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文档简介

1、第二章第二章 交通信息采集技术交通信息采集技术 主要内容:主要内容: 1、环形线圈感应式采集技术、环形线圈感应式采集技术 2、视频采集检测技术、视频采集检测技术 3、微波采集技术、微波采集技术 4、其他交通信息采集技术(红外线和超声波雷达)、其他交通信息采集技术(红外线和超声波雷达) 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 一、环形线圈传感器的工作原理一、环形线圈传感器的工作原理 1、组成:环形线圈,传输馈线,检测处理单元、组成:环形线圈,传输馈线,检测处理单元 环环 形形 线线 圈圈 馈线馈线 检测处理单元检测处理单元 环形线圈由几匝金属导线绕制而成的空心线圈,埋于车道路

2、面下,环形线圈由几匝金属导线绕制而成的空心线圈,埋于车道路面下, 通过馈线与检测处理单元相连接。通过馈线与检测处理单元相连接。 检测处理单元用高频信号驱动线圈,如车辆通过,环的电感量将检测处理单元用高频信号驱动线圈,如车辆通过,环的电感量将 发生变化,并引起环的阻抗变化,从而导致信号幅度、相位、频发生变化,并引起环的阻抗变化,从而导致信号幅度、相位、频 率等变化,检测电路检测其中的一个量的变化即可达到检测车辆率等变化,检测电路检测其中的一个量的变化即可达到检测车辆 的目的。的目的。 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 2、车辆检测系统的组成、车辆检测系统的组成 图图2-

3、3 pp28 3、工作原理、工作原理 (1)线圈中高频电流)线圈中高频电流线圈周围交变的磁场线圈周围交变的磁场车辆一般由铁磁材料车辆一般由铁磁材料 构成构成 改变线圈周围的磁导率改变线圈周围的磁导率线圈电感量增加;线圈电感量增加; 交变的磁场使得车体产生感应电流交变的磁场使得车体产生感应电流感应电磁感应电磁线圈中的电感减小。线圈中的电感减小。 (2)车辆通过线圈时候增磁和减磁如何作用于线圈?)车辆通过线圈时候增磁和减磁如何作用于线圈? 线圈的阻抗与电流的频率有关,因此要研究不线圈的阻抗与电流的频率有关,因此要研究不 同频率下的情况。同频率下的情况。 频率频率f要选取一定的范围,为此进行了实验。

4、要选取一定的范围,为此进行了实验。 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 f10Hz时候:线圈端面加钢板,介质的增磁作用大于涡流去磁作用,线时候:线圈端面加钢板,介质的增磁作用大于涡流去磁作用,线 圈电感略有增加;圈电感略有增加; 10Hz=f=400KHz:反映灵敏度大大下降。:反映灵敏度大大下降。 (3)建立环形线圈车辆系统等效电路,进一步推导环形线圈测量原理)建立环形线圈车辆系统等效电路,进一步推导环形线圈测量原理 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 rchhhh UMIjILjIR

5、 0 hcccc MIjILjIR )( )( )( )( 22 2 22 2 cc c h c c h r h LR LM Lj MR MR R U I 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 4、环形线圈工作原理、环形线圈工作原理 (1)当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上,车辆自身铁质)当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上,车辆自身铁质 切割磁力线,引起线圈回路电感量变化,检测器通过检测该电感变化切割磁力线,引起线圈回路电感量变化,检测器通过检测该电感变化 量就可以检测出车辆的存在。量就可以检测出车辆的存在。 (2)检测电感量的变化一般有两种方式,)检测电

6、感量的变化一般有两种方式, l 利用相位锁存器和相位比较器,对相位的变化进行检测利用相位锁存器和相位比较器,对相位的变化进行检测 l 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 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 (3)检测振荡频率)检测振荡频率 l机动车辆没处在环形地埋线圈所在位置时,耦合电路振荡频率保持恒定,机动车辆没处在环形地埋线圈所在位置时,耦合电路振荡频率保持恒定, 微处理器在单位时间段测得的脉冲个数保持不变微处理器在单位时间段测得的脉冲个数保持不变 l机动车辆经过环形地埋线圈所在位置时,在

7、金属车体中感应出涡流电流,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交互但方向相反的电磁场,即互感。由此导致涡流电流又产生与环路相交互但方向相反的电磁场,即互感。由此导致 耦合电路振荡频率的变化,使得微处理器在单位时间段测得的脉冲个数耦合电路振荡频率的变化,使得微处理器在单位时间段测得的脉冲个数 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。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。 l车辆通过时将使环路电感值减少,从而使得输出信号频率增加,一般频车辆通过时将使环路电感值减少,从而使得输出信号频率增加,一般频 率

