第四章 交通流检测技术与方法 - Copy

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 交通流检测技术与方法,交通检测的目的与意义,交通检测的目的,检测,预测,诱导,交通检测的意义,交通检测的意义,全面了解交通状况,合理应对交通问题,及时发布交通信息,ITS,第一节,车辆检测器,检测,内容与参数：,车流量、车速、车间距、车辆类型、道路占用率、车辆违章信息、交通事故,信息等的,检测,应用：,信号自适应控制交通诱导、事故事件检测、主辅路出入口车流控制、停车场车位管理、事故事件警报,道路交通评价、交通影响分析,、,智能交通研究,交通事故处理,第一节,车辆检测器,按照具体划分方式不同，有以下几种分类：,按安装方式分为永久式安装（固定式安装）、临时性安装（便携式安装）；,按采集时间长短分为连续式采集设备（一般采用永久式安装设备）、间隙式采集设备（多采用临时性安装设备）；,按检测技术方法分为感应线圈检测、视频检测、微波检测、气压管检测、超声波检测、磁映像检测、红外检测、激光检测等；,按检测目的划分为综合数据调查、专项数据调查。,目前国内外在车辆检测器中，大量应用了电磁传感技术、超声传感技术、雷达探测技术、视频检测技术、计算机技术、通信技术等高新科学技术，常用检测器有以下几种。,一、环形线圈检测,1,、基本原理,是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。,传感器是一个埋在路面下通有一定工作电流的环形线圈（一般为,2,米,X1.5,米）。,当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时，车辆自身铁质切割磁通线，引起线圈回路电感量的变化，检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的通过或存在。,检测这个电感变化量一般来说有两种方式：,利用相位锁存器和相位比较器对相位的变化进行检测,由环形线圈构成回路的耦合电路对其振荡频率进行检测,环形线圈检测基本原理,技术指标表,车辆速度检测范围,10255,公里,/,小时,数据统计周期,160,分钟,正常工作温度,-2070,湿度,0%95%,，无冷凝,电源,AC220V20%,，,50Hz,，,1.2A,功耗,50w,蓄电池充电电流,2A,蓄电池放电保护电压,20.40.3V,尺寸,(,长,深,高,),270237132,机箱外壳防护等级,IP65(,需选配专用机柜,),MTBF,20000,小时,通讯接口,两个,9600,波特率的,RS232,通讯接口,误差范围,速度,2%,车长,0.2,米,车道占有率,1%,计数准确率,99%,行车间距,3,米,检测车道数量,18,车道,参照国家标准,JT/T4552001,环行线圈车辆检测器,2,、安装,车辆感应线圈埋设质量非常重要，应敷设在路面之中，一般使用高温导线。,切割路面线槽建议使用盘式切割机或类似设备。,为防止线槽的直角拐角损坏线圈， 建议在直角拐弯处切一个,45,的斜角，减小线槽对线圈的破坏。,3,、优缺点及适用性,（,1,）优点,测速精度和交通量计数精度较高；,稳定性好，一定时期,内,故障率低；,不受气象和交通环境变化的影响，抗干扰能力强；,成本低、安装,较,方便。,（,2,）缺点,需要在每条车道下埋设线圈，对路面有破坏作用，影响路面寿命；,长期使用后线圈易受损坏，维护时要封闭车道、开挖路面，影响交通运输，导致成本升高，维护工作量大；,路面大修时往往挖断检测棒，给路面的重铺和大修增加了困难，道路改扩建也受牵制；,受感应线圈自身测量原理的限制，当车流拥堵、车间距小时，检测精度大幅度降低。,3,、优缺点及适用性,（,3,）适用性,由自身安装条件、维护要求决定，感应线圈检测器更适用于高速公路、桥梁、隧道，不适于城市道路交通检测。,作为传统的固定式交通信息检测设备，目前感应线圈检测器已广泛应用于交通信息采集系统，如,ITS,系统的交通信号协调控制系统、道口收费系统、停车场管理、车辆计数等。