城市道路交通数据检测器优化综合布设方法研究.pdf

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1、分类号：U 4 9；F 51 0 7 1 0谖步犬海硕士学位论文城市道路交通数据检测器优化综合布设方法研究导师姓名职称申请学位级别论文提交日期学位授予单位赵禹乔陈红教授答辩委员会主席学位论文评阅人严宝杰教授王秋萍教授邵海鹏副教授I n t e g r a t eA论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。做作者躲丞舄香硎年石月沏日论文知识产权权属声明本人在导师

2、指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：导师签名：f 年石月劢日认洲年6 月细日摘要伴随着智能运输系统在中国的快速的发展，作为智能运输系统基础的城市交通系统的实时交通信息就凸显了其重要性。国内外研究表明，交通检测器采集到的交通数据是智能交通运输系统(I T S)是否能高效运行的关键，而交通数据的准确性和时效性与检测器的空间密度和具体位置有很大的关系。近些年，中国各大、中城市都在考虑

3、检测器的优化布设问题，由于城市路网密度很大，如果按理想状况在每一条路段都布设检测器，如此大规模的布设所需的费用是惊人的。因此，既能获得给定精度和完整度的交通数据的同时，又能在路网中尽量少地布置检测器，对于交通数据采集系统这是非常重要。本文在了解国内外城市交通信息采集系统的发展现状的基础上，首先对目前常用的交通检测器的工作原理、性能、适用情况及其布设的分析比较，根据实际情况从需要实现的目标出发来选择合适的检测设备。综述了国内外常用的交通检测器优化布点方法的基本原理，以此为基础详细分析了各种方法的特点和适用条件。将城市道路分为城市快速路和一般城市道路两大类，并分别讨论其检测器的优化布设方法。结合主

4、干道或快速路的特点选择基于行程时间估计的优化方法并运用微观仿真软件V I S S I M 4 1 0 模拟城市实际路网的交通检测器的优化布设，获得最城市快速路的最佳布设间距和检测器布设个数；在各种布设方法分析研究的基础上，通过对路段交通量的估计从而估计O D 矩阵提出了基于遗传算法的检测器优化布设方法；当此方法得到的结果不满足预先设定布设规模时，在通过路段相似性分析剔除相似路段，从而减少布设路段数量。并运用工程计算软件M A T L A B 进行实例验证，得到检测器的优化布置。最终获得整个城市路网包括城市快速路和一般城市道路检测器优化布设方案。关键词：城市道路智能运输系统交通检测器优化布设遗传

5、算法A b s t r a c tW i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m si nC h i n a,a st h eb a s i so ft h eI T St h er e a l-t i m et r a f f i cd a t ao fu r b a nt r a f f i cs y s t e mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e A st h ed o m e s t i ca n di

6、n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hs h o w，t h ei n f o r m a t i o nd e t e c t e db yt h et r a f f i cd e t e c t o rd e t e r m i n e st h ee f f e c t i v e n e s so fI T S，w h i l et h ep o s i t i o n sa n dd e n s i t yo fd e t e c t o r sr e l a t et oi t sv e r a c i t ya n da c t u a l

7、e f f e c t，r e c e n t l yt h er e s e a r c ho fd e t e c t o r so p t i m a ll a y o u ti sd i s c u s s e db ym i d s i z ec i t ya n dl a r g eu r b a ni nC h i n a b e c a u s eo ft h eh i g ha m o u n to fu r b a nr o a dn e t w o r k s i fa sw ew i s he v e r ys e c t i o no fn e t w o r k s

8、i sl a i dd e t e c t o ri d e a l i s t i c a l l y,h o w e v e ri t sc o s tw o u l db ea m a z i n g T h e r e f o r e，w ec a nn o to n l yo b t a i nat r a f f i cd a t aw h i c hi sg i v e na c c u r a c ya n di n t e g r i t y，b u td e t e c t o r sC a na l s ob el a i da sf e wa sp o s s i b

9、l eo nt h en e t w o r k s，t h a ti sv e r yi m p o r t a n td e c o r a t i n gf o rt r a f f i cd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m B a s e do nt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i ca n da b r o a dr e s e a r c ho nu r b a nt r a n s p o r t a t i o ni n f o r m a t i o na c q

