中職教育-《智能交通系統(tǒng)》課件：第3章-交通信息自動(dòng)采集技術(shù)(徐建閩-主編-人民交通出版社)

第3章

交通信息自動(dòng)采集技術(shù)主要內(nèi)容第1節(jié)概述 第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù) 第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù) 第4節(jié)壓力式交通信息采集技術(shù) 第5節(jié)視頻交通信息采集技術(shù) 第6節(jié)GPS浮動(dòng)車交通信息采集技術(shù) 第7節(jié)物聯(lián)網(wǎng)/車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代交通信息采集技術(shù)第8節(jié)交通傳感器網(wǎng)絡(luò)

第1節(jié)概述一、交通信息采集的必要性1.智能交通系統(tǒng)建設(shè)的需要

2.提供交通信息服務(wù)的需要

3.交通規(guī)劃的需要

二、常用交通信息采集技術(shù)1.磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)采用電磁感應(yīng)的原理檢測(cè)交通信息。2.微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)常用的微波/雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)包括微波檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、紅外線檢測(cè)和激光檢測(cè)。3.壓力式交通信息采集技術(shù)壓力傳感器即壓電傳感器，作為交通流數(shù)據(jù)檢測(cè)設(shè)備，能夠提供全面的交通數(shù)據(jù)及載荷數(shù)據(jù)。4.視頻交通信息采集技術(shù)視頻檢測(cè)器是運(yùn)用視頻圖像處理和計(jì)算機(jī)圖形識(shí)別技術(shù)對(duì)道路上視頻檢測(cè)范圍內(nèi)的交通狀況進(jìn)行檢測(cè)，它可以進(jìn)行大范圍的、高效的視頻監(jiān)視并實(shí)時(shí)采集各種交通數(shù)據(jù)。5.GPS浮動(dòng)車交通信息采集技術(shù)隨著GPS、GIS和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，利用安裝了GPS和無(wú)線通信設(shè)備的浮動(dòng)車采集交通信息正逐漸被廣泛應(yīng)用。第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)一、技術(shù)原理磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)是利用磁頻技術(shù)進(jìn)行交通信息的檢測(cè)。當(dāng)有機(jī)動(dòng)車通過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，在電磁感應(yīng)的作用下交通檢測(cè)器內(nèi)的電流會(huì)跳躍式上升。當(dāng)電流超過(guò)指定閾值時(shí)會(huì)觸發(fā)記錄儀對(duì)車輛數(shù)及車輛存在的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行記錄。第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)二、感應(yīng)線圈檢測(cè)1．檢測(cè)方法與工作原理感應(yīng)線圈檢測(cè)器是目前國(guó)內(nèi)外使用最為廣泛的車輛檢測(cè)設(shè)備。檢測(cè)器由埋在路面下的環(huán)形線圈和能夠測(cè)量該線圈電感變化的電子設(shè)備組成。環(huán)形線圈有一定的工作電流，當(dāng)有車輛通過(guò)線圈或存在于線圈之上時(shí)，線圈的電磁感應(yīng)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。檢測(cè)器通過(guò)對(duì)這種變化進(jìn)行處理而達(dá)到檢測(cè)目的。第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)2.系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)型感應(yīng)線圈采集系統(tǒng)包括埋于路面下面的環(huán)型線圈、接線盒、傳輸電纜、信號(hào)檢測(cè)處理單元等。第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)環(huán)型感應(yīng)線圈實(shí)物圖。第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)3.技術(shù)特點(diǎn)環(huán)形線圈檢測(cè)器具有下列優(yōu)點(diǎn)：①環(huán)形線圈檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展已很成熟，價(jià)格也相對(duì)合理，安裝成本低。②檢測(cè)誤差率相對(duì)較少。但環(huán)形線圈也存在以下缺點(diǎn)：①線圈在安裝或維護(hù)時(shí)必須直接埋入車道，這樣交通會(huì)暫時(shí)受到阻礙，安裝施工量大。同時(shí)，埋置線圈的切縫軟化了路面，容易使路面受損會(huì)造成嚴(yán)重安全隱患。②環(huán)形線圈的使用效果和壽命受路面質(zhì)量的影響很大，很容易隨著路面的變形而變形，并且受到路基下沉、冰凍等自然環(huán)境的影響，環(huán)形線圈壽命一般僅為2年。③環(huán)形線圈由于檢測(cè)原理的限制，當(dāng)在擁堵條件下（車間距小于3米），其檢測(cè)精度大幅降低。第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)

