交通檢測(cè)器綜述

山東交通學(xué)院2012屆學(xué)生學(xué)科論文交通檢測(cè)器綜述院（系）別交通與物流工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)交通工程班級(jí)交通121學(xué)號(hào)姓名邵芳芳指導(dǎo)教師蔡志理二O—四年十月摘要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的的飛速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)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(lái)的交通問(wèn)題也阻礙著交通的發(fā)展，交通擁堵日益嚴(yán)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(chē)輛延誤、行駛時(shí)間延長(zhǎng)、運(yùn)行成本增加、事故頻率提高等許多不利情況。要對(duì)交通進(jìn)行控制管理的同時(shí)，取得交通運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)就顯得尤為重要了，交通檢測(cè)器在數(shù)據(jù)采集方面的優(yōu)勢(shì)得天獨(dú)厚，今年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵字：環(huán)形線圈檢測(cè)器、超聲波檢測(cè)器、視頻圖像處理技術(shù)、紅外檢測(cè)器AbstractWiththerapiddevelopmentofnationaleconomy,thevehicleownershipincreasedsharply,andthetrafficcapacitycan'tsatisfythetrafficdemand.Followthetrafficproblemishamperingthedevelopmentoftraffic,trafficcongestion,trafficaccidentsoccurfrequently,increasinglyserioustrafficenvironmentaldegradation.Andtrafficcongestioncausedbythevehicledelay,drivingtimeextension,increasestheoperationcostandenhancestheaccidentfrequencyandsoonmanyadversesituations.Wanttocontrolthetrafficmanagementatthesametime,obtainedtherelatedparametersinthetrafficisparticularlyimportant,uniquetrafficdetectorinthefieldofdataacquisition,thisyearobtainedthewidespreadapplication.Keywords:Circularcoildetector,Ultrasonicdetector,Videoimageprocessingtechnology,引言為實(shí)現(xiàn)道路交通的自動(dòng)控制，就必須實(shí)時(shí)掌握在道路上行駛或靜止的車(chē)輛的狀態(tài)，用各種交通參數(shù)去描述車(chē)輛的狀態(tài)，例如交通流、車(chē)輛速度、車(chē)型、車(chē)到占有率等。交通檢測(cè)技術(shù)是利用各種檢測(cè)設(shè)備來(lái)獲取交通參數(shù)，從而更精確有效的對(duì)交通進(jìn)行管理控制。交通檢測(cè)技術(shù)是以車(chē)輛為檢測(cè)目標(biāo)，以采集交通信息為目的，尋求相應(yīng)的檢測(cè)手段，采集所需要的交通參數(shù)。交通檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)的內(nèi)容有交通流檢測(cè)、車(chē)輛狀態(tài)檢測(cè)、環(huán)境指標(biāo)檢測(cè)、車(chē)輛部件性能檢測(cè)、駕駛員行為檢測(cè)、貨物運(yùn)行檢測(cè)等。1常見(jiàn)檢測(cè)器原理交通檢測(cè)器也叫車(chē)輛檢測(cè)器，主要由檢測(cè)探頭、檢測(cè)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(cè)器使用原理。一、環(huán)形線圈檢測(cè)器的組原理在同一車(chē)道的道路路基段埋設(shè)一組（2個(gè)）感應(yīng)線圈，每組感應(yīng)線圈與多通道車(chē)輛檢測(cè)器相連。當(dāng)車(chē)輛分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)線圈時(shí)，由于線圈電感量的變化，車(chē)輛的通過(guò)狀態(tài)將被檢測(cè)到，同時(shí)狀態(tài)信號(hào)傳輸給車(chē)輛檢測(cè)器，由其進(jìn)行采集和計(jì)算。此方法檢測(cè)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(jià)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(cè)器的組成檢測(cè)器（歐標(biāo)卡式插槽）基本由機(jī)架、底板、中央處理器、檢測(cè)卡以及接線端子組成。檢測(cè)卡（品牌可選）沿導(dǎo)軌插入機(jī)架內(nèi)，并與底板和中央處理器實(shí)現(xiàn)電氣連通。