硕士论文-基于感应线圈道路交通流检测系统研究与设计.pdf

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1、长沙理工大学硕士学位论文基于感应线圈道路交通流检测系统研究与设计姓名：杜荣义申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：叶青20090425摘要智能交通系统(IT s)利用尖端的电子信息技术，构成人员、车辆和公路三位一体的新型公路交通系统。它将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于交通运输管理体系中，建立一种在大范围内、全方位发挥作用的准时、准确、高效的交通运输管理体系。智能交通系统是现代科技手段在交通领域的具体体现，是以缓和道路堵塞和减少交通事故、提高道路使用者的方便、舒适为目的，代表着未来道路交通发展的方向。着重研究了智

2、能交通系统中最基本、也是最重要的交通流检测系统，设计了基于感应线圈的道路交通流检测系统，采用了目前最先进的3 2 位A R M 处理器核L P C 213 8，与C P L D 搭建控制平台，利用实验室仿真与现场实验相结合，克服了传统的处理能力不足，检测精度不够以及抗干扰能力弱等设计缺陷，分别设计了基于双线圈和基于单线圈的交通流检测系统，并对车辆通过线圈时所产生的频率变化进行数据采集，通过输出曲线不同的特征可进行车型分类。在理论研究和仿真实验的基础上阐述了线圈检测的理论，并且通过实际测量进一步验证了此理论的可行性。车辆通过环形线圈的时间是非常短暂的，这就要求系统能够快速而准确地测量出过往车辆的

3、信息，为此，本系统选用A R M 7 系列微控制器组成处理单元，相对于传统单片机的检测和控制，该控制单元具有信息处理能力强，速度快，通信能力好，存储能力大等特点，为系统快速采集信息量提供了可靠的保障。根据系统需求设计了基于感应式环型线圈车辆检测系统的硬件结构框架，介绍了以L P C 2l3 8 为核心的线圈检测系统控制单元的具体硬件实现，并详细阐述了软件设计流程，简要分析了主要硬件模块功能，说明了在硬件和软件设计中的抗干扰措施。与采用传统测频技术的检测产品相比，提高了系统在恶劣工作环境下的稳定性，大大提高了检测精度。最后给出了进一步研究的展望通过基于A R M 7 嵌入式微机的环形线圈车辆检测

4、系统的开发，实现实时采集道路交通流参数和车辆分类信息，不仅增加了系统的检测精度和抗干扰性，也增强了以往环形线圈车辆检测器的功能，为其在智能交通系统中提供了一种新的应用。关键词：智能交通系统；环形线圈；交通流检测；车型识别；嵌入式A B S T R A C TI 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)i san e wh i g h w a yt r a f f i cs y s t e m，w h i c hi st h et r i n i t yo fp e r s o n n e l，v e h

5、 i c l e sa n dr o a d，u s i n gs o p h i s t i c a t e de l e c t r o n i ci n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y I T Si sak i n do fs y s t e m sc o m b i n e dw i t ht h ea d v a n c e dc o m p u t e rt e c h n o l o g y，i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y，d a t a。c o m m u n i c a t i o n

6、t e c h n i q u e，a u t o c o n t r o la r t，a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ea n de l e c t r o n i ct e c h n o l o g y，e t c I th a sb e e na p p l i e di nt r a f f i c t r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m，h e l p st oe s t a b l i s haw i d e-e x t e n t，w h o l e-

7、d i r e c t i o n，a c c u r a t e，p u n c t u a l，e f f i c i e n tt r a f f i c-t r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m I T Si sm a t e r i a lr e p r e s e n t a t i o nt h a tm o d e r ns c i e n c ea n dt e c h n o l o g ym e a n sa p p l i e sf o rt r a f f i cf i e l d，t h a

8、ta p p l yi t s e l ft oa b a t e sa i r-l o g g e dr o a da n dr e d u c et r a f f i ca c c i d e n t，i n c r e a s er o a du s e r Sc o n v e n i e n c ea n dc o m f o r t，r e p r e s e n t i n gi n t e n d i n gr o a d w a ya n dt r a f f i cd e v e l o p m e n t a lo r i e n t a t i o n I nt h

9、i st h e s i s，t h et r a f f i cf l O Wd e t e c t i o ns y s t e mi Se m p h a t i c a l l ys t u d i e s I ti st h em o s tb a s i ca n dt h em o s ti m p o r t a n tp a r to ft r a f f i cf l o wd e t e c t i o ns y s t e m Ar o a dt r a f f i cf l o wd e t e c t i o ns y s t e mb a s e do ni n

