公路車輛檢測(cè)系統(tǒng)方案探討

周來(lái)勝

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了兩種公路車輛檢測(cè)系統(tǒng)的功能原理和系統(tǒng)方案，并對(duì)車輛信息地磁感應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：公路；車輛檢測(cè)；方案

1 引言

智能交通系統(tǒng)是未來(lái)交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。車輛檢測(cè)器作為交通信息采集的重要前端部分，越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。車輛檢測(cè)器以機(jī)動(dòng)車輛為檢測(cè)目標(biāo)，檢測(cè)車輛的通過(guò)或存在狀況，其作用是為智能交通控制系統(tǒng)提供足夠的信息以便進(jìn)行最優(yōu)的控制。車輛信息地磁感應(yīng)系統(tǒng)作為取代傳統(tǒng)的線圈車輛檢測(cè)器的一種新型車輛檢測(cè)設(shè)備，依靠其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，已在國(guó)內(nèi)外得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

2 感應(yīng)線圈式車輛檢測(cè)器

2.1 感應(yīng)線圈式車輛檢測(cè)器基本原理

在同一車道的道路路基段埋設(shè)一組感應(yīng)線圈，每組感應(yīng)線圈與多通道車輛檢測(cè)器相連。當(dāng)車輛分別經(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)傳輸給車輛檢測(cè)器，由其進(jìn)行采集和計(jì)算，并發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行處理。車輛檢測(cè)系統(tǒng)外場(chǎng)設(shè)備部分主要由車輛檢測(cè)器和檢測(cè)線圈組成。

2.2 感應(yīng)線圈式車輛檢測(cè)器的安裝

感應(yīng)線圈式車輛檢測(cè)系統(tǒng)施工流程通常包括切割線圈槽、敷設(shè)線圈電纜、灌膠、測(cè)試線圈電氣特性、車輛檢測(cè)器安裝調(diào)試。

（1）檢測(cè)域選取。環(huán)形線圈通常安置在切割路面的槽里，其典型的寬度為6至8毫米，深度為4至6厘米。（2）路面畫線。根據(jù)車道寬度和檢測(cè)對(duì)象要求，確定線圈規(guī)格尺寸及匝數(shù)，進(jìn)行路面畫線，拐角處45度倒角，避免尖角損壞電纜護(hù)套。（3）鋸縫開槽與清理。（4）鋪裝線圈電纜。（5）饋線敷設(shè)。（6）電纜固定。（7）線槽回填。槽內(nèi)縫隙須填實(shí)并與道路結(jié)為一體，防止線圈在有車經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生顫動(dòng)或松動(dòng)。

2.3 感應(yīng)線圈式車輛檢測(cè)器缺點(diǎn)

感應(yīng)線圈式車輛檢測(cè)器具有安裝簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)、集成化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著固有的一些缺點(diǎn)，安裝或維護(hù)地感線圈時(shí)必須直接埋入車道，這樣交通會(huì)暫時(shí)受到阻礙，不利于保持車輛行駛的暢通；埋置地感線圈的切縫會(huì)使路面軟化，這樣容易使路面受損，尤其是在有信號(hào)控制的十字路口，在這里車輛經(jīng)常啟動(dòng)或者制動(dòng)，可能會(huì)使道路損壞更加嚴(yán)重；地感線圈易受冰凍、路基下沉、土地鹽堿等自然環(huán)境的影響，感受磁場(chǎng)變化不準(zhǔn)，從而影響檢測(cè)效果；當(dāng)車流擁堵，車間距小于3m的時(shí)候，地感線圈檢測(cè)器的檢測(cè)精度大幅度降低，甚至無(wú)法檢測(cè)，而在我國(guó)很多城市，上下班高峰時(shí)交通都十分擁堵，地感線圈檢測(cè)器在交通擁堵時(shí)檢測(cè)精度就會(huì)大幅度降低，這樣就不利于交通信息的采集和道路交通的管理。

3 車輛信息地磁感應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)

3.1 地磁車輛檢測(cè)器基本原理

為提高車輛檢測(cè)準(zhǔn)確度和系統(tǒng)抗干擾能力，降低系統(tǒng)成本，減少對(duì)路面的破壞，提出了基于地磁感應(yīng)的無(wú)線車輛檢測(cè)系統(tǒng)的方法。與傳統(tǒng)車輛檢測(cè)器相比，該檢測(cè)器采用各向異性磁阻傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，尺寸小，易于集成。檢測(cè)器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和特征提取， 利用2個(gè)地磁感應(yīng)器， 應(yīng)用基于閾值的車輛判別方法，進(jìn)行車流量的實(shí)時(shí)在線的檢驗(yàn)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，無(wú)需布線，易于施工，基于地磁感應(yīng)的車輛檢測(cè)方法的準(zhǔn)確率達(dá)到了96%。系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，不受環(huán)境路況天氣等外在因素的影響，與傳統(tǒng)車輛檢測(cè)系統(tǒng)相比，在性能、實(shí)時(shí)性、成本、壽命、維護(hù)等方面整體上有很大的優(yōu)越性。

3.2 地磁車輛檢測(cè)器的性能特點(diǎn)

由于車輛本身含有的鐵磁物質(zhì)會(huì)對(duì)車輛存在區(qū)域的地磁信號(hào)產(chǎn)生影響，使車輛存在區(qū)域的地球磁力線發(fā)生扭曲。車輛在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，這種鐵磁物質(zhì)對(duì)地磁場(chǎng)的影響會(huì)跟隨車輛的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)磁敏探測(cè)端機(jī)時(shí)，磁敏傳感器可以探測(cè)出地磁信號(hào)的變化并以輸出電壓信號(hào)的形式得以反映，放大器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行充分放大，濾波隔直電路對(duì)關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步提取并通過(guò)比較器電路產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，單片機(jī)收到此中斷信號(hào)便開始通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)放大器放大后的信號(hào)不斷采集，并根據(jù)相應(yīng)的算法采集車輛信息。正是這樣一個(gè)世界領(lǐng)先的檢測(cè)技術(shù)，成功應(yīng)用到了智能交通行業(yè)。

