車輛檢測(cè)技術(shù)的介紹

1、 車輛檢測(cè)技術(shù)的介紹 摘要：車輛檢測(cè)是智能交通的組成局部，是實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)、控制、分析、決策、調(diào) 度和疏導(dǎo)的依據(jù)。本文分析了智能交通中常用的車輛檢測(cè)方式、 環(huán)境適應(yīng)性和優(yōu)缺點(diǎn)及線圈 檢測(cè)和視頻檢測(cè)的應(yīng)用。 1.1. 引言 智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System ITS)Intelligent Transportation System ITS)在我國(guó)得到了廣泛 應(yīng)用。車輛檢測(cè)是智能交通系統(tǒng)的組成局部， 通過(guò)車輛檢測(cè)方式采集有效的道路 交通信息，獲得交通流量、車速、道路占有率、車間距、車輛類型等根底數(shù)據(jù)， 有目的地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、控制、分析、決策、調(diào)度和疏導(dǎo)。

2、目前，車輛檢測(cè)器的種類 很多，如有線圈檢測(cè)、視頻檢測(cè)、微波檢測(cè)、激光檢測(cè)、聲波檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、 磁力檢測(cè)、紅外線檢測(cè)等。本文列舉了幾種國(guó)內(nèi)智能交通中常用的車輛檢測(cè)方式、 環(huán)境適應(yīng)性以及優(yōu)缺點(diǎn)。 2.2. 車輛檢測(cè)方式特點(diǎn)比擬 2.12.1 線圈檢測(cè)方式 通過(guò)一個(gè)電感器件即環(huán)形線圈與車輛檢測(cè)器構(gòu)成一個(gè)調(diào)諧電子系統(tǒng)， 當(dāng)車輛 通過(guò)或停在線圈上會(huì)改變線圈的電感量， 激發(fā)電路產(chǎn)生一個(gè)輸出，從而檢測(cè)到通 過(guò)或停在線圈上的車輛。線圈檢測(cè)技術(shù)成熟、易于掌握、計(jì)數(shù)非常精確、性能穩(wěn) 定。缺點(diǎn)是交通流數(shù)據(jù)單一、安裝過(guò)程對(duì)可靠性和壽命影響很大、修理或安裝需 中斷交通、影響路面壽命、易被重型車輛、路面修理等損壞。另

3、外高緯度開凍期 和低緯度夏季路面以及路面質(zhì)量不好的地方對(duì)線圈的維護(hù)工作量比擬大的。 2.22.2 視頻檢測(cè)方式 視頻檢測(cè)方式是一種基于視頻圖像分析和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)路面運(yùn)動(dòng)目標(biāo) 物體進(jìn)行檢測(cè)分析的視頻處理技術(shù)。 它能實(shí)時(shí)分析輸入的交通圖像，通過(guò)判斷圖 像中劃定的一個(gè)或者多個(gè)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)物體， 獲得所需的交通數(shù)據(jù)。該 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需破壞路面，安裝和維護(hù)比擬方便，可為事故管理提供可視圖像、 可提供大量交通管理信息、單臺(tái)攝像機(jī)和處理器可檢測(cè)多車道。它的缺點(diǎn)是精度 不高，容易受環(huán)境、天氣、照度、十?dāng)_物等影響，對(duì)高速移動(dòng)車輛的檢測(cè)和捕獲 有一定困難。因?yàn)?，拍攝高速移動(dòng)車輛需要有足夠快的快門 (

4、至少是 1/3000S )1/3000S )、 足夠數(shù) 目的像素以及好的圖像檢測(cè)算法的支持， 視頻檢測(cè)由于需要進(jìn)行計(jì)算往往 無(wú)法捕獲到高速運(yùn)動(dòng)物體。 2.32.3 微波多卜勒檢測(cè)方式 微波式交通檢測(cè)器通過(guò)發(fā)射低能量的連續(xù)頻率調(diào)制微波信號(hào)，處理回波信 號(hào)，可以檢測(cè)出多達(dá) 8 8 個(gè)車道的車流量、道路占有率、平均車速、長(zhǎng)車流量等交 通流參數(shù)。微波檢測(cè)由發(fā)射天線和發(fā)射接收器組成。發(fā)射器對(duì)檢測(cè)區(qū)域發(fā)射微波， 當(dāng)車輛通過(guò)時(shí)，由于多普勒效應(yīng)反射波會(huì)以不同的頻率返回， 通過(guò)檢測(cè)反射波的 頻率來(lái)檢測(cè)車輛是否通過(guò)。優(yōu)點(diǎn)是在惡劣氣候下性能出色 ，可以全天候工作、可 檢測(cè)靜止的車輛、直接檢測(cè)速度、可以側(cè)向方式檢測(cè)多

