最新交通检测器的种类及其优缺点.docx
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最新交通检测器的种类及其优缺点
交通检测器的种类及其优缺点
交通检测器的种类及其优缺点
检测器的概述
目前国内外在交通检测系统或交通信息采集系统中，大量应用了电磁传感技术、超声传感技术、雷达探测技术、视频检测技术、计算机技术、通信技术等高新科学技术。
相应地，交通信息检测器主要有：
电感环检测器（环型感应线圈）、超声波检测器、红外检测器、雷达检测器、视频检测器等。
交通检测器以车辆为检测目标，检测车辆的通过或存在状况，对于异常交通流信息如拥堵、事故等也能进行实时监测，也检测路上车流的各种参数，如车流量、车速、车型分类、占有率、排队等，其作用是为控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。
检测器的分类
检测器种类很多，其工作原理大致可分为两类：
检测能使某种开关触点闭合的机械力；
检测因车辆的运动或存在引起的能量变化。
压力检测器就是利用机械力检测的例子，而利用能量变化进行检测则有环形线圈检测器超声波检测器等等。
按照能否检测静止车辆来分，检测器可分为两类。
有些检测器如环形线圈、磁强计检测器能检测存在于检测区域的静止或运动的车辆，这类检测器称为存在型检测器；而另一类检测器只能检测运动通过检测区域的车辆，这类检测器称作通过型检测器。
检测器还可以检测和交通有关的环境条件，以便在出现有害的环境条件时能够对交通进行控制或提出警告。
常用检测器的原理及优缺点介绍
超声波检测器
工作原理:
根据光沿直线传播的原理，当光遇到障碍物时就会被反射回来，同理当超声波遇到障碍物（车辆）时就会产生一反射波，反射波传送回接收端，根据时间差就可以判断是否有车辆通过。
正常情况下，没有车辆时超声波返回到超声波检测器用的时间比有车辆通过时用的时间要长，当接收到反射波的事件变短就可以判断出车辆通过。
超声波车辆检测器的工作原理可分为两种：
传播时间差法和多普勒法。
（1）传播时间差法
这是一种将超声波分割成脉冲射向路面并接收其反射波的方法。
当有车辆时，超声波会经车辆提前返回，检测出超前于路面的反射波，就表明车辆存在或通过。
如图3-3a所示，若超声波探头距地面高度为H，车辆高度为h，波速v，发自探头的超声波脉冲的反射波从路面和车辆返回的时间分别为t和t’，则：
t=
t’=
（3-13）
可见时间t’与车辆高度h向对应。
这个特点即用来判别车辆存在，也可用于估计车高。
从图3-3b还可看出，调整启动脉冲的启动时间和宽度，能够限制输出信号发生的时间t’的范围，由式（3-13）就可以得出能被检测出来的车辆对应的车高范围。
一般超声波检测器能检测出车高处于0.75m~1.6m的车辆。
图3-3超声波传播时间差法检测车辆原理
a超声波探头与车高；b脉冲序列
（2）多普勒法
超声波探头向空间发射超声波同时接收信号，如果有移动物体，那么接收到的反射波信号就会呈现多普勒效应。
利用此方法可检测正在驶近或正在远离的车辆，而不能检测出处于检测范围内的静止车辆。
由于超声波检测器采用悬挂式安装，这与路面埋设式检测器（如环形线圈）相比有许多优点。
首先是不需破坏路面，也不受路面变形的影响；其次使用寿命长，可移动，架设方便，在日本交通工程中被大量采用。
其不足之处是容易受环境的影响，当风速6级以上时，反射波产生飘移而无法正常检测；探头下方通过的人或物也会产生反射波，造成误检。
所以超声波检测器要按照一定的规范安装。
从架设方便，使用寿命长等方面来说，路面埋设式检测器不如超声波检测器，所以超声波检测器成为目前使用量仅次于环形线圈的一种检测器。
优点:
首先超声波检测器安装在路侧，不用破坏路面;其次，耐用且安装方便。
缺点:
易受周围环境的影响，例如温度、雨雪等;其次检测范围有限，检测精度不
高，当有人或者其他动物通过时极可能发生误检。
（2>线圈检测器:
环形线圈检测器是最早使用的事件检测器，目前世界很多国家的高速公路仍然在使
用线圈检测器。
工作原理:
线圈检测器包含一个长方形或者圆形的闭合线圈，线圈内通有时刻变化
的电流，根据变化的电场会产生磁场，交变的电磁会产生电场的原理，当线圈受到压力
的作用时线圈内的回路电感量会产生变化，进而导致电流的变化，根据电感量是否发生
变化就可以知道是否有车辆通过了。
环形线圈检测器主要包括：
环形线圈、线圈调谐回路和检测电路。
（1）环形线圈
环形线圈是由专用电缆几匝构成（一般为4匝），一般规格为2m×2m的正方形，根据不同的需要，可以改变线圈的形状和尺寸。
对车辆检测起直接作用的是环形线圈回路的总电感。
总电感主要包括环形线圈的自感和线圈与车辆之间的互感。
我们知道，任何载流导线都将在其周围产生磁场，对于长度为l，匝数为N的螺线管型线圈，线圈内磁场强度均匀。
道路上的环形线圈不能完全等同于螺线管，考虑其磁场的不均匀修正因子F1,其自感量
可近似于螺线管得自感量乘修正因子F1，即：
（3-1）
式中
是介质的相对磁导率，空气的
，
；A为线圈面积。
由上式可知，环形线圈自感的大小取决于线圈的周长、横截面的面积、匝数、周围介质情况，当线圈埋设在路面下时，上述参数就基本确定了。
而车辆进入环线线圈是，改变了环形线圈周围介质情况。
铁磁车体使磁导率增加，从而感量增加。
但另一方面，环形线圈是有源探头在其中加上交变电流，则在其周围建立起交变电场。
当铁磁性的车体进入环形线圈时，车体内会感生涡电流，并且产生与环路向耦合但方向相反的电磁场，即互感，降低线圈环路电感。
由于线圈设计成涡流影响占支配地位的状态，所以环路总电感量L减少。
检测出线圈环路电感量的变化，就可以判断车辆的存在或通过。
（2）调谐回路
环形线圈作为一个感应元件，通过一个变压器接到被恒流源支持的调谐回路上，该调谐回路是LC谐振回路，设计选择电容C,使调谐回路有一个固定的震荡频率。
由电子线路知识可知，LC谐振回路的震荡频率f为：
（3-2）
这表明，f与
成反比。
前面已分析，车辆进入环形线圈将使回路总电感L减少，因而也会使震荡回路频率增大。
只要将该回路的输出送检测电路处理得到频率随时间变化的信号就可以检测出是否有车辆通过。
（3）信号检测与输出
检测电路包括相位锁定器、相位比较器、输出电路等，现在很多型号的环形线圈检测器还包含微处理器，它与检测电路一起构成信号检测处理单元。
相位比较器的一个输入信号是相位锁定器的输出信号，其频率为调谐回路的固有震荡频率，另一个输入信号跟踪车辆通过线圈时谐振回路的频率变化，从而使输出的信号为一反映频率随时间变化的电压信号也就是反映车辆通过环形线圈的过程的信号。
输出电路先将相位比较器输出的信号进行放大，然后以两种方式输出，即模拟量输出、数字量输出。
模拟量输出用来分别车型，数字信号输出用来计数或控制。
亦可用微机综合处理输出信号获得各种交通参数。
带有微处理机的环形线圈检测器则可以直接做到这一点。
，当车辆前沿进入线圈一边时，检测器被触发产生信号输出，而当车辆后沿离驶线圈另一边时，信号强度低于阈值，输出电平降为零。
车辆这个实际对环形线圈作用的长度Lji称为车辆有效长度。
车辆有效长度数值上约等于车辆长度与线圈长度之和。
显然，大多数情况下都使用检测器的数字电平输出。
为了检测不同的交通参数和适应不同检测或控制要求可设置检测器工作于方波和短脉冲两种输出方式。
当检测器运行于“方波”的工作方式时，只要车辆进入环形线圈，检测器就产生并保持信号输出（当车辆离开环形线圈后，仍可设置信号持续一段时间）。
