交通檢測器的種類及其優(yōu)缺點

1、交通檢測器的種類及其優(yōu)缺點檢測器的概述目前國內(nèi)外在交通檢測系統(tǒng)或交通信息采集系統(tǒng)中，大量應用了電磁傳感技術、超聲傳感技術、雷達探測技術、視頻檢測技術、計算機技術、通信技術等高新科學技術。相應地，交通信息檢測器主要有：電感環(huán)檢測器（環(huán)型感應線圈）、超聲波檢測器、紅外檢測器、雷達檢測器、視頻檢測器等。交通檢測器以車輛為檢測目標，檢測車輛的通過或存在狀況，對于異常交通流信息如擁堵、事故等也能進行實時監(jiān)測，也檢測路上車流的各種參數(shù)，如車流量、車速、車型分類、占有率、排隊等，其作用是為控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進行最優(yōu)的控制。檢測器的分類檢測器種類很多，其工作原理大致可分為兩類：檢測能使某種開關觸點閉合

2、的機械力；2檢測因車輛的運動或存在引起的能量變化。壓力檢測器就是利用機械力檢測的例子，而利用能量變化進行檢測則有環(huán)形線圈檢測器超聲波檢測器等等。按照能否檢測靜止車輛來分，檢測器可分為兩類。有些檢測器如環(huán)形線圈、磁強計檢測器能檢測存在于檢測區(qū)域的靜止或運動的車輛，這類檢測器稱為存在型檢測器；而另一類檢測器只能檢測運動通過檢測區(qū)域的車輛，這類檢測器稱作通過型檢測器。檢測器還可以檢測和交通有關的環(huán)境條件，以便在出現(xiàn)有害的環(huán)境條件時能夠?qū)煌ㄟM行控制或提出警告。常用檢測器的原理及優(yōu)缺點介紹超聲波檢測器工作原理:根據(jù)光沿直線傳播的原理，當光遇到障礙物時就會被反射回來，同理當超聲波遇到障礙物（車輛）時就會

3、產(chǎn)生一反射波，反射波傳送回接收端，根據(jù)時間差就可以判斷是否有車輛通過。正常情況下，沒有車輛時超聲波返回到超聲波檢測器用的時間比有車輛通過時用的時間要長，當接收到反射波的事件變短就可以判斷出車輛通過。超聲波車輛檢測器的工作原理可分為兩種：傳播時間差法和多普勒法。（1）傳播時間差法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。當有車輛時，超聲波會經(jīng)車輛提前返回，檢測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間分別為t和t',貝y：2H2（H-h）=t'=（

4、3-13）vv可見時間t'與車輛高度h向?qū)?。這個特點即用來判別車輛存在，也可用于估計車高。從圖3-3b還可看出，調(diào)整啟動脈沖的啟動時間和寬度，能夠限制輸出信號發(fā)生的時間t'的范圍，由式（3-13）就可以得出能被檢測出來的車輛對應的車高范圍。一般超聲波檢測器能檢測出車高處于0.75m1.6m的車輛。11rn發(fā)射，反射脈沖發(fā)時脈沖一舉自車輛的反射曲沖來自藥面的反射脈沖標農(nóng)電復林沖一啟動辟沖出肘沖圖3-3超聲波傳播時間差法檢測車輛原理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)射超聲波同時接收信號，如果有移動物體，那么接收到的反射波信號就會呈現(xiàn)多普勒效應。利用此方

5、法可檢測正在駛近或正在遠離的車輛，而不能檢測出處于檢測范圍內(nèi)的靜止車輛。由于超聲波檢測器采用懸掛式安裝，這與路面埋設式檢測器（如環(huán)形線圈）相比有許多優(yōu)點。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，可移動，架設方便，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，當風速6級以上時，反射波產(chǎn)生飄移而無法正常檢測；探頭下方通過的人或物也會產(chǎn)生反射波，造成誤檢。所以超聲波檢測器要按照一定的規(guī)范安裝。從架設方便，使用壽命長等方面來說，路面埋設式檢測器不如超聲波檢測器，所以超聲波檢測器成為目前使用量僅次于環(huán)形線圈的一種檢測器。優(yōu)點:首先超聲波檢測器安裝在路側，不用破壞路面;其次，

