选择交通流量调查设备参考六要素
您要了解交通流量调查设备技术性能吗?以下阐述的内容,可以有助于您质询厂家所应用各种采集技术的设备时掌握主动。
1、数据采集精度——信息采集技术
1.1 交通部运输颁布《固定式交通流量调查设备技术条件》,对交通流量调查设备机动车分分型、地点车速、流量、车头时距、车头间距、时间占有率等六项数据采集精度,制定了严格的技术标准。其中车型与车速数据是最关键的基本原始数据,其它四项均是依据车型与车速基本数据经处理器统计、计算得出的衍生数据。
交通部检验交通流量调查设备机动车分型、地点车速数据采集精度,是在检测车道内使用标准车条件下进行的 ,检验前厂家已知道所用各种标准车长度、高度及车顶形状信息,各种采集技术都可通过识别车型与检测车速两检验且达标 。因此,在标准车检测条件下,各种采集技术数据采集精度没有可比性 。而在公路交通流量调查实际使用环境中对社会机动车识别车型与检测车速,交通流量调查设备应用什么样的信息采集技术(工作原理、信息采集与计算方法)、采集机动车分型与地点车速相关的哪些特征信息,其车型与车速数据采集精度则会出现极大差异。
实际上,在公路交通流量调查实际使用环境中 ,应用某种单一采集技术的交通流量调查设备,并不具备车型识别精度功能或车速检测功能,是用户切不可被一些厂家忽悠的注重点之一。
1.2 目前交通运输部推荐的11型产品,识别车型与检测车速所应用信息采集技术分为三类四种:
1)采集车长信息识别车型与检测车速
●地感线圈机动车信息采集技术;
●视频机动车信息采集技术。
2)采集车高信息识别车型与检测车速
●超声波机动车信息采集技术。
3)采集车长、车高综合信息识别车型与微波(雷达)检测车速
●微波+超声波机动车信息采集复合技术。
1.3 机动车分型数据对社会车辆数据采集精度排列顺序:
第一:微波+超声波机动车信息采集复合技术;
第二:超声波机动车信息采集技术;
第三:地感线圈机动车信息采集技术;
第四:视频机动车信息采集技术。
1.4 机动车地点车速对社会机动车数据采集精度排列顺序:
第一:微波+超声波机动车信息采集复合技术;
第二:地感线圈机动车信息采集技术、视频车辆信息采集技术;
第三:超声波机动车信息采集技术(不具备测速功能,其地点车速为假定数据)。
信息采集技术应用是交通流量调查设备第一项关键技术,其工作原理及优缺点,可参阅交通部规划研究院将发表的P078论文《公路交通流量调查微波+超声波复合技术应用》(附论文)
2、数据现场实时处理——集中处理器技术
交通部颂布的《固定式交通流量调查设备技术条件》、《固定式交通流量调查设备与数据服务中心通讯协议》要求交通流量调查设备具备现场实时数据处理功能,因此,交通流量调查设备必须配置现场数据集中处理器。数据集中处理器是设备的心脏,其技术的应用是交通流量调查设备第二项关键技术。
以前的老设备没有现场集中处理器,某些厂家称安装了几百套设备,其实成为了用户的难题,全部要进行二次投资升级改造。江苏安装此类设备最多,受害最大。是用户切不可被一些厂家忽悠的注重点之二。
2.1 交通部推荐的11型交通流量调查设备产品,在野外工作环境下集中处理器主要使用三类技术:
1)办公室用普通PC机;
2)工厂或小型数据管理中心用工控机;
3)微型化的高性能嵌入式处理器。
2.2 交通流量调查设备全年365天24小时工作,集中处理器的工作寿命排列顺序:
第一: 微型化的高性能嵌入式处理器;
第二: 工厂或小型数据管理中心用工控机;
第三: 办公室用普通PC机。
2.3 集中处理器体积排列顺序:
第一: 微型化的高性能嵌入式处理器置于20cm*20cm*30cm可架空安装的小型机箱内;
第二: 工厂或小型数据管理中心用工控机须置于大型落地安装的机箱内;
第三: 办公室用普通PC机须置于交通站点值机房内。
