基于檢測器的交通監(jiān)控系統(tǒng)研究

1、基于檢測器的交通監(jiān)控系統(tǒng)研究 交通與物流工程 安全071 呂夢真 070517123基于檢測器的交通監(jiān)控系統(tǒng)研究呂夢真（山東交通學(xué)院 濟(jì)南 安全071 070517123）摘要：基于檢測器對交通信息快速、準(zhǔn)確的采集以及有效的處理，以實現(xiàn)動態(tài)交通的控制。對各種交通檢測器的功能、物理框架和邏輯框架進(jìn)行了綜述，重點分析了檢測器對交通信息的采集及處理。研究表明：以車輛檢測器和氣象檢測器為基礎(chǔ)，可以實時、準(zhǔn)確、全面、直觀地采集、傳輸交通運行狀況信息，能夠?qū)崿F(xiàn)快速地判定交通擁擠和交通事件的發(fā)生以及交通擁擠，能夠?qū)頂D條件下的交通流實行有效地誘導(dǎo)。關(guān)鍵詞：檢測器；交通監(jiān)控；車輛檢測器；氣象檢測器1 概述道路

2、監(jiān)控系統(tǒng)的目的是使用現(xiàn)代化的檢測和控制手段，調(diào)整其交通狀態(tài)，達(dá)到安全、舒適、快捷的運輸目的?，F(xiàn)有的道路交通監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于車輛檢測器、道路氣象檢測器以及視頻攝像機(jī)等各種固定檢測設(shè)備來實現(xiàn)交通信息的數(shù)據(jù)采集，基于光纖、電纜、雙絞線、電話線和微波等傳輸手段實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，基于大屏幕、電視機(jī)等顯示裝置實現(xiàn)圖、文和視頻信息的顯示，基于交通流擁擠特性的分析實現(xiàn)對交通事件和交通擁擠的監(jiān)控，這在一定程度上提高了道路交通的運行管理水平，改善了道路運輸過程中的“安全、快速、高效、舒適、環(huán)境”狀況。然而，與交通管理的目標(biāo)相比，目前的道路交通監(jiān)控系統(tǒng)還存在著相當(dāng)?shù)牟罹?，在一定程度上影響和制約著道路運行效率的發(fā)揮。其

3、原因主要表現(xiàn)為：（1）只能運用所獲得的地點交通參數(shù)來估計道路系統(tǒng)的交通運行狀態(tài)，在交通信息的及時性、準(zhǔn)確性和全面性方面不能滿足交通管理的需要；（2）難以實現(xiàn)道路從宏觀（全路網(wǎng)）到微觀（道路上運行的每個車輛）的全面跟蹤和監(jiān)控；（3）不能為駕駛員提供更可靠的道路幾何線形、路面狀況、交通事故、交通阻塞、行程時間、交通管制等道路交通信息以及行駛路線導(dǎo)航信息等；（4）對于未造成道路交通擁擠的突發(fā)事件或事故缺乏有效的檢測手段；（5）難以實時獲取車輛的準(zhǔn)確位置及事件相關(guān)信息并與電子地圖匹配直觀顯示；（6）對交通擁擠只能在有限范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能大幅度提高現(xiàn)有交通設(shè)施的運輸效率。因此，要實現(xiàn)真正意義上的智能化

4、交通監(jiān)控還必須加大對現(xiàn)代化管理手段的研究以及對先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的綜合運用，探索和構(gòu)建智能化程度更高的道路交通監(jiān)控系統(tǒng)。近些年，為了能夠通過對有關(guān)道路交通運行狀況、氣象環(huán)境條件和自身設(shè)備工作狀況等方面信息進(jìn)行實時采集和有效處理，及時確定出相應(yīng)的控制策略，從而對交通流進(jìn)行調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)。交通檢測器的研究仍是一個重點。2 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計根據(jù)交通監(jiān)控實時性和準(zhǔn)確性的需要，道路交通監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能應(yīng)該包括：（1）交通信息的采集。能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確獲得全路網(wǎng)車輛的位置、速度、行程時間等交通信息以及能見度、雨雪霧等氣象信息。（2）交通信息的傳輸。能夠?qū)⒉杉降慕煌ㄐ畔⒒蜍囕d計算機(jī)處理后的

