2012届学生学科论文
交通检测器综述
院(系)别 交通与物流工程学院
专 业 交通工程
班 级 交通121
学 号 *********
姓 名 邵芳芳
指导教师 蔡志理
二○一四年十月
摘要
随着国民经济的的飞速发展，机动车拥有量急剧的增加，而道路通行能力满足不了交通的需求。接踪而来的交通问题也阻碍着交通的发展，交通拥堵日益严重、交通事故频繁发生、交通环境恶化。而交通拥挤又造成车辆延误、行驶时间延长、运行成本增加、事故频率提高等许多不利情况。要对交通进行控制管理的同时，取得交通运行的相关参数就显得尤为重要了，交通检测器在数据采集方面的优势得天独厚，今年来得到了广泛的应用。
关键字：环形线圈检测器、超声波检测器、视频图像处理技术、红外检测器
Abstract
With the rapid development of national economy, the vehicle ownership increased sharply, and the traffic capacity can't satisfy the traffic demand. Follow the traffic problem is hampering the development of traffic, traffic congestion, traffic accidents occur frequently, increasingly serious traffic environmental degradation. And traffic congestion caused by the vehicle delay, driving time extension, increases the operation cost and enhances the accident frequency and so on many adverse situations. Want to control the traffic management at the same time, obtained the related parameters in the traffic is particularly important, unique traffic detector in the field of data acquisition, this year obtained the widespread application.
Key words: Circular coil detector, Ultrasonic detector, Video image processing technology,
引言
为实现道路交通的自动控制，就必须实时掌握在道路上行驶或静止的车辆的状态，用各种交通参数去描述车辆的状态，例如交通流、车辆速度、车型、车到占有率等。交通检测技术是利用各种检测设备来获取交通参数，从而更精确有效的对交通进行管理控制。交通检测技术是以车辆为检测 目标，以采集交通信息为目的，寻求相应的检测手段，采集所需要的交通参数。交通检测技术检测的内容有交通流检测、车辆状态检测、环境指标检测、车辆部件性能检测、驾驶员行为检测、货物运行检测等。
1 常见检测器原理
交通检测器也叫车辆检测器，主要由检测探头、检测电路、微处理器、显示装置、电源5部分组成。下面介绍几种交通检测器使用原理。
1.1 环形线圈检测器
一、环形线圈检测器的组原理
在同一车道的道路路基段埋设一组（2个）感应线圈，每组感应线圈与多通道车辆检测器相连。当车辆分别经过两个线圈时，由于线圈电感量的变化，车辆的通过状态将被检测到，同时状态信号传输给车辆检测器，由其进行采集和计算。此方法检测精确，设备稳定，且在恶劣天气条件下仍具备出色的性能。此外，廉价的成本也是其在世界范围内得以广泛应用的原因之一。
二、环形线圈检测器的组成
检测器（欧标卡式插槽）基本由机架、底板、处理器、检测卡以及接线端子组成。检测卡(品牌可选)沿导轨插入机架内，并与底板和处理器实现电气连通。
1、处理器
处理器是对采集信号进行计算的模块，一般是一个带嵌入式操作系统的单板机，具备较强的数字计算、存储能力和通讯接口。通过对端口的扫描，捕捉电平的变化时间，以此计算出相应的交通数据（具体算法稍后介绍）。
一般检测器的通讯接口包括RS232/485，比较先进的还具有以太网接口和GPRS模块。目前，在国内大多数应用中，由于监控路面和监控中心距离的关系，系统集成商普遍采用调制解调器点对点联接的方式上传数据，或者通过PLC中转数据。
任何意外情况的发生导致处理器死机、故障等非工作状态，都应该能在短时间内重新启动，且不应超过三十秒。
2、检测卡