高性能嵌入式处理器技术应用, 可参阅交通部规划研究院将发表的P078论文《公路交通流量调查微波+超声波复合技术应用》(附论文)
3、设备环境适应类别——使用元器件级别
交通部颂布的《固定式交通流量调查设备技术条件》,交通流量调查设备环境适应分为三个类别:
——A类(-55℃~+45℃)
——B类(-40℃~+55℃)
——C类(-20℃~+70℃)同时具备防盐雾功能
在实际使用环境中,设备的环境适应类别非常重要,是用户切不可被一些厂家忽悠的注重点之三。特别是东南沿海地区,一定要使用适用环境温度为C类设备,可保障在高温与盐雾条件下正常工作。
3.1 交通流量调查设备信息采集器、集中处理器及其它模块使用何种级别的原器件决定其环境适应的性能。元器分为三类级别:
1)商业级元器件适用于室内环境;
2)工业级元器件适用于野外环境;
3)军工级元器件适用于特殊环境。
3.2 使用商业级原器件与工业级原器件区别与选择顺序:
第一:高性能嵌入式处理器是由生产商自行开发的交通流量调查设备专用集中处理器,可全部采用工业级元器件,在野外工作条件下无须温控箱或值机房,-20℃~+55℃A、B、C三类工作环境跨度下均可正常工作;
第二:PC机与工控机是从市场采购的制式产品,使用的是商业级元器件,用作交通流量调查设备在野外我作条件下使用的集中处理器,根据使用地域环境温度须置放入可调节温度的防护箱或值机房内,在A、B、C三类工作环境下须增加设置高、低温调节设施。
4、交调自动检测站选点的任意性——设备总体功耗
交通流量调查设备的总体功耗,是影响交调自动检测站选点任意性的一个重要因素(另一因素是集中处理器的体积与环境适应性)
4.1 使用工业级元器件的高性能嵌入式处理器与使用商业级元器件的PC机或工控机,其自身功耗相比就有很大差别,使用商业级元器件的PC机或工控机在野外工作条件下须增加温控设施,其功耗更大。适合站点选择任意性的排列顺序:
第一:使用工业级元器件的高性能嵌入式处理器,再对设备其它模块进行优化设计 ,可使六车道以内的交通流量调查设备总体功耗控制在20W以下,适合太阳能供电,加之体积小与环境适应跨度大,可在任意路段选建立交通流量调查自动检测站;
第二:使用工控机作为交通流量调查设备的集中处理器自身功耗大于高性能嵌入式处理器,在野外工作条件下须增加温控设施,其功耗增大,加之防护箱体积较大,使交通流量自动检测站选点受到一定限制;
第三:使用PC机作为交通流量调查设备的集中处理器自身功耗大于高性能嵌入式处理器,在野外工作条件下须增加温控设施,其功耗增大,加之防护箱体积较大与置入值机房内,使交通流量自动检测站选点受到更多限制。
5、数据直接传输——数据传输技术
交通部颂布的《固定式交通流量调查设备技术条件》、《固定式交通流量调查设备与数据服务中心通讯协议》要求交通流量调查设备现场数据直接传输到省级交通情况调查数据服务中心,严禁数据先传到厂家,再由厂家将进行二次处理后数据或假数据提供给交通情况调查管理机构,这就对设备数据传输技术提出了更高的要求。设备必须同时具备无线传输与有线传输功能,根据不同公路交通情况调查管理机构需求还须具备内网传输与外网传输功能。如省、市两级同时须直传数据,设备须具备多点传输功能。
设备是否具备数据直接传输到省级交通情况服务中心功能,是用户切不可被一些厂家忽悠的注重点之四。
多点传输功能技术,可参阅交通部规划研究院将发表的P078论文《公路交通流量调查微波+超声波复合技术应用》(附论文)
6、视频监控选点的任意性——视频与微波传输技术
交通流量调查设备增加视频监控已是成熟技术,对于远离公共网线路的交通流量调查站点增加视频监控,就须采用微波视频传输技术。设备生产厂家能否掌握微波视频传输技术与提供微波传输设备安装,是保障距公共网线路20KM以内的交通流量调查站点都可实施视频监控的重要选择。
微波视频传输技术与提供微波传输设备安装,可参阅苏路通产品技术性能介绍。