6、耐用且安裝方便。缺點:易受周圍環(huán)境的影響，例如溫度、雨雪等;其次檢測范圍有限，檢測精度不高，當有人或者其他動物通過時極可能發(fā)生誤檢。（2線圈檢測器:環(huán)形線圈檢測器是最早使用的事件檢測器，目前世界很多國家的高速公路仍然在使用線圈檢測器。工作原理:線圈檢測器包含一個長方形或者圓形的閉合線圈，線圈內(nèi)通有時刻變化的電流，根據(jù)變化的電場會產(chǎn)生磁場，交變的電磁會產(chǎn)生電場的原理，當線圈受到壓力的作用時線圈內(nèi)的回路電感量會產(chǎn)生變化，進而導致電流的變化，根據(jù)電感量是否發(fā)生變化就可以知道是否有車輛通過了。環(huán)形線圈檢測器主要包括：環(huán)形線圈、線圈調(diào)諧回路和檢測電路。（1）環(huán)形線圈環(huán)形線圈是由專用電纜幾匝構成（一般為4

7、匝），一般規(guī)格為2mX2m的正方形，根據(jù)不同的需要，可以改變線圈的形狀和尺寸。對車輛檢測起直接作用的是環(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，任何載流導線都將在其周圍產(chǎn)生磁場，對于長度為1,匝數(shù)為N的螺線管型線圈,線圈內(nèi)磁場強度均勻。道路上的環(huán)形線圈不能完全等同于螺線管,考慮其磁場的不均勻修正因子Fi,其自感量厶自可近似于螺線管得自感量乘修正因子即:3-1)式中卩是介質(zhì)的相對磁導率，空氣的卩二1，卩=4x10-7hm-i；A為線圈面積。rr0由上式可知，環(huán)形線圈自感的大小取決于線圈的周長、橫截面的面積、匝數(shù)、周圍介質(zhì)情況，當線圈埋設在路面下時，上述參

8、數(shù)就基本確定了。而車輛進入環(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。當鐵磁性的車體進入環(huán)形線圈時，車體內(nèi)會感生渦電流，并且產(chǎn)生與環(huán)路向耦合但方向相反的電磁場，即互感，降低線圈環(huán)路電感。由于線圈設計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)形線圈作為一個感應元件，通過一個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，設計選擇電容C,使調(diào)諧回路有一個固定的震蕩頻率。由電子線路知識可知，LC諧振

9、回路的震蕩頻率f為：1f=（3-2）2LC這表明，彳與遼成反比。前面已分析，車輛進入環(huán)形線圈將使回路總電感L減少，因而也會使震蕩回路頻率增大。只要將該回路的輸出送檢測電路處理得到頻率隨時間變化的信號就可以檢測出是否有車輛通過。（3）信號檢測與輸出檢測電路包括相位鎖定器、相位比較器、輸出電路等，現(xiàn)在很多型號的環(huán)形線圈檢測器還包含微處理器，它與檢測電路一起構成信號檢測處理單元。相位比較器的一個輸入信號是相位鎖定器的輸出信號，其頻率為調(diào)諧回路的固有震蕩頻率，另一個輸入信號跟蹤車輛通過線圈時諧振回路的頻率變化，從而使輸出的信號為一反映頻率隨時間變化的電壓信號也就是反映車輛通過環(huán)形線圈的過程的信號。輸出

10、電路先將相位比較器輸出的信號進行放大，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)字信號輸出用來計數(shù)或控制。亦可用微機綜合處理輸出信號獲得各種交通參數(shù)。帶有微處理機的環(huán)形線圈檢測器則可以直接做到這一點。，當車輛前沿進入線圈一邊時，檢測器被觸發(fā)產(chǎn)生信號輸出，而當車輛后沿離駛線圈另一邊時，信號強度低于閾值，輸出電平降為零。車輛這個實際對環(huán)形線圈作用的長度Lji稱為車輛有效長度。車輛有效長度數(shù)值上約等于車輛長度與線圈長度之和。顯然，大多數(shù)情況下都使用檢測器的數(shù)字電平輸出。為了檢測不同的交通參數(shù)和適應不同檢測或控制要求可設置檢測器工作于方波和短脈沖兩種輸出方式。當檢測器運行

