the N samples must be complex, that is to say that it must use samples from the channels in radar phase and quadrature. It is then necessary to add a step of calculating the square module of the signals resulting from the fast Fourier transform before making the search for the local maxima.
  • the preceding steps 3, 4 and 5 implement techniques well known to radar operators and do not require, for the understanding of the invention, a more detailed description.
  • the method according to the invention performs the three preceding steps in an iterative manner, over predetermined time intervals T. At the end of each time interval T, the number of vehicles detected and the instantaneous speed of these vehicles are available for each distance box k.
  • the automatic incident detection processing according to the invention starts from the principle that an incident is defined as a stopped vehicle.
  • the method according to the invention proposes to detect the passage of a vehicle below a speed threshold. To do this, it is necessary to monitor the vehicles in each distance box over several time intervals T and to determine the evolution of their speed from one time interval to another.
  • step 5 provides, over the current time interval, a number N-
  • the method according to the invention performs a first step 6 of calculating certain parameters such as the acceleration Y j (t) of each vehicle i and a prediction V (t + 1) on the speed that will have this vehicle at a next instant.
  • This first step being carried out at each time interval, there are also, at time t, accelerations ⁇ , * (/ - 1) and speed predictions V. (t) relating to the vehicles j treated over the interval from previous time.
  • the method according to the invention performs a second step 7 of incident detection.
  • the principle of this step consists in finding whether some vehicles i detected at time t, are part of the vehicles j detected at time t-1, which amounts to making a sort of correlation for the same distance k between some of the parameters calculated at time t-1, namely the number N2 of vehicles j, their instantaneous speed Vj (t-1), and the prediction on their speed V. (t), and the parameters available at time t, namely the number N-] of vehicles i , and their instantaneous speed Vj (t).
  • the search for correspondence between a vehicle i and a vehicle j consists in calculating, for each vehicle i and for each vehicle j, the difference between the prediction K. (t) on the speed of vehicle j and instantaneous speed Vj (t) of vehicle i, then comparing the absolute value of said deviation with a predetermined threshold value VM / ⁇ X.
  • a predetermined threshold value VM / ⁇ X Three cases are possible at the end of this test 60:
  • ⁇ t represents the duration between the two instants t and t-1.
  • the detection of an incident at a distance k consists in detecting the change in speed of a vehicle i below a first predetermined speed threshold Vseuil.
  • the second step 7 of the detection phase of the method according to the invention can carry out two kinds of possible comparisons:
  • Another possible variant consists in considering that an incident is caused by a vehicle i at distance k when the following two conditions are met:
  • FIG. 4 it may in particular be advantageous to provide a step 8 for calculating the average speed of the vehicles detected over several time intervals, or more generally over a predetermined duration D, and this, for each box-distance k, as well as a calculation step 9 making it possible to extract the maximum and minimum speeds calculated over this duration D for a given box-distance k.
  • the duration D corresponds to m successive time intervals, a time interval j, for j varying from 1 to m, making it possible to detect a number N; vehicles for a given distance k, and to deliver, at an instant tj, the instantaneous speed Vjj ç itj) of each vehicle.
  • Figure 4 also shows a step 8a for calculating the standard deviation of the average speed V moy (k) for a given distance bracket k.
  • the average speed information by box-distance can be advantageously used, according to the method of the invention, to carry out an automatic traffic jam or slowdown detection processing.
  • Such processing is represented in the form of a simplified block diagram in FIG. 5:
  • step 8 It consists in analyzing the average speeds provided in step 8 (FIG. 4) for two successive distance boxes k and k + 1 by comparing them in 11 to a second speed threshold V mseu n defined beforehand.
  • V av i k > Vmseiiil and V avg (* +!) ⁇ V mseuil
  • the automatic traffic jam or slowdown detection processing can be advantageously used to inhibit the incident detection phase. Indeed, in the case of a traffic jam, the number of incidents detected by applying the method according to the invention risks being significant, and it may be useful to carry out a filtering of the incidents in order to limit the volume thereof.
  • the analysis can be limited to vehicles with a moderate speed, for example 40 km / h, the latter having a greater probability of generating an incident.
  • the method according to the invention can also be improved by a statistical processing represented schematically at T in FIG. 2:
  • a statistical processing represented schematically at T in FIG. 2 First of all, the notion of potential incident can be extended, according to a variant of the method according to the invention, to any vehicle traveling at an abnormally low speed compared to the traffic of traffic lanes.
  • the automatic incident detection phase applied to this particular vehicle is then supplemented, according to the invention, by a step during which it is verified, at the end of the limit time D jjm , whether the vehicle of instantaneous speed lower than V jn f is always detected in the considered speed box. In this case, an alarm is generated indicating the presence of a slow vehicle.
  • the first step of the method according to the invention makes it possible, as we have seen previously, to detect, at an instant t , the appearance of new vehicles, that is to say those for which the acceleration has been initialized to zero (step 63, FIG. 3), and to detect the disappearance of vehicles, that is to say say those who were eliminated from the treatment (step 65, figure 3).