5、車道、安裝維護(hù)方便，缺 點(diǎn)是側(cè)面安裝只能區(qū)分長(zhǎng)車短車，相鄰車道同時(shí)過(guò)車時(shí)可能漏記車輛數(shù)。雷達(dá)就 是依據(jù) 多卜勒效應(yīng)的一種微波檢測(cè)方式。雷達(dá)先發(fā)出一個(gè)頻率為 10001000 兆赫 的脈沖微波，如果微波射在靜止不動(dòng)的車輛上， 被反射回來(lái)，它的反射波頻率不 會(huì)改變，仍然是 10001000 兆赫。反之，如果車輛在行駛，而且速度很快，那么，根 據(jù)多卜勒效應(yīng)，反射波頻率與發(fā)射波的頻率就不相同。 通過(guò)對(duì)這種微波頻率微細(xì) 變化的精確測(cè)定，求出頻率的差異，就可以換算出汽車的速度。雷達(dá)測(cè)速有效范 圍大約在每小時(shí) 2424 公里到 255255 公里之間，測(cè)速范圍比擬大，精確度也相當(dāng)高。 對(duì)于速度較快，車流量較

6、少且方向統(tǒng)一的高速公路上面， 采用微波雷達(dá)配合高速 攝像機(jī)是一種不錯(cuò)的選擇。而對(duì)于多車道、車輛并行、人車混雜的復(fù)雜路段，單 純只使用多普勒效應(yīng)的微波雷達(dá)對(duì)路口、 路段違法車輛的進(jìn)行檢測(cè)，那么具有較大 困難，在檢測(cè)范圍內(nèi)如果出現(xiàn)多個(gè)車輛，往往無(wú)法區(qū)分目標(biāo)車輛。另外，測(cè)速$ 達(dá)一般安裝在公路中間 6 6 米高的橫臂上面，如果比擬高的大型車輛如掛車、貨 柜車等經(jīng)過(guò)，由于車體比擬高，造成車體頂部距離雷達(dá)太近，雷達(dá)發(fā)出的脈沖 微波射在車體頂部被反射回來(lái)的距離大大縮短， 往往造成了計(jì)算出來(lái)的速度值比 較大，會(huì)產(chǎn)生比擬大的誤差。 2.42.4 磁力檢測(cè)方式 在鐵磁材料中會(huì)發(fā)生磁阻的非均質(zhì)現(xiàn)象AMRAMR,

7、,當(dāng)沿著一條長(zhǎng)而且薄的 鐵磁合金帶的長(zhǎng)度方向施加一個(gè)電流， 在垂直于電流的方向施加一個(gè)磁場(chǎng)。 合金 帶自身的阻值會(huì)發(fā)生變化。利用 AMRAMR 磁阻效應(yīng)生產(chǎn)的 AMRAMR 磁阻傳感器成功地 將三維方向x, y, x, y, z z的單個(gè)傳感器件集成在同一個(gè)芯片上，而且將傳感器與 調(diào)節(jié)、補(bǔ)償電路集成一體化，可以很好地感測(cè)地磁范圍內(nèi)低于 1 1 高斯的磁場(chǎng)，可 以根據(jù)一些鐵磁物體對(duì)地磁的 擾動(dòng)， 來(lái)檢測(cè)車輛的存在，也可以根據(jù)不同車輛對(duì) 地磁產(chǎn)生的擾動(dòng)不同來(lái)識(shí)別車輛類型。磁阻傳感器的優(yōu)點(diǎn)有：安裝、維修方便， 不必封閉車道、破壞路面。缺點(diǎn)也非常明顯，對(duì)于縱向過(guò)于靠近的車輛的十?dāng)_排 除能力較差，即當(dāng)車

8、流速度較低，前后車輛之間的距離較小時(shí)對(duì)測(cè)量精度影響較 大。 2.52.5 超聲波檢測(cè)方式 超聲波檢測(cè)的原理與雷達(dá)測(cè)速類似，都是利用 多卜勒效應(yīng)的反射原理， 發(fā)射器從頂部發(fā)出超聲波，當(dāng)有車輛通過(guò)時(shí)，接收器接收到回波的時(shí)間是不一樣 的，據(jù)此可以判斷是否有車通過(guò)。與雷達(dá)測(cè)速不同的只不過(guò)其傳感器探頭發(fā)出的 是聲波而不是電磁波。此種檢測(cè)設(shè)備的缺點(diǎn)是必須頂谿安裝，安裝條件受到一定 的限制，并且傳感頭在路口這種灰塵極大的惡劣環(huán)境中使用， 壽命非常短。因此 這種檢測(cè)方法并不實(shí)用。 2.62.6 激光檢測(cè)方式 激光檢測(cè)為點(diǎn)測(cè)量行為，從理論上講是可行的并且檢測(cè)精度過(guò)程都相當(dāng)高， 但與微波雷達(dá)一樣，同樣面臨路口多道