11、于“方波”的工作方式時，只要車輛進入環(huán)形線圈，檢測器就產(chǎn)生并保持信號輸出(當車輛離開環(huán)形線圈后，仍可設置信號持續(xù)一段時間)。電路中的計時器自動計測信號持續(xù)時間，這對有些交通控制參數(shù)如占有率等的檢測計算很有用處。當檢測器運行于“短脈沖”的輸出方式時，每當車輛通過環(huán)形線圈檢測器就產(chǎn)生一個短脈沖(100Us150Us)，這種方式在雙線圈測速系統(tǒng)中得以應用。環(huán)形線圈檢測系統(tǒng)的構成環(huán)形線圈檢測系統(tǒng)包括埋于路面下面的環(huán)形線圈、接線盒、傳輸電纜、信號檢測處理單元等。檢測車輛時，將一個或多個環(huán)形線圈按一定的方法埋于路面下，線頭接入接線盒，信號由傳輸電纜送入信號檢測處理單元，該電路單元通常包括了微處理器，直接處

12、理檢測數(shù)據(jù)，計算一些交通控制參數(shù)。環(huán)形線圈檢測系統(tǒng)與控制中心的主控機通過電纜連接、通信，主控機可發(fā)送信號，設置檢測器的檢測周期等工作狀態(tài)，并監(jiān)測檢測器故障；檢測器則將檢測數(shù)據(jù)如車輛計數(shù)、占有率等傳送至主控機，以便完成控制系統(tǒng)的信息存儲、優(yōu)化配置、方案選擇和事件檢測等功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳控制效果。優(yōu)點:首先目前線圈檢測技術己被世界大部分國家使用，相對來說比較成熟，且價格相對合理;其次線圈檢測器被埋在地下，所以受周圍環(huán)境的影響很小，且其自身的結構決定了它很高的穩(wěn)定性和精確度。缺點:a.目前我國的道路修建現(xiàn)狀是先將道路鋪設好后再埋設線圈，這樣在埋設線圈時就需要再次將路面挖開，埋好線圈后再一次將路面鋪

13、好，這種經(jīng)過挖開然后再次鋪建的路面肯定沒有原始的未經(jīng)破壞的路面經(jīng)久耐用，而且再次挖開和復建道路必須有足夠的財力支持才可以完成，無形中提高了道路的修建成本。b.感應線圈雖然埋在地下，但是其主要是根據(jù)電流的變化來判斷有無車輛通過的，當外界環(huán)境突然變化時就會影響其內(nèi)部電流的變化，進而造成誤判，如氣溫的驟降就會影響線圈的正常工作。C.感應線圈主要根據(jù)線圈內(nèi)部自感應電流的變化來判斷是否有車輛通過，受該原理的限制，當車速過快或者車輛擁堵時，前后車之間的間距很可能會小于3m,此時，線圈電流變化很不明顯，所以很難準確的判斷是否有車輛通過，這樣其檢測精度就會大大降低。d.并不是所有的檢測線圈都可以識別鄰近車道是

14、否有車輛通過，這就要求工作人員在硬件或者軟件上部分加入可以跨車道判斷車輛的部分。(3) 視頻車輛檢測器實時交通車輛檢測系統(tǒng)是一種計算機處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先通過視頻攝像頭獲取實時圖像，然后利用視頻處理技術對采集的視頻進行分析處理，通過觀察分析處理后的結果，統(tǒng)計有多少輛車該路段行駛，車輛的型號是什么，車輛的行駛速度是多少等交通參數(shù)，以達到更加直觀更加及時的掌握交通運行狀況Sa。工作原理:在道路上架設攝像機，在攝像機可以撲捉到的范圍內(nèi)埋設線圈，當車輛通過時，線圈產(chǎn)生一信號來啟動攝像機，攝像機啟動拍攝車輛的運行狀態(tài)，并將運行狀態(tài)傳送至監(jiān)控室的PC機上，在PC機上用軟件對這一視頻進行處理得到車輛的運行參