  • step 63, FIG. 3 the appearance of new vehicles
  • step 65, figure 3 the disappearance of vehicles, that is to say say those who were eliminated from the treatment.
  • each vehicle is counted from the moment when the first step 6 of parameter calculation eliminates it from the processing.
  • V j is the instantaneous speed of each vehicle counted.
  • the occupancy rate for the distance box k re f is defined by the rate of presence of a vehicle in the distance box k re s during the analysis period T re f.
  • Nj is the number of detections per direction of circulation obtained according to the method of the invention during the analysis period T re f,
  • • M is the number of automatic incident detection phases carried out during T re f
  • • Q is the number of lanes of the traffic direction.
  • L vr p
  • V the instantaneous speed of these vehicles. This can make it possible to classify vehicles according to their length by distinguishing between heavy vehicles, which have a length greater than a predefined length L seujj , and light vehicles. The extraction of these parameters can be used to calculate in particular the rate of heavy goods vehicles in the distance box k re s during the analysis period.
  • FIG. 6 illustrates an example of a radar system for implementing the method according to the invention, in the form of a simplified block diagram:
  • the radar used here is a radar with pulses of carrier frequency chosen between 3 and 100 GHz. The higher the frequency, the more compact the antenna 10, used for transmission and reception.
  • a pulse generator 11 ′ shapes the pulses which are amplified by the transmitter 12.
  • a synchronization 13 allows alternating operation between the transmitter and the receiver 14, which receives and amplifies the signals received by the antenna 10 via a circulator 15.
  • the analog signals from the receiver are conventionally digitized in a coding module 16, the samples being processed in a signal processing module 17 so as to detect the vehicles, their speeds and their distances from the radar.
  • An information processing module 18 makes it possible to implement the automatic incident detection and slowdown phases of the method according to the invention.
  • An interface 19 then makes it possible to transmit the information (slowdown or incident) to an information management center.
  • a radar system can have a distance resolution of approximately 10 meters, compatible with the dimensions of the vehicles, an unambiguous speed range of ⁇ 200 km / h, and a speed resolution of approximately 3 km / h.
  • the radar system described above can be used in any location where rapid knowledge of the incidents occurring or traffic conditions is desired.
  • the information provided by module 18 can be automatically exploited by traffic management systems, in particular for the purpose of directly informing road users, by means of variable message indicator panels.

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de surveillance de trafic pour la détection automatique d'incident de véhicules utilisant des ondes radar pour détecter les véhicules, leur vitesse instantanée et leur distance. Le procédé selon l'invention consiste à corréler (6) les informations obtenues sur des véhicules dans une même case-distance k pendant deux intervalles de temps de traitement consécutif, de manière à déterminer, à chaque instant t, l'accélération de chaque véhicule ηi(t) et une prédiction sur sa vitesse ViP(t + 1), puis à détecter (7) un incident dans une case-distance k par détection du passage de la vitesse d'un véhicule i en-deçà d'un seuil de vitesse V¿Seuil? donné. L'avantage du procédé selon l'invention réside dans la détection rapide d'incident sur un réseau routier ou autoroutier, en vue d'informer rapidement les usagers.

Description

PROCEDE DE SURVEILLANCE DE TRAFIC POUR LA DETECTION AUTOMATIQUE
D'INCIDENT DE VEHICULES
La présente invention a pour objet un procédé de surveillance de trafic pour la détection automatique d'incident de véhicules.
L'application plus particulièrement visée par l'invention concerne la surveillance du trafic routier ou autoroutier, classiquement appelée par le nom générique de Détection Automatique d'Incident (D.A.I.).
Dans cette application, on recherche notamment à pouvoir détecter un véhicule s'arrêtant sur les voies de circulation ou sur les bandes d'arrêt d'urgence. D'autres paramètres peuvent être intéressants à fournir, comme la détection de bouchons ou l'état de la circulation. La surveillance du trafic sur route ou autoroute est très importante car elle a pour but d'améliorer la fluidité du trafic et la sécurité des usagers. Il est donc primordial de savoir détecter au plus vite tout incident ou ralentissement, afin de prévenir les usagers par panneaux indicateurs à messages variables, limitant de ce fait les risques de carambolages, et faire intervenir les secours rapidement si nécessaire.
La surveillance du trafic routier est à ce jour réalisée par différentes techniques que l'on peut classer en deux catégories, d'une part les techniques fondées sur une analyse ponctuelle d'une section de route ou d'autoroute, et d'autre part, les techniques fondées sur une analyse globale de cette même section :
Dans le premier cas, seuls certains points de la route, situés à des distances prédéterminées les uns par rapport aux autres, sont observés. L'analyse de paramètres de trafic en ces différents points, tels que la vitesse moyenne des véhicules ou le débit, permet de détecter, par application d'algorithmes de calcul particuliers, les conséquences d'un incident éventuel entre ces points.