10、u i s i t i o ns y s t e m，a tf i r s t，a n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no np r i n c i p l e s，c h a r a c t e r i s t i c sa n df i t t i n gc o n d i t i o n so fc o m m o n l yu s e dt r a f f i cd e t e c t o r sa r eg i v e n，t h e nt h ea c t u a lc o n d i t i o na n dg o a ln e e dt O

11、b ec o n s i d e r e dw h e nc h o o s i n gd e t e c t o r s B a s i cp r i n c i p l e so ft h ec o m m o n l yu s e dt r a f f i cd e t e c t o ro p t i m a ll a y o u tm e t h o d sa r er e v i e w e dc o m p r e h e n s i v e l y,t h e nc o m p a r e st h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa p p

12、 l i c a t i o nc o n d i t i o n s u r b a nr o a d sa r ec l a s s i f i e di n t ou r b a ne x p r e s s w a ya n dg e n e r a lu r b a nr o a dt w oc a t e g o r i e sw h o s eo p t i m a ll a y o u tm e t h o d sa r ed i s c u s s e dr e s p e c t i v e l y C o m b i n e dw i t ht h ec h a r a

13、c t e r i s t i c so fe x p r e s s w a yao p t i m a ll a y o u tm e t h o db a s e do nt r a v e lt i m ee s t i m a t i o n ss e l e c t e d，a n dc i t yr o a dn e t w o r kt r a f f i cd e t e c t o ra c t u a lo p t i m i z a t i o no fu r b a ne x p r e s s w a yi ss i m u l a t e db yV I S S

14、I M 4 1 0w h i c hi sf o rm i c r o s c o p i cs i m u l a t i o n，a no p t i m a ls c h e m ec a nb eo b t a i n e d C o m b i n i n gb a s i n go nO De s t i m a t i o nm a t r i xl a y o u tm e t h o da n dt r a f f i cf l o we s t i m a t i o nam e t h o db a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h

15、 mi sp u tf o r w a r d A n di t se f f e c t i v e n e s si st e s t e db ye n g i n e e r i n gc o m p u t i n gs o f t w a r eM A T L A B O nt h i sb a s i s，g e n e t i ca l g o r i t h mi su s e dt oo b t a i ns e v e r a ll a y o u tr e s u l t s，i ft h en u m b e ro ft h ed e t e c t o r si s

16、l e s st h a nt h a ti sg i v e ni na d v a n c e，s t o pc o m p u t i n go rS i m i l a r i t ya n a l y s i so nt h er e s u l t so b t a i n e da b o v es h o u l db eg i v e nt or e d u c et h en u m b e ro ft h es e c t i o n sd e t e c t e d u n t i lg e t t i n gt h em o s ts u i t a b l er e

17、 s u l t T h e nap r o j e c ti sg i v e nw h i c hc o n t a i n su r b a ne x p r e s sw a ya n dg e n e r a lu r b a nr o a dn e t w o r k K e yw o r d s：U r b a nR o a d，I n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m s，T r a f f i cD e t e c t o rO p t i m a lL a y o u t，G e n e t i

18、cA l g o r i t h mI I第1 2 2 国内研究现状31 3 研究的目的及意义41 4 研究的主要内容51 5 研究的方法和技术路线61 6 本章小结。6第二章交通信息检测技术性能比较分析。82 1 概述82 2 埋入式检测技术8耳2 2 1 环形线圈检测器(I n d u c t i v eL o o pD e t e c t o r s)92 2 2 压电检测器(P i e z o e l e c t r i cS e n s o r s)10恍2 2 3 磁力检测器(M a g n e tm e t e r)1 0“2 2 4 气压管型道路车辆检测器(P n e u m