三、地磁檢測(cè)1.檢測(cè)方法與工作原理地磁檢測(cè)器的檢測(cè)原理是，當(dāng)鐵質(zhì)物體通過(guò)時(shí)會(huì)引起地磁場(chǎng)的強(qiáng)度異常，因此通過(guò)檢測(cè)地磁場(chǎng)的異?？梢耘袛嘬囕v的出現(xiàn)與否。2.系統(tǒng)構(gòu)成地磁檢測(cè)器用于交通信息采集時(shí)，分為兩軸式磁通門磁力計(jì)和磁力探測(cè)器兩種類型。第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)兩軸式磁通門磁力計(jì)可以探測(cè)到地磁場(chǎng)在豎直和水平兩個(gè)方向上的磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。檢測(cè)器包含有三個(gè)線圈和一個(gè)線圈架，線圈架的磁芯是高導(dǎo)磁性軟磁材料。利用線圈兩端的電壓，可以檢測(cè)到磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，當(dāng)車輛出現(xiàn)時(shí)，線圈兩端的電壓升高，高于一定閾值時(shí)，系統(tǒng)記錄車輛信息。地磁探測(cè)器可以檢測(cè)到磁力線的扭曲情況。地磁探測(cè)器包含有一個(gè)導(dǎo)磁性材料做成的磁芯和一個(gè)線圈。當(dāng)車輛通過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化引起線圈的電壓信號(hào)的變化，由此確定車輛通過(guò)與否。地磁檢測(cè)器對(duì)靜止的車輛，沒(méi)有探測(cè)能力，因此常常與其他設(shè)備聯(lián)合使用來(lái)獲取交通流數(shù)據(jù)。第2節(jié)磁場(chǎng)型交通信息采集技術(shù)3.技術(shù)特點(diǎn)地磁檢測(cè)技術(shù)具有極高的靈敏度，應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)點(diǎn)具體如下：①安裝、維修方便，不必封閉車道，對(duì)路面破壞小。檢測(cè)點(diǎn)不易被破壞，不受路面移動(dòng)的影響。②地磁檢測(cè)器利用地球磁場(chǎng)變化原理，因而不受氣候的影響。③地磁檢測(cè)器可以識(shí)別鐵磁性物體的大小，所以可以對(duì)車輛的類型進(jìn)行大致判斷。④由于地磁檢測(cè)器對(duì)非鐵磁性物體沒(méi)有反應(yīng)，因此可有效地減少由此產(chǎn)生的誤檢。地磁檢測(cè)器的缺點(diǎn)是車輛靠近時(shí)難以分辨，因此所采集的數(shù)據(jù)也存在誤差。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)一、技術(shù)原理微波雷達(dá)檢測(cè)器可以安裝在路中央的半空，也可安裝路邊。

當(dāng)車輛穿過(guò)雷達(dá)波覆蓋區(qū)域時(shí)，車輛會(huì)將雷達(dá)波束反射至雷達(dá)天線，接收器通過(guò)雷達(dá)天線接收車輛的信息。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)二、微波檢測(cè)1．檢測(cè)方法與工作原理微波檢測(cè)器是一種工作在微波頻段的雷達(dá)探測(cè)器，行駛的車輛反射由它發(fā)射的調(diào)頻微波，反射波的頻率由于多普勒效應(yīng)會(huì)發(fā)生偏移，根據(jù)這種頻率的偏移可以檢測(cè)車流信息。

第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)微波檢測(cè)器原理如圖所示。安裝在多車道的路側(cè)上方或單車道正上方的微波檢測(cè)器向路面發(fā)射微波，根據(jù)微波被反射回來(lái)的時(shí)間差對(duì)是否有車輛通過(guò)進(jìn)行判斷。

第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)2.系統(tǒng)構(gòu)成微波檢測(cè)器采集系統(tǒng)由微波檢測(cè)器、串口數(shù)據(jù)傳輸線、系統(tǒng)軟件和固定支架構(gòu)成。安裝在支架上的檢測(cè)器利用串口數(shù)據(jù)傳輸線與通信設(shè)備相連。微波檢測(cè)器可以與控制中心的主控機(jī)進(jìn)行通信，檢測(cè)器將采集的交通數(shù)據(jù)發(fā)送至主控機(jī)第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)3．技術(shù)特點(diǎn)微波檢測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是：①在惡劣的氣候下性能出色，能夠全天候工作。②安裝維護(hù)方便③使用壽命長(zhǎng)。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)三、超聲波檢測(cè)