南京苏通路通信息系统技术有限公司
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论文
公路交通流量调查微波+超声波复合技术应用
王雨晶
(江苏省镇江市公路管理处)
摘 要: 固定式交通流量调查设备是应用信息采集技术,采集通过公路检测断面的各型(类)机动车信息 ,经实时数据处理、存储与传输,按方向、车道检测机动车分型(类)、地点车速、流量、车头间距、车头时距、时间占有率等数据的自动检测系统。本文解析地感线圈、视频、超声波等机动车信息采集单一技术方案,及其工作原理、机动车分型与地点车速数据采集方法、优点与缺点、对数据采集精度影响与比较。重点介绍微波(雷达)+超声波信息采集复合技术的应用,提高对社会机动车分型与地点车速两项基础数据的采集精度,适应各级交通情况调查管理机构的实际需求,为交通流量调查数据的真实性提供切实可靠的保障。
关键词:交通流量调查;信息采集单一技术;信息采集复合技术;系统集成技术。
1引言
交通部颁布《固定式交通流量调查设备技术条件》(以下简称《技术条件》) ,对交通流量调查设备机动车分类与分型、地点车速、流量、车头时距、车头间距、时间占有率等六项数据采集精度,制定了严格的技术标准。其中车型与车速数据是基本的原始数据,其它四项均是依据车型与车速基本数据经处理器统计、计算得出的衍生数据。交通流量调查设备应用什么样的信息采集技术(工作原理、信息采集与计算方法),采集机动车分型与地点车速相关的哪些特征信息,其车型与车速数据采集精度会出现很大差异。首先要解决设备前台信息采集器满足车速与车型信息采集精度综合技术指标要求的多项机动车特征信息采集功能,方能为后台数据集中处理提供齐全、准确、真实的信息流。
交通部“推荐质量合格交通情况调查设备活动”(以下简称“推荐”活动)的开展,部、省、市(地)各级交通情况数据管理机构的实用需求,推动了交通流量调查设备机动车信息采集技术的革新,催生了机动车信息采集复合技术的诞生,微波(雷达)+超声波机动车信息采集复合技术的应用,就是其中一项成功范例。
2机动车信息采集几种单一技术
2.1地感线圈机动车信息采集技术
2.1.1地点车速信息采集
工作原理与计算方法是:地感线圈由埋入车道路面下的专用电缆绕几匝形成的矩形线圈及其传输馈线构成,它通过一个变压器接到被恒流源支持的调谐回路,有源矩形线圈构成LC调谐回路的电感部分,并使线圈周围的空间产生电磁场。当含有铁金属的车体进入线圈磁场范围,车辆铁构件内产生自成闭合回路的感应电涡流;此涡流又产生与原有磁场方向相反的新磁场,导致线圈的总电感变小,引起调谐频率偏离原有数值;偏离的频率被送到相位比较器,与压控振荡器频率相比较,确认其偏离值,从而发出车辆通过或存在的信号。以采集机动车车头通过两组线圈的时间信息计算车速。
2.1.2机动车分型信息采集
工作原理与计算方法是:采集机动车车头车尾分别通过单组线圈时间差,根据上述检测的该车车速计算出车长信息,以车长信息识别车型。
2.1.3优点
地点车速数据采集精度较好,其实时检测精度高于90%。
2.1.4缺点
(1)以车长信息为主识别车型,在对社会机动车检测中,对车长相同或相近的小客车与小货车、大客车与大货车难以区别,无法提供单车实时识别的直接数据。通常采用的方法是:后台软件用数学概率在设定时间段内模糊区分客、货车,得出的是二次处理的人工数据。以上难以区别的几种车型约占交通总流20-40%。
(2)线圈在安装或维护时必须直接埋入车道,埋置线圈切割路面面积比较大,其切缝破坏了路面面层整体结构, 被雨水浸泡与机动车碾压后,极易造成局部路面病害。
2.2视频机动车信息采集技术
2.2.1地点车速信息采集
工作原理与计算方法是:非接触式信息采集器,通过视频摄像机作传感器。在其视频范围内单个或多个(1-8个)车道设置矩形虚拟线圈,即检测区域。当机动车进入检测区时,背景灰度值发生变化,由检测装置采集车头通过车道同方向虚拟线圈两端的时间信息计算车速。
