車輛檢測傳感技術(shù)踐析

□ 文/鞏玨

智能交通與車輛檢測

隨著經(jīng)濟與汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對交通管理服務(wù)水平提出了更高要求，智能交通系統(tǒng)作為一種先進的一體化交通綜合管理平臺，是基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通管理的服務(wù)系統(tǒng)，是以信息的收集、處理、發(fā)布、交換、分析、利用等為主線，依靠智能技術(shù)將交通流量調(diào)整至最佳狀態(tài)，提高現(xiàn)有道路的通行能力，為交通參與者提供多樣性的服務(wù)。

車輛檢測作為智能交通技術(shù)手段的最基礎(chǔ)單元之一，通過車輛檢測方式采集有效的道路交通信息，獲得交通流量、車速、道路占用率、車輛類型等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有目的地實現(xiàn)監(jiān)測控制、分析、決策、調(diào)度和疏導(dǎo)。

車輛檢測傳感技術(shù)應(yīng)用

智能交通領(lǐng)域車輛檢測更為標(biāo)準(zhǔn)的稱謂應(yīng)該是：交通信息采集。在智能交通系統(tǒng)的最前端通過電子傳感技術(shù)檢測車輛的存在、流量和速度等基礎(chǔ)交通參數(shù)，目前主要的傳感器技術(shù)有：磁場傳感、波頻傳感、光電傳感、視頻檢測等高新電子傳感技術(shù)。

磁場傳感技術(shù)車輛檢測

應(yīng)用磁場傳感技術(shù)的智能交通信息采集檢測主要有：地埋式環(huán)形電磁感應(yīng)線圈、地磁傳感等。

地埋式環(huán)形電磁感應(yīng)線圈檢測

地埋式環(huán)形電磁感應(yīng)線圈車輛檢測器是傳統(tǒng)的交通檢測器，主要應(yīng)用于通行車輛檢測，是目前用量最大的一種檢測。其工作原理：通過一個電感器件即環(huán)形線圈與車輛檢測器構(gòu)成一個調(diào)諧電子系統(tǒng)，環(huán)形閉合線圈埋設(shè)于路面下，線圈中通有時刻變化的電流，根據(jù)變化的電場會產(chǎn)生磁場，交變的磁場會產(chǎn)生電場的原理，當(dāng)車輛通過或停留在埋設(shè)路面下的環(huán)形線圈時，引起線圈磁場的變化，改變線圈的電感量，進而導(dǎo)致電流的變化，激發(fā)電路產(chǎn)生一個輸出，檢測器據(jù)此計算出車輛的流量、速度、時間占有率和長度等交通參數(shù)，并上傳給中央控制系統(tǒng)，以滿足交通控制系統(tǒng)的需要。

電磁感應(yīng)車輛檢測主要包括：環(huán)形線圈、調(diào)諧回路和檢測電路。對車輛檢測起直接作用的是環(huán)形線圈回路的總電感，總電感主要來源是線圈自感和車輛與線圈之間的互感。環(huán)形線圈的自感大小取決于線圈的截面面積、環(huán)形線圈是由專用線纜繞制幾匝（一般為5匝）構(gòu)成，根據(jù)不同的需要改變線圈形狀和尺寸。

電磁感應(yīng)線圈檢測方法技術(shù)成熟，易于掌握，計數(shù)精確，性能穩(wěn)定，并有成本較低等優(yōu)點。

電磁感應(yīng)線圈檢測方法也有以下缺點：

安裝過程工藝對檢測的可靠性和使用壽命影響較大。

線圈在安裝或維護時須直接埋入車道，交通會暫時受到阻礙。

埋設(shè)線圈的切縫軟化了路面，容易使路面受損，影響路面壽命，尤其是在有信號控制的十字路口，車輛啟動或者制動時損壞可能會更加嚴(yán)重。

埋地感應(yīng)線圈易受重型車輛碾壓路基下沉、路面維護等影響損壞。

受高緯度冰凍期和低緯度夏季路面以及路面質(zhì)量差等因素影響，而增加對線圈的維護工作量加大。

地磁傳感檢測

地磁場是地球的固有資源，提供了天然的坐標(biāo)系，地球磁場在很廣闊的區(qū)域內(nèi)（大約幾公里）其強度是一定的。為緩解城市出行難、停車難問題，在城市的動態(tài)和靜態(tài)交通監(jiān)管系統(tǒng)中，地磁傳感器這一監(jiān)測技術(shù)得以被廣泛應(yīng)用。很多致力于智慧城市智能交通的技術(shù)開發(fā)商，也開始積極拓展地磁監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用。