检测车辆通过或静止在感应线圈的检测域时，通过感应线圈的电感量会降低，检测卡的功能就是检测这一变化并精确地输出相应的电平。
线圈式车辆检测器采用的检测卡品牌较多，一般都为欧标卡式接口。比较广泛使用的有英国PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，英国的MoniSense等。国内也有众多的检测卡开发商，产品具有较高的性能价格比，但是在抗干扰能力、检测灵敏度、稳定性等性能上略逊于国外同类型产品。 就线圈感应的角度而言，检测卡应该具有存在时间稳定，并与车辆经过实际情况相吻合的高精度电平跳变性能，因为在车辆高速通过的时候检测时间是非常短的，通过两个线圈的时间一般为一二百毫秒，单个线圈的存在时间更短。况且各种车的底盘轻重，距离地面位置的高低都会影响到检测卡的电平存在时间。而存在时间和存在的开始时间是参与车长、车速计算的主要参数，这就解释了为什么车高速通过时有些检测卡测得的车长、车速不准确的情况，这就必须用一定的补偿值，所以只有正确调节灵敏度才能保证检测器的精度。
1.2 超声波检测器
超声波检测器原理：在具有相互平行的表面上使用双面斜侧。面积较大的混凝土且有深缝时我们可以考虑使用钻孔对测。相较于以上两者的做法，当被检测的混凝土能够有一个表面提供的时候就需要使用单面平测的做法。
超声波检测器是一种在高速公路上应用较多的检测器，它利用车辆形状对超声波波前的影响来实现检测。超声波车辆检测的探头具有发射和接受双重功能，被设置于道路的正上方或斜上方，向路面发射超声波，并接收来自车辆的反射波。 超声波车辆检测器的工作原理可分为两种：传播时间差法和多普勒法
（1）、传播时间差法
这是一种将超声波分割成脉冲射向路面并接收其反射波的方法。当有车辆时，超声波会经车辆提前返回，检测出超前于路面的反射波，就表明车辆存在或通过。
(2)、多普勒法
超声波探头向空间发射超声波同时接收信号，如果有移动物体，那么接收到的反射波信号就会呈现多普勒效应。利用此方法可检测正在驶近或正在远离的车辆，而不能检测出处于检测范围内的静止车辆。
1.3 视频图像处理技术
视频图像处理技术原理：交通视频的图像处理是通过成像传感器获取道路交通图像，然后利用计算机对图像进行处理与识别，以模仿人的视觉功能，获得ＩＴＳ所需的有用信息。主要应用在智能车辆导航（包括道路识别、驾驶员的视觉注意力监视、障碍物检测等），交通监控（包括车辆的检测、识别、跟踪、违章报警、流量统计等）和智能收费（包括车牌识别和车型识别等）方面。
交通视频图像处理的技术几乎涉及到了计算机视觉技术的各个方面，不妨分为帧内处理和帧间处理两大类，前者处理的是单帧图像，一般包括图像增强、图像复原、边缘检测、目标提取与识别等；后者处理的可以是同一时刻不同摄像机采集的图像对，也可以是同一摄像机在不同时刻拍摄获取的图像序列。帧间处理一般流程包括运动目标的检测、目标跟踪、目标分类、事件查询与检索、行为理解与描述等。图１描述的就是一种面向车辆监控的视频图像处理的典型流程［２］，首先基于背景建模分割出前景目标，然后提取车辆目标的特征并跟踪其轨迹，并利用贝叶斯网络对跟踪的目标进行分类，再将经过分类的目标结果送入行为识别模块，根据上下文信息分析和判断相应的行为模式。
1.4 红外检测器
红外检测器原理：红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，波长在0.76～100μm之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。
一切温度在绝对零度（-273.15K°）以上的物体，都会因自身的分子运动而不停地向周围空间辐射出红外线，物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布———与它的表面温度有着十分密切的关系。通过红外线辐射的探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后（对物体自身辐射的红外能量的测量），就能准确地测定它的表面温度，或者通过成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断，亦即红外辐射检测的基本原理。
一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布———与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