2.2.2机动车分型信息采集
工作原理与计算方法是:采集机动车车头、车尾分别通过虚拟线圈一端时间差,根据上述检测的该车车速计算出车长信息;采集机动车通过检测区机动车外形背景影像信息。以车长信息为主,机动车外形背景影像信息为次识别车型。
2.2.3优点
(1)地点车速采集精度:良好天气≥90% 。
(2)拍摄区域广,可获得一个较大区域交通图像信息,实时获得多车道的机动车信息,为管理人员提供可视图像,使管理更直观。
(3)安装维护方便,不需破坏路面。
2.2.4缺点
(1)以车长为主识别车型,机动车分型数据采集精度误差同地感线圈。
(2)夜晚、恶劣天气能见度低的环境,以及日光、机动车强光形成的汽车动态阴影,会干扰机动车背景灰度值信息的采集,影响地点车速与机动车分型数据采集精度。
(3)路侧安装的视频传感器技术方案,当多车道机动车同时进入检测区域时,视频传感器近侧车道的机动车会遮蔽远侧车道机动车,造成漏车或误判。
(4)所有基于镜头工作的设备都需要经常擦拭保洁和维护。
2.3超声波机动车信息采集技术
2.3.1单组超声波测距传感器机动车信息采集技术
(1)地点车速信息采集
工作原理与计算方法是:非接触式信息采集器。超声波机动车信息采集技术是根据声波的传播和反射原理,通过对发射波和反射波的时间差计算出物体距超声波传感器的距离。声波在空气中的传播速度为340 m/s,龙门架净高如为6 m,需设定40ms为发射波和反射波接收处理周期。单组超声波传感器安装在车道上方的龙门架上,超声波检测装置采集机动车通过超声波传感器下方的时间与接收反射波的点数信息,以预设平均速度与假定(7-9种)车长推算车速,其车速为假定数据。
(2)机动车分型信息采集
工作原理与计算方法是:每隔40ms超声波传感器发射一束超声波打到地面,之后再接收地面的返回波。当有机动车通过时,超声波打到机动车各个点后返回波的时间由于机动车各点高度不同,接收到的返回波的时间也不相同。采集机动车通过单组超声波传感器下方的信息,就能描绘出机动车的基本外形,再与集中处理器中预先存储的图形点阵进行对比识别车型。
(3)优点
① 对社会机动车车型数据采集精度,高于应用地感线圈、视频信息采集技术。
② 安装维修方便,不用破坏路面。
(4) 缺点
① 因单点采集信息技术的工作原理与计算方法所限,且每分钟仅采集25次信息,对社会机动车进行检测时,实际上并不具备交通流量调查的地点车速采集功能。
② 受刮风引起的空气震动影响数据采集精度。
③ 受温度变化影响大,0℃时声波传播速度为340m/s,气温升降每±5℃,超声波测距误差为≤3%,无温度补偿功能超声波设备,温差严重影响其机动车分型数据采集精度。
3解析
以上使用的地感线圈、视频、超声波等机动车信息采集单一技术,地点车速数据采集原理与计算方法为两种:a)采集车头通过设定间距的两点时间信息计算车速;b)假定(7—9种车型)车长采集机动车通过单点时间信息推算车速。
机动车分型数据采集原理与识别方法为两种:a) 采集车长(部分技术可提供辅助识别信息)信息识别车型;b)采集车高与车顶形状信息识别车型。
在对社会机动车检测中,应用单一功能信息采集技术对机动车车速与车型信息采集虽各具优势,但受各种单一功能信息采集技术基本工作原理的瓶颈制约,仅能采集机动车车长或车高二者之一的特征信息,所以各有缺陷。机动车分型数据采集精度高则地点车速数据采集精度低;地点车速数据采集精度高则机动车分型数据采集精度低。所以同时解决车型与车速数据采集精度使之达到综合技术指标,前台单一功能的信息采集技术是无法实现的。因而在实际应用中,机动车分型与地点车速数据采集精度二者之一必然存在数据真实性问题。因车型与车速为两项基础数据,以此基础数据衍生得出的流量、车头时距、车头间距、时间占有率等其它四项数据采集精度,同样存在数据真实性问题。