,感应线圈检测以其高可靠性、高性价比、使用方便的优点在未来较长时期会继续使用。随着科技的进步，如果能开发新型材料以提升抗压能力、减小受压面积，或者开发出埋设更深,、,精度更高的新型线圈，感应线圈检测的应用领域一定会更广泛。,二、视频检测,1,、基本原理,通过软件在视频图像上按车道设置虚拟车道检测器，当车辆通过虚拟检测器时，就会产生一个检测信号，再经过软件数字化处理并计算得到所需的交通数据，如车型、车流量、车速、车距、占有率等，另外监控人员还可以通过监视器上的视频图像实时观察检测范围内的车辆行驶状况，得到所需的交通数据,二、视频检测,视频检测,其主要功能有：移动或停止车辆的存在或通过检测；行车方向检测；速度测量；基于车辆状态值的各种报警；通过逻辑算法把多个检测器与相位的状态结合起来给出一个参数输出；可按用户需要，在监视器里显示各种检测器的检测状态。,2,、安装,安装在路面上方、路中间的隔离带上。,摄像机的安装高度通常在,720,米之间。,通过输入从现场测量的摄像机高度、路面检测区标定长度等参数对检测器进行校准，现代的视频检测器在校准时也无需其他额外设备，系统自身即可完成。,3,、优缺点及适用性,（,1,）优点,系统设置灵活,安装简单，使用方便，不破坏路面，不需封闭,交通,可检测多个车道,精度高,能够得到可视图像，,并,直观,、,实时显示交通流信息,（,2,）缺点,检测精度的稳定性不好,检测精度受现场照明的限制,易受,天气、,环境影响，抗干扰性能弱,大型车遮挡、阴影、积水反射、昼夜转换,会,造成误差,价格偏高,3,、优缺点及适用性,（,3,）适用性,视频车辆检测器主要用于车辆检测及分类、交通拥堵分类、交通流的预测、交通参数的估计、字符的辨识、驾驶员行为的模拟等，能够为交通监控提供大量的监测信息，还可以用于信号灯控制交叉口车辆存在检测、隧道内交通检测、交通事故检测等。,三、远程微波检测,微波（雷达）车辆检测器主要由微波发射、接收探头及其控制器、调制解调器等组成,。,雷达检测技术早期,应,用于测量单车车速,，,近年来高速公路上,RTMS SS105,雷达检测器,，,能同时检测双向多条车道的车流量、车速、车型,等参数,。,三、远程微波检测,1,、原理,利用微波（雷达）检测原理，工作时检测单元连续发射微波，通过被反射波束来检测车辆的存在。,三、远程微波检测,1,、原理,RTMS,在微波束发射方向上以,2m(7,英尺）为一层面分层面探测，,RTMS,微波束发射角为,40,，方位角为,15,。,安装好以后，它向公路投影形成一个可以分为,32,个层面的椭圆形波束，这个椭圆的宽度取决于选择的工作方式，并因检测器安装角度和安装距离的不同稍有变化。,2,、安装,两种安装模式：,侧向安装和正向安装,在对高速公路或城市快速路进行交通流检测时，一般应选择侧向安装，这种安装模式可以同时检测双向八车道的流量、速度和车头时距数据。,侧向安装时，为了使微波束的投影覆盖所有的车道，传感器必须满足一定的后置距离和安装高度。,瞄准中间（,3,车道）或,1/3,处（,5,车道）的情况,RTMS,的安装方式,RTMS,安装的后置距离,车道数,要求最小的后置距离,X2,型,要求最小的后置距离,X3,型,英尺,米,英尺,米,13,1013,34,8,2.5,4,15,4.5,10,3,6,20,6,12,3.5,8,25,7.5,13,4,8+,中间隔离带,30,9,15,4.5,3,、优缺点及适用性,（,1,）优点,安装简易方便，不破坏路面，维修时不需封闭车道,可检测静止车辆，,也,可检测多车道的多项交通流信息,全天候工作，穿透雨滴、浓雾和大雪，抗干扰能力强。,交通量计数精度较高。,（,2,）缺点,无法像视频检测提供视觉监视的能力，不能记录车辆或交通的可视特征；,流量小、速度差距大的情况下测速精度差；,安装精度要求高，检测精度受周围地形条件的影响，需安装在路侧没有丘陵或其他障碍物的平坦路段；,道路具有铁制的分隔带时，检测精度下降。,3,、优缺点及适用性,（,3,）适用性,适合于车流量大、车辆行驶速度均匀的道路。