交通檢測(cè)器介紹

1、交通檢測(cè)器簡(jiǎn)介和選用1、概述現(xiàn)在社會(huì)交通的發(fā)展，交通檢測(cè)器的應(yīng)用越來越普及。交通檢測(cè)器以車輛為檢測(cè)目標(biāo)，檢測(cè)車輛的通過或存在狀況，也檢測(cè)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。常用的檢測(cè)器有環(huán)形線圈檢測(cè)器、超聲波檢測(cè)器、紅外線檢測(cè)器、視頻圖像處理機(jī)等。檢測(cè)器種類很多，其工作原理大致可分為兩類：檢測(cè)能使某種開關(guān)觸點(diǎn)閉合的機(jī)械力；檢測(cè)因車輛的運(yùn)動(dòng)或存在引起的能量變化。壓力檢測(cè)器就是利用機(jī)械力檢測(cè)的例子，而利用能量變化進(jìn)行檢測(cè)則有環(huán)形線圈檢測(cè)器超聲波檢測(cè)器等等。按照能否檢測(cè)靜止車輛來分，檢測(cè)器可分為兩類。有些檢測(cè)器如環(huán)形線圈、磁強(qiáng)計(jì)檢測(cè)器能檢測(cè)存在于檢測(cè)區(qū)域的靜止或運(yùn)

2、動(dòng)的車輛，這類檢測(cè)器稱為存在型檢測(cè)器；而另一類檢測(cè)器只能檢測(cè)運(yùn)動(dòng)通過檢測(cè)區(qū)域的車輛，這類檢測(cè)器稱作通過型檢測(cè)器。檢測(cè)器還可以檢測(cè)和交通有關(guān)的環(huán)境條件，以便在出現(xiàn)有害的環(huán)境條件時(shí)能夠?qū)煌ㄟM(jìn)行控制或提出警告。2、常用的交通檢測(cè)器2.1環(huán)形線圈檢測(cè)器環(huán)形線圈檢測(cè)器的構(gòu)成及其檢測(cè)原理環(huán)形線圈檢測(cè)器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測(cè)器，它的傳感器是一個(gè)埋在路面下面、通過一定工作電流的環(huán)形線圈。當(dāng)車輛通過線圈或停在線圈上時(shí)，車輛引起線圈回路電感量的變化，檢測(cè)器檢測(cè)出變化量就可以檢測(cè)出車輛的存在，從而達(dá)到檢測(cè)目的。環(huán)形線圈檢測(cè)器主要包括：環(huán)形線圈、線圈調(diào)諧回路和檢測(cè)電路。（1）環(huán)形線圈環(huán)形線圈是由專用電纜幾

3、匝構(gòu)成（一般為4匝），一般規(guī)格為2m×2m的正方形，根據(jù)不同的需要，可以改變線圈的形狀和尺寸。對(duì)車輛檢測(cè)起直接作用的是環(huán)形線圈回路的總電感?？傠姼兄饕ōh(huán)形線圈的自感和線圈與車輛之間的互感。我們知道，任何載流導(dǎo)線都將在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)于長(zhǎng)度為l，匝數(shù)為N的螺線管型線圈，線圈內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度均勻。道路上的環(huán)形線圈不能完全等同于螺線管，考慮其磁場(chǎng)的不均勻修正因子F1,其自感量可近似于螺線管得自感量乘修正因子F1，即： （3-1）式中是介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，空氣的，；A為線圈面積。由上式可知，環(huán)形線圈自感的大小取決于線圈的周長(zhǎng)、橫截面的面積、匝數(shù)、周圍介質(zhì)情況，當(dāng)線圈埋設(shè)在路面下時(shí)，上述參數(shù)就基

4、本確定了。而車輛進(jìn)入環(huán)線線圈是，改變了環(huán)形線圈周圍介質(zhì)情況。鐵磁車體使磁導(dǎo)率增加，從而感量增加。但另一方面，環(huán)形線圈是有源探頭在其中加上交變電流，則在其周圍建立起交變電場(chǎng)。當(dāng)鐵磁性的車體進(jìn)入環(huán)形線圈時(shí)，車體內(nèi)會(huì)感生渦電流，并且產(chǎn)生與環(huán)路向耦合但方向相反的電磁場(chǎng)，即互感，降低線圈環(huán)路電感。由于線圈設(shè)計(jì)成渦流影響占支配地位的狀態(tài)，所以環(huán)路總電感量L減少。檢測(cè)出線圈環(huán)路電感量的變化，就可以判斷車輛的存在或通過。（2）調(diào)諧回路環(huán)形線圈作為一個(gè)感應(yīng)元件，通過一個(gè)變壓器接到被恒流源支持的調(diào)諧回路上，該調(diào)諧回路是LC諧振回路，設(shè)計(jì)選擇電容C,使調(diào)諧回路有一個(gè)固定的震蕩頻率。由電子線路知識(shí)可知，LC諧振回路的