10、d u c t i o nc o i li sd e s i g n e d T h ec o n t r o lp l a t f o r mb a s e do nt h em o s ta d v a n c e d3 2 b i tA R Mp r o c e s s o rc o r eL P C 213 8a sc e n t r a lh a r d w a r ei sc o n s t r u c t e d，t o g e t h e rw i t hC P L D S u b s e q u e n t l y，t h et r a f f i cf l o wd e t

11、 e c t i o ns y s t e mr e s p e c t i v e l yb a s e do nd u a l c o i la n ds i n g l ec o i la r ed e s i g n e d B yc o m b i n a t i o no fl a b o r a t o r ys i m u l a t i o na n df i e l de x p e r i m e n t s，t h ed e s i g nd e f e c ts u c ha st h et r a d i t i o n a lt r e a t m e n tc

12、a p a c i t yd e f i c i e n c y，l o wm e a s u r e m e n ta c c u r a c ya n dw e a ka n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t y，e t c，i so v e r c o m e T h ed a t ao ft h ef r e q u e n c yc h a n g ec a u s e db yt h ev e h i c l e st h r o u g ht h ec o i lw i l lb ec o l l e c t e d T h e na

13、c c o r d i n gt h eo b v i o u sd i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h eo u t p u tc u r v e，t h ev e h i c l ec l a s s i f i c a t i o nc a nb ep u tf o r w a r d O nt h eb a s i so ft h e o r e t i c a ls t u d ya n ds i m u l a t i o ne x p e r i m e n t，t h et h e o r yo fl o o p

14、 c o i ld e t e c ti sd e s c r i b e d A n dt h ef e a s i b i l i t yo ft h i st h e o r yi sf u r t h e rv e r i f i e db ya c t u a lm e a s u r e m e n t T h et i m eo ft h ev e h i c l et h r o u g ht h ec o i li ss h o r t，w h i c hr e q u i r e st h es y s t e mc a nb ea b l et oq u i c k l

15、ya n da c c u r a t e l ym e a s u r et h ev e h i c l ei n f o r m a t i o n S oA R M 7s e r i e sM C Ui sa d o p t e di nt h i ss y s t e ma sp r o c e s s i n gu n i t C o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lS C Md e t e c t i o na n dc o n t r o l，t h i sc o n t r o lu n i th a st h ef e a t

16、u r e so fs t r o n gi n f o r m a t i o np r o c e s s i n ga b i l i t y，f a s ts p e e d，g o o dc o m m u n i c a t i o n sa n dh i g hs t o r a g ec a p a c i t y，e t c I tI lp r o V l d e sr e l i a b l eg u a r a n t e ef o rt h es y s t e m sr a p i da c q u i s i t i o ni n f o r m a t i o n

17、。I na c c o r d a n c ew i t hs y s t e mr e q u i r e m e n t s，t h eh a r d w a r es t r u c t u r ef r a m eo fV e n l c l ed e t e c t i o ns y s t e mb a s e do ni n d u c t i v el o o pi sd e s i g n e d，a n ds p e c i f i cn a r d w a r el m p l e m e n t a t i o no ft h ec o n t r o lu n i t

18、o ft h ec o i ld e t e c t i o ns v s t e mw i t ht h eL P C 213 8a st h ec o r ei si n t r o d u c e d T h es o f t w a r ed e s i g np r o c e d u r el se x p o u n d e di nd e t a i l T h em a i nf u n c t i o n s o fh a r d w a r em o d u l e sa r eb r i e f l va n a l y z e d A n dt h ea n t i-

19、i n t e r f e r e n c em e a s u r e si nt h ed e s i g no fb a r d w a r ea n ds o t t w a r ea r ee x p l a i n e d C o m p a r e dw i t ho t h e rd e t e c t i o np r o d u c t su s i n gt r a m l o n a lf r e q u e n c ym e a s u r e m e n tt e c h n o l o g y，t h es t a b i l i t yo ft h es y s

20、 t e mo p e r a t l n gl nP o o rw o r k i n ge n v i r o n m e n ti se n h a n c e d，a n dd e t e c t i o na c c u r a c vl s1 m P r o V e d S i g n i f i c a n t l y F i n a l l y，t h ef u r t h e rr e s e a r c hi sf o r e c a s t e d 1h ed e V e l o p m e n to ft h el o o pc o i ld e t e c t i o

