压电交通传感器在ITS中的应用.docx

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1、压电交通传感器在ITS中的应用hanjuan导语：在最近五年里，压电轴传感器在性能方面显著地进步随着全球智能交通技术ITS的开展，与诸多的技术一样，美国MSI传感器公司研发与消费的压电传感器在过去数年里获得了长足的开展。它为用户提供的不仅仅是良好的性能，高度的可靠性，简易的安装方法，还有逐步降低的价格。它唯一无二的特性使其在日益扩展的应用中成为理想的选择。压电传感器特点电容式传感器:不能检测静止在传感器上的车辆。只能检测动态信号,内阻很高,在低频时信号衰减很大,低速时应考虑采用较高的电路输入阻抗,速度范围取决于电路设计,一般为5公里/小时到200公里/小时,较成功的系统到达10米/分钟0.6公

2、里/小时。无源传感器:可在前置放大器前长间隔传送而不需要供电。寿命长:超过4千万次ESAL等效单轴负载安装质量好可达一亿次ESAL。大信号:200公斤轮载,在55英里速度行驶时,输出最小250mV信号。动态特性好:可测自行车,摩托车,小汽车及重型货车。高信噪比:传感器的扁平构造即宽厚比为6:1使非受力方向的躁声最小。包括路面躁声和相邻车道车辆的躁声最小。最小的路面破坏:安装切口仅为19mmx19mm。并可与路面轮廓一致.易搬运:盘卷在600mmx600mm的纸盒内,卷曲直径不小于300mm就不会损坏。一次安装获取多种信号:如轴数,重量,车速,轴距,与电感线圈配合,进而实现行驶中称重WIM,车辆

3、分类统计,车速监测,闯红灯拍照。压电传感器应用范围压电传感器主要应用于行驶中称重WIM，车辆分类统计，计轴数，测轴距，车速监测，闯红灯拍照，停车区域监控，收费站地磅，交通讯息收集和统计道路监控以及机场滑行道。一.行驶中称重WIM在美国、巴西、德国、日本和韩国有大量应用，其主要用处是高速公路车辆超重超载监测的预选和桥梁超载警告系统，既判定正在高速行驶中的车辆，尤其是驶过桥梁的车辆是否超载，由视频系统拍下车牌号记录在案，然后再由执法机构用精度较高的低速称重系统判定超载量并根据超载量罚款。性能符合ASTME1318-94动态称重标准，传感器长度方向上的输出一致性小于7，埋设在路面下永久性安装时，总重

4、精度在10以内，适用于ASTME1318-94标准I类动态称重系统；临时安装在路面时，总重精度在15以内，适用于ASTMEl318-94标准II类动态称重系统。传感器精度与车辆振动和跳动有关，与轮胎压在传感器上的面积有关，与温度有关，需要温度补偿。尤其是道路质量对系统精度影响很大，用在水泥路面较好，寿命长于沥青路面，用于动态称重的道路质量应符合ASTM的有关规定。通常可以保证的精度是10，个别成功的系统精度可达1-2。速度范围可以从5公里小时到200公里小时，较成功的系统在低速端到达10米分钟0.6公里小时。重量下限是自行车，上限经受了50万次60KN单轮胎实验，等效于70吨美国标准的9类车辆

5、，实测中水泥实验路段被压坏。二、车辆分类统计压电传感器的主要用处是车型分类，车速数据可被转换为可靠的分类数据。不同的国家使用不同的分类表对车辆分类。在美国，FHWA把车辆定义为从摩托车到多用处拖车的13种类型见高速公路动态称重WIM系统的标准标准及用户要求与试验方法ASTMl318-94。车辆的类型是根据轴数和轴距确定的。轴距：由于车速在3米或者小于3米的间隔内根本上是均速，用车轴经过传感器时建立的信号时间差乘以车速，就得出轴距。轴数：由于传感器是检测压过轮胎的力，因此即使在车量靠得很近时也很轻易测出轴数，但在车流密集、低速及车型相似时，不能区分所计轴数是同一辆车还是两辆车，而电感线圈不能计轴

