常用的交通檢測器簡介和選用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上常用的交通檢測器簡介和選用1、概述現(xiàn)在社會交通的發(fā)展，交通檢測器的應(yīng)用越來越普及。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，也檢測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行最優(yōu)的控制。常用的檢測器有環(huán)形線圈檢測器、超聲波檢測器、紅外線檢測器、視頻圖像處理機等。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(guān)觸點閉合的機械力；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

2、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(guān)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。2、常用的交通檢測器2.1環(huán)形線圈檢測器2.1.1環(huán)形線圈檢測器的構(gòu)成及其檢測原理環(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面、通過一定工作電流的環(huán)形線圈。當車輛通過線圈或停在線圈上時，車輛引起線圈回路電感量的變化，檢測器檢測出變化量就可以檢測出車輛的存在，從而達到檢測目的。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

3、電路。（1）環(huán)形線圈環(huán)形線圈是由專用電纜幾匝構(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(dǎo)線都將在其周圍產(chǎn)生磁場，對于長度為l，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、橫截面的面積、匝數(shù)、周圍介

4、質(zhì)情況，當線圈埋設(shè)在路面下時，上述參數(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(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。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(shè)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(yīng)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(shè)計選擇電容C,使調(diào)諧回路有一個固定的震

5、蕩頻率。由電子線路知識可知，LC諧振回路的震蕩頻率f為： （3-2）這表明，f與成反比。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(gòu)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)

6、形線圈的過程的信號。輸出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。從圖3-1可以看出，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(yīng)不同檢測或控制要求可設(shè)置檢測器工

7、作于方波和短脈沖兩種輸出方式。當檢測器運行于“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(shè)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（100s150s），這種方式在雙線圈測速系統(tǒng)中得以應(yīng)用。2.1.2環(huán)形線圈檢測系統(tǒng)的構(gòu)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

8、測處理單元，該電路單元通常包括了微處理器，直接處理檢測數(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(shè)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。2.2超聲波檢測器超聲波檢測器是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。超聲波車輛檢測的探頭具有發(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。超聲波車輛檢測器的工作原理可分

9、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，則： t= t= （3-13）可見時間t與車輛高度h向?qū)?yīng)。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(yīng)的車高范圍。一般超聲波檢測器能檢測

10、出車高處于0.75m1.6m的車輛。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(yīng)。利用此方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(shè)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(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，當風(fēng)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，

11、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(shè)方便，使用壽命長等方面來說，路面埋設(shè)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。2.3紅外檢測器基于光學(xué)原理的車輛檢測器用得比較多的是紅外檢測器與激光檢測器，下面主要介紹紅外檢測器（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)動電路紅外發(fā)射管輸出端圖3-4 紅外檢測器檢測框圖紅外檢測一般采用反射式或阻斷式檢測技術(shù)。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。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

12、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。這類檢測器存在的缺點是：工作現(xiàn)場的灰塵、冰霧會影響系統(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技術(shù)是近年來逐步發(fā)展起來的一種新型車輛檢測方法，它具有無線、可一次檢測多參數(shù)和檢測范圍較大的特點，使用靈活，有著良好的應(yīng)用前景。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

13、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(dǎo)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(shè)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(xué)圖像轉(zhuǎn)換成一幀一幀的電子信號。具體來說，設(shè)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(yīng)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(shè)置于道

14、路上方或側(cè)上方，設(shè)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，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

15、。圖3-6 圖像處理車輛檢測示意圖圖3-6中的橫線m1、m2mm就是在圖像上設(shè)定的檢測線，與攝像機視場中設(shè)置的一些等距離的檢測站1、檢測站2、檢測站m相對應(yīng)?？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(yīng)的現(xiàn)場檢測站的車輛數(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(fù)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

16、方法是在攝像機攝取的圖像的基礎(chǔ)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(shè)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。2.5雷達檢測器雷達檢測器是基于多普勒效應(yīng)原理進行工作的。其原理是：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(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。雷達檢測器分組和式和分離式兩種。傳感器

17、和電子檢測裝置合為一體的叫做組合式雷達檢測器。這種檢測器結(jié)構(gòu)緊湊，制造和安裝也比較簡便，其主要缺點是維修不方便。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。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(fù)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。3、檢測器的選用在不同的道路、交通和天氣條件下，不同的檢測技術(shù)所表現(xiàn)出來的技術(shù)性能也具有一定的差異，檢測器的選用也不同，表1給出了不同應(yīng)用場所常用的檢測技術(shù)分析比較（不包括常用的環(huán)形線圈）。最常用的為環(huán)形線圈檢測器，它能夠測量一切需要測量的控制參數(shù)，并且與它的能力相比，它的價格是比較低的。目前來說，環(huán)形線圈仍具有足夠的準確性和可靠性。表1不同應(yīng)用場所可選用的檢測技術(shù) 應(yīng)用場所 檢測需求與條件 常用技術(shù)交叉路口信號控制*檢測停止車輛*一般天氣條件*真實現(xiàn)場微波雷達 *被動紅外檢測器*多普勒微波雷達 *超聲波*視頻檢測交叉路口信號控制*檢測停止車輛*惡劣氣象條件*真實現(xiàn)場微波雷達 *超聲波*長波、