交通檢測器綜述

山東交通學(xué)院2012屆學(xué)生學(xué)科論文交通檢測器綜述院（系）別交通與物流工程學(xué)院專業(yè)交通工程班級交通121學(xué)號姓名邵芳芳指導(dǎo)教師蔡志理二O—四年十月摘要隨著國民經(jīng)濟的的飛速發(fā)展，機動車擁有量急劇的增加，而道路通行能力滿足不了交通的需求。接蹤而來的交通問題也阻礙著交通的發(fā)展，交通擁堵日益嚴重、交通事故頻繁發(fā)生、交通環(huán)境惡化。而交通擁擠又造成車輛延誤、行駛時間延長、運行成本增加、事故頻率提高等許多不利情況。要對交通進行控制管理的同時，取得交通運行的相關(guān)參數(shù)就顯得尤為重要了，交通檢測器在數(shù)據(jù)采集方面的優(yōu)勢得天獨厚，今年來得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵字：環(huán)形線圈檢測器、超聲波檢測器、視頻圖像處理技術(shù)、紅外檢測器AbstractWiththerapiddevelopmentofnationaleconomy,thevehicleownershipincreasedsharply,andthetrafficcapacitycan'tsatisfythetrafficdemand.Followthetrafficproblemishamperingthedevelopmentoftraffic,trafficcongestion,trafficaccidentsoccurfrequently,increasinglyserioustrafficenvironmentaldegradation.Andtrafficcongestioncausedbythevehicledelay,drivingtimeextension,increasestheoperationcostandenhancestheaccidentfrequencyandsoonmanyadversesituations.Wanttocontrolthetrafficmanagementatthesametime,obtainedtherelatedparametersinthetrafficisparticularlyimportant,uniquetrafficdetectorinthefieldofdataacquisition,thisyearobtainedthewidespreadapplication.Keywords:Circularcoildetector,Ultrasonicdetector,Videoimageprocessingtechnology,引言為實現(xiàn)道路交通的自動控制，就必須實時掌握在道路上行駛或靜止的車輛的狀態(tài)，用各種交通參數(shù)去描述車輛的狀態(tài)，例如交通流、車輛速度、車型、車到占有率等。交通檢測技術(shù)是利用各種檢測設(shè)備來獲取交通參數(shù)，從而更精確有效的對交通進行管理控制。交通檢測技術(shù)是以車輛為檢測目標，以采集交通信息為目的，尋求相應(yīng)的檢測手段，采集所需要的交通參數(shù)。交通檢測技術(shù)檢測的內(nèi)容有交通流檢測、車輛狀態(tài)檢測、環(huán)境指標檢測、車輛部件性能檢測、駕駛員行為檢測、貨物運行檢測等。1常見檢測器原理交通檢測器也叫車輛檢測器，主要由檢測探頭、檢測電路、微處理器、顯示裝置、電源5部分組成。下面介紹幾種交通檢測器使用原理。一、環(huán)形線圈檢測器的組原理在同一車道的道路路基段埋設(shè)一組（2個）感應(yīng)線圈，每組感應(yīng)線圈與多通道車輛檢測器相連。當車輛分別經(jīng)過兩個線圈時，由于線圈電感量的變化，車輛的通過狀態(tài)將被檢測到，同時狀態(tài)信號傳輸給車輛檢測器，由其進行采集和計算。此方法檢測精確，設(shè)備穩(wěn)定，且在惡劣天氣條件下仍具備出色的性能。此外，廉價的成本也是其在世界范圍內(nèi)得以廣泛應(yīng)用的原因之一。二、環(huán)形線圈檢測器的組成檢測器（歐標卡式插槽）基本由機架、底板、中央處理器、檢測卡以及接線端子組成。檢測卡（品牌可選）沿導(dǎo)軌插入機架內(nèi)，并與底板和中央處理器實現(xiàn)電氣連通。1、中央處理器中央處理器是對采集信號進行計算的模塊，一般是一個帶嵌入式操作系統(tǒng)的單板機，具備較強的數(shù)字計算、存儲能力和通訊接口。通過對端口的掃描，捕捉電平的變化時間，以此計算出相應(yīng)的交通數(shù)據(jù)（具體算法稍后介紹）。一般檢測器的通訊接口包括RS232/485，比較先進的還具有以太網(wǎng)接口和GPRS模塊。目前，在國內(nèi)大多數(shù)應(yīng)用中，由于監(jiān)控路面和監(jiān)控中心距離的關(guān)系，系統(tǒng)集成商普遍采用調(diào)制解調(diào)器點對點聯(lián)接的方式上傳數(shù)據(jù)，或者通過PLC中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。