5、交通異常信息實時、可靠地傳送給交通監(jiān)控中心或分中心，或?qū)⒔煌刂品桨赶聜鞯娇刂圃O(shè)備。（3）交通狀態(tài)的檢測。根據(jù)采集到的氣象、交通數(shù)據(jù)，分析各路段的交通狀態(tài)，為制定科學(xué)合理的管理決策提供依據(jù)。（4）交通流狀態(tài)顯示和交通事件報警。實時分析和判定全路網(wǎng)各監(jiān)測路段上所發(fā)生的交通事件和交通擁擠，及時報警提示并在電子地圖上顯示報警目標(biāo)以及所采取的管制方案。（5）交通控制與誘導(dǎo)。根據(jù)檢測到的道路交通擁擠狀況，及時啟動相應(yīng)的控制方案和誘導(dǎo)策略，并通過信號燈、可變信息板、可變限速標(biāo)志以及交通廣播等交通控制裝置和交通誘導(dǎo)設(shè)施執(zhí)行控制方案或?qū)崟r發(fā)布誘導(dǎo)信息。2.2 系統(tǒng)框架設(shè)計道路交通監(jiān)控系統(tǒng)中的檢測器主要有車輛檢

6、測器和氣象檢測器等組成。車輛檢測器以車輛為檢測目標(biāo)，檢測車輛的通過或存在狀況，也檢測道路上車流的各種參數(shù)，其作用是為控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進(jìn)行最優(yōu)的控制。車輛檢測器的種類很多，其工作原理可大致分為兩類：檢測能使開關(guān)觸點閉合的機(jī)械力；檢測因汽車的運動或存在引起的能量變化。壓力檢測器就是利用機(jī)械力檢測的例子，而利用能量變化進(jìn)行檢測則有感應(yīng)環(huán)形線圈檢測器、超聲波檢測器等等。道路上的雨、雪、冰、霧對于行車安全也都有直接影響。對于交通控制系統(tǒng)來說，道路氣象信息是制定合理控制方案的一個重要參考因素。目前國內(nèi)外常用做路面氣象情況檢測的氣象環(huán)境檢測器，如冰凍檢測器、路面積雪檢測器和能見度測定儀器等。3 系

7、統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析3.1 車輛檢測器檢測器測量功能工作方式優(yōu)點缺點計數(shù)存在速度占有率車隊壓力有無無無無汽車重量引起金屬觸點的閉合，從而接通電路檢測域明確；結(jié)構(gòu)堅固；可靠；比較便宜；能夠檢測所有運動的車輛并且與速度無關(guān)；維修量少，且容易修理。統(tǒng)計車軸數(shù)，車輛計數(shù)不夠準(zhǔn)確；不能測存在型車輛；設(shè)置檢測器時，中斷交通的時間較長；重修路面，將使之不能工作；易受到雪的損失；不容易改變位置。磁感應(yīng)無方向性有無無無無車輛通過埋設(shè)在路面下的導(dǎo)線線圈時，干擾了通過線圈的地磁磁通線并在線圈里產(chǎn)生一個電壓。這個電壓被高增益放大器放大，使檢測器的繼電器工作。埋在路面下，安裝較簡便；安裝時，不必關(guān)閉車道，更換位置比較容易。