21、 ns y s t e mb a s e do nA R M 7s e r i e sa n dt h el n f o r m a t i o no b t a i n e db yf i e l de x p e r i m e n t sp r o v i d e san e wm e a n sa n dn e wi d e a sf o rt h er e s e a r c ho 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 mi nt h et r a f f i cf l o wd e t e c t i

22、o n T h es y s t e mn o to n l yh a v ei m p r o v e dt h es y s t e m t sd e t e c t I o np r e c i s i o na n da n t ii n t e r f e r e n c ep e r f o r m a n c e s，a n d h a v eo v e f c o m et h ed l s a d V a n t a g e so ft h ep a s tl o o pc o i ld e t e c t i o ns y s t e m，b u ta l s oh a v

23、 ep r o V l d e dm u c hr e l i a b l eb a s i sf o rt h en e x ts t e pt oa p p l yt h ed e t e c t i o ns y s t e mK e yW o r d s：i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i。ns y s t e m(I T S)；1。p；t r a f f i cf l o wd e t e c t i o n；c l a s s i f i c a t i o no fv e h i c l et y p e s；e m b o

24、d e ds y s t e mI I I长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本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。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：私寺、义日期：y 矽年占月衫E t学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容

25、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密囱。(请在以上相应方框内打“)作者签名：身L 孕、丈日期：叫年莎,1 1 万E t导师签名：吖砖日期：少夕年r 月乃7 日1 1 研究背景与意义第一章绪论本世纪6 0 年代末期，美国开始了关于智能交通系统(I T S)n 引技术的研究，之后，欧洲、日本也相继加入这一行列。经过4 0 年的发展，美国、欧洲、日本成为世界I T S 研究的三大基地。目前，另外一

26、些国家和地区的IT S 也有相当规模，可以说，全球正形成一个新的IT S 产业，难以计算的大小项目正在开展，发展规模的速度惊人，以“保障安全、提高效率、改善环境、节约能源 为目标的IT S 概念正逐步在全球形成。随着经济技术的发展，城市化的迅速推进，带来了机动车数量的迅速增长，造成城市道路交通的需求严重不平衡，因此智能交通成为当前缓解交通拥挤的重要手段。自适应交通信号控制系统是智能交通控制系统的核心，能够根据实际车流量的状况，在线实时地自动调整信号控制参数以适应交通流的变化。道路交通流信息(包括交通流量、车速、行程时问、车道占有率以及车流密度等参数)是制定道路发展规划，安排道路养护经费规划和养

27、护生产作业的主要依据，也是向交通城建规划与环保以及公安交通管理部门提供改善、优化道路交通的实际参考资料和数据。获得交通状况信息在道路网络中的分布情况，可以确定道路网络密度是否能够满足现在和未来的交通需求，解决交通设施的供给与需求的矛盾，使道路网络布局合理化。因此，实时准确地检测道路车辆的交通流信息并预测未来道路交通状况，进而将预测信息提供给交通控制中心，这样，就能够有效地诱导交通避免交通阻塞，减少出行时间和交通事故的发生。并且，交通数据检测在交通控制系统中也是十分重要的，精确和可靠的检测数据是在交通控制中进行合理的信号配时优化的基础：而实时准确地对交通流预测，即有效地利用实时的交通数据预测未来

28、的交通状况，是实现有效的交通控制和交通诱导的关键所在。交通管理系统(A T M S)是衡量一个I T S 智能化程度高低的重要标志，对其的改进和优化往往能够带来整个交通系统的运行效率的提升，因此不可避免地成为IT S 重点研究和发展的对象。基于此，本次研究的课题内容即是环形线圈检测器在交通管理系统(A T M S)中的应用。随着车辆的增多和交通的飞速发展，在道路交通管理与控制中对交通信息的需求越来越多。交通信息的采集是通过车辆检测器实现的，车辆检测器根据采用的不同技术主要分为线圈检测、视频检测、微波检测、红外线检测、雷达检测、激光检测等。环形线圈车辆检测器相对于其他检测器具有低成本、高可靠性、