8、增加值在率增加值在160Hz-250Hz的范围内。的范围内。 l由于机动车自身铁质是不均匀的,当经过环形地埋线圈时微处理器在单由于机动车自身铁质是不均匀的,当经过环形地埋线圈时微处理器在单 位时间段测得的脉冲个数是变化的,故在软件设计与数据处理方面可采位时间段测得的脉冲个数是变化的,故在软件设计与数据处理方面可采 用阈值比较法。用阈值比较法。 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 5、环形线圈的形状及埋设布局问题、环形线圈的形状及埋设布局问题 n考虑使得车辆通过时能够覆盖较大的环域和尽可能通过线圈拐角处,有考虑使

9、得车辆通过时能够覆盖较大的环域和尽可能通过线圈拐角处,有 时把线圈绕成菱形提高检测灵敏度。时把线圈绕成菱形提高检测灵敏度。 n把线圈绕成把线圈绕成8字形,增加了磁感应强度字形,增加了磁感应强度。 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 二、环形线圈检测器的应用二、环形线圈检测器的应用 1、基于环形线圈的车流量和道路占有率统计、基于环形线圈的车流量和道路占有率统计 vt lf 100 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 2、车辆识别分类、车辆识别分类 (1)探测、获取车辆的某些特征信息。)探测、获取车辆的某些特征信息。 (2)采集各种车型对线圈的频率变

10、化数据。)采集各种车型对线圈的频率变化数据。 (3)运用模式识别的方法对车辆进行准确的分类。)运用模式识别的方法对车辆进行准确的分类。 第一节第一节 环形线圈感应式采集技术环形线圈感应式采集技术 3、车速估计、车速估计 (1)单线圈估计)单线圈估计 (2)双线圈估计)双线圈估计 onoff tt l v 2413 2 1 tt D tt D v 13 tt D v 第二节第二节 视频采集检测技术视频采集检测技术 一、视频采集系统的组成一、视频采集系统的组成 n 利用视频、计算机、通信等技术,实现对交通动态信息的采集。利用视频、计算机、通信等技术,实现对交通动态信息的采集。 n 所采集的数据:流

11、量、车速、车型分类、占有率、平均车距等。所采集的数据:流量、车速、车型分类、占有率、平均车距等。 n 为信号控制、信息发布、交通诱导、指挥提供动态交通信息。为信号控制、信息发布、交通诱导、指挥提供动态交通信息。 1)摄像机对车辆进行拍照;)摄像机对车辆进行拍照; 2)对图像进行存储并数字化;)对图像进行存储并数字化; 3)对图像进行分区,特征提取;)对图像进行分区,特征提取; 4)根据特征信息进行车辆分类、统计,根据相邻图像计算车速;)根据特征信息进行车辆分类、统计,根据相邻图像计算车速; 5)在拍摄区域内跟踪所辨别的车辆。)在拍摄区域内跟踪所辨别的车辆。 第二节第二节 视频采集检测技术视频采

12、集检测技术 二、视频检测系统的结构和功能二、视频检测系统的结构和功能 1、系统结构(图、系统结构(图2-16) (1)前端信息采集设备)前端信息采集设备 n 摄像机摄像机 n 视频采集卡视频采集卡 n 工控机工控机 (2)中央控制管理系统)中央控制管理系统 交通数据管理系统与应用软件。交通数据管理系统与应用软件。 第二节第二节 视频采集检测技术视频采集检测技术 2、系统功能、系统功能 三类交通信息:三类交通信息: (1)实时交通数据)实时交通数据 车速、车辆数量、车身长度、车队长度、车行方向。车速、车辆数量、车身长度、车队长度、车行方向。 (2)统计性交通数据)统计性交通数据 平均速度、车流量

13、、道路占用率等。平均速度、车流量、道路占用率等。 (3)交通事故信息)交通事故信息 停车、交通堵塞情况、等候车队长度。停车、交通堵塞情况、等候车队长度。 第二节第二节 视频采集检测技术视频采集检测技术 3、视频检测技术的特点、视频检测技术的特点 1)安装、设置方便、不破坏路面、不中断交通)安装、设置方便、不破坏路面、不中断交通 2)检测器设置方便;)检测器设置方便; 3)可实现大区域交通信息采集;)可实现大区域交通信息采集; 4)系统采用模块化、结构化设计,可扩展性好、系统运行效率高;)系统采用模块化、结构化设计,可扩展性好、系统运行效率高; 5)可实现多车道车流量、占有率、平均车速等的采集;