8、無方向性；檢測域不明確；當(dāng)靠近大的定向車道時易受干擾；不能測存在型車輛磁感應(yīng)方向性（雙線圈）有無無無無同上有方向性；不受附近定向車道的影響；檢測域明確；維護(hù)量??；埋在路面下，不易損壞。安置時需要關(guān)閉車道；比無方向性檢測器貴；不能測存在型車輛；不容易改變位置。磁強(qiáng)計有 有無有無工作方式與無方向的和有方向的檢測器一樣，使用埋在路面下的圈柱形感應(yīng)頭設(shè)置比較容易；可以計數(shù)也可以檢測存在；可靠；不受附近車道的影響；埋在路面下，不易損壞；改變位置比較容易。設(shè)置時需要關(guān)閉車道；價格比無方向性的高；由于磁性材料的分布，可能對一輛車記雙數(shù)；檢測域不太明確。人工調(diào)諧的環(huán)形線圈有有有有有車輛時切割了由環(huán)形線圈產(chǎn)生的

9、磁感線，使電感增大或減小，檢測出這種變化并傳送到放大電路根據(jù)環(huán)形線圈的尺寸，檢測域的大小和形狀容易確定；一種良好 存在型檢測器；可以測量所有交通參數(shù)；設(shè)置比較容易；可以拋棄環(huán)形線圈，在新位置上使用原來的放大器比較便宜；能夠檢測小型車輛安裝費用較高；安裝時需短時間的關(guān)閉一條或幾條車道；要求同時檢測大小車輛時，調(diào)諧較困難。自調(diào)諧式的環(huán)形線圈有有有有有同上除了不需要初始的或定期的校準(zhǔn)外，其他優(yōu)點與人工調(diào)諧環(huán)形線圈一樣除了幾個屏蔽不太好放大器置于同一箱內(nèi)可能互相干擾，并且反應(yīng)時間比人工調(diào)諧環(huán)形線圈慢一些之外，其他缺點和人工調(diào)諧環(huán)形線圈一樣雷達(dá)有無有無無車輛反射雷達(dá)微波（多普勒效應(yīng)）返回天線，使檢測器繼

10、電器工作避免了電磁場的干擾；設(shè)置時不用關(guān)閉車道購買和設(shè)置都比較昂貴，特別在沒有可以利用的電線標(biāo)桿時；需要有經(jīng)驗的人員來建立和維護(hù)；不能測存在的車輛超聲波脈沖式有有有有有每秒發(fā)射聲波約20次，車輛減小了波傳播距離，在接收器打開時接收返回來的信號設(shè)置時不用關(guān)閉車道；可以用在每有鋪路面的地方；可以通過車輛高度進(jìn)行分類購買和設(shè)置都比較昂貴，特別在沒有可以利用的電線標(biāo)桿時；由于錐形檢測域，并且車輛種類和高度變化，因而不太準(zhǔn)確；無方向性；對環(huán)境條件很敏感；在擁擠條件下不太準(zhǔn)確。超聲波連續(xù)波有無有無無和雷達(dá)一樣根據(jù)多普勒效應(yīng)原理工作和超聲波脈沖式檢測器相同，并提高了速度測量的準(zhǔn)確性購買和設(shè)置都比較昂貴，特別

11、在沒有可以利用的電線標(biāo)桿時；對環(huán)境條件很敏感；在擁擠條件下不太準(zhǔn)確。設(shè)置比較貴圖像處理有有有有有攝像機(jī)攝取監(jiān)測點附近區(qū)域的圖像，有計算機(jī)程序?qū)D像進(jìn)行處理、識別，從而檢測車輛可得出所有交通控制參數(shù)；可一次檢測的交通狀況；易于改變檢測地點較貴；檢測精度受天氣、檢測區(qū)域周圍亮度影響電子標(biāo)簽有有無有無將車輛的車型，牌照燈資糧編碼存入電子標(biāo)簽中，在檢測處被觸發(fā)，發(fā)射信號，信號被接收后解碼準(zhǔn)確性好；便于分類統(tǒng)計交通量；特別適于高速公路不停車收費。系統(tǒng)昂貴；社會制約因素多，推廣使用難度大發(fā)射式光電式有有有有無車輛通過光發(fā)射器和光電池時阻斷了光束，使檢測器動作檢測單車道內(nèi)通過的車輛時準(zhǔn)確的；最適用于照明條件