5、震蕩頻率f為： （3-2）這表明，f與成反比。前面已分析，車輛進(jìn)入環(huán)形線圈將使回路總電感L減少，因而也會(huì)使震蕩回路頻率增大。只要將該回路的輸出送檢測(cè)電路處理得到頻率隨時(shí)間變化的信號(hào)就可以檢測(cè)出是否有車輛通過。（3）信號(hào)檢測(cè)與輸出檢測(cè)電路包括相位鎖定器、相位比較器、輸出電路等，現(xiàn)在很多型號(hào)的環(huán)形線圈檢測(cè)器還包含微處理器，它與檢測(cè)電路一起構(gòu)成信號(hào)檢測(cè)處理單元。相位比較器的一個(gè)輸入信號(hào)是相位鎖定器的輸出信號(hào)，其頻率為調(diào)諧回路的固有震蕩頻率，另一個(gè)輸入信號(hào)跟蹤車輛通過線圈時(shí)諧振回路的頻率變化，從而使輸出的信號(hào)為一反映頻率隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)也就是反映車輛通過環(huán)形線圈的過程的信號(hào)。輸出電路先將相位比較器

6、輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，然后以兩種方式輸出，即模擬量輸出、數(shù)字量輸出。模擬量輸出用來分別車型，數(shù)字信號(hào)輸出用來計(jì)數(shù)或控制。亦可用微機(jī)綜合處理輸出信號(hào)獲得各種交通參數(shù)。帶有微處理機(jī)的環(huán)形線圈檢測(cè)器則可以直接做到這一點(diǎn)。從圖3-1可以看出，當(dāng)車輛前沿進(jìn)入線圈一邊時(shí)，檢測(cè)器被觸發(fā)產(chǎn)生信號(hào)輸出，而當(dāng)車輛后沿離駛線圈另一邊時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度低于閾值，輸出電平降為零。車輛這個(gè)實(shí)際對(duì)環(huán)形線圈作用的長(zhǎng)度Lji稱為車輛有效長(zhǎng)度。車輛有效長(zhǎng)度數(shù)值上約等于車輛長(zhǎng)度與線圈長(zhǎng)度之和。顯然，大多數(shù)情況下都使用檢測(cè)器的數(shù)字電平輸出。為了檢測(cè)不同的交通參數(shù)和適應(yīng)不同檢測(cè)或控制要求可設(shè)置檢測(cè)器工作于方波和短脈沖兩種輸出方式。當(dāng)檢測(cè)器運(yùn)行

7、于“方波”的工作方式時(shí)，只要車輛進(jìn)入環(huán)形線圈，檢測(cè)器就產(chǎn)生并保持信號(hào)輸出（當(dāng)車輛離開環(huán)形線圈后，仍可設(shè)置信號(hào)持續(xù)一段時(shí)間）。電路中的計(jì)時(shí)器自動(dòng)計(jì)測(cè)信號(hào)持續(xù)時(shí)間，這對(duì)有些交通控制參數(shù)如占有率等的檢測(cè)計(jì)算很有用處。當(dāng)檢測(cè)器運(yùn)行于“短脈沖”的輸出方式時(shí)，每當(dāng)車輛通過環(huán)形線圈檢測(cè)器就產(chǎn)生一個(gè)短脈沖（100s150s），這種方式在雙線圈測(cè)速系統(tǒng)中得以應(yīng)用。環(huán)形線圈檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成環(huán)形線圈檢測(cè)系統(tǒng)包括埋于路面下面的環(huán)形線圈、接線盒、傳輸電纜、信號(hào)檢測(cè)處理單元等。檢測(cè)車輛時(shí)，將一個(gè)或多個(gè)環(huán)形線圈按一定的方法埋于路面下，線頭接入接線盒，信號(hào)由傳輸電纜送入信號(hào)檢測(cè)處理單元，該電路單元通常包括了微處理器，直接處理檢