6、数，因此用电感线圈+压电传感器的方案既可测得轴数又可测得车数。配置方案既可以是传感器+线圈+传感器，也可以是线圈十传感器十线圈，为获取车速信号芹进展其它计算，两个方案都可以，但前一个配置较好。轮距：有些国家如南韩，车辆的分类需要检测轮距，我国车辆的种类很多，存在同轴距不同轮距的问题，如解放车和黄河车，其载重才能的差异很大。假如检测器能分辨轮距，将增加系统的覆盖率和准确性。将传感器以一定角度斜埋就可解决这个问题。轮胎数：其他国家车辆分类的标准，如巴西是以双轮胎作为等级划分标准的。为了探测双轮胎，通常在与车流方向成一定角度一般是30度到45度再加装一个传感器。当双轮胎经过斜埋的传感器时，会产生一个

7、双峰脉冲，通过电路的处理可识别双轮胎信号。垂直车流安装的传感器仍用来正常探测车速，轴数，并与斜埋传感器计数进展比拟。根据交通部发布的“超限运输车辆行驶公路治理规定，动态称重系统应具备识别单、双轮胎的才能，通过斜埋压电轴传感器就可解决这个问题。由于车流量的快速增长，ETC电子不停车收费系统成为业内人士关注的焦点。我国一直采用的是按吨位和按客车座位数分类，如今国内行驶的车辆种类复杂，按这种分类法在ETC系统中引入自动分类特别困难。按轴距和轴数分类，再考虑载重，应是比拟公道的方法。建立公道的分类标准是解决ETC问题的关键。制定标准的根底是检测手段。应结合视频技术，压电轴传感器及网络技术针对车辆的轴数

8、、轴距、轮数、长、宽、高等物理特性设计车型识别系统。这需要治理部门，系统集成商及器件供给商的有机组合才能实现。三、车速监测通常在每条车道上安装两条传感器，这便于分别地收集每条车道的数据。使用两个传感器可计算出车辆的速度。当轮胎经过传感器A时，启动电子时钟，当轮胎经过传感器B时，时钟停顿。两个传感器之间的间隔一般是3米，或者比3米短一些可根据需要确定。传感器之间的间隔已知，将两个传感器之间的间隔除以两个传感器信号的时间周期，就可得出车速。根据德国PTB的报告，在汽车以200公里小时的匀速行驶时，测量精度可到达1。压电传感器可以区分差异很小的车辆，这一点使其可与速度相机触发器在固定地点一同使用。通

9、常都安装2条传感器作为一组，有的国家也安装3条增加了校验。当轮胎经过传感器时，根据从A到B，再从B到C，最终从A到C的时间，计算出车速。然后对这几个车速进展比照，它们都应在规定的范围内，通常不超过2。假如车辆超过了规定的时速，前轮经过最后一个传感器时，立即给车辆拍照，并计算出车速。在第一张照片拍摄后的固定时间进展第二次拍照，这样观测仪可以校验车速。即使在车流量很高的情况下，也可得到各个车道的信息。传感器可以交织安装，以便照相机有稳定的焦点，进而使得照片明晰可读。通过车速监测既可以对超速车辆罚款，又可以根据车流量建立可变限速标志和可变情报板。在车流量较高时，设置较低的限速；流量较低时，设置较高的

10、限速，建立动态的治理系统，进而实现路面治理智能化。四.收费站地磅压电轴传感器的一个应用就是收费站地磅。传感器可以记录高速行驶中车辆的数据。车速较低时，轴传感器与电路的接口很关键，压电传感器对低频信号会衰减，低频衰减由传感器的电容和电路输入阻抗决定。压电轴传感器电路局部的另一个改良就是允许传感器在10米分钟0.6公里小时的速度时应用。尽管压电轴传感器能探测出压上传感器然后从传感器上移开的轮胎，但它不能检测静止在传感器上的车辆。在一个非常小的间隔内可以同时应用多个传感器。以防止错误的计数，芹改善计数的校验。压电传感器特别合适在收费站自动分类车道上使用，由于在那里车速的变化很大。压电轴传感器为收费站