12、一致 的地方車道超過1條時檢測不準(zhǔn)確紅外線阻斷光束有有有有無利用光譜中紅外光部分，工作方式與光電式檢測器相同和光電式相同和光電式相同紅外線反射光束 有有有有無設(shè)在路面上方的發(fā)射接收機(jī)通過從車輛和路面反射回來的光時間差的變化，記錄通過的車輛。最適合于照明條件一致的地方昂貴；對環(huán)境光線和路面顏色敏感；對氣候條件很敏感；由于反射率的差別不太準(zhǔn)確。高強(qiáng)度光有無無無無由安裝在車上的設(shè)備發(fā)出高強(qiáng)度光，用光感應(yīng)檢測器接收指示有限車輛提供了一種識別選擇車輛的方法昂貴3.11環(huán)形線圈檢測器環(huán)形線圈檢測器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測器，它的傳感器是一個埋在路面下、通有一定工作電流的環(huán)形線圈。當(dāng)車輛通過線圈或停

13、在線圈上時，車輛引起線圈回路電感量的變化，檢測器檢測出該變化量就可檢測出車輛的存在，從而達(dá)到檢測目的。環(huán)形線圈檢測器主要包括：（1）環(huán)形線圈；（2）線圈調(diào)諧回路；（3）檢測電路。 （如圖3-1）下圖為信號檢測與輸出 （如圖3-2）312超聲波檢測器超聲波檢測器使一種在高速公路上應(yīng)用較多的檢測器，它利用車輛形狀對超聲波波前的影響來實現(xiàn)檢測。超聲波檢測器的探頭具有發(fā)送與接收雙重功能，被設(shè)置于道路的正上方或斜上方，向路面發(fā)射超聲波，并接收來自車輛的發(fā)射波。超聲波車輛檢測器的工作原理可為兩種：傳播時間差法和多普勒法。 圖3-4 超聲波檢測器組成原理31.3紅外檢測器基于光學(xué)原理的車輛檢測器用得比較多的

14、是紅外檢測器和激光檢測器。紅外檢測器一般采用反射式或阻斷式檢查技術(shù)。 圖3-5 紅外檢測器測繪圖3.2 道路氣象檢測器（1-避雷針；2-風(fēng)速傳感器；3-風(fēng)向傳感器；4-支桿；5-散射式能見度檢測儀；6-溫濕傳感器；7-小百葉箱；8-主控制箱；9-路面溫度傳感器；10-雨量傳感器；11-路面狀態(tài)傳感器） 圖3-6 氣象站布置外觀圖3.21冰凍檢測器冰凍檢測器基于光學(xué)原理，主要由投光器、漫反射受光器、正反射受光器、投光量計測器和路面溫度計組成。 圖3-7 路面冰凍檢測原理3.22積雪檢測器利用超聲波來測定路面積雪深度的路面積雪計，是一種非接觸式檢測器。它由超聲波探頭向路面發(fā)射超聲波束，然后根據(jù)它由

15、地面發(fā)射回來的時間來計算積雪深度。3. 23能見度檢測儀器測定能見度的一起主要由透射型和散射型兩大類，前者根據(jù)光的透射系數(shù)來確定能見距離，后者根據(jù)光的散射特性來確定能見距離。1. 透射型能見度測量（分兩類）（1）光發(fā)射器和接收器在同一裝置里，隔一定的距離（L測量基線）設(shè)置反射器，發(fā)射器發(fā)出的光分為兩束，一束直接射入接收器作為參考光，另一束通過大氣經(jīng)反射器反射后進(jìn)入接收器，比較兩束光的照度，課確定在基線（L）距離上的大氣透明系數(shù)。 （2）光發(fā)射器和接收器分別設(shè)置在基線兩端，根據(jù)接收器接收通過大氣后發(fā)射光的照度和發(fā)生器發(fā)光照度來計算大氣透射系數(shù)。 2. 散射型能見度測量大氣消光作用：由大氣分子和氣