19、a t i cR o a dT u b e)1 l2 3 悬挂式检测技术1 22 3 1 视频图象检测器(V i d e oI m a g eP r o c e s s o r)1 22 3 2 微波雷达检测器(M i c r o w a v eR a d a r)1 32 3 3 红外线检测器(I n f r a r e dS e n s o r s)1 42 4 几种主要的交通数据检测技术比较1 52 4 1 各种检测器输出的交通参数特性比较分析1 62 4 2 成本费用比较分析。l72 4 3 周围环境的适用性比较分析1 82 5 交通数据检测器的选择2 02 5 1 城市道路特性分析2

20、 0I I I2 5 2 交通数据检测器选择的影响因素2 02 6 本章小结2 1第三章常用交通检测器优化布设方法及比较分析2 23 1 交通检测点分布的规则2 23 2 基于交通流量估计的优化配置方法2 23 2 1 聚类分析与逐步回归分析结合的方法2 23 2 2O 1 整数规划模型2 33 2 3 数据挖掘方法2 53 2 4 图论方法2 53-3 基于行程时间估计的优化布设方法2 73 3 1 聚类分析与神经网络建模的方法2 73 3 2 区间平均速度推算方法2 83 4 基于O D 矩阵估计的优化配置方法2 93 4 几种主要优化布设方法的比较分析3 03 4 1 运算效率比较分析3

21、 03 4 2 适用条件比较分析。3 03 5 本章小结3 l第四章城市道路交通数据检测器优化综合布设方法3 24 1 检测器优化综合布设方法研究路线3 24 1 1 数据检测器优化综合布设方法需要解决的问题一3 24 1 2 交通数据检测点优化综合布设方法研究技术路线一3 34 2 基于行程时间估计的城市快速路检测器优化布设3 44 3 基于遗传算法的O D 矩阵估计的交通检测器优化布设方法3 64 3 1 交通检测点分布问题的数学模型3 64 3 2 基于遗传算法的检测点优化布设方法3 84 4 布设路段的相似性分析4 84 5 本章小结4 8第五章实例验证4 9I V5 1 城市快速路检

22、测器优化布设4 95 1 1 建立路段模型一4 95 1 2 仿真参数选择4 95 2 基于遗传算法的一般城市道路优化方法5 25 2 1 路网基础数据5 25 2 2 M A T L A B 计算5 45 3 本章小结5 6结论一5 7研究展望5 8参考文献一5 9V长安大学硕t 学位论文1 1 研究背景第一章绪论弟一早硒了匕交通运输业的迅猛发展给人们带来了极大方便的同时也显示出越来越多的弊端：交通拥挤、交通事故的频繁发生，以及交通造成的噪音及环境污染。据2 0 0 3 年全国交通工作会议工作报告的数据，北京一年拥挤损失总数超过6 0 亿，约占北京国民生产总值的5；据2 0 0 4 中国汽车

23、工业年鉴统计，每万辆车辆保有量造成的死亡人数高达4 4 5 8 人，1 9 9 8 年至2 0 0 3 年期间，由交通事故导致的死亡人数达5 7 5 1 万人，受伤人数达2 5 3 0 3 万，直接经济损失1 6 5 0 3 亿元【l l。多年来国内外的实践经验证明了单纯依靠修建道路基础设施是不能有效地解决城市交通问题的，需要有相应的宏观交通政策的同时，现代化的交通管理也是不可或缺的。随着高新技术如：电子技术、通信技术、计算机技术等的发展，为交通管理者提供了解决交通问题的新方法，为增强交通的机动性、安全性、有序化，为增强交通的机动性、安全性、有序化，并为最大限度地发挥现有道路交通系统的使用效率

24、提供了技术支持。发达国家交通发展实践证明智能交通系统(i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s，I T S)是解决交通问题、减少交通污染、提高交通管理水平的最有效的办法。为实现对道路交通的科学化、现代化管理，创造可持续发展的交通运输环境，世界各国正大力发展I T S 技术。对于I T S 技术的发展来说，对于技术来说最重要的就是最重要的技术是如何有效利用信息及在交通运输系统中进行处理，其中包括从不同运输系统中最大限度的检测、组织和应用信息。人们已经越来越注意到交通信息的实时检测和处理技术，这正是I T S 技术的