8、測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算一些交通控制參數(shù)。環(huán)形線圈檢測(cè)系統(tǒng)與控制中心的主控機(jī)通過電纜連接、通信，主控機(jī)可發(fā)送信號(hào)，設(shè)置檢測(cè)器的檢測(cè)周期等工作狀態(tài)，并監(jiān)測(cè)檢測(cè)器故障；檢測(cè)器則將檢測(cè)數(shù)據(jù)如車輛計(jì)數(shù)、占有率等傳送至主控機(jī)，以便完成控制系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)、優(yōu)化配置、方案選擇和事件檢測(cè)等功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳控制效果。2.2超聲波檢測(cè)器超聲波檢測(cè)器是一種在高速公路上應(yīng)用較多的檢測(cè)器，它利用車輛形狀對(duì)超聲波波前的影響來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。超聲波車輛檢測(cè)的探頭具有發(fā)射和接受雙重功能，被設(shè)置于道路的正上方或斜上方，向路面發(fā)射超聲波，并接收來自車輛的反射波。超聲波車輛檢測(cè)器的工作原理可分為兩種：傳播時(shí)間差法和多普勒法。（1） 傳播時(shí)間差法

9、這是一種將超聲波分割成脈沖射向路面并接收其反射波的方法。當(dāng)有車輛時(shí)，超聲波會(huì)經(jīng)車輛提前返回，檢測(cè)出超前于路面的反射波，就表明車輛存在或通過。如圖3-3a所示，若超聲波探頭距地面高度為H，車輛高度為h，波速v，發(fā)自探頭的超聲波脈沖的反射波從路面和車輛返回的時(shí)間分別為t和t，則： t= t= （3-13）可見時(shí)間t與車輛高度h向?qū)?yīng)。這個(gè)特點(diǎn)即用來判別車輛存在，也可用于估計(jì)車高。從圖3-3b還可看出，調(diào)整啟動(dòng)脈沖的啟動(dòng)時(shí)間和寬度，能夠限制輸出信號(hào)發(fā)生的時(shí)間t的范圍，由式（3-13）就可以得出能被檢測(cè)出來的車輛對(duì)應(yīng)的車高范圍。一般超聲波檢測(cè)器能檢測(cè)出車高處于0.75m1.6m的車輛。圖3-3 超聲波

10、傳播時(shí)間差法檢測(cè)車輛原理a超聲波探頭與車高；b脈沖序列（2） 多普勒法超聲波探頭向空間發(fā)射超聲波同時(shí)接收信號(hào)，如果有移動(dòng)物體，那么接收到的反射波信號(hào)就會(huì)呈現(xiàn)多普勒效應(yīng)。利用此方法可檢測(cè)正在駛近或正在遠(yuǎn)離的車輛，而不能檢測(cè)出處于檢測(cè)范圍內(nèi)的靜止車輛。由于超聲波檢測(cè)器采用懸掛式安裝，這與路面埋設(shè)式檢測(cè)器（如環(huán)形線圈）相比有許多優(yōu)點(diǎn)。首先是不需破壞路面，也不受路面變形的影響；其次使用壽命長(zhǎng)，可移動(dòng)，架設(shè)方便，在日本交通工程中被大量采用。其不足之處是容易受環(huán)境的影響，當(dāng)風(fēng)速6級(jí)以上時(shí)，反射波產(chǎn)生飄移而無法正常檢測(cè)；探頭下方通過的人或物也會(huì)產(chǎn)生反射波，造成誤檢。所以超聲波檢測(cè)器要按照一定的規(guī)范安裝。從架

11、設(shè)方便，使用壽命長(zhǎng)等方面來說，路面埋設(shè)式檢測(cè)器不如超聲波檢測(cè)器，所以超聲波檢測(cè)器成為目前使用量?jī)H次于環(huán)形線圈的一種檢測(cè)器。2.3紅外檢測(cè)器基于光學(xué)原理的車輛檢測(cè)器用得比較多的是紅外檢測(cè)器與激光檢測(cè)器，下面主要介紹紅外檢測(cè)器（圖3-4）。紅外接收管車輛調(diào)制脈沖發(fā)生器選通放大整流調(diào)制解調(diào)器抗干擾網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)電路紅外發(fā)射管輸出端圖3-4 紅外檢測(cè)器檢測(cè)框圖紅外檢測(cè)一般采用反射式或阻斷式檢測(cè)技術(shù)。例如反射式檢測(cè)探頭，它包括一個(gè)紅外發(fā)光管和一個(gè)接收管。無車時(shí)，接收管不受光；有車時(shí)，接受車體反射的紅外線。其工作原理是由調(diào)制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制脈沖，經(jīng)紅外探頭向道路上輻射，當(dāng)由車輛通過時(shí)，紅外線脈沖從車體反射回來