15、數(shù)，如車速、占有率等。視頻圖像處理車輛檢測系統(tǒng)通常由電子攝像機、圖像處理機(包含微處理器)、顯示器等部分組成。如圖3-5，攝像機對道路的一定區(qū)域范圍攝像，圖像經(jīng)傳輸線送入圖像處理機，圖像處理機對信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換等，再由微處理器處理圖像背景，實時識別車輛的存在，判別車型，由此進一步推導其他交通參數(shù)。圖像處理機還可根據(jù)需要給監(jiān)控系統(tǒng)的主控機、報警器等設備提供信號，控制中心則根據(jù)這些信號制定控制策略，發(fā)出整個控制系統(tǒng)的控制信號圖3-5圖像處理車輛檢測系統(tǒng)視頻圖像處理方法處理的是攝像機攝取的圖像。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。攝像機將視場場景即光學

16、圖像轉(zhuǎn)換成一幀一幀的電子信號。具體來說，設一幀圖像由N個一定大小的像元組成，光電元件將每個像元的平均光亮度轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)掃描裝置逐個掃描，這些像元相應的電信號依次通過信道被發(fā)送出來，成為一幀電信號。如圖3-5，攝像機設置于道路上方或側上方，設S(x,y,t)表示攝像機視場范圍內(nèi)一點(x,y),在t時刻的反射光強，通過攝像機攝像，該點圖像強度用函數(shù)I(x,y,t)表示，該信號被轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號存儲、處理。由于每幀圖像包含數(shù)十萬個像元，攝像頻率約30幀/s，所以需要大量的存儲空間。為了減少像元所占存儲空間，提高實時處理速度，通常在多幀圖像中取一幀中的一些特定線段作為檢測線進行處理。一旦選定檢測線，

17、圖像處理機中的處理程序就估測無車時檢測線上的背景強度(最簡單的方法就是估算背景的統(tǒng)計平均值)從而得到閾值。將檢測線中所含的像元的強度I(x,y,t)與閾值比較，超過閾值，說明在點(x,y)處有車輛存在或通過，否則就表示無車通過。出檢!I益L圖3-6圖像處理車輛檢測示意圖圖3-6中的橫線ml、m2mm就是在圖像上設定的檢測線，與攝像機視場中設置的一些等距離的檢測站1、檢測站2、檢測站m相對應?？v線表示個車道的界限。用上述方法處理識別各車道橫線所包含像元的強度是否超過閾值，從而判斷車輛的存在或通過。圖像處理機自動計數(shù)就得出通過橫線的車輛數(shù)，這也就是該橫線對應的現(xiàn)場檢測站的車輛數(shù)。用相鄰橫線的距離除

18、以車輛通過相鄰橫線的時間，圖像處理機可很容易的由程序計測出車速，并且可據(jù)此推算出其它交通參數(shù)。在實際的圖像處理系統(tǒng)中，背景處理是一個復雜而棘手的問題。圖像處理程序必須考慮到對多種干擾因素的補償，如不同路面對光的反射、陰影等。由于圖像處理方法是在攝像機攝取的圖像的基礎上實現(xiàn)識別和檢測的，因此在攝像機的視場范圍內(nèi)能做多點檢測而不需額外增加設備，也就是說可處理一定區(qū)域范圍而不是一個點的交通流。檢測系統(tǒng)拆裝時，不損壞路面，不影響交通，只需妥善安裝好攝像裝置。優(yōu)點:視頻檢測器采集的視頻都是實時的可以人眼觀察到的，這樣檢測到的交通事故更加可靠和直觀;視頻檢測用到的攝像頭安裝在道路的兩側，安裝方便，當攝像機

