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浅析车辆检测传感技术在智能交通中应用

发布时间:2019-10-08 阅读:87

    随着经济与汽车工业的快速发展,对交通管理服务水平提出了更高要求,智能交通系统作为一种先进的一体化交通综合管理平台,是基于现代电子信息技术面向交通管理的服务系统,是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用等为主线,依靠智能技术将交通流量调整至zui佳状态,提高现有道路的通行能力,为交通参与者提供多样性的服务。

    车辆检测作为智能交通技术手段的zui基础单元之一,通过车辆检测方式采集有效的道路交通信息,获得交通流量、车速、道路占用率、车辆类型等基础数据,有目的地实现监测控制、分析、决策、调度和疏导。

    车辆检测传感技术应用

    智能交通领域车辆检测更为标准的称谓应该是:交通信息采集。在智能交通系统的zui前端通过电子传感技术检测车辆的存在、流量和速度等基础交通参数,目前主要的传感器技术有:磁场传感、波频传感、光电传感、视频检测等高新电子传感技术。

    (一)磁场传感技术车辆检测

    应用磁场传感技术的智能交通信息采集检测主要有:地埋式环形电磁感应线圈、地磁传感等。

    地埋式环形电磁感应线圈检测

    地埋式环形电磁感应线圈车辆检测器是传统的交通检测器,主要应用于通行车辆检测,是目前用量zui大的一种检测。其工作原理:通过一个电感器件即环形线圈与车辆检测器构成一个调谐电子系统,环形闭合线圈埋设于路面下,线圈中通有时刻变化的电流,根据变化的电场会产生磁场,交变的磁场会产生电场的原理,当车辆通过或停留在埋设路面下的环形线圈时,引起线圈磁场的变化,改变线圈的电感量,进而导致电流的变化,激发电路产生一个输出,检测器据此计算出车辆的流量、速度、时间占有率和长度等交通参数,并上传给中央控制系统,以满足交通控制系统的需要。

    电磁感应车辆检测主要包括:环形线圈、调谐回路和检测电路。对车辆检测起直接作用的是环形线圈回路的总电感,总电感主要来源是线圈自感和车辆与线圈之间的互感。环形线圈的自感大小取决于线圈的截面面积、环形线圈是由专用线缆绕制几匝(一般为5匝)构成,根据不同的需要改变线圈形状和尺寸。

    电磁感应线圈检测方法技术成熟,易于掌握,计数精确,性能稳定,并有成本较低等优点。

    电磁感应线圈检测方法也有以下缺点:

    a.安装过程工艺对检测的可靠性和使用寿命影响较大。

    b.线圈在安装或维护时须直接埋入车道,交通会暂时受到阻碍。

    c.埋设线圈的切缝软化了路面,容易使路面受损,影响路面寿命,尤其是在有信号控制的十字路口,车辆启动或者制动时损坏可能会更加严重。

    d.埋地感应线圈易受重型车辆碾压路基下沉、路面维护等影响损坏。

    e.受高纬度冰冻期和低纬度夏季路面以及路面质量差等因素影响,而增加对线圈的维护工作量加大。

    地磁传感检测

    地磁场是地球的固有资源,提供了天然的坐标系,地球磁场在很广阔的区域内(大约几公里)其强度是一定的。为缓解城市出行难、停车难问题,在城市的动态和静态交通监管系统中,地磁传感器这一监测技术得以被广泛应用。很多致力于智慧城市智能交通的技术开发商,也开始积极拓展地磁监测领域的应用。

    地磁传感器工作原理:当一个铁磁性物体(如汽车)置身于磁场中,它会使磁场扰动,数据收集仪器能够测量出磁场强度的变化,从而对铁磁性物体的存在性进行判断。地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别就是利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测。

    地磁传感器的优点

    a.安装、维修方便,不必封闭车道、对路面破坏小,维修时只需检查地磁传感器即可;检测点不易遭到破坏,不受路面移动影响;

    b.地磁传感器是利用地球磁场在铁磁物体通过时的变化来检测,所以它不受气候的影响;

    c.通过对灵敏度设置可以识别铁磁性物体大小,大致判断出车辆类型;

    d.对非铁磁性物体没有反应,因此可以有效地减少误检。

    (二)波频传感技术车辆检测

    波频车辆检测是通过发射器对检测区域发射低功率的连续频率的微波信号,微波信号检测到物体后会以不同频率的波束反射,反射波束被接收器及时捕捉,通过处理回波信号,分析判断物体运动状况。波频车辆检测器常用以微波雷达方式广泛应用于城市道路和高速公路的交通检测。该技术可以对车流量、车速、交通占用率等多个信息进行同时数据采集。

    微波雷达检测

    微波车辆检测器其基本结构包括发射天线和接收器,通过架设在道路两边的立柱上或悬臂上的发射天线向特定路面扇形区域内发射微波,并在路面上留下一条长长的投影,微波车辆检测器以2米为一“层”,将投影分割为若干层。车辆通过就会造成微波反射波频的变化,发射波束就会以不同的频率被接收器所捕捉,微波车辆检测器根据被检测目标反射波频,测算出目标的交通信息,从而确认车辆通过的信息。车速检测原理是:根据特定区域的所有车型假定一个固定的车长,通过感应投影区域内的车辆的进入与离开经历的时间来计算车速。

