道路交通检测技术与应用

交通大学

学生课程报告

实验课程名称道路交通检测技术与应用

报告名称道路交通检测技术在匝道控制中的应用

学院交通运输学院年级2010级专业班信控一班

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开课时间2012 至2013 学年第 2 学期

一、道路交通检测技术概述

交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，全面、丰富、准确、实时的交通信息不但可以把握城市道路交通的发展现状，而且可以对未来交通发展进行预测，为道路交通规划和交通管理部门的正确决策提供科学依据。同时未来智能交通系统中交通信息服务系统和动态交通诱导功能的实现都要以城市交通系统中实时的交通信息为基础提前，这些都需要先进的交通信息检测技术去进行信息采集。因此，交通检测技术是城市交通规划和道理交通科学管理的最重要的基础和前提。

道路交通检测技术的定义分狭义和广义两种。狭义的道路交通检测技术是指利用各种检测设备来获取道路交通参数，监视交通状况的技术，即利用车辆检测器采集交通信息的技术。而广义的道路交通检测技术是指在交通管理实践过程中研究交通参数的测量方法、交通检测装置及检测系统构成等有关技术的学科。

道理交通检测技术的核心器件是交通检测器，其大致分为两类：一类是用于检测车辆的存在、速度、流量、车道占有率等交通参数，以便实施有效的交通控制和管理；另一类是用来检测和交通有关的环境条件以及驾驶员的身体状况，其目的是在有害的环境条件出现，发出警告或进行必要的干预或控制。

交通检测器主要由5部分组成：检测探头（即传感器）、检测电路（包括放大、计数、处理电路）、微处理器（计算、处理）、显示装置（指示仪、记录仪、数字显示器）、电源。如图1所示。

图1 交通检测器结构图

检测探头——直接用来检测车辆的传感器；

检测电路——处理检测探头采集来的信号，即车辆信号放大整形成标准数字信号；

微处理器——对检测电路送来的信号进行处理，并将结果进行进行存储、显示、打印或形成文件；

显示装置——将检测结果用指示仪、记录仪、数字显示器等形式显示出来。

道路交通检测系统的典型结构如图2所示。图2中，交通传感器将检测到的交通信息通过放大、传输，送到信号机为交通信号控制系统服务，最后送到交通管理中心，交通管理中心对这些交通信号进行处理、存储、发布，为交通管理提供决策依据。

图2 道路交通检测系统结构简图

二、匝道控制设计

1、匝道控制目的及原则

匝道控制是高速公路交通控制的部分。匝道控制主要是在高速公路入口匝道处设置交通信号装置，通过信号灯的周期变化，调节高速公路匝道交通量，从而减少或消除高速公路主线上的交通阻塞。出口匝道控制在高速公路通道或路网的综合控制系统也是需要的，但对一条高速公路而言，一般情况下出口匝道的交通控制则无必要。

匝道控制的原则是限制进入高速公路的车辆，使高速公路自身的需求不超过其通行能力，在高速公路上形成并保持无中断、无阻塞的交通流。

为了使匝道控制达到良好的预期效果，需要对高速公路主线及匝道进行实时监控，主要通过检测流量、密度、速度等交通参数来反映交通流的运行状态，同时还需要检测与交通有关的环境条件，如降雪量、能见度、降雨量等天气参数。对这些参数进行分析，从而采取有效可行的控制措施。

2、匝道控制思路及流程

匝道控制方式一般分为：关闭控制、定时控制、交通感应控制、自适应交通感应匝道控制、间隙可接受汇流匝道控制、系统的匝道控制。

在本文中，着重介绍定时控制。定时控制是最简单的一种匝道控制方式，是根据实际需要和历史需要的容量关系来选择调解率的一种机械调节方式，它根据高速公路主线的交通流、汇合流和存在匝道上交通流的观测值，确定定时信号的周期，以维持高速公路上所期望的通行能力的平衡。定时控制的基本硬件需求如下图3所示：