1、中央處理器中央處理器是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行計(jì)算的模塊，一般是一個(gè)帶嵌入式操作系統(tǒng)的單板機(jī)，具備較強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算、存儲(chǔ)能力和通訊接口。通過(guò)對(duì)端口的掃描，捕捉電平的變化時(shí)間，以此計(jì)算出相應(yīng)的交通數(shù)據(jù)（具體算法稍后介紹）。一般檢測(cè)器的通訊接口包括RS232/485，比較先進(jìn)的還具有以太網(wǎng)接口和GPRS模塊。目前，在國(guó)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接的方式上傳數(shù)據(jù)，或者通過(guò)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(jī)、故障等非工作狀態(tài)，都應(yīng)該能在短時(shí)間內(nèi)重新啟動(dòng)，且不應(yīng)超過(guò)三十秒。2、檢測(cè)卡檢測(cè)車(chē)輛通過(guò)或靜止在感應(yīng)線圈的檢測(cè)域時(shí)，通過(guò)感應(yīng)線圈的電感量會(huì)降低，檢測(cè)卡的功能就是檢測(cè)這一變化并精確地輸出相應(yīng)的電平。線圈式車(chē)輛檢測(cè)器采用的檢測(cè)卡品牌較多，一般都為歐標(biāo)卡式接口。比較廣泛使用的有英國(guó)PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，英國(guó)的MoniSense等。國(guó)內(nèi)也有眾多的檢測(cè)卡開(kāi)發(fā)商，產(chǎn)品具有較高的性能價(jià)格比，但是在抗干擾能力、檢測(cè)靈敏度、穩(wěn)定性等性能上略遜于國(guó)外同類(lèi)型產(chǎn)品。就線圈感應(yīng)的角度而言，檢測(cè)卡應(yīng)該具有存在時(shí)間穩(wěn)定，并與車(chē)輛經(jīng)過(guò)實(shí)際情況相吻合的高精度電平跳變性能，因?yàn)樵谲?chē)輛高速通過(guò)的時(shí)候檢測(cè)時(shí)間是非常短的，通過(guò)兩個(gè)線圈的時(shí)間一般為一二百毫秒，單個(gè)線圈的存在時(shí)間更短。況且各種車(chē)的底盤(pán)輕重，距離地面位置的高低都會(huì)影響到檢測(cè)卡的電平存在時(shí)間。而存在時(shí)間和存在的開(kāi)始時(shí)間是參與車(chē)長(zhǎng)、車(chē)速計(jì)算的主要參數(shù)，這就解釋了為什么車(chē)高速通過(guò)時(shí)有些檢測(cè)卡測(cè)得的車(chē)長(zhǎng)、車(chē)速不準(zhǔn)確的情況，這就必須用一定的補(bǔ)償值，所以只有正確調(diào)節(jié)靈敏度才能保證檢測(cè)器的精度。1.2超聲波檢測(cè)器超聲波檢測(cè)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(shí)我們可以考慮使用鉆孔對(duì)測(cè)。相較于以上兩者的做法，當(dāng)被檢測(cè)的混凝土能夠有一個(gè)表面提供的時(shí)候就需要使用單面平測(cè)的做法。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(chē)輛形狀對(duì)超聲波波前的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。超聲波車(chē)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(lái)自車(chē)輛的反射波。超聲波車(chē)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(chē)輛時(shí)，超聲波會(huì)經(jīng)車(chē)輛提前返回，檢測(cè)出超前于路面的反射波，就表明車(chē)輛存在或通過(guò)。（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(chē)輛，而不能檢測(cè)出處于檢測(cè)范圍內(nèi)的靜止車(chē)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(guò)成像傳感器獲取道路交通圖像，然后利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理與識(shí)別，以模仿人的視覺(jué)功能，獲得ITS所需的有用信息。主要應(yīng)用在智能車(chē)輛導(dǎo)航（包括道路識(shí)別、駕駛員的視覺(jué)注意力監(jiān)視、障礙物檢測(cè)等），交通監(jiān)控（包括車(chē)輛的檢測(cè)、識(shí)別、跟蹤、違章報(bào)警、流量統(tǒng)計(jì)等）和智能收費(fèi)（包括車(chē)牌識(shí)別和車(chē)型識(shí)別等）方面。交通視頻圖像處理的技術(shù)幾乎涉及到了計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的各個(gè)方面，不妨分為幀內(nèi)處理和幀間處理兩大類(lèi)，前者處理的是單幀圖像，一般包括圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、邊緣檢測(cè)、目標(biāo)提取與識(shí)別等；后者處理的可以是同一時(shí)刻不同攝像機(jī)采集的圖像對(duì)，也可以是同一攝像機(jī)在不同時(shí)刻拍攝獲取的圖像序列。