Une première technologie très largement utilisée consiste à placer, sous la route, des boucles à induction. La variation du champ induit dans de telles boucles permet de savoir si un véhicule est passé ou non. L'avantage principal de cette technologie réside dans le fait que les boucles à induction fonctionnent quelles que soient les conditions climatiques, de jour comme de nuit. Cependant, l'implantation de ces boucles est lourde et coûteuse à mettre en oeuvre, et il est difficile, voire impossible, de procéder à des entretiens ou à des échanges de boucles en cas de panne. Une seconde technologie consiste à utiliser des caméras vidéo situées aux différents points que l'on souhaite analyser sur une section donnée, chaque caméra étant associée à un traitement d'images automatique. L'implantation des caméras vidéo est très simple, mais les performances sont peu concluantes car elles dépendent fortement des conditions climatiques et des conditions de luminosité. En outre, les algorithmes utilisés dans le traitement d'images sont complexes, et nécessitent une puissance de calcul importante.
Pour pallier le problème des conditions climatiques, une troisième technologie connue, mettant toujours en oeuvre une technique d'analyse ponctuelle d'une section de route ou d'autoroute, fait appel à un radar, soit fixe à onde continue, soit Doppler à impulsions. Une technique utilisant un radar fixe à onde continue pour extraire différents paramètres, tels que la vitesse ou la longueur, est par exemple décrite dans le document US-A- .985.705. Par ailleurs, on se reportera au document FR 2.695.742 déposé par la Demanderesse pour la description d'un radar Doppler à impulsions, dont le positionnement particulier et l'algorithme associé permettent d'extraire différents paramètres (notamment le nombre de véhicules par voie de circulation, la vitesse des véhicules, la longueur des véhicules). L'inconvénient majeur des trois technologies précédentes, fondées sur une analyse ponctuelle d'une section de route, est que la détection d'incident n'est pas immédiate. En effet, un incident survenant à proximité d'un point d'analyse n'est pas détecté, et seules les conséquences ultérieures de cet incident au point de mesure sont détectées. Le délai de détection peut être très long, de l'ordre de plusieurs minutes.
Comme nous l'avons dit précédemment, une deuxième technique d'analyse connue à ce jour consiste à réaliser une analyse globale d'une section de route ou d'autoroute, en surveillant cette section sur une zone de plusieurs centaines de mètres, et ce, de manière à détecter les incidents quasi-instantanément. Une seule technologie, encore au stade de développement, met en oeuvre cette technique en utilisant une caméra vidéo associée à un traitement d'images spécifique pour la D.A.I. Les inconvénients sont une portée de détection, donc une zone de surveillance, limitée à quelques centaines de mètres, et qui peut être fortement diminuée en cas de mauvaises conditions météorologiques (pluie, neige, brouillard), ou de luminosité, c'est-à-dire lorsque les risques d'incident sont les plus importants.
L'idée de la présente invention consiste à associer les avantages apportés par une technique d'analyse globale (rapidité de détection d'incident) aux avantages procurés par l'utilisation d'un radar (notamment, fonctionnement tout temps, nuit et jour, avec les mêmes performances).
Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de surveillance du trafic de véhicules pouvant circuler sur au moins deux voies, du type consistant à émettre une onde hyperfréquence de forme prédéterminée selon un diagramme de rayonnement prédéfini, à recevoir des signaux réfléchis par les véhicules pendant une durée d'acquisition TA donnée, et à traiter les signaux reçus de manière à détecter les véhicules et à calculer, pour chaque distance, le nombre de véhicules i détectés ainsi que la vitesse instantanée Vj{t) à un instant t donné de chaque véhicule, le procédé étant caractérisé en ce que, le diagramme de rayonnement ayant un axe de visée sensiblement parallèle à la direction des voies, et les étapes d'acquisition et de traitement des signaux étant réitérées sur des intervalles de temps (T) consécutifs, il comporte en outre une phase de détection automatique d'incident consistant à effectuer les étapes itératives suivantes :
• Une première étape de calcul de paramètres consistant à : - rechercher, à chaque instant t, si un véhicule i détecté dans l'intervalle de temps courant, correspond à un véhicule j détecté à un instant [t - l] de l'intervalle de temps précédent ; - pour tous les véhicules i correspondant à un véhicule j, calculer, à l'instant t, leur accélération γt (t) par application de la relation
M dans laquelle Δ t représente la durée entre les instants [t - l] et t, ainsi qu'une prédiction V. (t + 1) de leur vitesse à un temps [t + 1] de l'intervalle de temps suivant, par application de la relation
Figure imgf000006_0001
- pour les autres véhicules i, initialiser leur accélération j (t) à la valeur nulle ;
- éliminer du traitement tous les autres véhicules j ne correspondant à aucun véhicule i.