图3 定时控制的基本硬件条件匝道控制的流程图如下图4所示：

图4 匝道控制流程图

与没有控制的情况相比，定时控制提高了运行速度和服务效率；减少了延误时间和旅行时间；降低了运行费用；降低嘞燃油消耗和废气排放；汇流运行更安全；为驾驶员提供了一个稳定控制状况，使其容易调整旅行，且造价低廉。但是其缺点是不能随着交通需求而自动地改变调节，也不能调节由于事故产生的交通异常情况。

3、道路交通检测技术的应用

在匝道控制中需要了解匝道上游交通流的运行状况，通过分析主线交通流量、速度、密度、占有率等参数，并结合匝道车流的排队长队，用交通信号灯调节进入高速公路的交通流量。同时视频检测器对高速公路主线及匝道进行实时监控，气象与环境检测器对天气状况进行实时监控，以便及时发现异常情况。各道路交通检测设备在匝道控制中的安装布设如图3所示。

图3 入口匝道调节控制简图

1、环形线圈车辆检测器的应用

（1）工作原理

环形线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测技术，其传感器是一个埋在路面下、通过一定工作电流的环形线圈。当车辆通过线圈或停在线圈上时，车辆引起线圈回路电感量的变化，检测器检测出变化量就可以检测出车辆的存在，从而达到检测交通流信息的目的。

（2）作用

如图3所示，环形线圈主要布设在临近匝道入口的高速公路主线上，环形线圈主要用于检测上、下游的交通流量及占有率，从而估算匝道下游剩余流量。

在匝道的入口车道布设了两个环形线圈，靠近停车线的环形线圈作为检入检测器，对进入高速公路的车辆计数；后面一个环形线圈作为排队检测器，检测入口车道车流的排队的长队。

（3）优缺点分析

优点：①技术成熟，易于掌握，计数精确，系统稳定，设备成本较低；②传感器简单，输出信号易分析，不需复杂计算；③直接测试的量多，且测量精度高；

④真正全天候工作。

缺点：①只能进行单车道检测，多车道情况下需多个检测器；②安装过程对检测器可靠性和寿命影响很大，维修或安装需中断交通、破坏路面，影响路面寿命；③线圈易被重型车辆、路面修理等损坏，而且维修难度大，不易移植，线圈容易在夏季断路；④感应线圈易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响。

2、雷达测速检测器的应用

（1）工作原理

交通雷达测速原理基于多普勒效应，当雷达所发出的微波束碰到车辆时，即被反射回来，又被雷达天线所接收，这个接收频率与雷达的发射频率之差是与车速成正比的，其频率差越大，则被测车辆的速度越高。

（2）作用

在匝道控制中，雷达测速检测器布设在匝道入口上游100米处，由于检测上游车流速度，一般设定车辆速度阈值60km/h，当车流速度小于该速度时，限制匝道入口车辆的进入；当车流速度大于该速度时，结合匝道入口下游100米处安装的环形线圈检测器，控制匝道上的车辆进入情况，已达到减少或消除主线拥堵的目的。雷达检测器的布设情况如上图3所示。

（3）优缺点分析

优点：①抗干扰能力强，能穿透雨滴、浓雾和大雪面不受影响；②使用方便，安装维修不封闭车道，不破坏路面；③检测精度高，漏检率低。

缺点：①费用较环形线圈检测器较高；②存在车辆相互遮挡问题，造成漏检。

3、视频检测器的应用

（1）工作原理

视频车辆检测器是通过视频摄像机作传感器，在视频范围内设置虚拟线圈，即检测区，车辆进入检测区使背景灰度值发生变化，从而得知车辆的存在，并以此检测车辆的流量和速度。

（2）作用

视频车辆检测器的功能可以分成两大类，一类是交通流参数检测功能，另一类是交通事件检测功能。

1)交通流参数检测功能

交通流参数检测是视频车辆检测器的一个基本功能，其本质是检测车辆在某一特定检测区域内的存在，并由此测量交通流的其他参数，这些参数可以是瞬时值，也可以根据瞬时值计算统计值。交通流参数包括：流量、速度、占有率、车长度分类、车头时距与车头间距、排队长度。

