毫米波人员监测雷达在智能安防、站台预警与行人监测中的应用

导读：随着无线电技术的快速发展，毫米波雷达逐渐成为智能安防系统中的一个重要研究领域。毫米波雷达传感器以其抗干扰能力强，精度高和远距离测量等优势，在智能安防系统中发挥着重要作用。目前，基于毫米波雷达传感器移动目标检测和跟踪算法的毫米波人员监测雷达被越来越多的应用在站台预警、行人监测、智能安防、智慧养老与智慧社区等众多智能安防监控领域。

毫米波，是工作在毫米波波段（millimeter wave），工作频率在30～300GHz，波长在1～10mm之间的电磁波。毫米波的波长介于微波和红外线之间，因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。目前用于人员监测的传感器除了毫米波雷达以外，还包括：激光雷达、超声波雷达、摄像头等。

摄像头探测范围广、监测的信息量大，能够遥测，但其数据计算量大，要求传输带宽大，易受天气、遮挡物影响，并且无法直接获得深度信息，并且易泄露个人隐私。

超声波雷达测距方法简单，成本低，但其传输速度易受天气影响，且超声波散射角大、方向性较差，在测量较远距离目标时，其回波信号比较弱，影响测量精度。

激光雷达测量精度高，但易受自然光或是热辐射的影响，在自然光强烈或是辐射区域的时候，激光雷达会被削弱很多，且激光雷达造价成本高，对工艺水平要求也比较高。

毫米波雷达可直接获得深度信息，不受光、热、雾、烟、灰尘等外界环境因素的影响，抗干扰能力强，环境适应性好，且不会泄露个人隐私。其测量精度与稳定性优于摄像头与超声波雷达，工艺水平要求与造价成本低于激光雷达，具有较高的商业应用价值。因此，毫米波人员监测雷达被越来越多的应用在站台预警、行人监测、智能安防、智慧养老与智慧社区等众多领域。

巍泰技术（武汉）有限公司人员监测雷达WTR-810/820采用毫米波技术原理和公司自主知识产权的数据处理算法，可广泛应用于道路斑马线、公共客运站台/出入口通道及室内等众多场景目标人员的人数统计、方向信息获取、活动轨迹跟踪、区域安防预警等。目前，WTR-810/820已通过了宿舍人员计数、卫生间人数统计、高铁站台防入侵预警、斑马线行人过街预警等多场景应用测试，并已获得“ITS Asia 2021年度创新产品推荐”奖，以及国内外诸多企业的认可，顺利进入商用阶段。

一、智能安防：人员计数与轨迹跟踪

巍泰技术（武汉）有限公司人员监测雷达是基于毫米波线性调频脉冲毫米波雷达芯片，采用FMCW、MIMO等技术，具有测距、测速精度高，测角分辨率高及虚警率低等优点，可实现对室内、室外多场景多目标人员的准确监测、精确定位与稳定跟踪，并有效区分人与非人物体，统计目标人员数量，稳定输出多个目标人员的距离、速度和角度等信息。

1、人员监测与数量统计

人员监测与数量统计是现有多个场景中不可缺少的数据，如机场、商场、连锁店、车站、博物馆、会议室等场合，人员发现清点和数据估计在安全管理，提高整体服务水平等方面起重要作用。现有人员计数应用中，主要有摄像头识别，红外识别，传统人工清点，还有采用自动清点的机械设备，采用rfid的门禁系统等。但这些方法受到成本，准确率，实施难等方面的限制，使得人员计数的应用在经济性和准确性上很难取得平衡。而毫米波雷达传感器的利用可以对人员计数的这些缺陷进行补足，具有广阔的应用前景。

巍泰技术（武汉）有限公司人员监测雷达WTR-810/820，通过对监测区域内移动目标人员所反射电磁波的计算分析，获取目标人员当前的速度和位置，并在输出目标人员速度和位置的同时实现轨迹跟踪。此外，还可通过对目标人员的位置分析，判断目标人员是否进入所绘制的监测区域内，统计并输出各区域内监测到的目标数量。

2、虚警消除与轨迹跟踪

人员监测雷达综合采用FMCW、MIMO等技术，运用静止物体消除算法、人与非人物体区分算法、多径干扰消除算法和多目标跟踪算法等，有效区分出人与其他物体，消除虚假检测，实现室内环境下多目标的跟踪识别。