• Une deuxième étape de détection d'incident à partir des paramètres calculés lors de la première étape, par détection du passage de la vitesse d'un véhicule i en-deçà d'un premier seuil de vitesse V^euiι prédéterminé.
L'invention sera mieux comprise au vu de la description ci-après, faite en référence aux figures annexées :
- Les figures 1a et 1b illustrent un exemple de diagramme de rayonnement, respectivement en élévation et en site, d'un système radar mettant en oeuvre le procédé selon l'invention ;
- La figure 2 illustre les étapes principales du procédé selon l'invention ;
- La figure 3 détaille l'étape 6 de calcul de paramètres de la figure 2 ; - La figure 4 illustre des étapes possibles de calcul de paramètres supplémentaires selon l'invention ;
- La figure 5 illustre le traitement de détection automatique à partir des paramètres calculés à l'étape 6 de la figure 2 ;
- La figure 6 représente un synoptique d'un système radar possible pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La solution proposée pour résoudre le problème de la détection automatique d'incident consiste à prévoir un système radar qui puisse utiliser l'effet Doppler de manière à pouvoir extraire la vitesse instantanée des véhicules détectés, et qui possède également une capacité de discrimination en distance. Nous décrirons par la suite un exemple de système radar possible pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le diagramme de rayonnement utilisé à l'émission et à la réception doit être tel que son axe de visée soit sensiblement parallèle aux voies que l'on souhaite observer.
De manière préférentielle, le système radar est positionné à une hauteur h choisie selon la zone à observer, typiquement d'environ 10 mètres si l'on souhaite observer une zone sur plusieurs centaines de mètres, et ce, de manière à limiter les risques de masquage d'un véhicule par un autre. Par ailleurs, le système radar est placé de préférence au milieu des voies de circulation, la circulation sur ces voies ne s'effectuant pas forcément dans le même sens. Moyennant un choix adéquat du rayonnement du système radar, ce dernier sera capable d'observer toutes les voies de circulation ainsi que les deux bandes d'arrêt d'urgence, dans les deux sens de circulation, sur une longueur dépendant de la portée du radar. Le rayonnement peut être avantageusement en cosécante carrée symétrique en azimut et en cosécante carrée en élévation, de manière à ce que tous les signaux reçus par le radar soient sensiblement à la même puissance, et ce, quelle que soit la position du véhicule détecté dans la zone d'observation du radar.
Les figures 1a et 1b illustrent, à titre d'exemple non limitatif, ce type de rayonnement respectivement en élévation (courbe A) et en azimut (courbe B), à partir d'un système radar 1 situé à une hauteur h par rapport à la route 2. L'antenne rayonnante est ici schématiquement représentée par la référence 10. Sur la figure 2b, on note que la zone observée est une portion d'autoroute constituée de deux voies 20 de circulation opposée, séparées par un terre-plein central 21 , et de deux bandes d'arrêt d'urgence 22.
Les étapes principales du procédé de surveillance selon l'invention sont représentées schématiquement sur la figure 2, pour une case-distance donnée :
Suite à l'émission en 3 d'une onde hyperfréquence de forme prédéterminée et selon le diagramme de rayonnement décrit précédemment, on reçoit en 4 les signaux réfléchis par les véhicules présents dans la zone observée, pendant une durée d'acquisition T/ prédéterminée, de l'ordre de quelques centaines de millisecondes. Le radar utilisé est de préférence un radar à impulsions, de sorte que l'onde émise est constituée d'un train d'impulsions, de fréquence porteuse comprise entre 3 et 100 GHz. L'utilisation d'un tel radar permet d'obtenir directement une discrimination en distance sur les véhicules détectés. Il reste néanmoins possible d'utiliser un radar à onde continue modulée linéairement en fréquence dont la chaîne de traitement comporte un traitement adapté par transformée de Fourier pour retrouver l'information distance.
L'étape suivante, référencée 5, est une étape classique de traitement de signal radar consistant à détecter, pour chaque distance ou case-distance k, les véhicules i présents et à extraire le nombre de véhicules i détectés ainsi que leur vitesse instantanée Vj(t). Dans le cas où le radar utilisé est un radar Doppler à impulsions, l'étape 5 peut être réalisée classiquement de la façon suivante, pour chaque case-distance k :
• On réalise un échantillonnage des signaux reçus sur la durée d'acquisition sur un nombre N de valeurs des signaux dépendant de la précision vitesse que l'on souhaite.
• On réalise une transformée de Fourier rapide sur les N échantillons obtenus de manière à obtenir un spectre de raies.
• On recherche les maxima locaux supérieurs à un seuil déterminé en fonction de la portée du radar, les raies correspondantes étant relatives aux véhicules détectés, et l'indice des raies donnant directement la fréquence Doppler, donc, la vitesse instantanée du véhicule.