电路中的计时器自动计测信号持续时间，这对有些交通控制参数如占有率等的检测计算很有用处。
当检测器运行于“短脉冲”的输出方式时，每当车辆通过环形线圈检测器就产生一个短脉冲（100μs~150μs），这种方式在双线圈测速系统中得以应用。
环形线圈检测系统的构成
环形线圈检测系统包括埋于路面下面的环形线圈、接线盒、传输电缆、信号检测处理单元等。
检测车辆时，将一个或多个环形线圈按一定的方法埋于路面下，线头接入接线盒，信号由传输电缆送入信号检测处理单元，该电路单元通常包括了微处理器，直接处理检测数据，计算一些交通控制参数。
环形线圈检测系统与控制中心的主控机通过电缆连接、通信，主控机可发送信号，设置检测器的检测周期等工作状态，并监测检测器故障；检测器则将检测数据如车辆计数、占有率等传送至主控机，以便完成控制系统的信息存储、优化配置、方案选择和事件检测等功能，实现系统的最佳控制效果。
优点:
首先目前线圈检测技术己被世界大部分国家使用，相对来说比较成熟，且价
格相对合理;其次线圈检测器被埋在地下，所以受周围环境的影响很小，且其自身的结
构决定了它很高的稳定性和精确度。
缺点:
a.目前我国的道路修建现状是先将道路铺设好后再埋设线圈，这样在埋设线
圈时就需要再次将路面挖开，埋好线圈后再一次将路面铺好，这种经过挖开然后再次铺
建的路面肯定没有原始的未经破坏的路面经久耐用，而且再次挖开和复建道路必须有足
够的财力支持才可以完成，无形中提高了道路的修建成本。
b.感应线圈虽然埋在地下，但是其主要是根据电流的变化来判断有无车辆通过的，
当外界环境突然变化时就会影响其内部电流的变化，进而造成误判，如气温的骤降就会
影响线圈的正常工作。
c.感应线圈主要根据线圈内部自感应电流的变化来判断是否有车辆通过，受该原理
的限制，当车速过快或者车辆拥堵时，前后车之间的间距很可能会小于3m，此时，线
圈电流变化很不明显，所以很难准确的判断是否有车辆通过，这样其检测精度就会大大
降低。
d.并不是所有的检测线圈都可以识别邻近车道是否有车辆通过，这就要求工作人员
在硬件或者软件上部分加入可以跨车道判断车辆的部分。
（3）视频车辆检测器
实时交通车辆检测系统是一种计算机处理系统，该系统首先通过视频摄像头获取实
时图像，然后利用视频处理技术对采集的视频进行分析处理，通过观察分析处理后的结
果，统计有多少辆车该路段行驶，车辆的型号是什么，车辆的行驶速度是多少等交通参
数，以达到更加直观更加及时的掌握交通运行状况[Sao
工作原理:
在道路上架设摄像机，在摄像机可以扑捉到的范围内埋设线圈，当车辆
通过时，线圈产生一信号来启动摄像机，摄像机启动拍摄车辆的运行状态，并将运行状
态传送至监控室的PC机上，在PC机上用软件对这一视频进行处理得到车辆的运行参
数，如车速、占有率等。
视频图像处理车辆检测系统通常由电子摄像机、图像处理机（包含微处理器）、显示器等部分组成。
如图3-5，摄像机对道路的一定区域范围摄像，图像经传输线送入图像处理机，图像处理机对信号进行模/数转换、格式转换等，再由微处理器处理图像背景，实时识别车辆的存在，判别车型，由此进一步推导其他交通参数。
图像处理机还可根据需要给监控系统的主控机、报警器等设备提供信号，控制中心则根据这些信号制定控制策略，发出整个控制系统的控制信号。
图3-5图像处理车辆检测系统
视频图像处理方法处理的是摄像机摄取的图像。
目前的系统一般还不能立即处理连续图像，而是以某一速度处理一系列的图像帧。
摄像机将视场场景即光学图像转换成一帧一帧的电子信号。
具体来说，设一帧图像由N个一定大小的像元组成，光电元件将每个像元的平均光亮度转换成电信号，经扫描装置逐个扫描，这些像元相应的电信号依次通过信道被发送出来，成为一帧电信号。