地磁傳感器工作原理：當(dāng)一個鐵磁性物體（如汽車）置身于磁場中，它會使磁場擾動，數(shù)據(jù)收集儀器能夠測量出磁場強度的變化，從而對鐵磁性物體的存在性進行判斷。地磁傳感器可用于檢測車輛的存在和車型識別就是利用車輛通過道路時對地球磁場的影響來完成車輛檢測。

地磁傳感器的優(yōu)點

安裝、維修方便，不必封閉車道、對路面破壞小，維修時只需檢查地磁傳感器即可；檢測點不易遭到破壞，不受路面移動影響；

地磁傳感器是利用地球磁場在鐵磁物體通過時的變化來檢測，所以它不受氣候的影響；

通過對靈敏度設(shè)置可以識別鐵磁性物體大小，大致判斷出車輛類型；

對非鐵磁性物體沒有反應(yīng)，因此可以有效地減少誤檢。

波頻傳感技術(shù)車輛檢測

波頻車輛檢測是通過發(fā)射器對檢測區(qū)域發(fā)射低功率的連續(xù)頻率的微波信號，微波信號檢測到物體后會以不同頻率的波束反射，反射波束被接收器及時捕捉，通過處理回波信號，分析判斷物體運動狀況。波頻車輛檢測器常用以微波雷達方式廣泛應(yīng)用于城市道路和高速公路的交通檢測。該技術(shù)可以對車流量、車速、交通占用率等多個信息進行同時數(shù)據(jù)采集。

微波雷達檢測

微波車輛檢測器其基本結(jié)構(gòu)包括發(fā)射天線和接收器，通過架設(shè)在道路兩邊的立柱上或懸臂上的發(fā)射天線向特定路面扇形區(qū)域內(nèi)發(fā)射微波，并在路面上留下一條長長的投影，微波車輛檢測器以2米為一“層”，將投影分割為若干層。車輛通過就會造成微波反射波頻的變化，發(fā)射波束就會以不同的頻率被接收器所捕捉，微波車輛檢測器根據(jù)被檢測目標(biāo)反射波頻，測算出目標(biāo)的交通信息，從而確認(rèn)車輛通過的信息。車速檢測原理是：根據(jù)特定區(qū)域的所有車型假定一個固定的車長，通過感應(yīng)投影區(qū)域內(nèi)的車輛的進入與離開經(jīng)歷的時間來計算車速。

優(yōu)點是不受天氣環(huán)境的影響，可以全天候工作，可檢測靜止的車輛，可多車道檢測，安裝維護方便等。

微波車輛檢測器在車型單一，車流穩(wěn)定，車速分布均勻的道路上準(zhǔn)確度較高，但是在車流擁堵、車輛并行、人車混雜以及大型車較多、車型分布不均勻的路段進行檢測，測量精度會受到比較大的影響，檢測范圍內(nèi)出現(xiàn)多臺車輛，往往無法區(qū)分目標(biāo)車輛；側(cè)面安裝只能區(qū)分車輛長短，相鄰車道過車由于遮擋可能遺漏車輛；安裝在馬路中間6m高懸臂上時，如果比較高的大型車輛（如貨柜車等）通過，因車體較高，造成車體頂部距離微波車輛檢測器較近，檢測器發(fā)射出的微波信號被車頂反射回的距離縮短，往往造成計算出的速度值較高，產(chǎn)生比較大誤差；另外，微波檢測器側(cè)面安裝要求離最近車道有3m的空間，且安裝高度達到要求。因此在橋梁、立交、高架路的安裝會受到限制，安裝困難，價格也比較昂貴。

超聲波檢測

超聲波檢測的原理與雷達類似，也是利用“多卜勒效應(yīng)”的反射原理，發(fā)射器從頂部發(fā)出超聲波，當(dāng)有車輛通過時，接收器接收到回波的時間是不一樣的，據(jù)此可以判斷是否有車通過。與雷達測速不同的只不過超聲波傳感器發(fā)出的是聲波而不是電磁波。

此種檢測設(shè)備的缺點是須頂?shù)醢惭b，安裝條件受到一定的限制，并且傳感探頭在路口這種灰塵極大的惡劣環(huán)境中使用，壽命非常短。因此這種檢測方法并不實用，僅可應(yīng)用于灰塵較少的室內(nèi)停車場所。

