智能交通信息采集技术5-其他固定式课件讲解

基于固定式交通信息采集技术工作原理超声波：一种频率高于20000赫兹的声波(人类耳朵能听到的声波频率为20Hz-20000Hz)，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。特性：频率高，波长短，衍射不严重，具有良好的定向性，会产生反射、干涉、叠加和共振现象。第一节超声波车辆检测器超声波车辆检测器：根据声波的传播和反射原理，通过对发射波和反射波的时差测量实现位移测量的设备。声波在空气中的传播速度为340m/s，由此可根据反射波和发射波的时差计算出反射物与超声波传感器的距离。一般工作原理：由超声波发生器(探头)发射一束超声波，然后接收从车辆或地面的反射波，根据反射波返回时间的差别，来判断有无车辆通过。由于探头与地面的距离是一定的，所以探头发出超声波并接收反射波的时间也是固定的。当有车辆通过时，由于车辆本身的高度，使探头接收到反射波的时间缩短，就表明有车辆通过或存在。第一节超声波车辆检测器工作原理种类检测器悬挂在车道的上方，向车道下方发射超声波脉冲，并且接收回波。当有车辆通过时，由于从车顶发射回波会比从路面反射回波的路程短，基于这一原理从而检测车辆的通过性或存在性。脉冲型谐振波型在车道的两边分别安装相向对立的发射器和接收器，从发射器发射谐振型超声波，此超声波横越车道被车道对面的接收器接收，当车辆通过时，截断超声波束，实现车辆的检测。连续波型检测器向车道发射一个连续的超声波波束，形成一个检测区域，当车辆驶入检测区域时，由于多普勒效应引起反射频率的变化，即可以检测车辆的信息。第一节超声波车辆检测器脉冲型第一节超声波车辆检测器种类脉冲型超声波探头（变送器）：发射接收超声波；压电型换能片、喇叭体、阻尼块。检测主机（检测电路）：由发射器和接收器组成。第一节超声波车辆检测器种类脉冲型压电陶瓷片本身存在固有的谐振频率，与压电片的厚度成反比。当外加电场（交变电场）频率接近该谐振频率时，所得到的机械振动（声振动）的振幅会明显增大。喇叭体是将压电陶瓷片的超声振动很好地传播到空气中去。喇叭体可加强超声波的指向性，使超声波能够向希望的方向传播。阻尼块是为降低压电片的机械品质因数，吸收声能量，防止电震荡脉冲停止时，压电片因惯性作用而继续振动。第一节超声波车辆检测器种类脉冲型标准重复脉冲发射脉冲来自车辆的反射脉冲来自地面的反射脉冲第一节超声波车辆检测器种类脉冲型

第一节超声波车辆检测器种类脉冲型

第一节超声波车辆检测器种类协振波型超声波发射器超声波接收器第一节超声波车辆检测器种类连续波型第一节超声波车辆检测器应用优点：安装简易方便，不破坏路面，维修时不需封闭车道。价格低、体积小、可移动、使用寿命较长，易于安装与维护。方向性好。不受车辆遮挡影响，对密集车流适应性好。超声波检测通过检测车辆高度分车型，与人工调查分型方式相近，因此得出的分型结果较接近人工调查。对雨、雾、雪的穿透能力强，可在恶劣气候条件下工作。缺点：性能受环境影响，如温度和气流。检测器下方通过人或物也会产生发射波，造成误检。第一节超声波车辆检测器交通流量：测量发射和接收超声波的时间差计算出超声波发射和接收所走过的距离。车型：比对超声波发射波和接收波，获得车辆长度变化曲线及高度变化曲线，以此推出车辆的外形轮廓线。车速：车辆先后通过悬挂于同一车道上方的两个超声波检测器的时间差以及两检测器的距离，可以计算车辆地点瞬时车速，进一步准确计算地点平均车速（时间平均车速）。占有率：测量发射和接收超声波的时间差计算出超声波发射和接收所走过的距离。拥堵时间：比对超声波发射波和接收波，获得车辆长度变化曲线及高度变化曲线，以此推出车辆的外形轮廓线。第一节超声波车辆检测器应用垂直安装于车道上方，每个检测器检测一个车道。可充分利用立交桥和过街天桥、龙门架及路灯的灯杆安装。第一节超声波车辆检测器应用压电传感器：利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。压电效应：指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。压电材料可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。在智能交通系统中具有代表性的传感器有：压电石英传感器和压电薄膜轴传感器。第二节压电车辆检测器工作原理石英晶体：二氧化硅无水化合物，分子式为Si02，是各向异性的材料，通常用直角坐标轴来表征它的方向性。第二节压电车辆检测器工作原理压电石英称重传感器是利用石英晶体的纵向压电效应将重量信号转换成电信号的装置。Qx