如图3-5，摄像机设置于道路上方或侧上方，设S（x，y，t）表示摄像机视场范围内一点（x，y）,在t时刻的反射光强，通过摄像机摄像，该点图像强度用函数I（x，y，t）表示，该信号被转化成数字信号存储、处理。
由于每帧图像包含数十万个像元，摄像频率约30帧/s，所以需要大量的存储空间。
为了减少像元所占存储空间，提高实时处理速度，通常在多帧图像中取一帧中的一些特定线段作为检测线进行处理。
一旦选定检测线，图像处理机中的处理程序就估测无车时检测线上的背景强度（最简单的方法就是估算背景的统计平均值）从而得到阈值。
将检测线中所含的像元的强度I（x，y，t）与阈值比较，超过阈值，说明在点（x，y）处有车辆存在或通过，否则就表示无车通过。
图3-6图像处理车辆检测示意图
图3-6中的横线m1、m2…mm就是在图像上设定的检测线，与摄像机视场中设置的一些等距离的检测站1、检测站2、…检测站m相对应。
纵线表示个车道的界限。
用上述方法处理识别各车道横线所包含像元的强度是否超过阈值，从而判断车辆的存在或通过。
图像处理机自动计数就得出通过横线的车辆数，这也就是该横线对应的现场检测站的车辆数。
用相邻横线的距离除以车辆通过相邻横线的时间，图像处理机可很容易的由程序计测出车速，并且可据此推算出其它交通参数。
在实际的图像处理系统中，背景处理是一个复杂而棘手的问题。
图像处理程序必须考虑到对多种干扰因素的补偿，如不同路面对光的反射、阴影等。
由于图像处理方法是在摄像机摄取的图像的基础上实现识别和检测的，因此在摄像机的视场范围内能做多点检测而不需额外增加设备，也就是说可处理一定区域范围而不是一个点的交通流。
检测系统拆装时，不损坏路面，不影响交通，只需妥善安装好摄像装置。
优点:
视频检测器采集的视频都是实时的可以人眼观察到的，这样检测到的交通事
故更加可靠和直观;视频检测用到的摄像头安装在道路的两侧，安装方便，当摄像机出
现故障时，维护也很方便，且摄像头的铺筑范围比较广，这样相邻的两个摄像机之间的
距离就可以隔一段距离，减少了成本;由于是人工观察视频判断是否有事故发生，所以
与其他检测器相比检测精度更高[}as}
缺点:
当有大雾、暴雨、雪等恶劣天气时，视频摄像机的观察范围受到影响，给检
测带来困难，另外，对人员的责任心和素质要求比较高。
雷达检测器
雷达检测器原理是基于多普勒效应进行工作的，当发射换能器向地面发射微波时，如果由车辆在微波发射线的覆盖区域内通过，会视部分微波发生反射，且被接收换能器收到。
根据多普勒效应，接收到的微波频率将比原发射频率略高或略低，即产生频差（频率偏差）。
雷达检测器分组和式和分离式两种。
传感器和电子检测装置合为一体的叫做组合式雷达检测器。
分离式检测器是将传感器和电子检测装置分开安装，这种检测器只将传感器悬挂在道路上方（可利用电灯杆安装），而电子检测装置安装在路边的检测箱内，以便于维修。
优点：
利用检测电路，将频差转化为脉冲信号，即可检测车辆的存在或通过，同时也可以测定车速。
缺点：
相对而言雷达检测器的使用只是在一些特殊场合，因为它的维护比较复杂。
雷达检测器要求车辆速度至少在5km/h以上，只有这样才能可靠的检测到车辆的存在。
红外检测器
红外检测器一般采用反射式或阻断式检测技术。
例如反射式检测探头，它包括一个红外发光管和一个接收管。
无车时，接收管不受光；有车时，接受车体反射的红外线。
工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路上辐射，当由车辆通过时，红外线脉冲从车体反射回来，被探头的接收管接收。
经红外调解器调解，再通过选通、放大、整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。