29、高检测精度、全天候工作的优点，是目前应用最广泛的车辆检测器，目前使用的此类检测器基本上都不能进行车型分类统计，不能满足交通调查和管理更深层次的需要。因此，对基于环形线圈的交通检测系统进行研究与设计，不仅可用于车流量、车速等参数检测，还可自动识别车型用于分类计数，有重要的现实意义。目前能实现这些功能的交通检测器主要有视频检测器，而它受恶劣天气、低照度等影响，不能真正地全天候工作。本文设计的系统恰可弥补此类不足。1 2 环形线圈车辆检测系统的发展与现状车辆检测器的运用是随着高速公路的建设而发展起来的。从2 0 世纪3 0 年代开始在美国、英国生产了气动橡皮管式的车辆感应信号控制器，用以检测交通流量

30、，调整绿灯时间长短，减少车辆在路口的延误，比定时控制灵活，以后又发明了雷达、超声波、光电、地磁、微波以及红外等检测器。车辆检测器是高速公路和城市交通道路监控系统中不可缺少的组成部分，主要是通过数据采集和设备监视等方式，向监控系统中的信息处理和信息发布单元提供各种交通参数，作为监控中心分析、判断、发出信息和提出控制方案的主要依据。因此，车辆检测器及其检测技术水平的高低直接影响到公路交通监控系统的整体运行管理水平。对于交通自动控制检测和数据采集起了很大作用当前用得最广的是环形线圈检测器。环形线圈车辆检测器出现于2 0 世纪6 0 年代，自从出现了用于监控和观测道路交通的磁感应技术后，感应线圈检测器

31、的发展非常迅速。这种检测器可以检测车辆经过时引起的磁场变化，这种技术称为车辆磁场测量(V e hiCleM a g n e tiCI m a gin g，V M I)技术，M I 检测器与其它检测技术相比更稳定、可靠、易于维护。美国N u-m e t ricS 公司的称为G r o u n d h o g 交通监测系统即采用了V M I 技术，。目前世界上一些著名的交通控制系统如澳大利亚的S C A T S 控制系统和英国的S C O O T 控制系统等都采用了环形线圈检测器，。检测交通流参数的检测器除了线圈检测器以外，还有红外检测器、视频检测器、超声波检测器等。但美国，、英国、意大利、法国等

32、国的道路大多数都选择了环型线圈检测器，其中如英国就更多采用环型检测线圈形式和压电电缆，巴黎环城快速公路每5 0 0 m 设置1 组，高速公路每2 k m、2O k m 或2 0 k m 以上设置1 组，主要用于检测车流量、平均速度、占有率、车头时距及轴数、轴重等。2线圈检测技术自2 0 世纪9 0 年代初期才从国外引进后，经多年的应用和不断地改进，其产品性能等己达到了相当完善的程度。例如广东省境内的京珠高速、广惠高速、惠河高速等大多数路段，还有辽宁高速公路，浙江金丽温高速公路石城山隧道、牛庭岭隧道、杭州西湖隧道等项目中均采用了感应线圈车辆检测器，另外上海、天津、沈阳等大城市都使用基于环形线圈检

33、测器的S C A T S 交通控制系统，。我国近年修建的所有国道干线上也基本上都安装了环型线圈检测器作为交通信息检测器。环型线圈检测器检测精度高，性价比高，可全天候工作，只要正确安装和正常使用道路，其寿命应大于十年。至今仍然是国内外市场上的主流车检器，足以说明其强大的生命力。国外从上世纪九十年代开始关注基于车辆电磁感应特征的新型环型线圈检测器的研究开发，2 0 0 0 年美国全国第十届I T S 年会授予了“增强型环型线圈检测器研究 项目以“I T S最佳奖，国内也有相关研究论文。传统的车辆检测器是通过在高速公路沿途埋设的大量检测器及交通要道处安设的电视录像机等，将数据和画面传送到控制中心来检

34、测、判断交通偶发事件，以发现问题，从而达到报警和人工干预的目的。随着微电子技术、信息处理技术的发展，特别是近年来智能车路系统的飞速发展，基于环形线圈的交通检测器也在不断改进。美国的一家公司研制出一种免维修环形线圈系统，这种检测器借助于聚丙烯护套核对线圈内部实行橡胶一沥青充压处理，克服了以往环形线圈所存在的安装要求高、线圈易损坏等大多数问题，使线圈寿命保持在1O 年，这是感应线圈检测器在质上的一个飞跃。目前环形线圈检测器仍以高准确率，低成本，和高可靠性而被大量便用。线圈检测技术的发展已很成熟，国内外生产厂家也较多，价格相对合理，被高速公路广泛采用，特别是城市道路公安交警用于抓拍违章车辆也常用这种