9、路，多車輛和多行人的三多影響，點(diǎn)測(cè)量 的效率無(wú)法滿足監(jiān)管要求,最重要的是：激光檢測(cè)中的激光束對(duì)人體主要是人 眼的傷害是其在使用中極為嚴(yán)重的問題。在歐美等國(guó)家乂用激光測(cè)速的交通測(cè) 速儀器，其性能指標(biāo)不僅要到達(dá)國(guó)際 ClassiClassi 平安標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在使用中必須用人 工操控，以防止對(duì)人眼造成傷害。在日本是嚴(yán)格禁止用激光作交通檢測(cè)設(shè)備的， 因此，激光檢測(cè)在理論上講比擬好，但目前在使用中的平安問題仍未解決。 2.72.7 紅外檢測(cè)方式 紅外檢測(cè)器是頂谿式或路側(cè)式的交通流檢測(cè)器。 該檢測(cè)器一般采用反射式檢 測(cè)技術(shù)。反射式檢測(cè)器探頭由一個(gè)紅外發(fā)光管和一個(gè)紅外接收管組成， 其工作原 理是由調(diào)制脈沖發(fā)生

10、器產(chǎn)生調(diào)制脈沖， 經(jīng)紅外探頭向道路上輻射，當(dāng)有車輛通過(guò) 時(shí)，紅外線脈沖從車體反射回來(lái)被探頭的接收管接收， 經(jīng)紅外解調(diào)器解調(diào)再通過(guò) 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)。 這種檢測(cè)器具有快速 準(zhǔn)確、輪廓活晰的檢測(cè)能力。其缺點(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。 2.82.8 常見幾種車輛檢測(cè)方式比擬 技術(shù) 特點(diǎn) 聲波檢測(cè) 檢測(cè)精度局，全天候工作，能識(shí)別客貨車，口 檢測(cè)靜止的車輛、 車間距很小的車輛，體積小，易丁安裝，必須頂谿 “頻檢測(cè) 可為事故管理提供可視圖像 可提供大量交通管理信息 單臺(tái)攝像機(jī)和處理器可檢測(cè)多車道 大型車輛能遮擋隨行的小型車輛 陰影、積水反射或晝夜轉(zhuǎn)換可

11、造成檢測(cè)誤差 n n 外線檢測(cè) 晝例口米用同一算法而解決晝夜轉(zhuǎn)換的 1 1 可題 可提供大量交通管理信息 可能需要很好的紅外線焦平面檢測(cè)器，也就是要用提高功率， 降低可靠性來(lái)實(shí)現(xiàn)局靈敏度 應(yīng)線圈檢測(cè) 線圈電子放大器已標(biāo)準(zhǔn)化 技術(shù)成熟、易丁學(xué)握 計(jì)數(shù)非常精確 安裝過(guò)程對(duì)可靠性和壽命影響很大 修理或安裝需中斷交通 影響路面壽命 易被重型車輛、路面修理等損壞 n n 學(xué)檢測(cè) 根據(jù)特定車輛的聲學(xué)特征識(shí)別該車輛 為識(shí)別車輛需將接收信號(hào)進(jìn)行大量的除去背景靜噪聲的處理 3.3. 線圈檢測(cè)方式研究 線圈檢測(cè)技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最普遍的車輛檢測(cè)方式， 其靈敏度高、技術(shù) 成熟度高、計(jì)數(shù)精確、穩(wěn)定性好，不受環(huán)境的影

12、響。它的缺點(diǎn)是安裝過(guò)程對(duì)可靠 性和壽命影響很大，維修或安裝需中斷交通，破壞路面，影響路面壽命。同時(shí)線 圈易被重型車輛、路面修理等損壞，而且它的維護(hù)難度較大。 4.4. 視頻檢測(cè)方式研究 4.14.1 視頻檢測(cè)技術(shù)原理 視頻檢測(cè)技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)， 通過(guò)視頻攝像機(jī)和計(jì)算機(jī) 模仿人眼的功能，為實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)時(shí)交通信息的先進(jìn)技術(shù)。 其工作原理是通過(guò) 視頻攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)模擬人眼視覺技術(shù)，通過(guò)分析攝像機(jī)拍攝的交通圖像，在視 頻范圍內(nèi)劃定虛擬線圈，運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域?qū)е卤尘盎叶劝l(fā)生變化， 從而感 知運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的存在，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、行人等交通目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)、定位、識(shí)別 和跟蹤，并對(duì)檢測(cè)、跟