=

d11

FxUx=Qx/Cx=d11Fx/Cx第二节压电车辆检测器工作原理并联串联多个石英晶体片并联连接时，输出电荷量大，电荷灵敏度高；串联连接时，输出电压大，电压灵敏度高。第二节压电车辆检测器工作原理1．石英晶体片

2.

电极板

3.

上压板

4.

外壳

5.

信号输出插座第二节压电车辆检测器工作原理第二节压电车辆检测器工作原理种类压电薄膜石英弯板第二节压电车辆检测器压电薄膜车辆检测器由金属编织芯线，压电材料（压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜）和金属外壳制成同轴结构。在制造过程中，将压电材料置于一个强电场中极化，极化场使非结晶聚合体变成半晶体的形式，同时又保留了许多聚合体的柔韧特性。第二节压电车辆检测器种类压电材料在受机械冲击或振动时产生电荷，当有压力施加到传感器上时，就产生了电荷（电压），当去掉负载时，就会产生一个相反极性的信号。第二节压电车辆检测器种类石英压电车辆检测器的压电材料是石英晶体。石英晶体是应用最广的压电晶体，有天然石英和人造石英两种。天然石英性能较人造石英更稳定，介电常数和压电常数稳定性好，机械强度高，绝缘性号，重复性好，线性范围广。第二节压电车辆检测器种类弯板车辆称重检测器广泛用于收费站计重收费系统。压电传感器采用金属电阻应变片组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理，将金属电阻应变片粘贴在金属称重梁上测量重量信号。第二节压电车辆检测器种类应用主要应用于计重收费、动态称重（WIM）、计轴数、测轴距、车辆分类统计。第二节压电车辆检测器工作原理红外光：又叫红外线，是波长比可见光要长的电磁波（光），波长为770纳米到1毫米之间，光谱上面在红色光的外侧。具有明显的热效应，使人能感觉到而看不见。在检测和通讯中常用的是近红外光，波长在0.8~1.6um之间。红外检测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来进行测量的，根据检测器是否发射红外线，红外检测器分为主动式和被动式两大类。第三节红外车辆检测器主动红外线检测器有遮断式和反射式两类。主动遮断式红外检测器的发射器和接收器分别为半导体激光器和光电二极管，将两者对准，水平安装在车道两边。无车通过时，接收器接收细束线状红外光，有信号输出；车辆通过时，遮断光束，接收器无输出。主动反射式红外检测器在相同红外光辐射下，反射物的大小、材料和结构不同，反射能量就不一样。车体表面反射能量大于路面(如金属与木材的反射率要比混凝土高出一倍)，接收器接收不同的反射能量成为区分车辆和道路的标志。第三节红外车辆检测器工作原理主动红外线检测器红外接收管调制解调器选通放大整流红外发光管调制脉冲发生器驱动电路抗干扰网络输出第三节红外车辆检测器工作原理主动红外线检测器发射器接收器主动遮断式第三节红外车辆检测器工作原理主动红外线检测器第三节红外车辆检测器工作原理被动红外线检测器任何物体温度高于绝对零度即会辐射红外光，在低照度和黑夜环境，红外光都能使热敏和光电元件产生反应，因此广泛应用于检测工作。被动式红外检测器没有发射器，只有接收器，接收器感受路面和车辆以红外波长为主的辐射能量，路面和车体材料的温度和表面光洁度都不一样，它们的辐射能量也必然不相等。采用红外成像技术，在路面相隔一定距离的地方，以特种涂料画出两个明显的区域，使它们在给定的环境温度下，辐射出比较稳定的能量。第三节红外车辆检测器工作原理被动红外线检测器在车道上方的龙门架上，安装红外接收器，分别对准这两个区域。无车时，接收器分别感受路面两个特定区域的辐射能量；有车通过时，又先后感受车辆的辐射能量。