地感線圈測(cè)速系統(tǒng)測(cè)速誤差原因分析及解決方法

李震 江蘇尤特斯新技術(shù)有限公司

引言

地感線圈檢測(cè)模式可較好滿足治安卡口系統(tǒng)中不允許漏車(chē)的功能要求，再加上地感線圈建設(shè)成本相對(duì)較低，所以自各地大規(guī)模開(kāi)展治安卡口建設(shè)以來(lái)，得到了大量應(yīng)用。治安卡口常復(fù)用測(cè)速功能，實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)地感線圈測(cè)速系統(tǒng)因測(cè)速誤差造成的執(zhí)法爭(zhēng)議相比較其它種類(lèi)測(cè)速系統(tǒng)更為多見(jiàn)。由于地感線圈的成本優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)見(jiàn)其還將長(zhǎng)期應(yīng)用在測(cè)速系統(tǒng)中，因此，有必要對(duì)此類(lèi)測(cè)速系統(tǒng)中出現(xiàn)的測(cè)速取證錯(cuò)誤和誤差原因進(jìn)行分析和歸納，并針對(duì)性的提出解決方法，以提高地感線圈測(cè)速系統(tǒng)的測(cè)速精度和可靠性。

1. 地感線圈測(cè)速系統(tǒng)的測(cè)速誤差概述

1.1. 車(chē)輛自身儀表誤差

所有的儀器儀表必然存在誤差，車(chē)輛自身的速度表當(dāng)然也不例外。

在GB7258-2004《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》發(fā)布之前，對(duì)車(chē)輛自身速度表的誤差允許范圍包括了負(fù)偏差，也就是允許機(jī)動(dòng)車(chē)速度表顯示速度值可在一定范圍內(nèi)小于實(shí)際車(chē)速，這可能會(huì)引起駕駛員按速度表正常行駛卻實(shí)際超速違法的情況。

而在GB7258-2004/2017中，車(chē)速表顯示誤差要求車(chē)速表顯示車(chē)速V1(單位：km/h)與實(shí)際車(chē)速V2(單位：km/h)之間應(yīng)符合關(guān)系式：0≤V1-V2≤(V2/10)+4，由此可以看出，該國(guó)標(biāo)已經(jīng)明確要求車(chē)速表顯示速度不得低于實(shí)際車(chē)速。所以，理論上，2004年后生產(chǎn)的汽車(chē)，車(chē)身儀表盤(pán)顯示值已不會(huì)導(dǎo)致駕駛員誤判車(chē)速而超速。

但是，一則還有少量2004年之前生產(chǎn)的機(jī)動(dòng)車(chē)仍在行駛，二則機(jī)動(dòng)車(chē)速度表的失準(zhǔn)也會(huì)引發(fā)駕駛員“被動(dòng)”超速，而速度表的失準(zhǔn)原因多樣：速度表本身精度失準(zhǔn)、更換了與出廠尺寸不同的輪胎等等。

車(chē)輛往往不是以勻速狀態(tài)行駛的，車(chē)輛被測(cè)速的時(shí)點(diǎn)和人員觀察速度表的時(shí)點(diǎn)并不一定同步，所以測(cè)速值和讀表值也不一定相同，因此，判斷測(cè)速系統(tǒng)準(zhǔn)不準(zhǔn)的依據(jù)，不能僅根據(jù)車(chē)輛自身的速度表顯示值，這應(yīng)該是首先要提請(qǐng)相關(guān)人員包括違法行為當(dāng)事人所要了解的。

1.2. 取證對(duì)象錯(cuò)誤

取證對(duì)象錯(cuò)誤本質(zhì)上不屬于誤差范疇，是指測(cè)速系統(tǒng)測(cè)速對(duì)象和違法取證對(duì)象不同，將甲的超速違法行為由乙來(lái)承擔(dān)，是測(cè)速系統(tǒng)首先要避免的問(wèn)題，然而卻是測(cè)速系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中引發(fā)爭(zhēng)議的現(xiàn)象之一，在地感線圈測(cè)速系統(tǒng)中，測(cè)速對(duì)象錯(cuò)誤雖然不是導(dǎo)致處罰爭(zhēng)議的主要因素，但仍應(yīng)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試中引起足夠的重視。