14、)可实现多车道车流量、占有率、平均车速等的采集; 6)可实现机动车车型采集、区分和统计;)可实现机动车车型采集、区分和统计; 7)可判别交通异常情况的采集和报警,如拥堵事故等;)可判别交通异常情况的采集和报警,如拥堵事故等; 8)车辆违章行为采集,超速、逆行、违章占有车道等;)车辆违章行为采集,超速、逆行、违章占有车道等; 9)车牌号码识别;)车牌号码识别; 10)维护方便。)维护方便。 第二节第二节 视频采集检测技术视频采集检测技术 三、视频检测技术的应用三、视频检测技术的应用 1、在交通动态信息采集中的应用、在交通动态信息采集中的应用 2、在交通违章检测系统中的应用、在交通违章检测系统中的

15、应用 3、在交通信号控制系统中的应用、在交通信号控制系统中的应用 4、在交通安全方面的应用、在交通安全方面的应用 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 常用的微波检测技术常用的微波检测技术 1)雷达测速仪)雷达测速仪 广泛应用于道路交通巡逻、车流速度检测。广泛应用于道路交通巡逻、车流速度检测。 2)远程交通微波检测()远程交通微波检测(RTMS,remote transport microwave sensor) 可实时、全天候的探测可实时、全天候的探测8条车道,收集各车道的车流量、道路占用率、条车道,收集各车道的车流量、道路占用率、 平均速度等。平均速度等。 第三节第三节 微波采集

16、检测技术微波采集检测技术 一、雷达测速仪一、雷达测速仪 1、基本原理、基本原理 (1)多普勒效应)多普勒效应 (2)原理)原理 把雷达波发射到一个移动的物体上,根据反射回来的与目标速度成比例把雷达波发射到一个移动的物体上,根据反射回来的与目标速度成比例 的雷达信号,由测速仪内部的线圈将该信号进行处理,得到一个频率的雷达信号,由测速仪内部的线圈将该信号进行处理,得到一个频率 变化,通过数字信号处理技术处理后,得到目标的速度。变化,通过数字信号处理技术处理后,得到目标的速度。 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 (3)雷达测速仪的发射频率)雷达测速仪的发射频率 根据国际航空通讯法令的规

17、范,主要分为以下几个波段:根据国际航空通讯法令的规范,主要分为以下几个波段: S波段:波段:2.445GHz X波段:波段:10.525GHz K波段:波段:24.150GHz Ka波段:波段:33.40-36.00GHz 我国目前生产的雷达测速仪主要采用我国目前生产的雷达测速仪主要采用X和和K波段。波段。 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 (4)速度测量计算原理)速度测量计算原理 根据多普勒效应,发射波遇到运动物体返回时的频率根据多普勒效应,发射波遇到运动物体返回时的频率 000 2 f c v ff 000 2 f c v fffd d f f c v 0 2 T N f c

18、 v 0 2 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 2、雷达测速仪的应用、雷达测速仪的应用 雷达测速仪与摄像机对违章车辆进行抓拍:雷达测速仪与摄像机对违章车辆进行抓拍: 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 二、远程微波交通检测器二、远程微波交通检测器 n 非接触式探测方式线性调频的超高频信号原理,对路面发射微波,通非接触式探测方式线性调频的超高频信号原理,对路面发射微波,通 过对回波信号进行高速实时的数字化处理分析,检测车流量、速度、过对回波信号进行高速实时的数字化处理分析,检测车流量、速度、 车道占有率和车型等交通流基本信息的非接触式交通检测器。车道占有率和车型等交通流

19、基本信息的非接触式交通检测器。 n 主要应用于高速公路、城市快速路、普通公路交通流量调查站和桥梁主要应用于高速公路、城市快速路、普通公路交通流量调查站和桥梁 的交通参数采集,提供车流量、速度、车道占有率和车型等实时信息,的交通参数采集,提供车流量、速度、车道占有率和车型等实时信息, 为交通控制管理、信息发布等提供数据支持为交通控制管理、信息发布等提供数据支持 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 1、工作原理(图、工作原理(图2-28) n RTMS向行驶的车辆发射调频微波,波束被行驶的车辆阻挡而发生反向行驶的车辆发射调频微波,波束被行驶的车辆阻挡而发生反 射,反射波通过多普勒效应使