第三节红外车辆检测器工作原理应用主要应用于收费、车头高度、计轴数、测轴距、车辆分类等。第三节红外车辆检测器工作原理激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。英文名LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（LASER），意思是“通过受激辐射光扩大”。原子受激辐射的光，故名“激光”：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。激光的方向性好，单色性好，能量集中，相干性好，亮度高。第四节激光检测器激光器：能发射激光的装置。激光器种类：气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器、自由电子激光器等。激光器安全标准：激光分类等级定位I类不视作危险品。IIa类该类分类为400至710nm可见光波段的激光，在某个固定时间（1,000秒）内观察并不危险，但超过1,000秒的慢性观察则判断为危险。II类该类分类为400至710nm可见光波段的激光，将慢性长时间的光束观察判断为危险。一般来说，该类可通过眼睛的厌恶反应（眨眼）来保护长时间观察不受伤害。IIIa类虽然还要看辐射等级，但慢性和瞬间的激光观察均存在危险。使用光学仪器直接观察激光也很危险。IIIb类即使是一瞬间，激光直射皮肤或眼睛都会产生危险。IV类即使是一瞬间，激光直射皮肤或眼睛都会产生危险，并且其扩散反射光也会对皮肤和眼睛产生危害。第四节激光检测器工作原理激光具有高方向性、高单色性和高相干性等特性，是一种很理想的交通检测设备。激光测速仪的取证能力远远大于雷达测速仪，因此受到全世界的广泛认可和推广。目前常用的有手持式激光测速仪和激光扫描式交调设备。现在激光雷达是无人驾驶的应用热点，成本居高不下。第四节激光检测器工作原理脉冲测速原理第四节激光检测器工作原理如激光测速仪以15Hz的频率运作(每秒15次)，而光速是每秒30万公里，这样就可以算出车子的行进速度，举例如下：当第一次激光发射出去后，经过0.000001333秒后再反射回来，因为距离=速率x时间，所以第一次激光经发射来回所走的距离为300,000,000(m/s)x0.000001333(s)=400（米），实际与车子的距离应该要除以2，得400/2=200（米）。经过1/15秒后，第二次激光再发出，经过0.000001325秒后再被车辆反射回来，所以激光来回走的距离为300,000,000x0.000001325=397.5（米），除以2得198.75（米）。也就是说经过1/15秒后，车子前进了200-198.75=1.25米，又速率=距离/时间，所以可以得到车速为1.25/(1/15)=18.75m/s，换算成时速公里的话就是18.75x3600=67.5公里/小时。脉冲测速原理第四节激光检测器工作原理相位测速原理通过检测被高频调制的连续激光往返后和初始信号的相位差可使测距精度大大提高。第四节激光检测器工作原理相位测速原理通过检测被高频调制的连续激光往返后和初始信号的相位差可使测距精度大大提高。第四节激光检测器工作原理多普勒频移原理多普勒频移是指当目标与激光测速仪之间存在相对速度时，接收回波信号的频率与发射信号的频率之间会产生一个频率差，这个频率差就是多普勒频移。第四节激光检测器工作原理应用激光测速仪第四节激光检测器激光扫描式交调设备第四节激光检测器应用车载激光雷达无人驾驶汽车背后一个关键技术就是激光雷达传感器，它也被称为无人驾驶汽车的眼睛。搭载在谷歌第二代无人驾驶车上的激光雷达售价高达7万美金，一个小部件相当于测试使用的汽车（丰田普锐斯改装）的两倍价格。第四节激光检测器应用车载激光雷达激光雷达，