11、地磅提供了一个非常有效的上风，压电轴传感器的寿命比普通的电阻式地磅要长得多。由于传感器的固态构造，压电轴传感器没有可挪动局部。传感器中可见的变形在微米um范围内，而电阻式地磅通常在橡胶套中有几毫米的变形，因此而引入了一个疲惫元件。电阻式传感器寿命为100-500万轴次，而压电传感器却超过1亿轴次。五.闯红灯拍照压电轴传感器也可作为闯红灯照相机的触发器。在穿插路口的红灯线前安装两个传感器，传感器与红灯线的最小间隔一般为2米。两条传感器的间距为1米或者小于1米，可安装在地感线圈的上方，所有数据由前轮收集，在车辆挪动6150mm以前完成信号收集，信号收集与速度无关，与车辆类型无关，可在高密度交通流量

12、时使用，照相机控制器与红绿灯控制器相连，以便只在红灯时完成动作。用两条传感器确定停车线前的车速，假如红灯亮并且车速大于预置值，就会自动拍下第一张照片。第一张照片证实红灯已亮，而且车辆在红灯亮时未超越停车线，并可证实车速及已亮红灯的时间。第二张照片根据车速在这以后固定的时间内拍出，一般来讲为1至2秒。第二张照片证实事实上车辆越过了停车线进入穿插路口并闯了红灯。在美国，由于隐私的缘故，大局部照片都是在汽车尾部拍摄的，然后给车辆开罚单，方式与停车罚单类似。注册的车主会收到罚单，其中包括两张照片，并把车牌照号的局部放大。固然数码相机已被承受，但大局部系统还是采用35毫米或者更大规格的湿胶片来拍摄的。初

13、步证据在采用湿胶片或者一次写入屡次读取的数码影像方式时对违章者是不利的。这样就防止了对证据进展数码串改。在美国的马里兰州霍华德县，由于安装了采用压电轴传感器的闯红灯拍照系统，在一年内闯红灯事件减少了53，只有3.2提出由法庭审讯，90的法庭审讯证实事主违章。在有一个像机的第一个穿插路口，冲突由1992年的15次年减少到1998年的8次年。20台像机，发出21000次罚款通知。六、触发器选择压电传感器作闯红灯照相机触发器的原因与它们在速度照相机中的应用一样。在照片中可以看到车辆仍在传感器的上方。传感器以有线方式连接到照相机上，将信息详细到某一车道。即使在两条相邻车道上，两辆车紧挨着，传到照相机控

14、制器的数据将是该传感器所在车道的数据。传感器不象固定的雷达装置那样很难区分相邻车辆，因此，压电传感器适用于多车道。收到罚单的人被再确认他们确实是闯了红灯或者违背了车速规定，由于他们可以很清楚地看到展如今他们眼前的证据。七、交通讯息收集和统计道路监控压电轴传感器的应用已扩展成一门技术，并更可靠，价格公道。这项技术起源于美国的联邦高速公路署FHWA长期道路性能工程LTPP。在这个工程下，局部道路的交通负载，类型和重量被监控，以确定道路的磨损、类型和等级。在这种方式下，通常采用的是周期信息收集，而几乎没有实时的数据收集。目前，由于我国的高速公路建立尚在起步阶段，有些路段由于超载严重，在设计使用年限之

15、前就过早损坏，造成养护费用上升，多数治理部门将主要精力集中在收费尤其是不停车收费标准的制定和系统的技术问题方面。这在目前是必须的，但是随着车流量的增加，道路负荷的加重，交通事故将增加，道路的塞车时间将加长，对道路的破损修复期将缩短，次数将增加，对道路状态的监测将变得越来越重要。假如将网络技术、视频技术及埋在路面下的地感线圈和压电轴传感器相结合，实现交通讯息的短周期收集，将车流量、车轴数、车速、轴距、分类信息，载重量等信息采集并加以分析，由自动化交通讯息调查系统对路面负荷给业主提供维护方案，同时也为公路规划、设计、维护和决策提供可靠、全面的数据，加拿大多伦多401高速公路交通治理系统就是一个典型的例子。在最近五年里，压电轴传感器在性能方面显著地进步，而价格却不断降低。以安装价格来讲，它只比感应线圈稍高一些，却比感应线圈多提供很多有效信息，诸如改善了的速度信息，车辆分类等。另外增加了行驶中称重才能以确定和监控车辆的重量。它与感应线圈相结合，将使交通讯息的收集更准确更全面。显然，压电轴传感器作为一种技术，应该考虑将其广泛应用于智能运输系统ITS中。0