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无线磁映像技术车辆检测器在智能交通系统中的应用_安全研究_山东道路交通安全网

  无线磁映像技术车辆检测器是运用先进的传感器技术研制的长寿命、低功耗、多用途、高性价比、多信息传感器。该车辆检测器有着非常明显的技术优势、广泛的应用前景、极强的适应能力和可靠的可移植性,将可能会全面覆盖智能交通系统中的车辆检测器领域,取代传统的环形线圈地感车辆检测器、昂贵的视频触发车辆检测器、互感型线圈车辆检测器,成为智能交通领域里最核心的基础性元件之一。

  近年来,随着汽车保有量的快速增长,交通需求和交通现状的矛盾日趋突出,交通拥堵、交通事故、环境污染已成为影响人们生活质量与束缚国民经济可持续发展的主要社会问题。在谋求解决现代交通给社会带来的一系列难题中,控制车辆增长与增加交通类基础设施投入是解决现代交通问题的两大抓手。但这两大抓手又会制约国家支柱产业(汽车制造产业链)的发展和消耗国家大量的财力。解决这样的的难题,就需要寻求高科技手段来满足日益增长的交通需求。智能交通系统(Intelligent Transportation System, 简称ITS)正是解决这一矛盾的途径之一。ITS是在较完善的道路设施基础上,将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时、准确、高效、区域性、全方位发挥作用的交通运输管理系统。

  ITS实现的技术核心是电子技术、信息技术、传感器技术等,各种信息传感和传输的实现,依赖于各类传感器的开发与研制,其中各类车辆信息的检测传感器是整个系统的前端,因其工作环境一般是在繁忙的道路上,要求施工量小,抗损性强,工作寿命长,传感多种信息,对信息的及时性和准确性都有严格的要求。为此有针对性开发的无线磁映像车辆检测器,使用无线磁映像车辆检测器具有可靠性高,受环境影响小,抗干扰能力强,对路面破坏小,成本低廉等优点,是优势显著的道路车辆检测和停车场车位检测方法。

  无线磁映像车辆检测器利用地磁传感器技术和无线传感器网络技术,可以实现对路面或停车场车辆信息的检测和统计功能,检测功能包括流量、车速、车长检测和车型判断。并通过无线通讯的方式把所采集的数据发送到指挥中心,便于指挥中心及时下发的相应控制命令。

  无线磁映像车辆检测器是通过利用地磁传感器检测车辆对地磁的影响来采集路面的车辆信息。地磁传感器有很多种,其中巨磁电阻(GMR)传感器将四个巨磁电阻(GMR)构成惠斯登电桥结构,该结构可以减少外界环境传感器输出稳定性的影响,增加传感器灵敏度。经过一定的工艺控制,GMR电阻的阻值与外加磁场强度能够接近一定的线性关系。GMR电阻的阻值与磁场强度有关,与磁极的种类无关,整个传感器的电压信号输出在一定范围内与地磁强度接近线性关系。在具体应用中,给传感器提供一定强度的偏置磁场,使传感器工作在线性区域。

  车辆本身含有的铁磁物质会对车辆存在区域的地磁信号产生影响,使车辆存在区域的地球磁力线发生弯曲。当车辆经过传感器附近,传感器能够灵敏感知到信号的变化,经信号分析就可以得到检测目标的相关信息。基于本原理研制出两款无线磁映像车辆检测器,如图2和图3,

  图2中所示车辆检测器为存在型车辆检测器,可检测车辆经过与否,主要用于统计车流量;图3中所示车辆检测器为速度型车辆检测器,不仅统计车流量、还可检测车速、进行车辆分类。

  传统的道路交通流检测与统计可采用各种探测技术检测车辆存在来完成。传统的传感方式有感应线圈探测,目前红外光电技术、微波技术、视频技术等被应用在车辆检测领域。传感线圈体积庞大、铺设对路面破坏严重、使用寿命短、系统维护成本高等。其他各种探测技术也有各个方面的有优缺点,各种探测技术性能比较如表1所示。