综上所述,最根本、最有效的途径是:从交通流量调查设备的前台,即机动车信息采集器作为关键技术的突破点,采用具备采集机动车车速、车长、车高(车顶形状)三项特征信息功能的复合信息采集技术方案,同时解决提高机动车分型与地点车速采集精度。
4微波(雷达)+超声波复合信息采集技术
4.1微波(雷达)机动车信息采集技术
微波(雷达)所依据的原理是“多普勒效应”。微波是波长很短的无线电波 ,微波的方向性很好 ,速度等于光速。微波遇到车辆立即被反射回来,被接收混频后即产生和速度对应的差频信号,该信号频率范围在(10-100000Hz和被测物移动速度有关)之间。回波差频信号随目标远近幅度在1MV--100MV之间变化 。被测移动目标经过波长2/1的距离时接收混频差频信号输出一周波 。例如波长3cm,被测目标移动1.5cm输出一正弦波信号,其精度是线性的,用此法可在测速的同时测车长。混频差频信号经放大整形送处理器进行脉宽检测,并跟据脉宽进行多次比较,运算转换成km/小时。利用被测移动目标接近、远离,多普勒效应可测出移动目标运行方向,相对距离(因速度和混频差频频率有关,信号强度和被测移动目标远近有关),回波信号幅度随目标反射距离不同而变化 。
使用的微波(雷达)测速传感器:
●量程为0.1-30m;
●输出功率为10mw;
●频率为 10.525GHz;
●采用铝合金微波波导腔体振荡器;
●振荡器输出端通过法兰接矩形喇叭天线。可根据发射角度和探测距离的要求更换不同的喇叭天线,以控制微波投映区范围。
微波(雷达)测速传感器安装在车道上方的龙门架上,矩形喇叭天线与来车前进方向相对,角度成450发射口对斜下方,使微波信号在距龙门架垂线约2m的前方车道内,形成长约10m、宽约2-3m的矩形投映区,即检测区域。
机动车进入检测区域,产生微波反射波并被雷达接收,检测装置检测反射波,用多普勒原理计算出车速与车长,采集地点车速与车长信息、机动车方向信息、进入与离去检测区域时间信息。
4.2超声波机动车信息采集技术
超声波测距传感器是利用工程陶瓷材料的压电特性制成的。高频振荡电路产生高频振荡脉冲信号激励晶片,产生高频振动,并在介质内产生超声波。
使用的超声波测距传感器:
●工作频率为40kHz;
●设定40ms为发射波与反射波接收处理周期(龙门架高 6 m);
●发射超声波信号距离大于8m;
●设置温度补偿功能以修正温差变化导致的测距误差;
●装有喇叭形声波导管,藉以改善探头的指向性和提高灵敏度,控制路面投映区域范围。
每车道一组超声波传感器,与微波(雷达)传感器安装在车道上方的龙门架相近位置。超声波传感器声波导管垂直向下,在龙门架垂线车道内形成直径2-2.5m圆形超声波投映区,即检测区域。
机动车进入检测区域,超声波传感器40ms为一个周期发出的发射波,经空气传播到车顶部,产生反射波经空气传播到达传感器并被接收,超声波检测装置测得车顶部各反射点与传感器的时间差(距离),计算出车顶形状各部位高度的点阵图形,结合微波(雷达)检测的该车的车长信息,采集车高(驾驶室上方)与车顶形状信息,识别机动车车型。
微波(雷达)+超声波机动车信息采集复合技术应用示意图
1、微波(雷达)测速传感器2、超声波测距传感器3、机箱(数据集中处理器、通讯模块)
4.3同时解决提高机动车分型与地点车速数据采集精度方案
微波(雷达)+超声波信息采集复合技术的应用,取微波(雷达)测速精度高与超声波车型识别率高的两项技术优势。是优选的同时解决机动车分型与地点车速数据采集精度、取长补短的技术方案。其技术优势为:
●交通流量使用的微波(雷达)传感器检测社会机动车地点车速数据采集精度可达≥98%,具备警用测速雷达同样精度;
●不受气候环境干扰,可全天候工作。微波(雷达)地点车速采集精度与适应全天候工作条件,是其它地点车速数据采集技术难以相比的;