1．檢測(cè)方法與工作原理超聲波檢測(cè)器利用車輛形狀對(duì)超聲波的影響，對(duì)車流量、車速以及道路占有率等交通信息進(jìn)行采集。超聲波檢測(cè)器安裝在道路的正上方或斜上方，它向路面發(fā)射超聲波，同時(shí)接收被車輛反射的超聲波。超聲波檢測(cè)器在高速公路上的應(yīng)用較多。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)超聲波檢測(cè)器的工作原理如圖所示。當(dāng)有車輛存在或通過(guò)時(shí)，超聲波會(huì)被車輛反射而提前返回，否則超聲波會(huì)經(jīng)路面反射而返回。來(lái)自地面和來(lái)自車輛的反射波的波形不同，可以通過(guò)對(duì)波形的測(cè)量，確定是否有車輛通過(guò)。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)2.技術(shù)特點(diǎn)超聲波檢測(cè)器有許多優(yōu)點(diǎn)：①安裝時(shí)架設(shè)方便，不需破壞路面。②使用壽命長(zhǎng)并且可移動(dòng)。③由于超聲波檢測(cè)器設(shè)置為車道上方，檢測(cè)時(shí)不會(huì)受遮擋，同時(shí)車間距很小時(shí)也能準(zhǔn)確檢測(cè)車流量，可以實(shí)現(xiàn)在路況車輛擁堵時(shí)的準(zhǔn)確檢測(cè)。④對(duì)于車速的檢測(cè)有較高的精度。不足之處是：①檢測(cè)精度容易受到環(huán)境的影響。超聲波束會(huì)因?yàn)榇箫L(fēng)或暴雨而產(chǎn)生漂移。②探頭下方通過(guò)的人或物也會(huì)產(chǎn)生反射波，造成誤檢。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)四、紅外線檢測(cè)