Le traitement précédent peut être affiné en appliquant, avant de réaliser la transformée de Fourier rapide, une fenêtre de pondération sur les échantillons de signaux obtenus, de manière à diminuer l'amplitude des lobes secondaires des raies d'analyse spectrale. La fenêtre de pondération est de préférence de type Hanning ou Hamming. En outre, si l'on souhaite être capable de déterminer le sens de circulation des véhicules détectés, la transformée de Fourier sur les N échantillons doit être complexe, c'est-à-dire qu'elle doit utiliser des échantillons provenant des voies en phase et en quadrature du radar. Il est alors nécessaire d'ajouter une étape de calcul du module carré des signaux issus de la transformée de Fourier rapide avant de faire la recherche des maxima locaux. Les étapes précédentes 3, 4 et 5 mettent en oeuvre des techniques bien connues des radaristes et ne nécessitent pas, pour la compréhension de l'invention, de description plus détaillée.
Le procédé selon l'invention effectue les trois étapes précédentes de manière itératives, sur des intervalles de temps T prédéterminés. A l'issue de chaque intervalle de temps T, on dispose, pour chaque case- distance k, du nombre de véhicules détectés et de la vitesse instantanée de ces véhicules.
Le traitement de détection automatique d'incident selon l'invention part du principe qu'un incident est défini comme un véhicule qui s'arrête. Pour détecter un incident à une distance k, le procédé selon l'invention propose de détecter le passage d'un véhicule en-dessous d'un seuil vitesse. Pour ce faire, il est nécessaire de surveiller les véhicules dans chaque case-distance sur plusieurs intervalles de temps T et de déterminer l'évolution de leur vitesse d'un intervalle de temps à l'autre. Sur la figure 2, on a considéré, à titre d'exemple, que l'étape 5 fournissait, sur l'intervalle de temps courant, un nombre N-| de véhicules i situés à la distance k et possédant une vitesse instantanée Vj(t). Par ailleurs, l'itération précédente, faite sur un intervalle de temps précédent, a permis de trouver un nombre N2 de véhicules j situés également à la distance k, et possédant une vitesse instantanée Vj(t).
A partir de ces données, le procédé selon l'invention effectue une première étape 6 de calcul de certains paramètres tels que l'accélération Yj (t) de chaque véhicule i et une prédiction V (t + 1) sur la vitesse qu'aura ce véhicule à un instant suivant. Cette première étape étant effectuée à chaque intervalle de temps, on dispose également, à l'instant t, des accélérations γ ,* (/ - 1) et des prédictions de vitesses V. (t) relatives aux véhicules j traités sur l'intervalle de temps précédent. A l'issue de la première étape 6 de calcul des paramètres, le procédé selon l'invention réalise une seconde étape 7 de détection d'incident.
La première étape 6 de la phase de détection d'incident selon l'invention va maintenant être décrite en référence à la figure 3, laquelle illustre les différents calculs et tests effectués lors de cette étape 6 : le principe de cette étape consiste à rechercher si certains véhicules i détectés à l'instant t, font partie des véhicules j détectés à l'instant t-1 , ce qui revient à faire une sorte de corrélation pour une même distance k entre certains des paramètres calculés à l'instant t-1 , à savoir le nombre N2 de véhicules j, leur vitesse instantanée Vj(t-1 ), et la prédiction sur leur vitesse V. (t), et les paramètres dont on dispose à l'instant t, à savoir le nombre N-] de véhicules i, et leur vitesse instantanée Vj(t).
Comme indiqué sur la figure 3 par un test 60, la recherche de correspondance entre un véhicule i et un véhicule j consiste à calculer, pour chaque véhicule i et pour chaque véhicule j, l'écart entre la prédiction K. (t) sur la vitesse du véhicule j et la vitesse instantanée Vj(t) du véhicule i, puis à comparer la valeur absolue dudit écart à une valeur seuil VM/\X prédéterminée. Trois cas sont possibles à l'issue de ce test 60 :
• Si la valeur absolue de l'écart est bien inférieure à la valeur seuil, on peut considérer que le véhicule i et le véhicule j correspondent à un même véhicule. On calcule alors en 61 , l'accélération j (t) de ce véhicule par application de la relation
Figure imgf000010_0001
dans laquelle Δt représente la durée entre les deux instants t et t-1.
Puis on calcule en 62 la prédiction sur la vitesse de ce véhicule à l'instant t+1 par l'application de la relation
Figure imgf000010_0002
• Si un véhicule i détecté à l'instant t ne peut être associé à aucun véhicule j (test 60 négatif), il doit être considéré comme étant un nouveau véhicule ayant pénétré dans la case-distance k. Dans ce cas, on initialise en 63 la valeur de son accélération /,- (t) à la valeur nulle, et on fait correspondre en 64 sa vitesse instantanée Vj(t) à sa prédiction V. (t + l).
• Si un véhicule j détecté à l'instant t-1 ne peut être associé à aucun véhicule i (test 60 également négatif), il faut considérer que ce véhicule est sorti de la case-distance k. On peut alors mettre en 65 tous les paramètres relatifs à ce véhicule j à la valeur nulle, pour ne plus en tenir compte dans la suite du traitement.