25、基础。目前，交通信息的获取大多依赖于道路上的交通流检测设备，这些设备成本高昂、需要人工维护、易磨损、受气候和光线条件影响大，使得很多城市的交通管理部门仅在关键路段和主要交叉口安装了这些设备(使用检测器的交叉口数量不到全部交叉口的1 1 0【2 J)。有限数量的交通流检测器导致了城市交通网络状况信息不全，无法精确的对城市交通进行控制和诱引3 1。年统计，已建成交通指挥中心1 6 5 个、交通信号机1 5 7 9 2 套、车辆感应器9 4 5 9 7套、交通流量监视摄象机1 8 3 6 架、交通信息板2 1 7 5 套、光信标器1 0 0 0 0 套【6 1。日本的U T M S 在动态交通流信息

26、检测、处理分析、发布系统的特点是：整个系统以地理信息系统为基础，从信息检测处理到发布已建立起完整的城市交通管理体系，交通信息服务的渠道和对象广泛，基础设施健全、共享性强。日本对高速公路检测器进行布设时同样选择等间距布设，如在阪神高速全长2 6 4 5 k m，主线上以1 个5 0 0 米的密度布设，共设有2 0 3 0 处车辆检测器。国外对于城市道路的检测器布设是根据具体情况和实现目标确定的，由于国情的不同，其方法中我国2长安大学硕：t 学位论文可以借鉴的部分少之又少。1 2 2 国内研究现状我国在I T S 领域的研究起步比较晚，9 0 年代初期开始这方面的研究。为推动我国I T S 的开发

27、与应用，我国正在进行I T S 总体发展框架的研究与制定。2 0 0 1年9 月，上海市立项“地面道路机动车交通数据检测、处理、发布综合系统”并建立实验小区。借以通过此项目实现上海市主要地面道路的机动车交通信息实时检测、处理，实现地面交通信息的多媒体实时发布，并在一个实验小区内建成系统运行实体，以利完善巩固、推广应用。为了迎接北京2 0 0 8 年的奥运会，北京市公安交通管理局制定了北京市智能交通管理系统发展规划，交通流数据检测处理系统是其子系统。目前，北京市道路交通流数据检测有4 种方式，即环形线圈检测、微波检测、视频检测和牌照识别。市区内道路交通流信息的检测手段主要有与2 4 0 个路口信

28、号控制系统相配套的1 4 0 0 多个环型感应线圈检测器。微波检测器和视频检测器集中在二、三环路。在交通流信息的处理和对内显示方面，北京市公安交通管理局己初步建立了指挥中心动态交通态势信息监控系统和综合动态交通态势信息发布系统。北京的实时动态交通流信息检测、处理分析、发布系统示范工程已在建设中，系统功能的实现是基于G I S 平台，已实现功能主要有：交通状态显示、实时交通信息查询、历史交通数据查看、旅行线路的显示等【6 l【7 1。在检测器优化布设方法方面，主要分为三中类型，即基于交通流量估计的优化布设方法、基于行程时间估计的优化布设方法以及基于O D 矩阵估计的优化布设方法。研究的发展过程由

29、原来定性的布设原则的研究到目前定量的布设数量的分析，研究方法逐渐增加的同时研究的深度也在逐渐加大。与国外相比，国内的信息检测、发布以及策略实施还未实现真正的一体化，在信息共享方面还有相当的差距，这有赖于国家标准规范的建立及配套的城市基础设施建设。而国内的检测器布设方面，以快速路为例，考虑双向6 车道的情况单位投资金额为1 5 万断面。如果单纯的借鉴国外按照等间距布设的话，这就需要大量的检测设备，不仅增加了投资，而且延长了工期对交通影响很大。目前交通动态信息检测系统建设缺少理论指导，动态信息检测处理技术的优化配置也缺第一章绪论乏理论研究，检测技术的系统化设计仍不够完善。1 3 研究的目的及意义交