光電傳感技術(shù)車輛檢測

紅外線檢測

紅外檢測器是利用紅外線光源在待檢測道路區(qū)域內(nèi)的變化來進行車輛檢測的一種設(shè)備，該檢測器一般采用反射式檢測技術(shù)。反射式檢測器探頭由一個紅外發(fā)光管和一個紅外接收管組成，其工作原理是由調(diào)制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制脈沖，經(jīng)紅外探頭向道路上輻射，當(dāng)有車輛通過時，紅外線脈沖從車體反射回來被探頭的接收管接收，經(jīng)紅外解調(diào)器解調(diào)再通過選通、放大、整流和濾波后觸發(fā)驅(qū)動器輸出一個檢測信號。從而根據(jù)紅外線輻射強度的變化來判斷車輛通行狀況。

紅外線檢測器常用于交通信號燈的路口，其檢測準(zhǔn)確快速、輪廓清晰的檢測能力，但對現(xiàn)場環(huán)境的要求較高，灰塵、雨霧等都會嚴(yán)重影響該系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。

激光檢測

激光檢測是一種主動光學(xué)探測方法，其檢測原理與微波雷達檢測極其相似。一般由激光發(fā)生器、光學(xué)器件和光電器件所構(gòu)成。激光檢測設(shè)備采用紅外線半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射出一定頻率極窄的光束精確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)，以光速到達目標(biāo)物后，波束被被測目標(biāo)表面發(fā)射產(chǎn)生回波信號，回波信號中直接或間接的包含待測信息，反射回來光束被接收單元接收，通過測量紅外線光波在激光檢測設(shè)備與目標(biāo)之間的傳送時間來決定與目標(biāo)物的距離，連續(xù)測量的距離變化得出是否有其他物體存在及該物體在這段時間內(nèi)移動速度，這是激光檢測與測速的基本原理。

激光車檢具以下特點：

檢測精度高、測量范圍大、檢測時間短；

非機械接觸測量，避免了車輛輪軸擠壓而造成的線材損傷，也保證了傳感器的精度；

穩(wěn)定性好，安裝和維護簡單方便、無需破壞路面；

全天候工作，能夠在惡劣天氣條件下工作；

激光檢測為點測量行為，檢測精度過程都相當(dāng)高，但與微波雷達一樣，同樣面臨路口多道路，多車輛和多行人的三多影響，點測量的效率無法滿足監(jiān)管要求。最重要的是：激光檢測中的激光束對人體（主要是人眼的傷害）是其在使用中極為嚴(yán)重的問題，激光檢測設(shè)備應(yīng)采用一類人眼安全激光，工作波長為905nm，功率小于0.1MW，符合GB7247.1-2001I類激光人眼安全要求。

視頻車輛檢測

視頻車輛檢測器是綜合利用了拌線技術(shù)、視頻成像技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)而設(shè)計制造的一種車輛檢測識別設(shè)備。該設(shè)備首先通過視頻攝像機傳感器獲取實時圖像，在視頻范圍內(nèi)設(shè)置虛擬線圈，即檢測區(qū)，利用視頻處理技術(shù)對采集的視頻圖像進行分析處理，車輛進入檢測區(qū)時背景灰度值發(fā)生變化，從而得知車輛的存在，并以此檢測車輛的流量。

檢測器可安裝在車道的上方和側(cè)面，與傳統(tǒng)的交通信息采集技術(shù)相比，交通視頻檢測技術(shù)可提供現(xiàn)場的視頻圖像，可根據(jù)需要移動檢測線圈等優(yōu)點，缺點是容易受惡劣天氣、燈光、陰影等環(huán)境因素的影響，汽車的動態(tài)陰影也會帶來干擾，受惡劣天氣正確檢測率下降，甚至無法檢測。受燈光、陰影等環(huán)境因素的影響誤檢率也大幅上升。

車輛檢測技術(shù)展望

汽車擁有量持續(xù)上升帶來的交通壓力使得對車輛檢測技術(shù)要求也越來越高，隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動化技術(shù)及人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展進步，車輛檢測技術(shù)更加完善和智能化。人工智能技術(shù)在智能交通領(lǐng)域中應(yīng)用，一方面可以極大地提升道路交通管理效率，另一方面可以實現(xiàn)更多道路交通管理體系中技術(shù)處理的智能化，減少人工作業(yè)，在數(shù)據(jù)處理分析中的準(zhǔn)確率更高。不斷促進智能交通中車輛檢測技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，提高車輛檢測的效率，維護道路通暢及交通安全，為實現(xiàn)道路交通的健康穩(wěn)定保駕護航。