1.3. 測(cè)速精度誤差

誤差不可能完全消除，使測(cè)速誤差減少到何種范圍內(nèi)才能夠不影響測(cè)速系統(tǒng)的有效性，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程實(shí)施的首要考慮內(nèi)容。

GB/T 21255-2007《機(jī)動(dòng)車(chē)測(cè)速儀》和JJG1122-2015 《機(jī)動(dòng)車(chē)地感線圈測(cè)速系統(tǒng)檢定規(guī)程》中，對(duì)測(cè)速系統(tǒng)的道路實(shí)測(cè)誤差范圍要求相同：

測(cè)速儀在標(biāo)注的使用條件下：

< 100km/h 時(shí)，（-6～0）km/h；

≥100km/h時(shí)，-6%～0%。

但在檢定規(guī)程中，另有模擬測(cè)速誤差，要求：

< 100km/h 時(shí)，（-4～0）km/h；

≥100km/h時(shí)，-4%～0%。

另外，上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中要求測(cè)速范圍至少滿足20km/h～180km/h。因此，地感線圈測(cè)速系統(tǒng)的最大可能理論誤差應(yīng)控制在±2 km/h 或±2%以內(nèi)，然后經(jīng)誤差區(qū)間調(diào)整，才能基本滿足-4%～0% 的范圍要求。

2. 地感線圈測(cè)速系統(tǒng)的誤差及解決方法

2.1. 地感線圈測(cè)速系統(tǒng)工作原理

上圖是地感線圈測(cè)速的原理示意圖。檢測(cè)線圈由地埋的繞制數(shù)匝的檢測(cè)電纜形成一個(gè)電感。當(dāng)金屬底盤(pán)的車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)線圈時(shí)，將切割線圈磁感線，引起線圈回路電感量的變化（電感值降低），從而使線圈檢測(cè)器能夠檢測(cè)出車(chē)輛的存在。車(chē)輛先后通過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域的兩個(gè)地感線圈時(shí)，檢測(cè)器感應(yīng)給出先后的車(chē)輛通過(guò)信號(hào)，監(jiān)測(cè)主機(jī)接收并計(jì)算先后信號(hào)間的時(shí)間差，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的線圈間距離按下列公式計(jì)算出車(chē)輛在L區(qū)間內(nèi)的車(chē)輛平均速度。

V=3.6*（L/T）

式中，V為機(jī)動(dòng)車(chē)速度，單位：千米/小時(shí)

L為兩個(gè)車(chē)輛感應(yīng)器之間的距離，單位：米

T為車(chē)輛通過(guò)兩個(gè)感應(yīng)傳感器的時(shí)間間隔，單位：秒令L=5米，測(cè)出車(chē)輛通過(guò)兩地感線圈的時(shí)間差為0.2秒，則可得出車(chē)輛在該5米內(nèi)的區(qū)間速度為V=3.6*(5/0.2)=90公里/小時(shí)。

2.2. 地感線圈測(cè)速系統(tǒng)測(cè)速誤差的產(chǎn)生原因

2.2.1. 車(chē)輛行駛軌跡產(chǎn)生的測(cè)速誤差

由車(chē)輛行駛軌跡產(chǎn)生的測(cè)速不準(zhǔn)其實(shí)不能當(dāng)做測(cè)速誤差，嚴(yán)格的說(shuō)，它就是測(cè)速錯(cuò)誤。如下圖：

當(dāng)1號(hào)車(chē)車(chē)速較慢，2號(hào)車(chē)加速超車(chē)，1號(hào)車(chē)壓上檢測(cè)線圈1的時(shí)刻為T(mén)1，2號(hào)車(chē)壓上檢測(cè)線圈2的時(shí)刻為T(mén)2，此后1號(hào)車(chē)再壓上檢測(cè)線圈2的時(shí)刻T3，當(dāng)T2>T1，測(cè)速系統(tǒng)即可運(yùn)算得出錯(cuò)誤時(shí)速L/（T2-T1），而正確時(shí)速應(yīng)為L(zhǎng)/（T3-T1），所以測(cè)量速度值可能遠(yuǎn)大于1號(hào)車(chē)和2號(hào)車(chē)的真實(shí)速度。