,主要应用于高速公路、城市快速路、普通公路交通流量调查站和桥梁的交通参数采集，提供车流量、速度、车道占有率和车型等实时信息，信息可用隔离接触器连接到现行的控制器或通过串行通信线路连接到其他系统，为交通控制管理，交通信息发布等提供数据支持。,微波车辆检测更适用于高速公路交通信息采集，高速公路流量大、车速快，环境条件多变，需要采集设备易安装、易维护，能够适应诸如雾、夜晚、大风等不良环境，而微波检测器就具有无需开挖路面、路侧安装、易于维护、恶劣天气下性能稳定的特点。,四、气压管检测,1,、基本原理,当车辆经过气压管传感器时，气压管内部便产生一股微弱的气流并传到检测设备上的空气开关，从而便形成了一个车轴电信号。橡胶气压管传感器技术采用,2,个气压管传感器提供信号，记录每个车轴的,时刻,，利用交通管理软件对车轴数据进行处理，可获得交通量、车速、车辆类型、车流密度等交通流参数。,2,、安装,选择安装位置时，被指定位置的许多因素会影响记录数据结果的质量，安装位置的选择要注意以下几点：, 所选择的位置一定使车辆能够匀速的通过气压管，如果可能，要避免选择那些会让车辆加速或减速的位置，如转弯，陡坡，交通灯或十字路口处。, 一定要避免选择车辆会停在气压管传感器上的位置。, 一定要使车辆垂直通过气压管，避免选择那些会斜向通过气压管的位置。, 避免那些由于突然转向或换道而只通过一个气压管的位置。, 要为路旁单元选择一个安全合适的位置，避免线杆或树木之类的障碍物。,五、超声波检测,超声波检测器是波束检测装置的一种，波束检测装置有多种形式，一般都由波束发生器、接收器和时控电路组成。,五、超声波检测,1,、基本原理,发生器、接收器为换能器，产生电,声或者电磁波的正逆变换，时控电路对发生器和接收器进行调谐控制，使发生器每隔一定的时间间隔产生并发射出一束波，同时，又可在发射的间隙接,收,反射回来的信号。,由于超声波传感器的检测区域由超声波发射器的波幅决定，因此，利用超声波传感器发射脉冲波，通过测量由路面或车辆表面发射的脉冲超声波的波形，可确定从传感器到路面或车辆表面的距离；同时，因路上有车和路上无车时的传感器所测信号有差别，可借此确定车辆的出现；传感器再利用接收的声信号转换为电信号，通过信号处理模块进行分析和处理，就可以得出车流量、车速、车型等参数，并提供车头时距和车道占用率的统计数据，其分型方式是按车辆外形轮廓划分。,2,、优缺点及适用性,（,1,）优点,价格低、体积小、可移动、寿命长，易于安装与维护,方向性好,不受车辆遮挡影响，对密集车流适应性好；,对雨、雾、雪穿透能力强，可在恶劣气候条件下工作。,（,2,）缺点,仪器反应时间长、误差大，波束发散角大、分辨率低、衰减快，有效测量距离小；,性能受环境影响，如温度和气流。,（,3,）适用性,主要用于车速测量、停车场车位检测，也用于交通信号机中，替代感应线圈检测器作为车辆检测器，以降低环境干扰。,六、磁映像检测,车辆磁映像（,Vehicle Magnetic Imaging-VMI,）技术是美国,Nu-metrics,公司的专利，属于便携式综合数据调查检测技术，是固定式的被动声学检测设备，本身不产生磁场，放在道路上截取磁性的扰动。利用车辆对通过地磁场的影响，检测车辆交通参数。,六、磁映像检测,一、原理,采用低功耗、高灵敏度的强导磁材料，将地磁磁通线集中约束在比较小的空间，当车辆接近磁力检测传感器的检测区域时，检测区域的磁力线受挤压；当车辆将要通过检测区域时，磁力线沿中心聚合；当车辆正在通过检测区域时，磁力线沿中心发散。这样利用车辆接近、将要通过及正在通过检测区域时磁力线的变化对车辆进行检测,。,(1),各种车辆车体的铁金属材料分布不同，对地磁通线产生的变形影响不一样，所得出的电压,-,时间曲线形状也各不相同，各具特色。这一现象可以用来区分大货车和小客车、检测车身长度，也为识别车型提供了基础。,(2),车辆车速改变，曲线的形状发生变化，而且时间轴的压缩量明显与车速成正比。,电压,时间曲线,地磁通线,车辆磁映像技术工作原理,2,、安装,安装环境要求较低，可以安装到快速路系统的任何位置。