30、通检测器检测到的交通数据是否能够正确反应当时的交通流运行状态，与检测器的空间密度和具体位置有很大的关系。由于目前国内外普遍采用的交通检测器如环形线圈、微波雷达和视频检测器等检测的是固定地点的交通流参数数据，只有当道路网络中有足够多的检测器时，才能够得到足够完整的信息对道路网络交通运行状态进行描述。在中国各大中城市，现在是一个I T S 的大发展时期，都在考虑检测器的合理布点问题，城市路网密度很大，但不可能在每一条路段都布置检测器，这样所需的经费是非常惊人的。在路网中布置尽量少的检测器并获得完整较高度的交通数据，是建设有效交通数据检测系统的关键。检测器的布点研究关系到I T S 系统的数据质量、

31、数据的完整性和系统的投资规模等，在我国大中城市当前大力推进I T S建设的环境下，其研究非常重要。随着科技的进步和道路交通事业的发展，目前在我国(甚至一些世界发达国家)的一些大中城市，其路网的密度越来越大，而且路网的节点(这里指交叉口)数目越来越多，对于密度如此大的路网，要想实现对其的宏观管理，就必须获得路网的绝大多数(甚至是全部)节点的交通流信息。不论是发展中国家还是发达国家，都不可能在所有的路口和路段安装动态交通信息的检测设施。只在这些城市普遍采用的交通面控系统中的主要交叉口都埋设了检测器，交通流量数据的检测主要是依靠在这些交叉口埋设的检测器获得的，但是这些检测器的交叉口数量还达不到全部交

32、叉口的十分之一。因此，到底应该在哪些路段、哪些路口设置交通信息检测器、设什么样的检测器以及检测器的空间分布等问题是值得研究的问题。合理的交通检测器布点方案和检测器布设目的密切相关，在实际的道路网络中，各路段的交通流量能够直观地反映道路的交通状况，此外城市重要道路的行程时间参数也是出行者所关心的，这两者是目前智能运输系统里最重要的交通信息。本文在基于交通流量参数估计的方法的基础上结合对路段的相关性分析来获得城市道路交通信息检测器优化布设的结果。以往研究在求解检测点优化布设数4长安犬学硕f：学位论文学模型时通常采用启发式算法计算满足O D 覆盖规则的数学模型，得到的往往只有一组结果，由于启发式算法

33、只能可接受的范围内寻找最好的解的技术，但不一定能保证所得解的可行性和最优性，甚至在多数情况下，无法阐述所得解同最优解的近似程度。而遗传算法可以很好的解决这个问题，本文尝试用遗传算法求解满足最大流量规则的数学模型，保证优化布设结果成本最低并且不会错过对交通量最大路径的检测，从而保证数据能够更有效的反映交通状态。1 4 研究的主要内容针对目前城市交通数据检测点布设优化存在问题，了解国内外研究现状后，本文拟定了以下几个方面的主要研究内容：1 从各种检测技术的输出交通参数、成本费用以及对周围情况的适应性三方面进行了对比分析，阐述了城市快速路、城市主、次干路在城市路网中的重要静性，给出与其相适应的检测技

34、术作为本文优化布设的对象。2 国内外交通检测器优化布点方法综述k以行程时间误差最小为目的的布点优化方法有聚类分析方法和间接推算方4法，而以交通流量误差最小为目标的布点优化方法有聚类分析算法，0 1 整数规划建模方法，数据挖掘算法，图论算法等，此外还有基于O D 估计的马尔可夫决策方法。在此基础上对分析了各种方法的适用情况，为后面的研究做基础。3 提出新的城市交通检测器优化综合布设的方法根据各种检测器在我国各城市的应用前景，固定型检测器应用范围最为广泛，本文主要讨论城市路网固定型交通检测器的优化布设。首先结合整个城市路网的交通流量数据进行O D 矩阵估计，提出基于遗传算法的数学模型求解方法并得出

35、固定型交通检测器预分布方案若干组；若这几组方案中布设的检测点小于等于预先设定的检测点布置数量，则停止得到检测器的优化布置，否则对各组方案进行路段的相似性分析，剔除相似路段，从而减少检测路段数量，最终获得满意结果为止。4 本文研究范围上比以往研究范围较全面，讨论了包括城市主干路、城市次干路和城市快速路的城市主干架路网的检测点优化布设，可以为市区内整个主干架路网提供优化布设方案。第一章绪论5 仿真分析利用M A T L A B 中遗传算法工具箱求解数学模型，获得一般城市道路检测器优化布设方案；选取西安市二环快速路的一段作为仿真分析对象，对于城市快速路通过微观交通流仿真软件V I S S I M 4