19、出現(xiàn)故障時，維護也很方便，且攝像頭的鋪筑范圍比較廣，這樣相鄰的兩個攝像機之間的距離就可以隔一段距離，減少了成本;由于是人工觀察視頻判斷是否有事故發(fā)生，所以與其他檢測器相比檢測精度更高as缺點：當有大霧、暴雨、雪等惡劣天氣時，視頻攝像機的觀察范圍受到影響，給檢測帶來困難，另外，對人員的責任心和素質(zhì)要求比較高。雷達檢測器雷達檢測器原理是基于多普勒效應進行工作的，當發(fā)射換能器向地面發(fā)射微波時，如果由車輛在微波發(fā)射線的覆蓋區(qū)域內(nèi)通過，會視部分微波發(fā)生反射，且被接收換能器收到。根據(jù)多普勒效應，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）。雷達檢測器分組和式和分離式兩種。傳感器和電子檢

20、測裝置合為一體的叫做組合式雷達檢測臾方器。分離式檢測器是將傳感器和電子檢測裝置分開安裝，這種檢測器只將傳感器懸掛在道路上方（可利用電燈桿安裝），而電子檢測裝置安裝在路邊的檢測箱內(nèi)，以便于維修。優(yōu)點：利用檢測電路，將頻差轉(zhuǎn)化為脈沖信號，即可檢測車輛的存在或通過，同時也可以測定車速。缺點：相對而言雷達檢測器的使用只是在一些特殊場合，因為它的維護比較復雜。雷達檢測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到車輛的存在。紅外檢測器紅外檢測器一般采用反射式或阻斷式檢測技術。例如反射式檢測探頭，它包括一個紅外發(fā)光管和一個接收管。無車時，接收管不受光；有車時，接受車體反射的紅外線。工作原理是

21、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，當由車輛通過時,紅外線脈沖從車體反射回來，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)動器輸出一個檢測信號。射管輸出端紅外的檢測器是紅外分光光度計的重要組成部分，紅外的檢測器也有多種。1紅外檢測器分為熱電檢測器和光檢測器兩類。熱電檢測器是將紅外的輻射熱能轉(zhuǎn)化為電能，從而檢測電信號來測量紅外線的強弱。光檢測器則是利用紅外線的熱能使得檢測器的溫度發(fā)生改變,從而導電性發(fā)生變化，此時通過測量電阻來衡量紅外信號的強弱。光檢測器有：met（汞鉻碲）、inte（銻化銦）等。熱電檢測器有：dtgs（氘化硫三肽）、litapo3

22、（鉭酸鋰）優(yōu)點是：紅外檢測作為非破壞檢測眾多方法中的一個，它們的功能在相比之下是各有特色，但紅外檢測卻有其獨到之處，形成了它的檢測優(yōu)勢，可完成x射線、超音波、聲發(fā)射及激光全息檢測等技術無法擔任的檢測。（1）非接觸性：紅外檢測的實施是不需要接觸被檢目標的，被檢物體可靜可動，可以是具有高達數(shù)千攝氏度的熱體，也可以是溫度很低的冷體。所以，紅外檢測的應用范圍極為寬廣，且便于在生產(chǎn)現(xiàn)場進行對設備、材料和產(chǎn)品的檢驗和測量。（2）安全性極強：由于紅外檢測本身是探測自然界無處不在的紅外輻射，所以它的檢測過程對人員和設備材料都不會構成任何危害；而它的檢測方式又是不接觸被檢目標，因而被檢目標即使是有害于人類健康的物體，也將由于紅外技術的遙控檢測而避免了危險。（3）檢測準確：紅外檢測的溫度分辨率和空間分辨率都可以達到相當高的水平，檢測結果準確率很高。例如，它能檢測出0.1°C，甚至0.01°C的溫差；它也能在數(shù)毫米大小的目標上檢測出其溫度場的分布;紅外顯微檢測甚至還可以檢測小到0.025mm左右的物體表面，這在線路板的診斷上十分有用。在某種意義上說，只要設備或材料的故障缺陷能夠影響熱流