●微波(雷达)传感器提供的车长信息,使超声波测距传感器可准确区分并检测出车顶各部位分段长度与高度的点阵图形,采集通行道路社会机动车各种各样的车型信息,经处理器设置车长、车高、车顶形状各部位分段长度与高度的车型识别组合条件。对提高社会机动车分型数据采集精度,提供了实用、高效、准确的技术方案。其技术优势,与其它单一信息采集技术相比提升了一个层次;
●设置车型识别学习功能。提供检测数据实时显示界面,现场显示设备检测的单车实时车型数据,经人工现场比对,可为新车型及时增加车型识别组合条件与为误判车型修正车型识别组合条件。数据库可存储60000组预设置的车型识别组合条件,可适应与满足各地区社会机动车因车型差异设置不同识别组合条件的实用需求;
●非接触式检测技术,无须破坏检测路段路面,安装维修方便;
●微波(雷达)天线可控制发射角度与距离,根据车道宽度设置调整检测区域;
●超声波传感器采用温度补偿技术,测距精度不受温差变化影响,适合多种气候带地域使用。
4.4高性能嵌入式处理器与多点传输技术应用集成系统解决方案
《技术条件》要求交通流量调查设备现场完成数据实时集中处理、存储,并直接传输到省级交通情况调查数据服务中心,彻底改变了原交通流量数据先传输到生产商服务器,用户再经公共网络调阅二手数据的管理模式 ,同时也对设备集中处理器与数据传输技术提出了更高的要求。依照部、省、市(地)各级交通情况调查管理机构的实用需求,高性能嵌入式处理器与多点传输技术结合微波+超声波信息采集复合技术的应用,构成了一个交通流量调查设备技术革新的系统集成解决方案:
●高性能嵌入式处理器的应用,实现集中处理器微型化,置入30cm*20cm*20cm的机箱中,可使整套设备全部安装在龙门架上,无须大型落地防护机箱或放置在防护机房内,完全实现无人值守,;
●传输模块设置实时向省级数据服务中心 (双向传输设备控制) 、市(地)级数据服务中心(单向传输数据接收)、生产商(单向传输设备监测)三点传输,满足各级用户需求;
●微波(雷达)传感器、超声波传感器、集中处理器(包括传输模块)全部安装在龙门架上,无须破坏路面,便于安装维护;
●微波(雷达)传感器、超声波传感器、集中处理器(包括传输模块)全部采用工业级元器件,无须设置调温防护设备,可在+70℃~-55℃气温条件下正常工作,同时减少了用电负荷;
●2-6车道配置的交通流量调查设备,总功耗在15-20W以内,便于使用太阳能供电,可在通行公路远离养护工区或集镇的路段安装使用,对交通流量调查站点设置,提供了更大范围的选择;
●集成后的系统实现新技术、高性能、低功耗,在各种环境、气候条件下,更具实用性。
5结束语
上述机动车信息采集复合技术与系统集成技术,已在江苏多个交通流量调查站(点)得到应用,取得了良好的效果。在此基础上,具备连接公共网络条件的交通流量调查站(点),再配置视频监控设备,管理中心远程可显示检测站(点)现场交通、路面与气候情况的实时视频图像,使现场管理更直观,系统功能将更趋完善。
参考文献
1、雷玉堂(武汉通光电有限公司高新技术研究所)《中国公共安全:智能交通》2007年 第3期《智能交通中几种车辆检测系统的比较与选择》
2、何龙燕(辽宁金洋集团 辽宁 丹东)《黑龙江科技信息》2007年 第04X期《利用超声波技术检测交通流量》
3、刘子健(中国科学院声学研究所)《应用声学》1994年 第2期《超声波交通流量检测仪》
作者简介
王雨晶,男(1951.11),江苏省镇江市公路管理处,E-mail:sltwyj@163.com
补充说明:
随着科技发展,目前地感线圈应用车辆轴数与轴距信息采集技术的交通量调查设备,车型识别精度有了大幅度提高。
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