2)交通事件检测功能

视频车辆检测器除了可以实现其它技术所提供的事件检测类型以外，可以检测其它技术手段无法实现的事件类型，视频车辆检测器的事件检测功能可以包括：事故检测、逆行检测、非法变线、违章停车、闯红灯。

视频检测器的布设情况如上图3所示。

（3）优缺点分析

优点：①交通视频检测技术可提供现场的视频图像，可根据需要，移动检测线圈，直观可靠；②安装调试维护方便；③价格便宜。

缺点：①容易受恶劣天气、灯光、阴影等环境因素的影响；②汽车的动态阴影也会带来干扰。

4、气象与环境检测器的应用

在一个气象与环境检测器上集成了各种检测器，主要有温度检测器、风速、风向检测器等常规气象检测器、能见度检测器、路面积雪厚度检测器等检测设备。

浓雾、暴雨、大雪、强烈侧风等气象环境都将严重影响交通流，导致高速公路上的交通拥堵甚至交通事故，因此需要用到气象与环境检测器对天气、路面状况进行实时监控，一旦出现极端天气或其他异常情况时就关闭匝道，禁止车流进

入高速公路。

现对几种常用到的重要检测器对简单的介绍：

（1）能见度检测器

光线通过空气，特别是当空气中含有一定浓度的悬浮颗粒物和气溶胶时（如水蒸气、烟雾），部分光线被这些颗粒物所吸收和散射，使穿透空气，到达目的物的光通量大为减少。

为了检测能见度，现多采用投射和散射型能见度检测。前者将光发射器和光接收器分别安装在两地，检测出投射前后的光通量，从而得出能见度。后者考虑空气消光主要是由于散射，以测量空气的散射衰减系数来确定能见度。

（2）风速、风向检测器

风速检测器的传感元件为安装在轴承上的三个风杯。风杯由碳纤维增强塑料制成，质量轻、强度高，具有优良的动态和抗腐蚀性能。风杯转速由固定在转轴上的磁棒盘及霍尔电路测出并转换成频率，输出信号频率与风速成正比。

风向感应元件是风标，其尾板用轻巧、坚韧碳纤维增强塑料板制成，以改善动态性能，风标方向用固定在转轴上的导电塑料电位器测量，电位器电阻和转角具有良好的线性关系，改变电阻可以将风向转换成所期待的电压信号输出。

（3）雨量检测器

对于雨量的检测常采用双翻斗式雨量检测器，每次降水达到0.1mm，计数翻斗翻转一次；翻斗上固定有一块永久磁铁，磁铁翻转使磁铁附近的干簧继电器闭合，闭合次数由计数电路测量并转换成降雨量信号输出。

三、道路交通检测技术发展趋势

综合国内外有关文献，交通检测技术的研究与发展趋势，主要集中在现在以下几个方面：

1、深入研究挖掘现有车辆检测器的技术潜能

（1）改进环形线圈

（2）对其他磁频车辆检测器寻求改进方法

（3）对波频车辆检测器进行改进研究

2、车辆检测器的系统化及适应ITS发展的要求

（1）实现交通检测器的系统化

（2）利用计算机处理数据量大的特点，在测量中引入统计技术

（3）适应ITS发展的需求，研究新技术

（4）朝着多种车辆检测器综合运用的方向发展

3、视频车辆检测技术将发展成未来检测技术的主流技术

4、研究发展新的车辆检测技术

在智能交通系统中，交通检测技术具有采集交通信息的重要作用，是实施智能交通管理必不可少的环节，因此，国内外的相关机构必将加强对交通检测器及其相关技术的研究，由此将带来很好的发展前景。我们相信，未来的交通检测器将会朝着系统化、集成化、微型化、智能化的方向发展。