12、，被探頭的接收管接收。經(jīng)紅外調(diào)解器調(diào)解，再通過選通、放大、整流和濾波后觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器輸出一個(gè)檢測(cè)信號(hào)。這類檢測(cè)器存在的缺點(diǎn)是：工作現(xiàn)場(chǎng)的灰塵、冰霧會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。2.4視頻圖像處理技術(shù)基于視頻圖像處理的車輛檢測(cè)技術(shù)是近年來逐步發(fā)展起來的一種新型車輛檢測(cè)方法，它具有無線、可一次檢測(cè)多參數(shù)和檢測(cè)范圍較大的特點(diǎn)，使用靈活，有著良好的應(yīng)用前景。視頻圖像處理車輛檢測(cè)系統(tǒng)通常由電子攝像機(jī)、圖像處理機(jī)（包含微處理器）、顯示器等部分組成。如圖3-5，攝像機(jī)對(duì)道路的一定區(qū)域范圍攝像，圖像經(jīng)傳輸線送入圖像處理機(jī)，圖像處理機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換等，再由微處理器處理圖像背景，實(shí)時(shí)識(shí)別車輛的存在，判別車型，

13、由此進(jìn)一步推導(dǎo)其他交通參數(shù)。圖像處理機(jī)還可根據(jù)需要給監(jiān)控系統(tǒng)的主控機(jī)、報(bào)警器等設(shè)備提供信號(hào)，控制中心則根據(jù)這些信號(hào)制定控制策略，發(fā)出整個(gè)控制系統(tǒng)的控制信號(hào)。圖3-5 圖像處理車輛檢測(cè)系統(tǒng)視頻圖像處理方法處理的是攝像機(jī)攝取的圖像。目前的系統(tǒng)一般還不能立即處理連續(xù)圖像，而是以某一速度處理一系列的圖像幀。攝像機(jī)將視場(chǎng)場(chǎng)景即光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成一幀一幀的電子信號(hào)。具體來說，設(shè)一幀圖像由N個(gè)一定大小的像元組成，光電元件將每個(gè)像元的平均光亮度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)掃描裝置逐個(gè)掃描，這些像元相應(yīng)的電信號(hào)依次通過信道被發(fā)送出來，成為一幀電信號(hào)。如圖3-5，攝像機(jī)設(shè)置于道路上方或側(cè)上方，設(shè)S(x，y，t)表示攝像機(jī)視場(chǎng)范圍

14、內(nèi)一點(diǎn)（x，y）,在t時(shí)刻的反射光強(qiáng)，通過攝像機(jī)攝像，該點(diǎn)圖像強(qiáng)度用函數(shù)I(x，y，t)表示，該信號(hào)被轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)、處理。由于每幀圖像包含數(shù)十萬(wàn)個(gè)像元，攝像頻率約30幀/s，所以需要大量的存儲(chǔ)空間。為了減少像元所占存儲(chǔ)空間，提高實(shí)時(shí)處理速度，通常在多幀圖像中取一幀中的一些特定線段作為檢測(cè)線進(jìn)行處理。一旦選定檢測(cè)線，圖像處理機(jī)中的處理程序就估測(cè)無車時(shí)檢測(cè)線上的背景強(qiáng)度（最簡(jiǎn)單的方法就是估算背景的統(tǒng)計(jì)平均值）從而得到閾值。將檢測(cè)線中所含的像元的強(qiáng)度I(x，y，t)與閾值比較，超過閾值，說明在點(diǎn)（x，y）處有車輛存在或通過，否則就表示無車通過。圖3-6 圖像處理車輛檢測(cè)示意圖圖3-6中的橫線m