35、方法”。从对交通检测器的介绍中可以看出，交通检测器的种类很多，并且不同的检测方法各有其不同的优缺点。但是环形线圈检测器仍然是目前交通控制中应用中最广的交通量检测器，是道路监控系统中非常重要的一部分。利用线圈感应来检测交通参数是目前世界上技术较为成熟的检测方法，可以获得当前监控路面的交通量、占有率、速度、车型等数据，并以其检测功能全面、检测精度高、检测数据准确、可靠、灵敏度高、受环境气候影响小等优点，在相当长的时间内仍是国内主流的交通检测产品。随着线圈检测器设计精度和可靠性的提高，它将在我国智能交通系统中发挥更大的作用。目前，中国正在大力建设高速公路，环形线圈车辆检测器必将在密3集而又方便的高速

36、公路网上发挥其越来越重要的监测作用。综合国内外有关文献，感应线圈车辆检测技术的发展，主要集中在以下三个方面：第一、环形线圈车辆检测技术的发展研究2 1 叫集中表现在大幅度提高检测器的各项性能，以电磁场变化的原理，研究开发的车辆检测器，重点是提高此类检测器的可靠性和使用寿命，通过对检测器探头和信号处理装置的改进来实现：提高检测器的精度和抗干扰能力。第二、环形线圈车辆检测器的电磁环境研究引集中表现在研究环形线圈车辆检测器在电磁环境下的一些抗干扰措施，进一步优化检测器的环境适应能力，使其工作稳定性更好，精度更L商。第三、环形线圈车辆检测器系统化、智能化的发展研究7 1 r3 引表现在以检测器的发展为

37、基础，结合人工智能和先进的计算方法等，使环形线圈车辆检测器在车辆检测分类、交通事件(如闯红灯、交通堵塞、撞车等)分析判断方面朝着系统化、智能化和光机电一体化的方向发展。如感应线圈(IL D)智能交通流量测试仪、高速公路事件自动探测系统的研究等等。特别是现阶段，在国内加强这一方面的研究、应用和发展显得尤为重要，同时也将为我国实现交通管理智能化打下坚实的基础。1 3 研究内容本文研究内容是利用环形线圈作为道路交通检测的传感器，利用目前性价比很高的高速的微处理器，实时采集和分析车辆经过环型线圈时的电磁感应特征，以人工智能理论的方法改进传统的环形线圈检测器检测原理，设计一种用于车流量计数、车速等参数检

38、测和按车型作为车辆分类计数的环形线圈交通检测系统，实时采集和分析车辆经过环型线圈时的电磁感应特征，对机动车辆进行实时分类计数，同时检测车流量、车道占有率、车速等交通流参数，从而拓展现有环形线圈检测器的功能，提升其性价比，提高设备的使用效率和利用率，使环型线圈能更准确地检测真实的交通状态，以便实现更有效的交通监控和交通调查。由于不同的车型通过线圈时产生的振荡频率变化也不相同，所以我们通过对振荡频率采样计数，分析各种车型的频率变化特征，在上位机中完成车型识别工作。在硬件设计上我们选用C P L D 进行频率采样，考虑到本系统对主控制芯片的要求较高所以选用了目前性价比很高的拥有出4色多任务能力A R

39、 M 7 内核的处理器L P C 2l3 8 作为系统的主控制芯片，最后根据系统功能需求，完成各个部分的软硬件设计1 4 论文结构根据研究内容，论文共分五章进行展开：第一章绪论，首先阐述了本课题的研究背景和研究意义，然后分析了当今国内外车辆检测方法特别是环形线圈车辆检测系统的发展现状及存在问题。最后对本文的主要工作和论文章节加以安排。第二章基础知识，综述了目前国内外比较典型的车辆检测器，并作了系统的阐述，对各种车辆检测传感器的工作原理、特点作了论述，另外重点介绍了环形线圈检测器的电磁感应工作及其交通流检测理论模型，同时描述了环形线圈交通流检测系统检测算法，为后续章节的检测器软硬件设计和系统分析