红外检测器是一类属于地磁类的检测器，它可以免布线、免破路、免电源、具有超长寿命，非常适合于不破坏地面的安装和应用这种检测器将随着计算机、通信、传感器和人工智能等技术的发展和迅速提高，使车辆检测器技术日臻成熟，当被动式红外线检测器对车辆检测和超声波技术的联合使用时，它就可以提供精确度更高的车辆出现及车辆排队监测，进行车辆计数及高度、距离的识别。因而它具有广泛的应用前景。红外检测器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。
2 常见检测器优缺点
2.1 环形线圈检测器
它是用来检测交通流、车辆速度和排队长度等交通参数性能价格比较高的一类检测器。具有极大的适应性，其可靠性大于其他类型的检测器，在高速公路施工或路面翻修期间，安装环形线圈比较经济有效。另外，环境的变化和环形线圈的正常老化对检测器的工作稳定性有较大的影响，可使检测器谐振回路失谐而不能准确判断车辆存在造成的频变，因此，人工调谐的环形线圈检测器要定期进行手工调整，以便保持仪器的精度。
其优点有成熟、易于理解的技术，灵活多变的技术，可满足多种实施状况的需求；与非地理型检测器相比，价格便宜；提供基本的交通参数。缺点有安装和维修需要关闭车道，对交通流造成干扰；在路面质量不好的路面上安装时易于损坏；里面翻修和道路设施维修时可能需要重装检测器；检测特定的交通流时需要多个检测器；降低道路寿命等
2.2 超声波检测器
优点有可实现多车道同时检测；体积小、易于安装；安装维修时不需要开挖路面，易于实现车型分类，能检测静止车辆。同时。缺点有受温度变化、强烈的气流紊乱等环境因素影响，易受行人影响；某些型号设计了温度补偿装置；当高速公路上车辆以中速或高速行驶时，检测器采用大的脉冲重复周期会影响占有率的检测。
2.3 视频图像处理技术
频检测器是通过视频摄像机作为前端传感器，通过在摄像机采集视频图像上设置检测区域，当车辆进入虚拟检测区时使图像背景灰度值发生变化，经过处理器处理，判断出车辆的存在，并以此检测车辆的流量和速度等交通参数。
视频检测器具有采集信息量大，准确，直观可靠、安装调试维护方便等优点，可根据需要灵活设置检测区域，还可提供现场视频图像，便于管理。
视频检测器基于摄像机采集视频作为处理内容，视频画面的质量对检测结果具有较大影响，比较突出的影响因素有：恶劣天气（雨、雪、雾）、灯光、树及车辆动态阴影。
随着视频交通检测技术的发展，检测算法的不断完善，目前成熟的视频检测产品都具有夜间（低照度情况下）检测算法、灯光反光影响的抑制算法、树及车辆阴影抑制算法、恶劣天气（雨、雪、雾等）检测算法及摄像机晃动抑制等先进的算法。保证了视频车辆检测器全天候可靠准确运行，成为目前取代环形线圈检测器的一种重要替代产品。
优点有：多检测区域，可检测多条车道；易于增加和改变检测区域；可获得大量交通数据；当多个摄影机连接到一个视频处理单元时，可提供更广泛的检测。缺点有：恶劣天气如雾、雨、雪、阴影，车辆投影到相邻车道的阴影，交通堵塞，光照水平的变化，车辆与道路的对比，摄像机镜头上的水迹、盐渍、冰霜和蜘蛛网都可能影响到检测器的性能；某些型号对因大风引起的摄像机震动比较敏感；当需检测多个检测区域或特殊数据时，检测器才会有较高的性价比。
2.4 红外检测器
利用红外诊断技术能快速实时、直观地在线监测和诊断电力设备的大多数过热性故障,使电力设备从传统的预防性检修提高到预知性状态维修,从而有效防止了电力设备损坏,以及由此而导致的电网大面积停电事故的发生,确保电力系统的安全稳定运行。红外诊断技术在电气设备故障检测中的应用,对降低维修成本,提高电力系统经济效益,有着重要的意义。
其有点有主动式红外线检测器发射多光束的红外线保证对车辆位置、速度及车辆类型的准确测量；可实现多车道测量；多检测区域的被动式红外线检测可测量车速；测速精度高，可检测静止车辆，不受环境亮光影响。这类检测器存在的缺点是：当雾天能见度低于6米或高吹雪天气时，检测性能会下降；在大雨、大雪或浓雾天气下，被动式红外检测器的灵敏度会下降；性能会随环境温度和气流影响而降低；非车辆物体通过会影响检测器正常工作。
3 常见检测器的比较
4 结语
道路交通信息采集是智能交通系统的一项重要内容。在道路交通信息采集技术中，环形线圈车辆检测器因其技术成熟、易于掌握、初期建设成本较低而成为当前国内用量最大一种检测设备。但是，环形线圈检测器同时具有获得的信息量少,难于安装和较低的灵活性等缺点。为克服以上不足，微波车辆检测器和视频车辆检测器技术得以发展并应用于城市道路和高速公路的交通信息检测。
随着道路交通检测技术的发展，基于视频图像处理、模式识别技术的视频车辆检测器应运而生。视频车辆检测器具有采集信息量大、区域广泛、设定灵活、调整维护简便等特点，与传统的交通信息系统采集技术相比，视频检测器可提供现场的视频图像。
参考文献：
环形线圈车辆检测器基本原理
金凌云 2010 混凝土超声波检测仪工作原理及应用研究
杨俊 智能化交通视频图像处理技术研究
张劲 刘小旭 王胜权 2011 红外线检测及其应用
几种主要检测技术的对比 下载本文