36、 1 0 获得仿真结果并，从而得到适合城市快速路的检测器优化布设方案。1 5 研究的方法和技术路线本论文通过资料搜集整理，了解国内外城市交通数据检测点布设方法的发展现状，有针对性的对各种方法的优缺点进行比较分析，将遗传算法引入用来解决检测点优化布设问题，并在此基础上，对城市路段进行相关性分析，得到符合预定布设规模的优化方案，并通过仿真验证方法的有效性。本论文的研究技术路线流程图见图1 1。1 6 本章小结分析了检测器的空间布设在交通数据采集系统中的关键地位以及对于智能运输系统的重要性，深入了解目前国内外针对交通数据检测器优化布设的研究现状，在此基础上提出了本论文的研究内容以及目的和意义，为下一

37、步工作奠定了基础。6长安大学硕上学位论文1 j-，j j-，-j-j j j-，j j j j j-j j 二I 一一一一一一一一一i。一V i s s i m 仿真得到城I市优h 际化南设日J 距IH实例验证M A n。A B l 二具箱计算摹F 遗传算法检测器优化布设方法1皇规模要求不满足布设路段相似性分析l：一：I 一-_-。_-_-一一一一-一-_-J图1 1 论文研究技术路线流程图7第二：章交通信息检测技术性能比较分析2 1 概述第二章交通信息检测技术性能比较分析随着城市现代化交通管理的不断发展，交通数据采集在交通管理和控制中的作用越来越突出，交通数据采集已成为I T S 的重要环节

38、。交通数据采集是基于设置在道路上各检测点的交通检测器来实现的，交通检测器可以识别道路上交通障碍及车流状况等，并实时传送给交通控制中心。交通数据采集技术的高低直接影响着城市交通管理与控制系统的管理水平和整体运行。根据道路的类型、当地的气候条件、对交通信息的需求情况以及投资成本的需求选择合适的检测设备，因为其各自功能和特性的不同，在布设时应遵循相应的原则。交通数据采集技术可分为自动或非自动两种，它是能够连续提供地点或区间交通信息的各种技术手段。完全依靠采集设备自动感知道路使用者的通过或存在是自动采集技术的主要特点，实现对交通信息的全方位、实时的采集；而非自动采集技术的主要特点是需要人工干预才能完成

39、交通信息的采集，如摄影法、人工采集法、试验车移动调查法等哺3。根据交通检测器的检测形式不同，固定型动态交通数据采集技术可分为固定型检测技术和移动型检测技术两大类。由于移动型检测设备不需要布设，本文主要讨论固定型检测器。根据交通检测器的放置位置不同，交通数据采集技术又可分为悬挂式和埋入式两大类检测技术。悬挂式检测技术包括雷达检测器、视频图象检测器、红外线检测器、微波雷达检测器、被动声学检测器、超声波检测器以及组合检测器(如微波组合检测器和红外线、超声波和红外线组合检测器)等；埋入式检测技术包括磁力检测器、微型线圈检测器、感应线圈检测器、气压管型道路车辆检测器、压电检测器和其他车辆自动计数系统等。

40、2 2 埋入式检测技术在不同的交通、道路和天气条件下，虽然在检测精度、成本费用以及检测器的具体安装方式等方面不同种固定型动态交通数据采集技术存在较大的差异，但是也存在两个共同点：8长安大学硕卜学位论文提供交通量、占有率等和时间平均车速基本相关交通流信息；在道路网络中，交通状态的判别效果明显受到检测器的空间布设密度的影响喁】。埋入式检测器可以直接安装在路面下方，当机动车辆行驶过检测区域时，交通检测器内的电流在电磁感应的作用下会跳跃式上升。该电流一旦超过指定阈值时将会触发记录仪，实现对通过时间及车辆数的检测。这种检测技术至今已经相对比较成熟，尤其是环形感应线圈检测器的应用最为广泛。埋入式检测器的性