40、与研究做好基础。第三章其于感应线圈交通流检测系统的设计，首先根据系统功能需求，给出了检测系统硬件电路的设计，介绍了软件开发环境，分别搭建了基于双线圈和单线圈的检测系统控制平台及其抗干扰设计，接着对常见的系统软件启动结束设计方法进行了介绍，对其存在问题加以提出并给出了解决方案。第四章实验及分析，首先对影响检测波形的几个重要因素进行了实验研究，然后用本文设计的基于双线圈和基于单线圈的车辆检测系统进行了实验，对实验结果进行了详细分析。第五章总结与展望，对论文工作进行了系统总结和概括，并对进一步的研究工作进行了展望。5第二章感应线圈的交通流检测原理与特性研究2 1 车辆检测器的选择目前，用于车辆检测的

41、传感器州叫”种类繁多，按照检测传感器的工作原理进行分类，可以划分为电接触式、光电式、电磁感应式、超声波式、红外线式等多种类型。而现代具有代表性的按照检测传感器的工作方式及工作时的电磁波波长范围，将检测器大致可分为三类，即磁频检测类、波频检测类、视频检测类。常用磁频检测类传感器主要包括感应(环形)线圈检测器卜，、磁性检测器、地磁检测器、微型线圈检测器以及磁成像检测器。其中感应(环形)线圈检测器是目前国内外使用最为广泛的车辆检测装置。除了磁成像检测器以外的其它磁频检测器都是在检测磁场变化的基础上工作的。将这些检测器与能够测量磁场变化量的电子装置连接，就可以组成实用的车辆检测系统。例如，将装在磁性检

42、测器上的带有防护套的小线圈与电子放大器连接，使用时将具有高磁导率的线圈埋置于路面下，当车辆靠近或通过线圈时，穿过线圈的磁场发生变化，从而在线圈内产生感生电压，使放大器发出车辆通过的信息。这样就实现了车道是否有车辆通过的目的。虽然这种检测系统设计简单，但对车速有下限限制，所以使用范围并不广泛。磁成像检测器是以近期研究成功的磁成像技术为基础的。它测量由于车辆通过而引起的电磁场扰动或变化，通过与已记录的不同结构车辆的磁纹相比较，就可以测出车辆的构造、车型等重要参数，理论上可以将卡车与小车分离出来，但由于技术及其相关技术还有待进一步完善，在实际中使用的情况很少。波频检测类传感器包括有雷达(微波)检测器

43、圳、超声波检测器川、光电检测器以及红外线检测器。前两种检测器的工作原理相似，它们由检测部件在收费车道顶蓬向下发射一串波束，车辆通过这些波束时产生的两个脉冲或产生的频移，即可换算成所需要的交通参数。显然检测器需要运动的车辆驱动，且车速缓慢或静止时，根据多普勒效应原理，检测系统会失效。并且，随着被检测车辆的大小、形状和材料的变化，检测效果可能导致较大偏差。同时，易受天气环境和检测器周围通过的其他物体影响，产生反射波而造成误检。光电检测器，是利用光电管或红外线束检测器来接收中断或反射光6束，常见的是由位于道路一侧的发光器和位于道路另一侧的光电探测器组成。当车辆通过时，即中断光束并探测产生输出信号，从

44、而记录下被检车辆。而红外线检测器是利用检测热辐射红外线原理工作的。这两种检测器的不足之外是设计受路面结构影响较大，安装成本相对较高控制系统对软、硬件设计要求高。视频车辆检测器系统引3，是传统的电视监视系统的基础上发展起来的。一方面先进的视频检测系统是车辆检测技术、摄像机和计算机图像处理技术三者有机结合构成，以达到大范围检测和识别车辆的目的；另一方面，如同传统的车辆检测器一样，视频系统向交通控制中心提供图像和交通码数，同属信息采集部分。因而，目前国内外专家一致将视频检测器系统归入广义车辆检测器的范畴。车辆检测和大范围的实时交通数据采集是目前智能车路系统和先进的交通管理系统中最薄弱的环节之一，将传