可以看出，線圈1和線圈2之間的距離設(shè)置越短，越不可能出錯(cuò)，但是距離過(guò)短后，測(cè)速精度必然受影響。

2.2.2. 車(chē)輛自身形態(tài)產(chǎn)生的測(cè)速誤差

以下各圖記錄了車(chē)檢器在不同種類(lèi)車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)檢出的頻率變化(數(shù)據(jù)來(lái)自Traffipax公司)，可以清晰的看出不同形態(tài)車(chē)輛對(duì)地感線圈的電感值和振蕩頻率的影響。

上圖是10輛普通轎車(chē)的檢測(cè)頻率變化，由于一般轎車(chē)底盤(pán)較低也較為平整，所以檢出的頻率變化峰值圖形單一，相應(yīng)的車(chē)檢器檢測(cè)出錯(cuò)可能性就很低。而現(xiàn)實(shí)中也確實(shí)較少見(jiàn)到轎車(chē)測(cè)速誤差引起的爭(zhēng)議。

上圖是十輛卡車(chē)的檢出頻率變化，由于卡車(chē)底盤(pán)較高，且不規(guī)則，所以導(dǎo)致檢出的頻率變化曲線遠(yuǎn)不如轎車(chē)那么單一，當(dāng)一輛車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)造成兩個(gè)頻率變化波峰時(shí)，車(chē)檢器可能會(huì)判斷為兩部車(chē)。

而上圖中箭頭指明的拖掛車(chē)檢出頻率變化，可以直觀的看到當(dāng)拖掛車(chē)兩車(chē)廂空隙部分經(jīng)過(guò)車(chē)檢器時(shí)，由于該部位沒(méi)有大面積的金屬構(gòu)件，頻率變化幅度相對(duì)于基準(zhǔn)頻率的比例很小，車(chē)檢器很難再將其判斷為一輛車(chē)，實(shí)際上與兩部車(chē)首尾距離較短時(shí)通過(guò)檢測(cè)線圈的情況并沒(méi)有太大區(qū)別。

由此可見(jiàn)，當(dāng)?shù)妆P(pán)較高或形狀不規(guī)則的車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)線圈時(shí)，在靈敏度臨界值的狀態(tài)下，很有可能在前后線圈檢測(cè)出多個(gè)不匹配的車(chē)輛通過(guò)信號(hào)，從而造成測(cè)速值遠(yuǎn)偏離于正常車(chē)速。社會(huì)新聞中有過(guò)的面包車(chē)、貨車(chē)被測(cè)速值遠(yuǎn)高于車(chē)輛最大可能行駛速度的案例，很有可能就是上述原因造成的。

2.2.3. 地感線圈敷設(shè)工藝造成的誤差

往往施工單位或施工班組對(duì)地感線圈的敷設(shè)工藝重視程度不夠，錯(cuò)誤的認(rèn)為地感線圈的敷設(shè)只要線路能通、能夠檢出車(chē)輛就可以了。但實(shí)際上，地感線圈敷設(shè)工藝不良除了明顯能影響線圈工作的壽命外，也是導(dǎo)致測(cè)速誤差的主要原因之一。

線圈敷設(shè)施工常有以下不規(guī)范現(xiàn)象：

(1）線圈邊緣不規(guī)則

測(cè)速線圈環(huán)槽切割施工工藝差，導(dǎo)致線圈的邊緣隨意歪斜，使得前后線圈之間的距離不確定直接造成測(cè)速誤差。

(2）線圈填埋處理不當(dāng)

地面切槽后，線圈導(dǎo)線的填埋隨意粗暴，敷設(shè)完畢填縫草率，甚至不做填縫處理，線圈導(dǎo)線在環(huán)槽中處于松動(dòng)狀態(tài)，極易因路面振動(dòng)而引起線圈參數(shù)的變化。

(3）饋線布線施工處理不當(dāng)

線圈檢測(cè)線在引出矩形槽后，直至線圈檢測(cè)器的饋線部分，不做雙絞處理，從而引入電磁干擾，未經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)的施工員常常忽視這道工序。

2.3. 地感線圈測(cè)速系統(tǒng)測(cè)速誤差的解決辦法

2.3.1. 合理選擇線圈間距和車(chē)檢器技術(shù)指標(biāo)