A l'issue de la première étape 6 de calcul de paramètres, on dispose donc, pour chaque véhicule i détecté, de sa vitesse instantanée, de son accélération, de la prédiction sur sa vitesse future, et, dans certains cas, de sa correspondance avec un véhicule j détecté pendant l'intervalle de temps précédent, avec les paramètres qui lui sont associés.
Comme nous l'avons dit précédemment, la détection d'un incident à une distance k consiste à détecter le passage de la vitesse d'un véhicule i en-decà d'un premier seuil de vitesse Vseuil prédéterminé. Pour ce faire, la seconde étape 7 de la phase de détection du procédé selon l'invention (voir figure 2) peut effectuer deux sortes de comparaisons possibles :
Dans un premier cas de figure, on considère qu'il y a incident provoqué par un véhicule i à la distance k lorsque les deux conditions suivantes sont réunies :
Figure imgf000011_0001
Une autre variante possible consiste à considérer qu'un incident est provoqué par un véhicule i à la distance k lorsque les deux conditions suivantes sont réunies :
Figure imgf000011_0002
D'autres fonctionnalités peuvent être avantageusement ajoutées au procédé selon l'invention : Comme le montre la figure 4, il peut être notamment intéressant de prévoir une étape 8 de calcul de la vitesse moyenne des véhicules détectés sur plusieurs intervalles de temps, ou plus généralement sur une durée D prédéterminée, et ce, pour chaque case- distance k, ainsi qu'une étape 9 de calcul permettant d'extraire les vitesses maximales et minimales calculées sur cette durée D pour une case-distance k donnée. Sur la figure 4, on a supposé que la durée D correspondait à m intervalles de temps successifs, un intervalle de temps j, pour j variant de 1 à m, permettant de détecter un nombre N; de véhicules pour une distance k donnée, et de délivrer, à un instant tj, la vitesse instantanée Vjjçitj) de chaque véhicule.
La figure 4 montre également une étape 8a de calcul de l'écart- type de la vitesse moyenne Vmoy (k) pour une case-distance k donnée.
L'information de vitesse moyenne par case-distance peut être avantageusement utilisée, selon le procédé de l'invention, pour effectuer un traitement de détection automatique de bouchon ou ralentissement.
Un tel traitement est représenté sous forme de synoptique simplifié sur la figure 5 :
Il consiste à analyser les vitesses moyennes fournies à l'étape 8 (figure 4) pour deux cases-distance successives k et k + 1 en les comparant en 11 à un second seuil de vitesse Vmseun défini au préalable.
L'interprétation du résultat de la comparaison faite en 11 dépend du sens de circulation des véhicules :
Pour des véhicules s'éloignant par rapport au système radar, on détecte en 11a un début de ralentissement lorsque
Vmoy ik ) > Vmseiiil et Vmoy (* + !) < Vmseuil
et, en 11 b une fin de ralentissement lorsque
"moy (Λ ) \ ^msextil e* * moy (Λ "•" v / Vmseuil
Les conclusions précédentes doivent être inversées lorsqu'on s'intéresse à des véhicules se rapprochant du radar.
Le traitement de détection automatique de bouchon ou ralentissement peut être avantageusement utilisé pour inhiber la phase de détection d'incident. En effet, dans le cas d'un bouchon, le nombre d'incidents détectés en appliquant le procédé selon l'invention risque d'être important, et il peut être utile de réaliser un filtrage des incidents afin d'en limiter le volume.
Toujours dans le but de réduire le volume de traitement lors de la phase de détection automatique d'incident, on peut restreindre l'analyse aux véhicules possédant une vitesse modérée, par exemple de 40 km/h, ces derniers ayant une plus grande probabilité de générer un incident.
Le procédé selon l'invention peut en outre être amélioré par un traitement statistique représenté schématiquement en T sur la figure 2 : Tout d'abord, la notion d'incident potentiel peut être étendue, selon une variante du procédé selon l'invention, à tout véhicule circulant à une vitesse anormalement faible par rapport au trafic de voies de circulation.
Pour indiquer la présence d'un véhicule lent dans une case- distance donnée, on cherche à détecter tout véhicule qui circule à une vitesse inférieure à une vitesse seuil prédéfinie Vjflf , et ce pendant une durée supérieure à une durée limite ///w.
La phase de détection automatique d'incident appliquée à ce véhicule particulier est alors complétée, selon l'invention, par une étape lors de laquelle on vérifie, au bout de la durée limite Djjm, si le véhicule de vitesse instantanée inférieur à Vjnf est toujours détecté dans la case-vitesse considérée. Dans ce cas, on génère une alarme indiquant la présence d'un véhicule lent.