15、1、m2mm就是在圖像上設(shè)定的檢測(cè)線，與攝像機(jī)視場(chǎng)中設(shè)置的一些等距離的檢測(cè)站1、檢測(cè)站2、檢測(cè)站m相對(duì)應(yīng)?？v線表示個(gè)車道的界限。用上述方法處理識(shí)別各車道橫線所包含像元的強(qiáng)度是否超過閾值，從而判斷車輛的存在或通過。圖像處理機(jī)自動(dòng)計(jì)數(shù)就得出通過橫線的車輛數(shù)，這也就是該橫線對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)站的車輛數(shù)。用相鄰橫線的距離除以車輛通過相鄰橫線的時(shí)間，圖像處理機(jī)可很容易的由程序計(jì)測(cè)出車速，并且可據(jù)此推算出其它交通參數(shù)。在實(shí)際的圖像處理系統(tǒng)中，背景處理是一個(gè)復(fù)雜而棘手的問題。圖像處理程序必須考慮到對(duì)多種干擾因素的補(bǔ)償，如不同路面對(duì)光的反射、陰影等。由于圖像處理方法是在攝像機(jī)攝取的圖像的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)識(shí)別和檢測(cè)的，因

16、此在攝像機(jī)的視場(chǎng)范圍內(nèi)能做多點(diǎn)檢測(cè)而不需額外增加設(shè)備，也就是說可處理一定區(qū)域范圍而不是一個(gè)點(diǎn)的交通流。檢測(cè)系統(tǒng)拆裝時(shí)，不損壞路面，不影響交通，只需妥善安裝好攝像裝置。2.5雷達(dá)檢測(cè)器雷達(dá)檢測(cè)器是基于多普勒效應(yīng)原理進(jìn)行工作的。其原理是：當(dāng)發(fā)射換能器向地面發(fā)射微波時(shí)，如果由車輛在微波發(fā)射線的覆蓋區(qū)域內(nèi)通過，會(huì)使部分微波發(fā)生反射，且被接收換能器收到。根據(jù)多普勒效應(yīng)，接收到的微波頻率將比原發(fā)射頻率略高或略低，即產(chǎn)生頻差（頻率偏差）。利用檢測(cè)電路，將頻差轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，即可檢測(cè)車輛的存在或通過，同時(shí)也可以測(cè)定車速。雷達(dá)檢測(cè)器有組和式和分離式兩種。傳感器和電子檢測(cè)裝置合為一體的叫做組合式雷達(dá)檢測(cè)器。這種檢

17、測(cè)器結(jié)構(gòu)緊湊，制造和安裝也比較簡(jiǎn)便，其主要缺點(diǎn)是維修不方便。分離式檢測(cè)器是將傳感器和電子檢測(cè)裝置分開安裝，這種檢測(cè)器只將傳感器懸掛在道路上方（可利用電燈桿安裝），而電子檢測(cè)裝置安裝在路邊的檢測(cè)箱內(nèi)，以便于維修。相對(duì)而言雷達(dá)檢測(cè)器的使用只是在一些特殊場(chǎng)合，因?yàn)樗木S護(hù)比較復(fù)雜。雷達(dá)檢測(cè)器要求車輛速度至少在5km/h以上，只有這樣才能可靠的檢測(cè)到車輛的存在。3、檢測(cè)器的選用在不同的道路、交通和天氣條件下，不同的檢測(cè)技術(shù)所表現(xiàn)出來的技術(shù)性能也具有一定的差異，檢測(cè)器的選用也不同，表1給出了不同應(yīng)用場(chǎng)所常用的檢測(cè)技術(shù)分析比較（不包括常用的環(huán)形線圈）。最常用的為環(huán)形線圈檢測(cè)器，它能夠測(cè)量一切需要測(cè)量的控制參數(shù)，并且與它的能力相比，它的價(jià)格是比較低的。目前來說，環(huán)形線圈仍具有足夠的準(zhǔn)確性和可靠性。表1不同應(yīng)用場(chǎng)所可選用的檢測(cè)技術(shù) 應(yīng)用場(chǎng)所 檢測(cè)需求與條件 常用技術(shù)交叉路口信號(hào)控制*檢測(cè)停止車輛*一般天氣條件*真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)微波雷達(dá) *被動(dòng)紅外檢測(cè)器*多普勒微波雷達(dá) *超聲波*視頻檢測(cè)交叉路口信號(hào)控制*檢測(cè)停止車輛*惡劣氣象條件*真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)微波雷達(dá) *超