線圈檢測(cè)器一般有四通道、八通道等型號(hào)，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)連接一個(gè)地感線圈，一臺(tái)車(chē)檢器可以管理多個(gè)車(chē)道，此時(shí)車(chē)檢器以輪詢方式處理每個(gè)地感線圈的參數(shù)變化，因此，對(duì)每個(gè)通道的周期輪詢速度成了車(chē)檢器的主要技術(shù)指標(biāo)之一。

車(chē)檢器通道輪詢時(shí)間與測(cè)速精度試算表

通過(guò)上表試算可知，在選擇不同線圈間距、測(cè)速范圍最高時(shí)速和滿足允許誤差不大于±2%的情況下，車(chē)檢器的通道輪詢檢測(cè)周期的最大允許時(shí)間指標(biāo)。

縮短線圈間距，有助于減少車(chē)輛行駛軌跡導(dǎo)致的測(cè)速誤差，但在車(chē)檢器已選定的前提下，也將直接導(dǎo)致測(cè)速精度的下降。因此，工程中，應(yīng)平衡考慮線圈間距和選用的車(chē)檢器技術(shù)指標(biāo)之間的關(guān)系，以追求測(cè)速系統(tǒng)整體上測(cè)速精度的適用性。例如，當(dāng)一臺(tái)車(chē)檢器的標(biāo)稱檢測(cè)周期為1.8ms時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可以敷設(shè)間隔5米的地感線圈，仍能保證理論測(cè)速誤差不超允許范圍，但若敷設(shè)3米間隔的線圈時(shí)，建成的測(cè)速系統(tǒng)理論上就已不可能通過(guò)模擬測(cè)速誤差指標(biāo)的計(jì)量檢定了。

2.3.2. 提高線圈敷設(shè)工藝

線圈切槽應(yīng)橫平豎直，做好倒角，檢測(cè)線圈的導(dǎo)線必須平整的塞填入線圈環(huán)槽，再用環(huán)氧樹(shù)脂等材料進(jìn)行澆灌固封，除了能保護(hù)線圈外，也使線圈導(dǎo)線處于固定狀態(tài)，避免因地面的振動(dòng)（如重型車(chē)輛駛過(guò)）引起線圈導(dǎo)線的振動(dòng)，產(chǎn)生誤檢。

線圈饋線應(yīng)有序雙絞。每米應(yīng)雙絞20次以上，雙絞的饋線可以有效降低外界電磁場(chǎng)的干擾，以及多組線圈饋線之間的串?dāng)_。

除此之外，還應(yīng)注意線圈敷設(shè)的地理環(huán)境，避免選擇路基中有大量鋼結(jié)構(gòu)的路段，避開(kāi)附近有長(zhǎng)期機(jī)械振動(dòng)或電磁場(chǎng)干擾的地段。工程動(dòng)工前，要詳細(xì)勘察周邊環(huán)境，必要時(shí)對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，若存在干擾可能的，要申請(qǐng)變更建設(shè)點(diǎn)位。

2.3.3. 采用三線圈測(cè)速模式

采用三線圈檢測(cè)方式，可以較好的避免測(cè)得離奇高速的現(xiàn)象。

由車(chē)輛經(jīng)過(guò)線圈1、線圈2、線圈3的時(shí)刻T1、T2、T3，可以測(cè)得對(duì)應(yīng)的三個(gè)速度值V1、V2、V3。正常情況下，V1、V2、V3應(yīng)該基本接近，V3近似V1、V2的平均值。在主機(jī)的測(cè)速應(yīng)用軟件中增加邏輯判定：若V1、V2、V3三值的偏差度超過(guò)一定范圍（例如10%），則判定該車(chē)輛速度值存疑而無(wú)效，否則，取V3（或者是V1、V2、V3的最低值）為測(cè)速有效值。

當(dāng)然，三線圈模式會(huì)增加系統(tǒng)造價(jià)和施工難度，這是需要綜合考慮進(jìn)行取舍的。

3. 結(jié)束語(yǔ)

地感線圈測(cè)速系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，但是易受施工工藝、環(huán)境條件的影響而造成測(cè)速取證錯(cuò)誤和測(cè)速誤差超過(guò)允許范圍，只有在充分了解其技術(shù)特性的前提下精心設(shè)計(jì)和施工，才能彌補(bǔ)其不足，建設(shè)出穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)良的測(cè)速系統(tǒng)。