主要特點(diǎn)：

（1）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：能夠全天候持續(xù)正常工作 設(shè)置方便、靈活；（2）系統(tǒng)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展性好、系統(tǒng)運(yùn)行效率高；（3）實(shí)時(shí)對(duì)多路口多車道的車流量信息進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)；（4）使用壽命長(zhǎng)：可工作3年以上無(wú)需更換電池；（5）體積小，無(wú)線傳輸，安裝、維護(hù)方便，對(duì)路面破壞較?。唬?）靈敏度根據(jù)路況軟件可調(diào)，對(duì)低速或靜止車輛也有良好的檢測(cè)效果，準(zhǔn)確率高；（7）抗干擾好：檢測(cè)器經(jīng)過(guò)多次硬件濾波和數(shù)字濾波，經(jīng)微處理器算法識(shí)別，抗振動(dòng)、雷電和無(wú)線信號(hào)干擾，正確率和靈敏度高；（8）安裝方便，效果美觀：施工周期短，成本低，不需要大型切割設(shè)備，路面破壞程度小，只需要在路面打出一個(gè)深度略大于120mm，直徑為108mm（打孔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)孔徑）的圓洞即可。

3.3 地磁車輛檢測(cè)系統(tǒng)施工技術(shù)

3.3.1 地磁感應(yīng)器安裝

通過(guò)水鉆（通用工具）在路面鉆一圓洞將地磁感應(yīng)器埋入路面，對(duì)路面無(wú)破壞和損傷，保證城市道路美觀，安裝時(shí)間短無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間封閉車道，有效的減少了施工過(guò)程中交通安全風(fēng)險(xiǎn)。

（1）封閉待安裝的車道，按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工放樣，在指定位置上定出地磁檢測(cè)器安裝孔位，并在每個(gè)孔位上定出標(biāo)志；

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)圖的要求打安裝孔，并清空孔內(nèi)雜物；

（3）將鉆好的孔內(nèi)的雜物清除、水吸干；

（4）將碎石子墊入孔底，并夯實(shí)壓平；

（5）把檢測(cè)器的磁環(huán)開關(guān)按箭頭指引方向下滑取掉，將檢測(cè)器放入孔內(nèi)，正面（有標(biāo)識(shí)的一面）朝上，檢測(cè)器正面必須與路面相平；

（6）用混泥土填充檢測(cè)器周圍縫隙，并與周圍路面平齊，注意不要用填料覆蓋檢測(cè)器正面。

3.3.2 接收天線安裝

基站及中繼的天線要求裝在離地面5米高的桿件上，一般可以采用U型抱箍將接收天線固定在車行型號(hào)燈桿件或者電子警察桿件上。特別是基站天線的安裝，要求天線的連接線穿過(guò)地埋管連接到信號(hào)控制柜中的接收主機(jī)饋線端口，安裝時(shí)利用垂線椎檢測(cè)保證天線中“O”型圈與地面垂直且整個(gè)天線要離開其他金屬物30cm以上。

3.3.3 中繼器安裝

結(jié)合路口車道劃分和地磁感應(yīng)器的實(shí)際布置，選中適當(dāng)位置安裝信號(hào)中繼、接收主機(jī)和天線，有效提高信號(hào)傳輸效果、提高車輛感應(yīng)和信號(hào)接收精確度，避免單獨(dú)設(shè)置桿件和機(jī)箱，減少工作量、提高工作效率中繼器安裝在路邊立桿的背包箱內(nèi)，將饋線接頭與天線插口連接牢固。連接適配器或蓄電池接入電源插口，將電源開關(guān)撥至ON狀態(tài)。

3.3.4 系統(tǒng)功能調(diào)試檢測(cè)

在完成所有檢測(cè)器的安裝布設(shè)后，撤離所有路障設(shè)施，保證所有車道正常通車。觀察接收主機(jī)上與所安裝檢測(cè)器編號(hào)對(duì)應(yīng)的指示燈，進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)功能調(diào)試包括：地磁信號(hào)無(wú)線傳輸檢測(cè)、自適應(yīng)背景調(diào)整、交通信號(hào)自動(dòng)控制功能調(diào)試檢測(cè)、交通信號(hào)自動(dòng)控制功能調(diào)試檢測(cè)。

科學(xué)的組織施工人員，精心調(diào)測(cè)，確保主機(jī)與各個(gè)感應(yīng)器之間的信號(hào)傳輸正常。通過(guò)交通信號(hào)燈控制機(jī)聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)路口交通流量和車輛信息的精確統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的自適應(yīng)控制，從而提高路口車輛通行量，有效緩解路口交通擁堵。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)城市化的發(fā)展，智能交通建設(shè)正發(fā)生日新月異的變化。對(duì)城市交通工程的人性化和智能化控制提出了更高的要求，車輛地磁感應(yīng)系統(tǒng)正是智能交通系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵控制子系統(tǒng)，在未來(lái)的城市智能交通建設(shè)中車輛信息地磁感應(yīng)系統(tǒng)將得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]翁小雄，等.機(jī)電工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]張亞平，裴玉龍，王富.現(xiàn)代交通檢測(cè)技術(shù)在城市快速路系統(tǒng)交通調(diào)查中的應(yīng)用[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué).