中职教育-《智能交通系统》课件：第3章-交通信息自动采集技术(徐建闽-主编-人民交通出版社)

第3章

交通信息自动采集技术主要内容第1节概述 第2节磁场型交通信息采集技术 第3节微波/雷达交通信息采集技术 第4节压力式交通信息采集技术 第5节视频交通信息采集技术 第6节GPS浮动车交通信息采集技术 第7节物联网/车联网时代交通信息采集技术第8节交通传感器网络

第1节概述一、交通信息采集的必要性1.智能交通系统建设的需要

2.提供交通信息服务的需要

3.交通规划的需要

二、常用交通信息采集技术1.磁场型交通信息采集技术磁场型交通信息采集技术采用电磁感应的原理检测交通信息。2.微波/雷达交通信息采集技术常用的微波/雷达检测技术包括微波检测、超声波检测、红外线检测和激光检测。3.压力式交通信息采集技术压力传感器即压电传感器，作为交通流数据检测设备，能够提供全面的交通数据及载荷数据。4.视频交通信息采集技术视频检测器是运用视频图像处理和计算机图形识别技术对道路上视频检测范围内的交通状况进行检测，它可以进行大范围的、高效的视频监视并实时采集各种交通数据。5.GPS浮动车交通信息采集技术随着GPS、GIS和无线通信技术的发展，利用安装了GPS和无线通信设备的浮动车采集交通信息正逐渐被广泛应用。第2节磁场型交通信息采集技术一、技术原理磁场型交通信息采集技术是利用磁频技术进行交通信息的检测。当有机动车通过检测区域时，在电磁感应的作用下交通检测器内的电流会跳跃式上升。当电流超过指定阈值时会触发记录仪对车辆数及车辆存在的持续时间进行记录。第2节磁场型交通信息采集技术二、感应线圈检测1．检测方法与工作原理感应线圈检测器是目前国内外使用最为广泛的车辆检测设备。检测器由埋在路面下的环形线圈和能够测量该线圈电感变化的电子设备组成。环形线圈有一定的工作电流，当有车辆通过线圈或存在于线圈之上时，线圈的电磁感应会发生相应的变化。检测器通过对这种变化进行处理而达到检测目的。第2节磁场型交通信息采集技术2.系统构成环型感应线圈采集系统包括埋于路面下面的环型线圈、接线盒、传输电缆、信号检测处理单元等。第2节磁场型交通信息采集技术环型感应线圈实物图。第2节磁场型交通信息采集技术3.技术特点环形线圈检测器具有下列优点：①环形线圈检测技术的发展已很成熟，价格也相对合理，安装成本低。②检测误差率相对较少。但环形线圈也存在以下缺点：①线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会暂时受到阻碍，安装施工量大。同时，埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面受损会造成严重安全隐患。②环形线圈的使用效果和寿命受路面质量的影响很大，很容易随着路面的变形而变形，并且受到路基下沉、冰冻等自然环境的影响，环形线圈寿命一般仅为2年。③环形线圈由于检测原理的限制，当在拥堵条件下（车间距小于3米），其检测精度大幅降低。第2节磁场型交通信息采集技术

三、地磁检测1.检测方法与工作原理地磁检测器的检测原理是，当铁质物体通过时会引起地磁场的强度异常，因此通过检测地磁场的异常可以判断车辆的出现与否。2.系统构成地磁检测器用于交通信息采集时，分为两轴式磁通门磁力计和磁力探测器两种类型。第2节磁场型交通信息采集技术两轴式磁通门磁力计可以探测到地磁场在竖直和水平两个方向上的磁场强度的变化。检测器包含有三个线圈和一个线圈架，线圈架的磁芯是高导磁性软磁材料。利用线圈两端的电压，可以检测到磁场强度的变化，当车辆出现时，线圈两端的电压升高，高于一定阈值时，系统记录车辆信息。地磁探测器可以检测到磁力线的扭曲情况。地磁探测器包含有一个导磁性材料做成的磁芯和一个线圈。当车辆通过检测区域时，磁场强度的变化引起线圈的电压信号的变化，由此确定车辆通过与否。地磁检测器对静止的车辆，没有探测能力，因此常常与其他设备联合使用来获取交通流数据。第2节磁场型交通信息采集技术3.技术特点地磁检测技术具有极高的灵敏度，应用非常广泛，其优点具体如下：①安装、维修方便，不必封闭车道，对路面破坏小。检测点不易被破坏，不受路面移动的影响。②地磁检测器利用地球磁场变化原理，因而不受气候的影响。③地磁检测器可以识别铁磁性物体的大小，所以可以对车辆的类型进行大致判断。④由于地磁检测器对非铁磁性物体没有反应，因此可有效地减少由此产生的误检。地磁检测器的缺点是车辆靠近时难以分辨，因此所采集的数据也存在误差。第3节微波/雷达交通信息采集技术一、技术原理微波雷达检测器可以安装在路中央的半空，也可安装路边。

当车辆穿过雷达波覆盖区域时，车辆会将雷达波束反射至雷达天线，接收器通过雷达天线接收车辆的信息。第3节微波/雷达交通信息采集技术二、微波检测1．检测方法与工作原理微波检测器是一种工作在微波频段的雷达探测器，行驶的车辆反射由它发射的调频微波，反射波的频率由于多普勒效应会发生偏移，根据这种频率的偏移可以检测车流信息。

第3节微波/雷达交通信息采集技术微波检测器原理如图所示。安装在多车道的路侧上方或单车道正上方的微波检测器向路面发射微波，根据微波被反射回来的时间差对是否有车辆通过进行判断。

第3节微波/雷达交通信息采集技术2.系统构成微波检测器采集系统由微波检测器、串口数据传输线、系统软件和固定支架构成。安装在支架上的检测器利用串口数据传输线与通信设备相连。微波检测器可以与控制中心的主控机进行通信，检测器将采集的交通数据发送至主控机第3节微波/雷达交通信息采集技术3．技术特点微波检测器的优点是：①在恶劣的气候下性能出色，能够全天候工作。②安装维护方便③使用寿命长。第3节微波/雷达交通信息采集技术三、超声波检测

1．检测方法与工作原理超声波检测器利用车辆形状对超声波的影响，对车流量、车速以及道路占有率等交通信息进行采集。超声波检测器安装在道路的正上方或斜上方，它向路面发射超声波，同时接收被车辆反射的超声波。超声波检测器在高速公路上的应用较多。第3节微波/雷达交通信息采集技术超声波检测器的工作原理如图所示。当有车辆存在或通过时，超声波会被车辆反射而提前返回，否则超声波会经路面反射而返回。来自地面和来自车辆的反射波的波形不同，可以通过对波形的测量，确定是否有车辆通过。第3节微波/雷达交通信息采集技术2.技术特点超声波检测器有许多优点：①安装时架设方便，不需破坏路面。②使用寿命长并且可移动。③由于超声波检测器设置为车道上方，检测时不会受遮挡，同时车间距很小时也能准确检测车流量，可以实现在路况车辆拥堵时的准确检测。④对于车速的检测有较高的精度。不足之处是：①检测精度容易受到环境的影响。超声波束会因为大风或暴雨而产生漂移。②探头下方通过的人或物也会产生反射波，造成误检。第3节微波/雷达交通信息采集技术四、红外线检测

1．检测方法与工作原理红外检测器是基于光学原理的车辆检测器，包括有主动和被动两种类型。主动红外检测器可以发射有一定能量的红外线，如果有车辆经过，该红外线会被车辆反射回检测器。检测器通过对反射回来的红外线的能量分析，可以获得交通量、车速、排队长度等交通数据。第3节微波/雷达交通信息采集技术主动型红外检测器包括一个红外发光管和一个接收管，其工作原理如图所示。2.技术特点红外检测器安装和维护较方便，具有快速准确的检测能力。缺点是受周围环境和气象的影响较大，工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作，检测精度会降低，误检率较高。第3节微波/雷达交通信息采集技术五、激光检测1．检测方法与工作原理激光雷达是利用激光技术与雷达技术相结合的检测器。激光雷达由五部分组成，其中激光器作为发射机、光学望远镜作为天线、光电探测器作为接收机，此外还有跟踪架及信息处理等部分组成。测距激光雷达的基本工作原理是：测量从发送激光束到接收反射光的时间间隔(TOF，time-of-flight)，由反射光被反射回来的时间间隔，可以得到被测距离。第3节微波/雷达交通信息采集技术成像激光雷达按成像系统不同分为两种：扫描成像激光雷达和非扫描激光雷达。2.技术特点激光雷达检测技术不受天气、车速和交通状况的影响，具备较强的抗干扰能力，同时其检测精度非常高。缺点是配套设备价格昂贵。第4节压力式交通信息采集技术一、技术原理压力传感器也称为压电传感器，是由压电材料制成的。压电材料是一种经特殊加工后能将动能转化为电能的材料。它在受机械冲击或振动时会产生电荷，其原理是：后冲击时，它的原子层的偶极子的排列顺序被打乱，此时会有一个电子流形成。偶极子的排列顺序被打乱后，会试图恢复原来的状态。压力传感器在智能交通系统中，主要应用于动态称重、计轴数、测轴距、车辆分类统计、车速检测、泊车区域监控、闯红灯拍照、收费站地磅等交通信息的采集。第4节压力式交通信息采集技术二、技术特点压力传感器可以应用在恶劣的自然环境下，且检测数据的准确率也是各种检测方式中最高的。但是压电传感器由于其工作原理的限制，只能够测量动态的应力，不能用于静态测量。同时压力传感器在安装或维修过程中需中断交通，对路面破坏比较大。第5节视频交通信息采集技术一、技术原理视频检测器是一种非接触式检测技术，它可以实现基于视频图像的车辆检测和车型识别。视频检测器可以模仿人类的视觉功能，在由视频摄像头得到的视频数据中提取图像，通过对图像进行分析处理，实现交通信息采集和事故检测。运动目标检测方法主要有：①帧间差分法：②背景差分法：第5节视频交通信息采集技术二、系统构成如图所示，视频检测器主要由安装在路口的摄像机、视频处理器和数据传输设备组成。视频处理器安装在柜里，用于接收多台摄像机传输过来的视频信号，通过进行图像的处理与分析。第5节视频交通信息采集技术三、技术特点相对于其它交通检测技术而言，视频检测技术主要有以下的优势：①检测范围广，一个摄像机能够采集几个车道的交通数据。②因为视频检测器可以提供交通现场的录像，因此获取的信息更加直观和可靠。③安装时，无需破坏路面，易于移动，维护费用低。视频检测技术的缺点是：①车辆之间可能会出现遮挡问题。②恶劣天气、昼夜转换以及灯光等都可能造成检测误差。第6节GPS浮动车交通信息采集技术一、浮动车技术原理浮动车（FloatingCar）指安装有无线定位装置(如GPS、电子标签等)和无线通信设备的机动车。浮动车信息采集技术的基本原理是：GPS接收装置以一定的时间间隔记录车辆的位置坐标、车速和时间数据等，车载智能设备获取GPS的数据后，利用通信设备将数据传输到控制中心。控制中心应用地图匹配、路径推测等相关算法将浮动车数据和路网数据关联起来，得到各路段的交通流量、平均速度和行程时间等交通参数。二、系统组成浮动车交通信息采集系统主要由车载设备、无线通信网络和信息中心等组成。系统框架如图所示：三、系统工作流程工作流程主要包括:浮动车运行数据采集浮动车异常数据处理地图数据预处理地图匹配行程时间和平均速度估计及预测交通状态判断等。四、技术特点由于浮动车是流动性的，从整体上来说又是全天候工作的，因此浮动车技术能够采集到24小时的较多路段的交通信息，覆盖范围广，实时性高。第7节物联网/车联网时代交通信息采集技术一、物联网与车联网物联网（TheInternetofthings）是将所有物品通过射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)等传感设备与互联网连接起来，以实现对物品的智能化识别、管理和监控等功能的系统。车联网（InternetofVehicle，IOV）是物联网在交通领域的具体应用。车联网是指汽车上装有智能车载系统，通过无线通讯技术，对车辆信息进行获取和利用，实现车与车、车与人、车与信息中心，车与各种基础设施之间的信息交换与互连。二、车联网交通信息采集系统车联网通过装载在车辆上的电子标签、摄像头、雷达、GPS等传感器，对所有车辆信息进行采集。RFID（RadioFrequencyIdentification）即射频识别技术，是物联网最基本的关键技术。RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，而无须人为地干预。RFID技术具有车辆通信、自动识别、定位、远距离监控等功能。基于