红外的检测器是红外分光光度计的重要组成部分，红外的检测器也有多种。
[1] 红外检测器分为热电检测器和光检测器两类。
热电检测器是将红外的辐射热能转化为电能，从而检测电信号来测量红外线的强弱。
光检测器则是利用红外线的热能使得检测器的温度发生改变，从而导电性发生变化，此时通过测量电阻来衡量红外信号的强弱。
光检测器有：
mct（汞铬碲）、inte（锑化铟）等。
热电检测器有：
dtgs（氘化硫三肽）、litapo3（钽酸锂）等。
优点是：
红外检测作为非破坏检测众多方法中的一个，它们的功能在相比之下是各有特色，但红外检测却有其独到之处，形成了它的检测优势，可完成x射线、超音波、声发射及激光全息检测等技术无法担任的检测。
（1）非接触性：
红外检测的实施是不需要接触被检目标的，被检物体可静可动，可以是具有高达数千摄氏度的热体，也可以是温度很低的冷体。
所以，红外检测的应用范围极为宽广，且便于在生产现场进行对设备、材料和产品的检验和测量。
（2）安全性极强：
由于红外检测本身是探测自然界无处不在的红外辐射，所以它的检测过程对人员和设备材料都不会构成任何危害；而它的检测方式又是不接触被检目标，因而被检目标即使是有害于人类健康的物体，也将由于红外技术的遥控检测而避免了危险。
（3）检测准确：
红外检测的温度分辨率和空间分辨率都可以达到相当高的水平，检测结果准确率很高。
例如，它能检测出0.1℃，甚至0.01℃的温差；它也能在数毫米大小的目标上检测出其温度场的分布；红外显微检测甚至还可以检测小到0.025mm左右的物体表面，这在线路板的诊断上十分有用。
在某种意义上说，只要设备或材料的故障缺陷能够影响热流在其内部传递，红外检测方法就不受该物体的结构限制而能够探测出来。
（4）操作便捷：
由于红外检测设备与其它相比是比较简单的，但其检测速度却很高，如红外探测系统的响应时间都是以μs或ms计，扫描一个物体只需要数秒或数分钟即可完成，特别是在红外设备诊断技术的应用中，往往是在设备的运行当中就已进行完了红外检测，对其他方面很少带来麻烦，而检测结果的控制和处理保存也相当简便。
缺点是：
工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作。
检测器的选用
在不同的道路、交通和天气条件下，不同的检测技术所表现出来的技术性能也具有一定的差异，检测器的选用也不同，表1给出了不同应用场所常用的检测技术分析比较（不包括常用的环形线圈）。
最常用的为环形线圈检测器，它能够测量一切需要测量的控制参数，并且与它的能力相比，它的价格是比较低的。
目前来说，环形线圈仍具有足够的准确性和可靠性。
表1不同应用场所可选用的检测技术
应用场所
检测需求与条件
常用技术
交叉路口信号控制
*检测停止车辆
*一般天气条件
*真实现场微波雷达*被动红外检测器
*多普勒微波雷达*超声波
*视频检测
交叉路口信号控制
*检测停止车辆
*恶劣气象条件
*真实现场微波雷达*超声波
*长波、红外视频检测
交叉路口信号控制
*不需要检测停止车辆
*恶劣气象条件
*真实现场微波雷达*多谱勒微波雷达
*超声波*长波、红外视频检测
交通信号实时自动控制
*模拟检测6×6英尺感应线
圈探测区域
*可侧面安装
*视频检测器*真实现场微波雷达
*被动红外
城市道路或高速公路车辆计数
*车速在比较低的情况下，
检测并计数，
*真实现场微波雷达*多谱勒微波雷达
*被动红外线*超声波
*视频检测
车速检测
*车速在比较低的情况下，
检测并计数，
*真实现场微波雷达*多谱勒微波雷达
*超声波*视频检测
车辆识别
*按车辆长度
*视频检测*激光雷达
*真实现场微波雷达
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