静止物体消除算法主要用于消除室内环境下静止不动的物体（如墙、桌椅等），该算法在信号处理模块和数据处理模块均有涉及，通过消除零多普勒通道目标可以实现静止物体的滤除，避免静止物体对运动目标的干扰。

人与非人物体区分算法主要用于人与带有微动的物体（如转动的电风扇、飘动的窗帘等）的区分。微动的物体具有一定的多普勒速度，容易引起毫米波雷达传感器的误判，进而对其进行跟踪输出。人与非人物体区分算法会统计人与微动物体的特性，提取有效特征，进行目标区分，最后只输出目标人员的跟踪轨迹结果。

多径干扰消除算法主要用于消除室内场景中目标运动所带来的虚假检测点，避免这些虚假检测点被毫米波雷达传感器误认为目标进行跟踪输出，造成虚警的问题。该算法会根据室内环境面积以及毫米波雷达传感器所得到的原始检测点信息（如距离、速度、角度和信噪比等），进行综合判决，判断得到的原始检测点是否为虚假点，从而将其滤除，大大降低室内环境下多径所带来的虚警问题。

多目标跟踪算法主要用于对室内环境下多个运动目标进行精确定位和稳定跟踪。此算法首先会对原始检测点进行有效聚类，得到不同目标类簇，然后借助扩展卡尔曼滤波算法对不同簇进行跟踪滤波处理，最后得到稳定的运动目标轨迹。

二、站台预警：站台端头入侵监测预警

随着“四横四纵”高铁网络的基本建成，各类枢纽车站站台、股道数量增多，运营车次数量加大，发车间隔变短，人流密度同步增高，站台区域在上下车时人员聚集情况严重。此外，还存在极个别旅客人群试图通过站台端头逃票方式侵入铁路线路的行为，这不仅会给旅客带来极大的安全风险，还会影响铁路运营秩序。

目前，车站站台端头的防护一般采取值班人员全天候值守的方式，各车站只能通过增加巡检人员数量、提高巡检频次来保障运营安全。但基于人工巡视，发生紧急情况时通过对讲、电话等形式实现站房安全管理的集中监管，存在巡视有盲区、警情传递慢、处置不及时的弊端。鉴于这种形式，站台端头入侵报警系统应运而生。站台端头入侵报警系统可实现站台端头全天候、全自动化监测，节省人力物力。再结合视频系统可随时调出报警记录对应时间内的历史视频，方便对入侵行为进行举证，约束站台旅客行为，起到震慑作用。

入侵人员监测雷达作为高铁站台端头入侵预警系统技术核心，其测量灵敏度与准确性决定了整个入侵预警系统的及时性与可靠性。巍泰技术人员监测雷达WTR-820采用新一代毫米波MMIC集成射频方案，稳定性好、成本适宜；结合MIMO多天线设计，波束合成（DBF）技术，回波定向强、覆盖范围广；创新的阵子优化调整分配功率，实现更大增益，保证了雷达测量的灵敏度与精准度。此外，雷达自带开机自动校准和温度补偿功能，抗干扰能力强，中心频率不漂移，保证雷达监测不受风、光照、温度变化以及烟、雾、灰尘等外界环境因素的干扰，进一步保证了雷达测量的精准度与稳定性。

根据站台需求，在需要进行入侵探测的站台端头设置垂直于轨道方向的多道人员监测雷达探测防线，并对监测区域内的入侵人员轨迹进行实时跟踪，同时配合摄像头进行实时监控，方便管理中心工作人员实时监控预警与后续违法举证。当有人非法穿越或破坏第一道防线时，雷达可立即探测到入侵信息，通过入侵报警主控器或将警情通过本地警号语音进行劝退；当有人非法穿越或破坏第二道防线时，雷达可立即探测到入侵信息，通过入侵报警主控器将警情传送到后端平台管理中心，管理中心对报警信号进行接收和处理，客户端显示出发生入侵报警行为的站台端头地点；同时，管理中心及现场外接的声音报警器开始报警，并在电脑屏幕上弹出该端头监控画面。指挥中心当班人员可通过语音对讲进行劝退，劝退不成功时，通知站台工作人员立即赶往现场处理。