45、统的车辆检测器应用于先进的交通控制，明显感到检测能力和可靠性不足，而这类问题可通过视频车辆检测系统解决，该系统不仅具有多点布设、无线检测能力，而且还能够获得车辆密度、排队规模以及常规检测器很难得到的停车次数、车辆尺寸等重要交通参数。但目前的问题是计算机图像处理的实时性较差，而且车辆检测精度受到整个系统软、硬件的限制。只有随着图像信号处理技术的进步和微电子技术的发展，视频车辆检测技术才能得到更广泛的应用，。综上所述，各类车辆检测器各有优缺点，结合当前实际应用经验，磁频车辆检测类传感器被广泛使用。特别是感应环形线圈检测器应用最为广泛，由于环形线圈设计灵活，且不受路面影响，根据多个环形线圈检测器的输

46、出信息还可以确定车道占有率、车速和交通量等参数，既可以检测车辆的存在或出现，又可以检测车辆的运动或通过，属于复合型检测器。因此本系统采用环形感应线圈作为前端数据采集的传感器。2 2 感应线圈检测器的电磁感应工作原理环形线圈检测器由3 部分组成：埋设在路面下的环形线圈传感器、信号检测处理单元(包括检测信号放大单元、数据处理单元和通信接口)及馈线。环型线圈检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，他的传感器是一个埋在路面下，通有一定工作电流的环形线圈(环形线圈的尺寸随需要而定，常用的是2 m 2 m 的线圈约三匝)。在环型线圈检测器电路中，环形线圈是此电路的电感元件，电容则决定于检测单元中的电容器

47、。当电流通过环形线圈时，在其周围形成一个电磁场，当车辆通过环形地埋线圈7或停在环形地埋线圈上时，车辆自身铁质切割磁通线，将导致环形线圈回路电感量的变化，而线圈电感量的变化又引起车辆检测器的L C 振荡电路的振荡频率和相位相应也发生变化。因此，检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在。因为电感量的变化表现为频率的变化和相位的变化，所以，检测这个电感变化量一般来说有两种方式：一种是利用相位锁存器和鉴相器，对相位的变化进行检测，另种方式则是利用由环形地埋线圈构成回路的耦合电路对其振荡频率进行检测3 川“。第一种方法是采用锁相环技术和双振荡器方案，即采用两个振荡器结构，主振荡器作为基准振荡器，

48、通过锁相环技术提供稳定的基准电压，从而使振荡器反应车辆通过的信息。环形线圈通过馈线与检测器的变压器相连，在电路工作时，环形线圈周围就有主振频率电流通过，并在环的周围建立交变电磁场。在电路中还有一个由晶振产生的频率稳定的参考信号，把主振荡器的信号和参考信号一同送入鉴相器中，当主振信号与参考信号的频率不同时，鉴相器就会输出控制电压。因此，可以调整主振荡器的工作频率，使之逐步与参考信号的频率相一致，最后完全锁定在参考频率上。当有车辆通过环形线圈时，由于环的电感量的变化，使主振荡器的工作频率就有了变化的趋势，但在锁相环的作用下，主振频率仍然保持了与参考信号频率一致。此时，鉴相器的输出电压发生了变化，并

49、且使从振频率也发生了变化。用单片机连续采集从振频率的信号，并计算他的工作频率，当从振频率的值大于一定的门槛值时，就可以判断出有车辆经过环形线圈。第二种方法是对整个回路的振荡频率进行检测。该检测器的工作原理是检测单元同环形线圈与馈线线路组成一个耦合电路，当电流通过环形线圈时，在其周围形成一个电磁场。在正常情况下，在机动车辆没处在环形地埋线圈所在位置的时候，耦合电路振荡频率保持恒定，单片机在单位时间段测得的脉冲个数基本保持不变，当机动车辆经过环形地埋线圈所在位置时，在金属车体中感应出涡流电流，涡流电流又产生与环路相耦但方向相反的电磁场，即互感。由此导致涡合电路振荡频率的变化，使得单片机在单位时间段

50、测得的脉冲个数也相应变化，只要检测到此变化的信号，就可检测出是否有车辆通过。但是机动车自身铁质是不均匀的，所以当他经过环形地埋线圈时单片机在单位时间段测得的脉冲个数又是变化的。8I_I 电流源l，出调一l 一I相位比较器卜放谐I电1大器l压l：形线圈一相位钌踺器Il图2 1环形线圈检测器原理环形线圈长为2 m，宽度视车道宽度而定，通常是覆盖一个车道的5 0 -6 0，不应小于O 5 m。由电磁场理论知道，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。其自感量为：L _ 丝丝型：垒(2 1)1式中：以是介质的相对磁导率，空气的以为1：,U o24