41、能稳定可靠，不受天气、光线、能见度等条件的影响。但是，其本身也存在一些致命的缺点阱1：影响路面寿命；安装维护影响交通；自身可靠性和使用寿命易受影响；具有局限性，有些检测器对静止车辆无法检测。2 2 1 环形线圈检测器(I n d u c t i v eL o o pD e t e c t o r s)环形感应线圈检测器是一种基于电磁感应原理的车辆采集技术，当车辆停在或通过线圈上时，线圈回路电感量将会发生变化，检测器检测出线圈回路电感量的变化量就可以检测出车辆的存在，从而实现交通流信息采集的目的。当车辆前沿进入线圈一边时，触发了检测器并产生了信号输出，而当车辆后沿离开线圈另一边时，此时信号强度低

42、于阈值，输出电平将会降为零值。车辆这个实际相对于环形线圈作用的长度L i i 称为车辆有效长度，该数值约等于线圈长度与车辆长度之和。环形感应线圈是一项发展比较成熟的动态信息采集技术，具有操作简便，能提供基本的交通参数(如车速、交通量、车辆存在与否、占有率等)等优点。环形感应线圈检测器的成本比悬挂式检测器相对较低，且不易受天气影响，线圈的多样化设计可以满足多种检测需求。另外由于铺设在路面下方，对城市的美观不存在过多影响，因此该技术仍被广泛地应用于监控交通流量和信号控制。环形感应线圈检测器在安装和维修的时候将路面破坏，尤其在故障检修时会很大程度的干扰交通，而且维修费用高，这些都是环形感应线圈检测器

43、的缺点。在路面状况不好或者安装不够规范的时候也容易造成检测故障。由于环形感应线圈埋设在路面下，这使线圈容易受到车辆行驶中的压力和温度双重影响而损坏。9戡第-二章交通信息榆测技术性能比较分析另外，由于距离和传输的问题，即使线圈可以在每秒钟读数据多次，线圈也只能每隔2 0 或3 0 秒传输一次数据。感应线圈检测器是否合适地安装选位、精确地操作和维护决定着测量的精度，实际操作过程中这些是比较难以掌握的，所以需要有经验的交通工程师来完成。2 2 2 压电检测器(P i e z o e l e c t r i cS e n s o r s)压电检测器的主要工作原理是压电效应。所谓压电效应是指当晶体薄片受

44、到压力时，晶体产生形变后表面产生正电荷，正电荷与所施加的力成反比，因而产生了压电效应。若在电介质的极化方向上施加的是交变电压，使其产生机械变形，当去掉外加电场时电介质的变形又随之消失，这种现象可称为逆压电效应。压电检测器能检测到所有车轮经过监测区域的车辆，这一独特性能可以用来区分不同的车辆类型。压电检测器具有耐冲击、频响宽、动态范围好、稳定性好、输出电压高、不易老化等特点，被广泛应用于闯红灯拍照、车速监速、交通人流车流信息采集、交通动态称重以及拾音传声、安全报警、计数开关等。此外，压电检测器的安装费用只比环形感应线圈高少许，但是它能提供更多的交通信息。不足的是，压电检测器在安装和维修时会对交通

45、产生干扰，影响路面状况以及安装不规范的时易引起检测失误，这些与环形感应线圈检测器一样。当路面重新铺筑或修护的时候压电传感元件需要被更换。另外，压电检测器对车辆速度和路面温度也比较敏感。由于只有在回路具有无限大的输入阻抗时，经过外力作用后的电荷才能得到保存，而实际情况并非如此，这使得压电检测器不能检测静止车辆，只能检测运动中的车辆。2 2 3 磁力检测器(M a g n e tm e t e r)磁力检测器由可调放大器和探头组成。检测器探头的芯是一个套有多圈密绕漆包线圈的永久性磁棒。检测器探头与可调放大器相连，每一频道带一路探头，放大器增益可调，可适应不同的探头。磁性检测器本身不产生磁场，将其放