20、频率发生偏移,根据频率偏移可检测出射,反射波通过多普勒效应使频率发生偏移,根据频率偏移可检测出 有车辆通过,经过接收、处理、放大后输出检测信号,从而达到检测有车辆通过,经过接收、处理、放大后输出检测信号,从而达到检测 交通信号的目的。交通信号的目的。 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 n RTMS检测器发射的信号束在车道上形成长达检测器发射的信号束在车道上形成长达60m的椭圆形投影。的椭圆形投影。 RTMS的范围测量解决方案将该投影区分割为的范围测量解决方案将该投影区分割为32层,每层约层,每层约2m,每个,每个 探测区域或车道均由一层或多层探测区域或车道均由一层或多层 组成,组

21、成,用户可以自行定义。用户可以自行定义。RTMS连连 续向探测车道上发射微波信号,任续向探测车道上发射微波信号,任 何没有背景的目标都会返回何没有背景的目标都会返回RTMS 目标的位置和所测试的范围。目标的位置和所测试的范围。 RTMS根据收到的回波进行分析、根据收到的回波进行分析、 计算,从而确定探测区域内的车流计算,从而确定探测区域内的车流 量、道路占有率和平均车速等。量、道路占有率和平均车速等。 RTMS可以自动排除背景上的固定物,可以自动排除背景上的固定物, 只探测车辆。只探测车辆。 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 2、功能和作用:、功能和作用: a)精确检测车流量、速

22、度、排队状况等信息。)精确检测车流量、速度、排队状况等信息。 b)具有存储功能,可接入其他系统。)具有存储功能,可接入其他系统。 c)可在不中断交通或关闭车道情况下,方便、安全地安装在现有路)可在不中断交通或关闭车道情况下,方便、安全地安装在现有路 侧电线杆上,易维护,操作简单,不受气候环境影响等。侧电线杆上,易维护,操作简单,不受气候环境影响等。 第三节第三节 微波采集检测技术微波采集检测技术 3、特点、特点 n 多道性多道性 n 真实再现真实再现 n 全天候全天候 n 准确性准确性 n 升级性升级性 4、RTMS与感应线圈相比的优势(与感应线圈相比的优势(P46) 更换不影响交通,可同时检

23、测多条车道,对路面要求不高,安装便捷,更换不影响交通,可同时检测多条车道,对路面要求不高,安装便捷, 维护方便。维护方便。 第四节第四节 红外传感器和超声雷达红外传感器和超声雷达 一、红外传感器一、红外传感器 1、红外线、红外线 红外线也称红外辐射,它是一种不可见光,红外线也称红外辐射,它是一种不可见光, 由于是位于可见光中红色光由于是位于可见光中红色光 以外的光线,故称红外线。它的波长范围大致在以外的光线,故称红外线。它的波长范围大致在0.761000 m, 红外线在电磁波谱中的位置如图所示。红外线在电磁波谱中的位置如图所示。 工程上又把红外线所占据的工程上又把红外线所占据的 波段分为四部分

24、,波段分为四部分, 即近红外、中红外、即近红外、中红外、 远红外和极远红外。远红外和极远红外。 10 9 10 7 10 5 10 3 10 1 1010 1 1010 2 10 3 10 4 / m / c m / m 宇 宙 射 线射 线X 射 线 紫 外 线 可 见 光 红 外 线微 波无 线 电 波 极 远 红 外 211815129630 远 红 外中 红 外近 红 外 / m 第四节第四节 红外传感器和超声雷达红外传感器和超声雷达 2、红外传感器分类、红外传感器分类 (1)主动式红外传感器)主动式红外传感器 激光二极管光谱波长为激光二极管光谱波长为0.85m,发射低能红外线照射探测区域,并经车,发射低能红外线照射探测区域,并经车 辆反射或散射返回传感器。辆反射或散射返回传感器。 使用可调发光二极管的主动式红外传感器,可测量车速和进入高速公路使用可调发光二极管的主动式红外传感器,可测量车速和进入高速公路 曲线型较差的高大货车的高度。曲线型较差的高大货车的高度。 (2)被动式红外传感器)被动式红外传感器 接收来自两个来源的红外线:检测范围内的车辆、路面及其他物体自身接收来自两个来源的红外线:检测范围内的车辆、路面及其他物体自身 散发的红外线和他们反射的来自太阳的红外线。散发的红外线和他们反射的来自太阳的红外线。 第四节第四节

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