任何意外情況的發(fā)生導(dǎo)致處理器死機、故障等非工作狀態(tài)，都應(yīng)該能在短時間內(nèi)重新啟動，且不應(yīng)超過三十秒。2、檢測卡檢測車輛通過或靜止在感應(yīng)線圈的檢測域時，通過感應(yīng)線圈的電感量會降低，檢測卡的功能就是檢測這一變化并精確地輸出相應(yīng)的電平。線圈式車輛檢測器采用的檢測卡品牌較多，一般都為歐標卡式接口。比較廣泛使用的有英國PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，英國的MoniSense等。國內(nèi)也有眾多的檢測卡開發(fā)商，產(chǎn)品具有較高的性能價格比，但是在抗干擾能力、檢測靈敏度、穩(wěn)定性等性能上略遜于國外同類型產(chǎn)品。就線圈感應(yīng)的角度而言，檢測卡應(yīng)該具有存在時間穩(wěn)定，并與車輛經(jīng)過實際情況相吻合的高精度電平跳變性能，因為在車輛高速通過的時候檢測時間是非常短的，通過兩個線圈的時間一般為一二百毫秒，單個線圈的存在時間更短。況且各種車的底盤輕重，距離地面位置的高低都會影響到檢測卡的電平存在時間。而存在時間和存在的開始時間是參與車長、車速計算的主要參數(shù)，這就解釋了為什么車高速通過時有些檢測卡測得的車長、車速不準確的情況，這就必須用一定的補償值，所以只有正確調(diào)節(jié)靈敏度才能保證檢測器的精度。1.2超聲波檢測器超聲波檢測器原理：在具有相互平行的表面上使用雙面斜側(cè)。面積較大的混凝土且有深縫時我們可以考慮使用鉆孔對測。相較于以上兩者的做法，當被檢測的混凝土能夠有一個表面提供的時候就需要使用單面平測的做法。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。（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。1.3視頻圖像處理技術(shù)視頻圖像處理技術(shù)原理：交通視頻的圖像處理是通過成像傳感器獲取道路交通圖像，然后利用計算機對圖像進行處理與識別，以模仿人的視覺功能，獲得ITS所需的有用信息。主要應(yīng)用在智能車輛導(dǎo)航（包括道路識別、駕駛員的視覺注意力監(jiān)視、障礙物檢測等），交通監(jiān)控（包括車輛的檢測、識別、跟蹤、違章報警、流量統(tǒng)計等）和智能收費（包括車牌識別和車型識別等）方面。交通視頻圖像處理的技術(shù)幾乎涉及到了計算機視覺技術(shù)的各個方面，不妨分為幀內(nèi)處理和幀間處理兩大類，前者處理的是單幀圖像，一般包括圖像增強、圖像復(fù)原、邊緣檢測、目標提取與識別等；后者處理的可以是同一時刻不同攝像機采集的圖像對，也可以是同一攝像機在不同時刻拍攝獲取的圖像序列。幀間處理一般流程包括運動目標的檢測、目標跟蹤、目標分類、事件查詢與檢索、行為理解與描述等。圖1描述的就是一種面向車輛監(jiān)控的視頻圖像處理的典型流程[2],首先基于背景建模分割出前景目標，然后提取車輛目標的特征并跟蹤其軌跡，并利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對跟蹤的目標進行分類，再將經(jīng)過分類的目標結(jié)果送入行為識別模塊，根據(jù)上下文信息分析和判斷相應(yīng)的行為模式。1.4紅外檢測器紅外檢測器原理:紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì),波長在0.76?100um之間，按波長的范圍可分為近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外四類，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運動愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。一切溫度在絕對零度（-273.15K。）以上的物體，都會因自身的分子運動而不停地向周圍空間輻射出紅外線，物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布———與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。通過紅外線輻射的探測器將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號后（對物體自身輻射的紅外能量的測量），就能準確地測定它的表面溫度，或者通過成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。運用這一方法，便能實現(xiàn)對目標進行遠距離熱狀態(tài)圖像成像和測溫并進行分析判斷，亦即紅外輻射檢測的基本原理。一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布———與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。