Par ailleurs, il peut être intéressant, à partir du procédé de détection automatique d'incident objet de l'invention, d'extraire, pour une case-distance krej prédéterminée de référence et par sens de circulation, certains paramètres représentatifs de l'état du trafic dans la zone surveillée, tels que le comptage précis de véhicules circulant, durant une période d'analyse Tres particulière, dans la case-distance kref, la vitesse moyenne de ces véhicules, le taux d'occupation des chaussées par sens de circulation, ou encore le taux de poids lourds. Nous détaillons ci-après les étapes du procédé selon l'invention permettant l'obtention des paramètres précédents, ces étapes étant schématisées en 7' sur la figure 2 :
En ce qui concerne le comptage des véhicules dans la case- distance krey, sur la durée Tref, la première étape du procédé selon l'invention permet, comme nous l'avons vu précédemment, de détecter, à un instant t, l'apparition de nouveaux véhicules, c'est-à-dire ceux pour lesquels on a initialisé l'accélération à la valeur nulle (étape 63, figure 3), et de détecter la disparition de véhicules, c'est-à-dire ceux que l'on a éliminé du traitement (étape 65, figure 3). Ainsi, à partir d'une pluralité de phases 6, 7 de détection automatique, on peut effectuer un comptage du nombre Nrey de véhicules étant passés dans la case-distance krej pendant la période d'analyse Trey en utilisant les résultats obtenus lors de la première étape des phases. Préférentiellement, chaque véhicule est comptabilisé à partir du moment où la première étape 6 de calcul de paramètre l'élimine du traitement.
On peut alors déduire la vitesse moyenne V sur la case-distance kref par application de la relation :
Figure imgf000014_0001
dans laquelle Vj est la vitesse instantanée de chaque véhiculé comptabilisé. Le taux d'occupation pour la case-distance kref est défini par le taux de présence d'un véhicule dans la case-distance kres pendant la période d'analyse Tref. Dans une variante du procédé selon l'invention, une étape supplémentaire de calcul permet de fournir ce taux d'occupation Tocc par application de la relation : r λocc = -^
M.O
dans laquelle :
• Nj est le nombre de détections par sens de circulation obtenu selon le procédé de l'invention pendant la période d'analyse Tref,
• M est le nombre de phases de détection automatique d'incident réalisées pendant Tref, • Q est le nombre de voies du sens de circulation.
Enfin, on peut déduire de l'étape de comptage de véhicule précédemment décrite le temps de présence Tp de chaque véhicule dans la case-distance Trej, et par suite la longueur L de ces véhicules par application de la relation :
L = v rp où V est la vitesse instantanée de ces véhicules. Cela peut permettre d'effectuer une classification des véhicules selon leur longueur en distinguant entre les véhicules poids lourds, qui ont une longueur supérieure à une longueur prédéfinie Lseujj, et véhicules légers. L'extraction de ces paramètres peut être utilisée pour calculer notamment le taux de poids lourds dans la case-distance kres pendant la période d'analyse.
La figure 6 illustre un exemple de système radar pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, sous forme de synoptique simplifié : Le radar utilisé est ici un radar à impulsions de fréquence porteuse choisie entre 3 et 100 GHz. Plus la fréquence sera élevée, plus l'antenne 10, utilisée pour l'émission et la réception, sera compacte. Un générateur d'impulsions 11' met en forme les impulsions qui sont amplifiées par l'émetteur 12. Une synchronisation 13 permet un fonctionnement alterné entre l'émetteur et le récepteur 14, lequel reçoit et amplifie les signaux reçus par l'antenne 10 via un circulateur 15. Les signaux analogiques issus du récepteur sont classiquement numérisés dans un module de codage 16, les échantillons étant traités dans un module de traitement de signal 17 de façon à détecter les véhicules, leurs vitesses et leurs distances par rapport au radar. Un module de traitement de l'information 18 permet de mettre en oeuvre les phases de détection automatique d'incident et de ralentissement du procédé selon l'invention. Une interface 19 permet ensuite de transmettre les informations (ralentissement ou incident) vers un centre de gestion des informations. A titre d'exemple non limitatif, un tel système radar peut avoir une résolution distance d'environ 10 mètres, compatible des dimensions des véhicules, un domaine de vitesse non ambiguë de ± 200 km/h, et une résolution vitesse d'environ 3 km/h.
Le système radar décrit précédemment peut être utilisé en tout endroit où l'on souhaite une connaissance rapide des incidents y survenant ou de l'état du trafic. Les informations fournies par le module 18 peuvent être exploitées automatiquement par des systèmes de gestion de trafic, notamment dans le but d'informer directement les usagers de la route, par l'intermédiaire de panneaux indicateurs à messages variables.