16、溶膠的散射和吸收引起的，對可見光來說，一般情況式吸收比散射小得多，可以忽略不計，因而通過測定散射系數(shù)就能確定能見度。散射型：認(rèn)為主要是由氣體分子、微滴和微粒等的散射作用造成的，因此可以通過測量相對于光發(fā)射器光軸的不同方向上的散射光強(qiáng)來計算能見度。 根據(jù)光發(fā)射器光軸同接收器光軸的角度關(guān)系，又可分做后向散射儀、前向散射儀和總散射儀幾種。 圖3-8 前向散射能見度儀工作原理3. 3其他檢測儀器3. 3.1溫度檢測器大氣溫度測量常采用薄膜工藝制作的鉑電阻，路面溫度檢測常用繞線工藝制作的鉑電阻。 原理：鉑電阻溫度傳感器的電阻值與溫度間的關(guān)系。3. 3.1溫濕檢測器濕度傳感器常用聚合物濕敏電容，其組成與結(jié)

17、構(gòu)如圖所示。 圖3-8 溫濕傳感器結(jié)構(gòu)3. 3.2雨量檢測器雨量計可連續(xù)測量和記錄液體降水量的自記儀器。常用的有虹吸式和翻斗式兩種。 虹吸式雨量計：當(dāng)雨水經(jīng)漏斗進(jìn)入測量筒后 ，筒內(nèi)的浮子隨水位升高，當(dāng)筒內(nèi)貯滿10（或20）毫米雨量時，在短時間內(nèi)發(fā)生一次虹吸，將筒內(nèi)的存水一次排出，使浮子重新從零位開始記錄。浮筒上所帶自記筆尖可在鐘筒上畫出降雨量隨時間累積的過程。（如圖3-9所示） 翻斗式雨量計：采用雙翻斗式雨量傳感器，每次只有其中的一個翻斗正對漏斗口。當(dāng)翻斗盛滿0.1(0.2)mm降水時，由于重心外移而翻倒，將盛水倒出，同時使第二個翻斗移到漏斗口下，根據(jù)翻斗交替次數(shù)和時間記錄可得降水資料。每當(dāng)計

18、數(shù)翻斗翻轉(zhuǎn)一次，翻斗上固定有一塊永久磁鐵，磁鐵翻轉(zhuǎn)使磁鐵附近的干簧繼電器閉合，閉合次數(shù)由計數(shù)電路測量并轉(zhuǎn)換成降水量信號輸出。翻斗式雨量計可用于自動氣象站。（如圖3-10所示） 圖3-9 虹吸式雨量計示意圖 圖3-10 翻斗式雨量計4 展望本文基于交通檢測器對道路交通監(jiān)控系統(tǒng)中信息的采集以及處理做出綜述，重點研究了基于車輛檢測器和氣象檢測器的性能與原理以及交通信息采集技術(shù)、見他監(jiān)控系統(tǒng)不僅具有良好的擴(kuò)展性，而且能夠獲得對交通狀態(tài)自動判別和交通誘導(dǎo)更為有用的行程時間、行程速度等路段交通參數(shù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全路網(wǎng)的交通監(jiān)控，因此對提高交通管理水平具有更重要的意義?；跈z測器的交通監(jiān)控系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景

19、，隨著檢測器的不斷升級，交通監(jiān)控效果會更加顯著。參考文獻(xiàn)1 姜桂艷，蔡志理，冮龍暉，唐金芝.基于3GS技術(shù)的道路交通監(jiān)控系統(tǒng)研究J.2 陸化普智能運輸系統(tǒng)M北京：人民交通出版社，2002：227-239 3 楊大凱，王劍，蔡柏根GPS和GIS在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用J交通科技，2002（2）：53-564 張國伍智能交通系統(tǒng)工程導(dǎo)論M北京：電子工業(yè)出版社，2003：168-1985 劉偉銘高速公路系統(tǒng)控制方法M北京：人民交通出版社，1998，77-119 6 姬舒平,朱江能.高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)中主線行車速度控制策略研究J.工業(yè)控制計算機(jī)，2002，15(7):50-617 王亮，馬壽峰，李艷

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