紅外檢測器是一類屬于地磁類的檢測器，它可以免布線、免破路、免電源、具有超長壽命，非常適合于不破壞地面的安裝和應(yīng)用這種檢測器將隨著計算機、通信、傳感器和人工智能等技術(shù)的發(fā)展和迅速提高，使車輛檢測器技術(shù)日臻成熟，當被動式紅外線檢測器對車輛檢測和超聲波技術(shù)的聯(lián)合使用時，它就可以提供精確度更高的車輛出現(xiàn)及車輛排隊監(jiān)測，進行車輛計數(shù)及高度、距離的識別。因而它具有廣泛的應(yīng)用前景。紅外檢測器是波束檢測裝置的一種，有主動式和被動式，都可以用于交通管理。2常見檢測器優(yōu)缺點2.1環(huán)形線圈檢測器它是用來檢測交通流、車輛速度和排隊長度等交通參數(shù)性能價格比較高的一類檢測器。具有極大的適應(yīng)性，其可靠性大于其他類型的檢測器，在高速公路施工或路面翻修期間，安裝環(huán)形線圈比較經(jīng)濟有效。另外，環(huán)境的變化和環(huán)形線圈的正常老化對檢測器的工作穩(wěn)定性有較大的影響，可使檢測器諧振回路失諧而不能準確判斷車輛存在造成的頻變，因此，人工調(diào)諧的環(huán)形線圈檢測器要定期進行手工調(diào)整，以便保持儀器的精度。其優(yōu)點有成熟、易于理解的技術(shù)，靈活多變的技術(shù)，可滿足多種實施狀況的需求；與非地理型檢測器相比，價格便宜；提供基本的交通參數(shù)。缺點有安裝和維修需要關(guān)閉車道，對交通流造成干擾；在路面質(zhì)量不好的路面上安裝時易于損壞；里面翻修和道路設(shè)施維修時可能需要重裝檢測器；檢測特定的交通流時需要多個檢測器；降低道路壽命等2.2超聲波檢測器優(yōu)點有可實現(xiàn)多車道同時檢測；體積小、易于安裝；安裝維修時不需要開挖路面，易于實現(xiàn)車型分類，能檢測靜止車輛。同時。缺點有受溫度變化、強烈的氣流紊亂等環(huán)境因素影響，易受行人影響；某些型號設(shè)計了溫度補償裝置；當高速公路上車輛以中速或高速行駛時，檢測器采用大的脈沖重復(fù)周期會影響占有率的檢測。2.3視頻圖像處理技術(shù)頻檢測器是通過視頻攝像機作為前端傳感器，通過在攝像機采集視頻圖像上設(shè)置檢測區(qū)域，當車輛進入虛擬檢測區(qū)時使圖像背景灰度值發(fā)生變化，經(jīng)過處理器處理，判斷出車輛的存在，并以此檢測車輛的流量和速度等交通參數(shù)。視頻檢測器具有采集信息量大，準確，直觀可靠、安裝調(diào)試維護方便等優(yōu)點，可根據(jù)需要靈活設(shè)置檢測區(qū)域，還可提供現(xiàn)場視頻圖像，便于管理。視頻檢測器基于攝像機采集視頻作為處理內(nèi)容，視頻畫面的質(zhì)量對檢測結(jié)果具有較大影響，比較突出的影響因素有：惡劣天氣（雨、雪、霧）、燈光、樹及車輛動態(tài)陰影。隨著視頻交通檢測技術(shù)的發(fā)展，檢測算法的不斷完善，目前成熟的視頻檢測產(chǎn)品都具有夜間（低照度情況下）檢測算法、燈光反光影響的抑制算法、樹及車輛陰影抑制算法、惡劣天氣（雨、雪、霧等）檢測算法及攝像機晃動抑制等先進的算法。保證了視頻車輛檢測器全天候可靠準確運行，成為目前取代環(huán)形線圈檢測器的一種重要替代產(chǎn)品。優(yōu)點有：多檢測區(qū)域，可檢測多條車道；易于增加和改變檢測區(qū)域；可獲得大量交通數(shù)據(jù)；當多個攝影機連接到一個視頻處理單元時，可提供更廣泛的檢測。缺點有：惡劣天氣如霧、雨、雪、陰影，車輛投影到相鄰車道的陰影，交通堵塞，光照水平的變化，車輛與道路的對比，攝像機鏡頭上的水跡、鹽漬、冰霜和蜘蛛網(wǎng)都可能影響到檢測器的性能；某些型號對因大風引起的攝像機震動比較敏感；當需檢測多個檢測區(qū)域或特殊數(shù)據(jù)時，檢測器才會有較高的性價比。2.4紅外檢測器利用紅外診斷技術(shù)能快速實時、直觀地在線監(jiān)測和診斷電力設(shè)備的大多數(shù)過熱性故障,使電力設(shè)備從傳統(tǒng)的預(yù)防性檢修提高到預(yù)知性狀態(tài)維修,從而有效防止了電力設(shè)備損壞,以及由此而導(dǎo)致的電網(wǎng)大面積停電事故的發(fā)生,確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備故障檢測中的應(yīng)用,對降低維修成本,提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟效益,有著重要的意義。其有點有主動式紅外線檢測器發(fā)射多光束的紅外線保證對車輛位置、速度及車輛類型的準確測量；可實現(xiàn)多車道測量；多檢測區(qū)域的被動式紅外線檢測可測量車速；測速精度高，可檢測靜止車輛，不受環(huán)境亮光影響。這類檢測器存在的缺點是：當霧天能見度低于6米或高吹雪天氣時，檢測性能會下降；在大雨、大雪或濃霧天氣下，被動式紅外檢測器的靈敏度會下降；性能會隨環(huán)境溫度和氣流影響而降低；非車輛物體通過會影響檢測器正常工作。3常見檢測器的比較比轉(zhuǎn)項目■■'rim,譏折士衛(wèi)虧紅外檢測器1簡易.