三、行人监测：斑马线行人过街状态监测

根据《道路交通安全法》第七十六条：机动车行经人行横道时，应当减速行驶，遇行人正在通过人行横道，应当停车让行，机动车行经没有交通信号的道路时，遇行人横过马路，应当避让。机动车与非机动车驾驶人、行人之间发生交通事故，非机动车驾驶人、行人没有过错的，由机动车一方承担赔偿责任，有据证明非机动车驾驶人行人有过错的，根据过错适当减轻机动车一方的赔偿责任，机动车一方没有过错的，承担不超过10％的赔偿责任。

可见，在我国的交通法中，行人是享有优先通行权，且事故的责任方大部分为机动车车主，但如果有证据证明行人违规，且机动车已经采取刹车等必要处置措施，则酌情减轻机动车责任。而礼让行人除了依靠机动车驾驶员的个人素质，必要的技术提醒也十分重要。根据《T/CTS 2-2020 行人过街智能预警系统技术规范》，行人过街智能预警系统是一种设置在无交通信号灯控制的人行横道线处，通过采集过街行人和车辆数据，向行人或车辆预警的系统，包括单向预警与双向预警两种。

其中，单向预警是通过行人监测设备监测行人过街状态，向车辆发布预警、引导、控制信息。行人监测设备需具备监测行人即将进入人行横道以及在人行横道线内位置的功能。WTR-820监测行人过街状态主要通过雷达和主动发光交通标志/发光警示装置的配合来实现。根据城市道路斑马线或其他重点安防区域监测需求，绘制需要监测的区域范围，当目标行人出现在绘制好的监测区域时，雷达会监测并上报目标行人的速度和位置信息，作为主动发光交通标志/发光警示装置的预警依据，通过醒目文字、警示灯频闪、灯光变色等方式向车辆驾驶员发送远距离强警示信息，便于驾驶员提前采取相应的让行措施。

此外，由于WTR-820毫米波人员监测雷达具有先天的抗干扰能力与环境适应性，可不受风、光照、温度变化等外界环境因素的干扰，即便是在雨雪、雾霾、沙尘暴等能见度低的环境下，也能准确监测到目标行人轨迹，有效降低极端天气下交通事故的发生。其抗干扰能力主要体现在以下几个方面：

1、频带极宽。频带越宽就意味着雷达在采取抗干扰措施时可利用的频率资源越丰富，有利于在频率域实现各种抗干扰技术。如频率捷变、频率分集、扩频、快速跳频等，同时也有利于避免相邻频率雷达间的相互干扰。另外，频带较宽有利于提高距离分辨率，从而提高雷达的跟踪精度和目标识别能力。

2、容易得到较窄的天线波束，方向性好，具有很高的空间分辨力，跟踪精度较高。较窄的波束使地面杂波和多径效应对其影响小，跟踪性能较好，对横向区域成像时也能获得较高的角分辨率。

3、有较宽的多普勒带宽，多普勒效应明显，具有良好的多普勒分辨力，测速精度较高。由于毫米波频率很高，目标径向运动时引起的多普勒频移就较大，因此就有利用毫米波雷达前视成像的分辨率和目标识别能力，也提高了雷达的动目标显示性能。

因而，WTR-820人员监测雷达在分辨力需求高、作用距离适中、环境因素影响多的行人过街状态监测场合具有先天的应用优势。

综上所述，人员监测雷达应用于区域安防监测，可实现对室内外多场景多目标人员的准确监测、精确定位与稳定跟踪，并有效区分人与非人物体、消除虚警问题，统计目标人员数量，稳定输出多目标人员的距离、速度和角度等信息等；应用于站台端头入侵报警系统，可实现对站台端头的无死角覆盖探测，帮助对违规出入人员进行告警、劝阻、报警和证据采集，从根本上提升车站站台智能化管控和安全水平；应用于行人监测，可不受风、光照、温度变化等外界环境因素的干扰，并穿透烟、灰尘和雾准确识别跟踪目标行人，帮助提醒驾驶员注意减速避让行人，从而减少道路交通事故的发生；应用于私密性较大的室内场景时，除具有上述优点外，还可以有效保护个人隐私。具有广阔应用前景与商用价值。