幀間處理一般流程包括運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)分類(lèi)、事件查詢(xún)與檢索、行為理解與描述等。圖1描述的就是一種面向車(chē)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(biāo)，然后提取車(chē)輛目標(biāo)的特征并跟蹤其軌跡，并利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)跟蹤的目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，再將經(jīng)過(guò)分類(lèi)的目標(biāo)結(jié)果送入行為識(shí)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(cè)器紅外檢測(cè)器原理:紅外線是一種電磁波，具有與無(wú)線電波及可見(jiàn)光一樣的本質(zhì),波長(zhǎng)在0.76?100um之間，按波長(zhǎng)的范圍可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)紅外四類(lèi)，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無(wú)線電波與可見(jiàn)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(huì)產(chǎn)生自身的分子和原子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運(yùn)動(dòng)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(duì)零度（-273.15K。）以上的物體，都會(huì)因自身的分子運(yùn)動(dòng)而不停地向周?chē)臻g輻射出紅外線，物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布———與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。通過(guò)紅外線輻射的探測(cè)器將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后（對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量），就能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，或者通過(guò)成像裝置的輸出信號(hào)就可以完全一一對(duì)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(yùn)用這一方法，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)圖像成像和測(cè)溫并進(jìn)行分析判斷，亦即紅外輻射檢測(cè)的基本原理。一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周?chē)臻g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(zhǎng)的分布———與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。紅外檢測(cè)器是一類(lèi)屬于地磁類(lèi)的檢測(cè)器，它可以免布線、免破路、免電源、具有超長(zhǎng)壽命，非常適合于不破壞地面的安裝和應(yīng)用這種檢測(cè)器將隨著計(jì)算機(jī)、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(chē)輛檢測(cè)器技術(shù)日臻成熟，當(dāng)被動(dòng)式紅外線檢測(cè)器對(duì)車(chē)輛檢測(cè)和超聲波技術(shù)的聯(lián)合使用時(shí)，它就可以提供精確度更高的車(chē)輛出現(xiàn)及車(chē)輛排隊(duì)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行車(chē)輛計(jì)數(shù)及高度、距離的識(shí)別。因而它具有廣泛的應(yīng)用前景。紅外檢測(cè)器是波束檢測(cè)裝置的一種，有主動(dòng)式和被動(dòng)式，都可以用于交通管理。2常見(jiàn)檢測(cè)器優(yōu)缺點(diǎn)2.1環(huán)形線圈檢測(cè)器它是用來(lái)檢測(cè)交通流、車(chē)輛速度和排隊(duì)長(zhǎng)度等交通參數(shù)性能價(jià)格比較高的一類(lèi)檢測(cè)器。具有極大的適應(yīng)性，其可靠性大于其他類(lèi)型的檢測(cè)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(jì)有效。另外，環(huán)境的變化和環(huán)形線圈的正常老化對(duì)檢測(cè)器的工作穩(wěn)定性有較大的影響，可使檢測(cè)器諧振回路失諧而不能準(zhǔn)確判斷車(chē)輛存在造成的頻變，因此，人工調(diào)諧的環(huán)形線圈檢測(cè)器要定期進(jìn)行手工調(diào)整，以便保持儀器的精度。