Claims

R E V E D I C A T I O N S
1. Procédé de surveillance du trafic de véhicules pouvant circuler sur au moins deux voies, du type consistant à émettre (3) une onde hyperfréquence de forme prédéterminée selon un diagramme de rayonnement prédéfini, à recevoir (4) des signaux réfléchis par les véhicules pendant une durée d'acquisition T donnée, et à traiter (5) les signaux reçus de manière à détecter les véhicules et à calculer, pour chaque distance, le nombre de véhicules i détectés ainsi que la vitesse instantanée Vj(t) à un instant t donné de chaque véhicule, le procédé étant caractérisé en ce que, le diagramme de rayonnement ayant un axe de visée sensiblement parallèle à la direction des voies, et les étapes d'acquisition et de traitement des signaux étant réitérées sur des intervalles de temps (T) consécutifs, il comporte en outre une phase (6, 7) de détection automatique d'incident consistant à effectuer les étapes itératives suivantes :
• Une première étape (6) de calcul de paramètres consistant à :
- rechercher, à chaque instant t, si un véhicule i détecté dans l'intervalle de temps courant, correspond à un véhicule j détecté à un instant [t - l] de l'intervalle de temps précédent ;
- pour tous les véhicules i correspondant à un véhicule j, calculer (61 ), (62), à l'instant t, leur accélération /,- (t) par application de la relation
Figure imgf000016_0001
dans laquelle Δ t. représente la durée entre les instants [t - l] et t, ainsi qu'une prédiction V (t + 1) de leur vitesse à un temps [l + l] de l'intervalle de temps suivant, par application de la relation
^ (f + i) = tt(0 χ Δ / + ( - pour les autres véhicules i, initialiser (63) leur accélération Yi {t) à la valeur nulle ;
- éliminer (65) du traitement tous les autres véhicules j ne correspondant à aucun véhicule i. • Une deuxième étape (7) de détection d'incident à partir des paramètres calculés lors de la première étape, par détection du passage de la vitesse d'un véhicule i en-deçà d'un premier seuil de vitesse V^euiι prédéterminé.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la recherche de correspondance entre un véhicule i et un véhicule j consiste à calculer (60), pour chaque véhicule i et pour chaque véhicule j, l'écart entre
P ι \ la prédiction V t) sur la vitesse du véhicule j et la vitesse instantanée
Vj{t) du véhicule i, puis à comparer la valeur absolue de l'écart à une valeur seuil Vmax prédéterminée au-delà de laquelle les véhicules i et j sont considérés comme distincts.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que la deuxième étape (7) de détection d'incident consiste à comparer, pour chaque véhicule i, la vitesse Vj(t) audit premier seuil de vitesse Vseuih et l'accélération ,* (/) à la valeur nulle, et à détecter un incident lorsque la vitesse Vj(t) et l'accélération sont inférieures respectivement au premier seuil de vitesse V§euiι et à la valeur nulle.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la deuxième étape (7) de détection d'incident consiste à comparer, pour chaque véhicule i, la vitesse Vj(t) et la prédiction
V (t + l) sur la vitesse par rapport audit premier seuil de vitesse V^eui donné, et à détecter un incident lorsque la vitesse Vj(t) et la prédiction V. (t + l) sont respectivement supérieure et inférieure au premier seuil de vitesse VSeujl .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (8) de calcul de la vitesse moyenne de tous les véhicules détectés, à une distance k donnée, pendant une durée D prédéterminée.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (9) d'extraction des vitesses maximale et minimale calculées sur les véhicules détectés à une distance donnée pendant la durée D.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (8a) de calcul de l'écart- type de la vitesse sur la durée D.
8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (11 , 11a, 11b) de détection de bouchon ou de ralentissement consistant à :
- effectuer (11 ) une comparaison des vitesses moyennes Vmoy (k) et Vmoy (^ + 1) calculées pour deux distances k, k+1 successives, par rapport à un second seuil de vitesse Vmseujj.
- détecter un début de ralentissement (11 a) ou une fin de ralentissement (11b) à partir du résultat de la comparaison.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de détection de bouchon inhibe la phase de détection automatique d'incident lorsqu'un ralentissement a été détecté.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase de détection automatique d'incident est appliquée à tout véhicule dont la vitesse instantanée est inférieure à une vitesse seuil prédéfinie Vjnj-, et en ce qu'il comporte en outre une étape lors de laquelle on vérifie si un véhicule est toujours détecté au bout d'une durée supérieure à une durée limite Dnm.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs phases (6, 7) successives de détection automatique d'incidents, et en ce que la première étape desdites phases est utilisée en outre pour réaliser un comptage des véhicules passant dans une case-distance kres de référence pendant une période d'analyse Tres prédéfinie.
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul de la vitesse moyenne V des véhicules sur la case-distance kret pendant la période d'analyse Tref.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul du taux d'occupation Tocc de la case-distance kref pendant la période d'analyse Tres par application de la relation :
T 1occ = Nl
M.O
dans laquelle :
• Nj est le nombre de détections par sens de circulation obtenu selon le procédé de l'invention pendant la période d'analyse Tref,
• M est le nombre de phases de détection automatique d'incident réalisées pendant Tref,
• Q est le nombre de voies du sens de circulation.
14. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul du temps de présence Tp d'un véhicule dans la case-distance kref, et de sa longueur.
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