13、蹤和識(shí)別的交通運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的交通行為進(jìn)行分析和判斷， 從 而既完成各種交通數(shù)據(jù)信息的采集。 4.24.2 視頻檢測(cè)算法優(yōu)化探討 4.2.14.2.1 視頻算法的優(yōu)缺點(diǎn)比擬 常用的三種視頻檢測(cè)算法有著它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)： (1)(1) 背景差分法：攝像機(jī)固定，算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，在背景的情況下， 能夠提供最完全的特征數(shù)據(jù)，并能完整地檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。由于背景建模對(duì)光照、 天氣變化以及突發(fā)事件等外部動(dòng)態(tài)場(chǎng)景變化極其敏感， 所以當(dāng)背景更新不能很好 的適應(yīng)變化場(chǎng)景時(shí)，無(wú)疑將影響到目標(biāo)的檢測(cè)。 (2)(2) 相鄰幀差分法：采用固定攝像機(jī)，對(duì)動(dòng)態(tài)變化環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè) 有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。在實(shí)時(shí)性方面顯示出優(yōu)越性，

14、由于連續(xù)兩幀時(shí)間間隔短，受 光線變化、攝像頭抖動(dòng)的影響很小。但總體來(lái)說(shuō)該方法不能完全提取所有相關(guān)的 特征像素點(diǎn)，得到的背景并不是純背景圖像，故檢測(cè)結(jié)果不十分精確，在運(yùn)動(dòng)實(shí) 體內(nèi)部易產(chǎn)生空洞現(xiàn)象，不利于進(jìn)一步的目標(biāo)分析與識(shí)別。 (3)(3) 光流場(chǎng)法：該方法的優(yōu)點(diǎn)是在攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)存在的前提下也能檢測(cè)出獨(dú) 立的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。然而，大多數(shù)的光流計(jì)算方法相當(dāng)復(fù)雜，運(yùn)算量很大，且抗噪性 能差，除非有特殊的硬件支持，否那么很難實(shí)現(xiàn)動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。 4.2.24.2.2 視頻算法的改良建議 (1)(1) 解決背景差分中的背景更新問題。設(shè)定一個(gè)時(shí)間開關(guān) t,t,每經(jīng)過(guò)時(shí)間 t t 時(shí)，將當(dāng)前幀與上一個(gè)背景相差分，

15、并統(tǒng)計(jì)它們差值的灰度直方圖，如果有運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)存在，那么在直方圖圖上存在至少兩個(gè)波峰，其中一個(gè)為背景其他為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)， 否那么只有一個(gè)波峰。以此來(lái)判斷當(dāng)前幀是否有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)， 如果沒有，即將當(dāng)前幀 設(shè)為背景，否那么計(jì)算下一幀，直到有新背景更新為止，以此類推，這就很好的解 決了捕獲率隨著外界變化而降低的問題。保證了背景圖像的不斷更新。 (2)(2) 解決效率問題。將每幀圖像分成幾塊，比方 9 9 塊，分布。在做相鄰幀 差分時(shí)，第一次對(duì)應(yīng)塊相差分，如果第一列的三個(gè)塊中有目標(biāo)被檢測(cè)出來(lái)， 那么在 下一次相鄰幀差分時(shí),只計(jì)算第一列或者第三列，為了進(jìn)一步提高速度，只針對(duì) 每一行進(jìn)行差分，比方第一行第一列檢測(cè)到目標(biāo)，那么在后面的差分中，只處理第 一行的第二列或者第三列，當(dāng)目標(biāo)駛出第三列時(shí)，再開始新的計(jì)算。 (3)(3) 將幾種方法相互結(jié)合，相互補(bǔ)償，才能到達(dá)更好的使用效果。 5.5. 結(jié)束語(yǔ) 經(jīng)過(guò)深入調(diào)研和分析，目前使用最多的是感應(yīng)線圈和視頻檢測(cè)這兩種方式。 綜合考慮使用環(huán)境、性能要求、本錢、使用壽命、日常維護(hù)和系統(tǒng)升級(jí)等方面， 在普通道路或者車流密集的情況下優(yōu)先考慮使用線圈檢測(cè)方式，在大橋、高架橋、 隧道等不能破壞路面的情況下優(yōu)先考慮視頻檢測(cè)方式，在高速公路、快速環(huán)路等 封閉型道路乂需測(cè)速的情況下優(yōu)先考慮微波 (雷達(dá))檢測(cè)方式。由于當(dāng)前不同檢 測(cè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)都十