安装时，将,磁映像检测器,置于车道中间，然后将保护壳盖在流量计上面，在保护壳上的,8,个凹下的圆孔处各放入一个垫圈，用铁锤将水泥钢钉从垫圈钉入路面，对水泥混凝土路面应钉入,1/2,英寸深；而沥青路面则应钉入,2,英寸深。,在安装时要特别注意，,磁映像检测器,外壳上部铸有一个大箭头，这个箭头应指向车辆流动方向，应正确安装。假如安装方向相反，它仍旧能统计车辆数量但却不能对车辆进行分类。,NC-97,现场检测,NC-97,设置软件界面,七、,红外线检测,红外线检测是通过线性排列的红外光发射和接收来实现对车辆的同步扫描，并将光信号转换为电信号，从而实现对车辆数据的综合检测，是波束检测装置的一种，有主动式和被动式，都可以用于交通管理。,1,、基本原理,主动式红外线检测基本原理类似于微波检测，,其,自身配有指向测量车道的红外线光源，当驶近的车辆接近红外检测器时，就会将红外光反射回红外检测器，通过由红外线发射或反射与接收信号，来提供公路车流中不同车辆的各种参数。,被动式红外检测技术，使用探测器来测量物体发出的红外线能量：当汽车通过被动式红外线检测器检测的区域时，检测器会自动检测到汽车发动机热辐射所发出的红外线，增量驱动检测器会向控制系统输出信号，就可以检测来往车辆的运动轨迹,，,能提供汽车通过时多角度的数据。,2,、优缺点及适用性,（,1,）优点,安装简便、使用寿命长,能获得汽车通过时多角度数据,高速响应，抗干扰性强,不受光线条件的影响，能在完全黑暗的情况下工作。,（,2,）缺点,单道性太强，一个红外线检测器仅能检测一条车道,受周围环境影响太大，比如大气的温度和湿度；,穿透灰尘、云雾、雨滴和雪花的能力很弱。,（,3,）适用性,可用于采集交通流中不同车辆的各种参数，非常适合于不破坏地面的安装和应用。,八、激光检测,便携式激光检测设备为激光测速仪，测量单车车速时，测量瞄准性比较好。固定式激光车辆检测器是由激光发射器和接收器组合而成的一体机。,八、激光检测,1,、基本原理,利用安全激光探测原理，当车辆从检测单元下方通过时，接收机接收到阻断信息或反射信息，通过计算激光返回的时间来感知车辆，可以实现对通过车辆的车流量、速度、高度、长度等信息的检测。激光幕帘可同时扫描行驶车辆的三维轮廓。同时，可以根据车辆的几何尺寸及外形轮廓特征来确定车型,。,2,、优缺点及适用性,（,1,）优点,测量距离远、反应速度快、测速精度高、误差小；,精确，环境适应性好。,（,2,）缺点,成本高，安装难度大；,只能在静止状态下应用；,激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点。,（,3,）适用性,激光测速器不能在运动中使用，所以一般交警都把仪器放在巡逻车上，停车静止使用。,激光测速仪的取证能力远远大于雷达测速仪。,激光车检器主要用于流量车速车辆高度和宽度检测。,九、被动声波检测,被动声波检测是目前市场上最新的一种检测技术，利用车辆在路上行驶时产生的噪声来检测车辆存在，并计算车速、车长、占有率等数据。采用侧向安装能同时检测多条车道。,第,二,节 交通流检测发展趋势,国际上最具代表性的,ITS,系统美国,IVHS,系统、欧洲,PROMEHTEUS,、欧洲,DRIVES,、日本,VICS,等，其交通信息采集与处理关键技术为发展的重点。,大部分交通信息采集是依靠单一的车辆检测器完成，由于不同的车辆检测传感器因其各自的工作原理、特点决定仅在某些条件适用，当超出其测试条件时检测精度失真,。,另外如果该车辆检测传感器发生故障，势必造成整个交通采集系统在该段采集数据的瘫痪,。,上述种种问题和,ITS,对现代化高速公路和城市道路监控系统的整体运行和管理水平的要求共同决定了车辆检测技术未来发展方向。,新方向,1,、努力提升单个检测器的性能，克服技术障碍,（,1,）感应线圈检测新技术,（,2,）微波检测新技术,2,、促进单一检测器的交通信息采集向检测器组合应用的发展,（,1,）被动式红外线,PIR+,超声波检,US,两种技术联合使用,（,2,）,PIR,、,US,、微波,MW,三种技术联合,3,、新型检测技术的开发,4,、交通信息采集系统化、智能化、光电一体化发展,5,、通信技术、,GPS,技术,国际上交通检测技术应用情况,