46、在道路上截取磁性的扰动，由此看来磁性检测器是一个被动检测设备。磁性检测器检测车辆存在信息的原理是车辆经过1 0长安人学硕卜学位论文探头时，车辆会切割磁场磁力线，在感应电动势由探头线圈产生，再经过放大器产生一个脉冲并输出，从而检测出车辆存在的信息。图2 1(a)表示车辆即将进入检测区域，车辆挤压检测区域内的磁力线；(b)表示车辆正通过检测区域，磁力线沿中心幅合；(c)表示车辆驶离检测区域，磁力线沿中心幅散。2 1 车辆进入、经过、离开磁力检测器区域引起的地磁场变化情况与环形感应线圈检测器不一样的是磁力检测器不容易受到车辆压力的影响，“可用于检测小型车辆(如自行车)，并且适合不便安装线圈的场合(如

47、桥面)采用。但是磁力检测器的安装需要在地下埋入管道或者破坏路面，这就要求封闭车蠹道，而且磁力检测器无法检测到静止车辆，存在检测器的检测区域较小很难分辨纵向过于靠近的车辆的问题。圣2 2 4 气压管型道路车辆检测器(P n e u m a t i cR o a dT u b e)当车辆行驶经过管道时，气压管型道路车辆检测器对车辆的轮胎橡皮管产生一个使空气开关闭合的气压脉冲，从而产生一个电流信号传输给分析软件或计算器。气压管型车辆检测器较轻便，可以使用充电电池、铅酸蓄电池或者凝胶体蓄电池作为电源。气压管道经常被安装在垂直于交通流运行的方向，在测量短期交通量时应用广泛，通过间距以及轮轴数判断车辆类型

48、等。由检测到的数据信息可以计算车头间距、信号延误、瞬时速度、交叉口停车延误、饱和交通流率等交通参数。气压管型车辆检测器的优点是，不管是对暂时还是长期的交通信息检测都可以进行快速安装并满足其需要，而且用电量少，费用低，制造商同时还会提供配套的维修软件包。但是，当车流量大时车辆轮胎对气压管造成磨损和破坏、空气开关对温度比较敏感的情况下，会影响检测的精度。第二章交通信息检测技术性能比较分析2 3 悬挂式检测技术近年来，为寻求一种对交通影响较小、安装维护方便而且可靠的交通检测技术，逐步发展了悬挂式检测器。悬挂式检测器安装在车道上方或者路侧，利用倾斜或者垂直角度检测多条车道。悬挂式检测技术一般可以分为波

49、频和视频检测技术两种。波频检测技术有两种工作方式，一种由检测器发射并接收波束，另一种是由车辆发出波束，由检测器接收波束，他们的差别主要在于所依据的波束来源不同，主要有超声波检测器、微波雷达检测器、主动红外线检测器、被动红外线检测器等。视频检测技术是一种将电脑化模式识别技术与视频图象相结合应用于交通领域的新型采集技术。视频检测技术通过视频摄像机和计算机模仿人眼的功能，连续的模拟图象被转换成离散的数字图象后，在成熟的数字模型和物理模型的基础上编制软件进行分析处理嘲。悬挂式检测器具有使用灵活、检测范围较大、可检测多参数、检测用的摄象机又同时可用于交通监控等特点。安装检测器时不会妨碍车辆运行，这样有效

50、的减少了因车道关闭带来的损失。悬挂式检测器还可以自动检测事故，及时将事故情况发送给交通控制中心，使驾驶员了解道路情况。其中视频图象检测器是目前国际上交通数据采集技术的研究热点，具有广阔的应用前景。2 3 1 视频图象检测器(V i d e oI m a g eP r o c e s s o r)一个典型的视频图象检测系统一般由三大部分构成：一个或多个摄象机、微处理器、通信模块。视频图象检测器可以安装在交通设备机柜(室内或室外)里，用于接收置于路边的多台摄像机传来的视频信号，通过在微机显示器上设置虚拟的“车辆检测器 来完成动态交通参数的采集。这里所说的虚拟“车辆检测器可以是一条线或一个矩形区域。