  表1 各种探测技术性能比较

技 术 优 点 缺 点
感应线圈探测
*线圈电子放大器已标准化

*技术成熟、易于掌握

*计数非常精确

*可靠性差和寿命短

*施工时间长,破坏路面大,需中断交通

*难以移动,无法适应路面改造

*易被重型车辆、路面修理等损坏

磁映像探测器
*稳定性强

*功耗极低,使用寿命长

*安装方便,对路面破坏很小

*全天候工作

*技术新,不为广大客户认知
微波探测
*体积小,易于安装

*在恶劣气候下性能出色

*可以侧向方式探测多车道

*直接探测速度

*不能探测静止或低速行驶的车辆

*易被遮挡

*功耗大、成本高

可见光视频探测
*可为事故管理提供可视图像

*可提供大量交通管理信息

*单台摄像机和处理器可探测多车道

*大型车辆能遮挡随行的小型车辆

*阴影、积水反射或昼夜转换可造成探测误差

*功耗大、成本高

红外线视频探测
*昼夜可采用同一算法解决昼夜转换问题

*可提供大量交通管理信息

 *需要红外线焦平面探测器,功耗大,成本高

*降低可靠性来实现高灵敏度

磁力计探测
*可探测小型车辆,包括自行车

*适合在不便安装线圈场合采用

*很难分辨纵向过于靠近的车辆


  应用无线磁映像车辆检测器与其他通信设备仪器构成交通信号控制系统,对路口每个车道的车流量进行自动采集、处理和存储,可改善城市交通控制和城市规划提供决策依据,构成先进的交通信息服务系统(ATIS)、先进的交通管理系统(ATMS)的基础。

  交通信号控制系统主要功能包括:

  1、交通信号控制功能

  为提高系统的实用性和可靠性,系统设置了实时自适应、固定配时控制功能。

  2、交通数据自动采集与存储功能

  每一车道的车流信息通过无线车辆检测器进行自动采集,通过车辆检测器采集交通流量、速度、时间占有率等车辆信息。

  3、特殊控制功能

  系统可根据实际交通需求,由指挥中心发出命令进行特殊控制,主要有:绿波控制,在特殊情况下,如警卫、消防、救护、抢险等,信号灯按预定的路线进行绿波推进,以保证车辆畅通无阻,系统可预先设置的绿波线路的数量只受计算机硬盘容量的限制;单点控制,各路口的信号灯由各路口交通信号控制机独立控制;闪光控制,信号灯黄灯按一定的频率闪烁,向车辆和行人发出警告或提示;指定相位控制,根据路口交通需求,由指挥中心发出命令控制信号相位的执行时间,进行交通疏导。

  交通信号控制系统的基本组成包括无线车辆检测器、路口交通信号控制机、无线通信传输系统以及指控中心。其中指控中心包括操作平台、交互式数据仓、数据(图像)分析处理等。

  1、无线车辆检测器

  无线车辆检测器主要是检测路口相关路段的车流量、车速、占有率等交通信息,并将这些信息传送到路口控制器,作为路口控制器进行本路口优化的输入数据。

  2、路口信号控制器

  图1 无线磁映像车辆检测器实物1

  路口信号控制器除接收本路口的检测器交通数据,进行本路口优化控制信号灯之外,还负责将这些检测器的数据传送到指挥中心。它可以接收指挥中心发送来的命令和控制规划进行信号灯控制,可以与相邻的路口控制器进行通信,协调控制交通。

  3、无线通信传输系统

  无线通信传输系统主要是负责车辆检测器与路口控制器之间、路口控制器与指挥中心之间的数据通信。将车辆检测器数据传送到控制器和指挥中心,或者将指挥中心的命令传送到控制器。

  4、中心控制系统

  中心控制系统负责监视路口控制机的运行,并可以向路口控制机发送命令来改变信号灯,或者更新路口控制机的控制规划和优先策略。另外,中心控制系统还具有数据管理、控制规划设计/分析、控制规划库管理、系统管理等方面的功能。

  从控制流程上,系统可分为路口级、区域级和中心级控制系统三部分。

  无线磁映像技术车辆检测器在ITS中应用非常广泛,尤其是交通信号控制系统,是现代城市交通管理和控制的基础,它通过实时监测车流量,实时优化交通控制模式,调整信号控制参数,协调控制,调节道路交通流量,充分挖掘道路网容量,在保障交通安全的前提下,合理配置城市道路路口时间和空间资源,使停车次数和延误时间减至最小,充分发挥道路系统的交通效益,达到交通最大程度的畅通。浙江省嘉兴市在2008年在环城南路上的5个路口安装了4台智能交通信号机,并使用无线磁映像技术车辆检测器作为检测手段,使该路段车辆通过能力提高了约35%。


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