其優(yōu)點(diǎn)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(shí)施狀況的需求；與非地理型檢測(cè)器相比，價(jià)格便宜；提供基本的交通參數(shù)。缺點(diǎn)有安裝和維修需要關(guān)閉車(chē)道，對(duì)交通流造成干擾；在路面質(zhì)量不好的路面上安裝時(shí)易于損壞；里面翻修和道路設(shè)施維修時(shí)可能需要重裝檢測(cè)器；檢測(cè)特定的交通流時(shí)需要多個(gè)檢測(cè)器；降低道路壽命等2.2超聲波檢測(cè)器優(yōu)點(diǎn)有可實(shí)現(xiàn)多車(chē)道同時(shí)檢測(cè)；體積小、易于安裝；安裝維修時(shí)不需要開(kāi)挖路面，易于實(shí)現(xiàn)車(chē)型分類(lèi)，能檢測(cè)靜止車(chē)輛。同時(shí)。缺點(diǎn)有受溫度變化、強(qiáng)烈的氣流紊亂等環(huán)境因素影響，易受行人影響；某些型號(hào)設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償裝置；當(dāng)高速公路上車(chē)輛以中速或高速行駛時(shí)，檢測(cè)器采用大的脈沖重復(fù)周期會(huì)影響占有率的檢測(cè)。2.3視頻圖像處理技術(shù)頻檢測(cè)器是通過(guò)視頻攝像機(jī)作為前端傳感器，通過(guò)在攝像機(jī)采集視頻圖像上設(shè)置檢測(cè)區(qū)域，當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入虛擬檢測(cè)區(qū)時(shí)使圖像背景灰度值發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)處理器處理，判斷出車(chē)輛的存在，并以此檢測(cè)車(chē)輛的流量和速度等交通參數(shù)。視頻檢測(cè)器具有采集信息量大，準(zhǔn)確，直觀可靠、安裝調(diào)試維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)需要靈活設(shè)置檢測(cè)區(qū)域，還可提供現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像，便于管理。視頻檢測(cè)器基于攝像機(jī)采集視頻作為處理內(nèi)容，視頻畫(huà)面的質(zhì)量對(duì)檢測(cè)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(shù)及車(chē)輛動(dòng)態(tài)陰影。隨著視頻交通檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)算法的不斷完善，目前成熟的視頻檢測(cè)產(chǎn)品都具有夜間（低照度情況下）檢測(cè)算法、燈光反光影響的抑制算法、樹(shù)及車(chē)輛陰影抑制算法、惡劣天氣（雨、雪、霧等）檢測(cè)算法及攝像機(jī)晃動(dòng)抑制等先進(jìn)的算法。保證了視頻車(chē)輛檢測(cè)器全天候可靠準(zhǔn)確運(yùn)行，成為目前取代環(huán)形線圈檢測(cè)器的一種重要替代產(chǎn)品。優(yōu)點(diǎn)有：多檢測(cè)區(qū)域，可檢測(cè)多條車(chē)道；易于增加和改變檢測(cè)區(qū)域；可獲得大量交通數(shù)據(jù)；當(dāng)多個(gè)攝影機(jī)連接到一個(gè)視頻處理單元時(shí)，可提供更廣泛的檢測(cè)。缺點(diǎn)有：惡劣天氣如霧、雨、雪、陰影，車(chē)輛投影到相鄰車(chē)道的陰影，交通堵塞，光照水平的變化，車(chē)輛與道路的對(duì)比，攝像機(jī)鏡頭上的水跡、鹽漬、冰霜和蜘蛛網(wǎng)都可能影響到檢測(cè)器的性能；某些型號(hào)對(duì)因大風(fēng)引起的攝像機(jī)震動(dòng)比較敏感；當(dāng)需檢測(cè)多個(gè)檢測(cè)區(qū)域或特殊數(shù)據(jù)時(shí)，檢測(cè)器才會(huì)有較高的性?xún)r(jià)比。2.4紅外檢測(cè)器利用紅外診斷技術(shù)能快速實(shí)時(shí)、直觀地在線監(jiān)測(cè)和診斷電力設(shè)備的大多數(shù)過(guò)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(yùn)行。紅外診斷技術(shù)在電氣設(shè)備故障檢測(cè)中的應(yīng)用,對(duì)降低維修成本,提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益,有著重要的意義。其有點(diǎn)有主動(dòng)式紅外線檢測(cè)器發(fā)射多光束的紅外線保證對(duì)車(chē)輛位置、速度及車(chē)輛類(lèi)型的準(zhǔn)確測(cè)量；可實(shí)現(xiàn)多車(chē)道測(cè)量；多檢測(cè)區(qū)域的被動(dòng)式紅外線檢測(cè)可測(cè)量車(chē)速；測(cè)速精度高，可檢測(cè)靜止車(chē)輛，不受環(huán)境亮光影響。這類(lèi)檢測(cè)器存在的缺點(diǎn)是：當(dāng)霧天能見(jiàn)度低于6米或高吹雪天氣時(shí)，檢測(cè)性能會(huì)下降；在大雨、大雪或濃霧天氣下，被動(dòng)式紅外檢測(cè)器的靈敏度會(huì)下降；性能會(huì)隨環(huán)境溫度和氣流影響而降低；非車(chē)輛物體通過(guò)會(huì)影響檢測(cè)器正常工作。3常見(jiàn)檢測(cè)器的比較比轉(zhuǎn)項(xiàng)目■■'rim,譏折士衛(wèi)虧紅外檢測(cè)器1簡(jiǎn)易.