1．檢測(cè)方法與工作原理紅外檢測(cè)器是基于光學(xué)原理的車輛檢測(cè)器，包括有主動(dòng)和被動(dòng)兩種類型。主動(dòng)紅外檢測(cè)器可以發(fā)射有一定能量的紅外線，如果有車輛經(jīng)過(guò)，該紅外線會(huì)被車輛反射回檢測(cè)器。檢測(cè)器通過(guò)對(duì)反射回來(lái)的紅外線的能量分析，可以獲得交通量、車速、排隊(duì)長(zhǎng)度等交通數(shù)據(jù)。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)主動(dòng)型紅外檢測(cè)器包括一個(gè)紅外發(fā)光管和一個(gè)接收管，其工作原理如圖所示。2.技術(shù)特點(diǎn)紅外檢測(cè)器安裝和維護(hù)較方便，具有快速準(zhǔn)確的檢測(cè)能力。缺點(diǎn)是受周圍環(huán)境和氣象的影響較大，工作現(xiàn)場(chǎng)的灰塵、冰霧會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，檢測(cè)精度會(huì)降低，誤檢率較高。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)五、激光檢測(cè)1．檢測(cè)方法與工作原理激光雷達(dá)是利用激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的檢測(cè)器。激光雷達(dá)由五部分組成，其中激光器作為發(fā)射機(jī)、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡作為天線、光電探測(cè)器作為接收機(jī)，此外還有跟蹤架及信息處理等部分組成。測(cè)距激光雷達(dá)的基本工作原理是：測(cè)量從發(fā)送激光束到接收反射光的時(shí)間間隔(TOF，time-of-flight)，由反射光被反射回來(lái)的時(shí)間間隔，可以得到被測(cè)距離。第3節(jié)微波/雷達(dá)交通信息采集技術(shù)成像激光雷達(dá)按成像系統(tǒng)不同分為兩種：掃描成像激光雷達(dá)和非掃描激光雷達(dá)。2.技術(shù)特點(diǎn)激光雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)不受天氣、車速和交通狀況的影響，具備較強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)其檢測(cè)精度非常高。缺點(diǎn)是配套設(shè)備價(jià)格昂貴。第4節(jié)壓力式交通信息采集技術(shù)一、技術(shù)原理壓力傳感器也稱為壓電傳感器，是由壓電材料制成的。壓電材料是一種經(jīng)特殊加工后能將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的材料。它在受機(jī)械沖擊或振動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷，其原理是：后沖擊時(shí)，它的原子層的偶極子的排列順序被打亂，此時(shí)會(huì)有一個(gè)電子流形成。偶極子的排列順序被打亂后，會(huì)試圖恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。壓力傳感器在智能交通系統(tǒng)中，主要應(yīng)用于動(dòng)態(tài)稱重、計(jì)軸數(shù)、測(cè)軸距、車輛分類統(tǒng)計(jì)、車速檢測(cè)、泊車區(qū)域監(jiān)控、闖紅燈拍照、收費(fèi)站地磅等交通信息的采集。第4節(jié)壓力式交通信息采集技術(shù)二、技術(shù)特點(diǎn)壓力傳感器可以應(yīng)用在惡劣的自然環(huán)境下，且檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率也是各種檢測(cè)方式中最高的。但是壓電傳感器由于其工作原理的限制，只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力，不能用于靜態(tài)測(cè)量。同時(shí)壓力傳感器在安裝或維修過(guò)程中需中斷交通，對(duì)路面破壞比較大。第5節(jié)視頻交通信息采集技術(shù)一、技術(shù)原理視頻檢測(cè)器是一種非接觸式檢測(cè)技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)基于視頻圖像的車輛檢測(cè)和車型識(shí)別。視頻檢測(cè)器可以模仿人類的視覺功能，在由視頻攝像頭得到的視頻數(shù)據(jù)中提取圖像，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)交通信息采集和事故檢測(cè)。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法主要有：①幀間差分法：②背景差分法：第5節(jié)視頻交通信息采集技術(shù)二、系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示，視頻檢測(cè)器主要由安裝在路口的攝像機(jī)、視頻處理器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成。視頻處理器安裝在柜里，用于接收多臺(tái)攝像機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的視頻信號(hào)，通過(guò)進(jìn)行圖像的處理與分析。第5節(jié)視頻交通信息采集技術(shù)三、技術(shù)特點(diǎn)相對(duì)于其它交通檢測(cè)技術(shù)而言，視頻檢測(cè)技術(shù)主要有以下的優(yōu)勢(shì)：①檢測(cè)范圍廣，一個(gè)攝像機(jī)能夠采集幾個(gè)車道的交通數(shù)據(jù)。②因?yàn)橐曨l檢測(cè)器可以提供交通現(xiàn)場(chǎng)的錄像，因此獲取的信息更加直觀和可靠。③安裝時(shí)，無(wú)需破壞路面，易于移動(dòng)，維護(hù)費(fèi)用低。視頻檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)是：①車輛之間可能會(huì)出現(xiàn)遮擋問(wèn)題。②惡劣天氣、晝夜轉(zhuǎn)換以及燈光等都可能造成檢測(cè)誤差。第6節(jié)GPS浮動(dòng)車交通信息采集技術(shù)一、浮動(dòng)車技術(shù)原理浮動(dòng)車（FloatingCar）指安裝有無(wú)線定位裝置(如GPS、電子標(biāo)簽等)和無(wú)線通信設(shè)備的機(jī)動(dòng)車。浮動(dòng)車信息采集技術(shù)的基本原理是：GPS接收裝置以一定的時(shí)間間隔記錄車輛的位置坐標(biāo)、車速和時(shí)間數(shù)據(jù)等，車載智能設(shè)備獲取GPS的數(shù)據(jù)后，利用通信設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行??？刂浦行膽?yīng)用地圖匹配、路徑推測(cè)等相關(guān)算法將浮動(dòng)車數(shù)據(jù)和路網(wǎng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，得到各路段的交通流量、平均速度和行程時(shí)間等交通參數(shù)。二、系統(tǒng)組成浮動(dòng)車交通信息采集系統(tǒng)主要由車載設(shè)備、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和信息中心等組成。系統(tǒng)框架如圖所示：三、系統(tǒng)工作流程工作流程主要包括:浮動(dòng)車運(yùn)行數(shù)據(jù)采集浮動(dòng)車異常數(shù)據(jù)處理地圖數(shù)據(jù)預(yù)處理地圖匹配行程時(shí)間和平均速度估計(jì)及預(yù)測(cè)交通狀態(tài)判斷等。四、技術(shù)特點(diǎn)由于浮動(dòng)車是流動(dòng)性的，從整體上來(lái)說(shuō)又是全天候工作的，因此浮動(dòng)車技術(shù)能夠采集到24小時(shí)的較多路段的交通信息，覆蓋范圍廣，實(shí)時(shí)性高。第7節(jié)物聯(lián)網(wǎng)/車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代交通信息采集技術(shù)一、物聯(lián)網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthings）是將所有物品通過(guò)射頻識(shí)別(RadioFrequencyIdentification，RFID)等傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、管理和監(jiān)控等功能的系統(tǒng)。車聯(lián)網(wǎng)（InternetofVehicle，IOV）是物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用。車聯(lián)網(wǎng)是指汽車上裝有智能車載系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線通訊技術(shù)，對(duì)車輛信息進(jìn)行獲取和利用，實(shí)現(xiàn)車與車、車與人、車與信息中心，車與各種基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息交換與互連。二、車聯(lián)網(wǎng)交通信息采集系統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)通過(guò)裝載在車輛上的電子標(biāo)簽、攝像頭、雷達(dá)、GPS等傳感器，對(duì)所有車輛信息進(jìn)行采集。RFID（RadioFrequencyIdentification）即射頻識(shí)別技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)最基本的關(guān)鍵技術(shù)。RFID通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)須人為地干預(yù)。RFID技術(shù)具有車輛通信、自動(dòng)識(shí)別、定位、遠(yuǎn)距離監(jiān)控等功能?；?/p>