    优点是不受天气环境的影响,可以全天候工作,可检测静止的车辆,可多车道检测,安装维护方便等。

    微波车辆检测器在车型单一,车流稳定,车速分布均匀的道路上准确度较高,但是在车流拥堵、车辆并行、人车混杂以及大型车较多、车型分布不均匀的路段进行检测,测量精度会受到比较大的影响,检测范围内出现多台车辆,往往无法区分目标车辆;侧面安装只能区分车辆长短,相邻车道过车由于遮挡可能遗漏车辆;安装在马路中间6m高悬臂上时,如果比较高的大型车辆(如货柜车等)通过,因车体较高,造成车体顶部距离微波车辆检测器较近,检测器发射出的微波信号被车顶反射回的距离缩短,往往造成计算出的速度值较高,产生比较大误差;另外,微波检测器侧面安装要求离zui近车道有3m的空间,且安装高度达到要求。因此在桥梁、立交、高架路的安装会受到限制,安装困难,价格也比较昂贵。

    超声波检测

    超声波检测的原理与雷达类似,也是利用“多卜勒效应”的反射原理,发射器从顶部发出超声波,当有车辆通过时,接收器接收到回波的时间是不一样的,据此可以判断是否有车通过。与雷达测速不同的只不过超声波传感器发出的是声波而不是电磁波。

    此种检测设备的缺点是须顶吊安装,安装条件受到一定的限制,并且传感探头在路口这种灰尘极大的恶劣环境中使用,寿命非常短。因此这种检测方法并不实用,仅可应用于灰尘较少的室内停车场所。

    (三)光电传感技术车辆检测

    红外线检测

    红外检测器是利用红外线光源在待检测道路区域内的变化来进行车辆检测的一种设备,该检测器一般采用反射式检测技术。反射式检测器探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成,其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲,经红外探头向道路上辐射,当有车辆通过时,红外线脉冲从车体反射回来被探头的接收管接收,经红外解调器解调再通过选通、放大、整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。从而根据红外线辐射强度的变化来判断车辆通行状况。

    红外线检测器常用于交通信号灯的路口,其检测准确快速、轮廓清晰的检测能力,但对现场环境的要求较高,灰尘、雨雾等都会严重影响该系统的正常工作状态。

    激光检测

    激光检测是一种主动光学探测方法,其检测原理与微波雷达检测极其相似。一般由激光发生器、光学器件和光电器件所构成。激光检测设备采用红外线半导体激光二极管发射出一定频率极窄的光束精确地瞄准目标,以光速到达目标物后,波束被被测目标表面发射产生回波信号,回波信号中直接或间接的包含待测信息,反射回来光束被接收单元接收,通过测量红外线光波在激光检测设备与目标之间的传送时间来决定与目标物的距离,连续测量的距离变化得出是否有其他物体存在及该物体在这段时间内移动速度,这是激光检测与测速的基本原理。

    激光车检具以下特点:

    检测精度高、测量范围大、检测时间短;

    非机械接触测量,避免了车辆轮轴挤压而造成的线材损伤,也保证了传感器的精度;

    稳定性好,安装和维护简单方便、无需破坏路面;

    全天候工作,能够在恶劣天气条件下工作;

    激光检测为点测量行为,检测精度过程都相当高,但与微波雷达一样,同样面临路口多道路,多车辆和多行人的三多影响,点测量的效率无法满足监管要求。zui重要的是:激光检测中的激光束对人体(主要是人眼的伤害)是其在使用中极为严重的问题,激光检测设备应采用一类人眼安全激光,工作波长为905nm,功率小于0.1MW,符合GB7247.1-2001I类激光人眼安全要求。

    (四)视频车辆检测

    视频车辆检测器是综合利用了拌线技术、视频成像技术以及数字化技术而设计制造的一种车辆检测识别设备。该设备首先通过视频摄像机传感器获取实时图像,在视频范围内设置虚拟线圈,即检测区,利用视频处理技术对采集的视频图像进行分析处理,车辆进入检测区时背景灰度值发生变化,从而得知车辆的存在,并以此检测车辆的流量。

    检测器可安装在车道的上方和侧面,与传统的交通信息采集技术相比,交通视频检测技术可提供现场的视频图像,可根据需要移动检测线圈等优点,缺点是容易受恶劣天气、灯光、阴影等环境因素的影响,汽车的动态阴影也会带来干扰,受恶劣天气正确检测率下降,甚至无法检测。受灯光、阴影等环境因素的影响误检率也大幅上升。

    车辆检测技术展望

    汽车拥有量持续上升带来的交通压力使得对车辆检测技术要求也越来越高,随着计算机技术、通信技术、自动化技术及人工智能技术的不断发展进步,车辆检测技术更加完善和智能化。人工智能技术在智能交通领域中应用,一方面可以极大地提升道路交通管理效率,另一方面可以实现更多道路交通管理体系中技术处理的智能化,减少人工作业,在数据处理分析中的准确率更高。不断促进智能交通中车辆检测技术的持续发展,提高车辆检测的效率,维护道路通畅及交通安全,为实现道路交通的健康稳定保驾护航。

 





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