淺談高速公路環(huán)形線圈車輛檢測器

車輛檢測系統(tǒng)是道路監(jiān)控系統(tǒng)非常重要的一部分。利用感應(yīng)線圈來檢測車輛速度是目前世界上技術(shù)較為成熟的車輛檢測方法，它可以獲得當(dāng)前監(jiān)控路面交通流量、占有率、速度等數(shù)據(jù)，以此判斷道路阻塞情況，并利用外場信息發(fā)布系統(tǒng)發(fā)出警告等。本文將就目前環(huán)形線圈車輛檢測器的基本原理和組成進(jìn)行介紹和分析。



一、環(huán)形線圈車輛檢測器基本原理




其基本原理如圖所示：在同一車道的道路路基段埋設(shè)一組（2個(gè)）感應(yīng)線圈，每組感應(yīng)線圈與多通道車輛檢測器相連。當(dāng)車輛分別經(jīng)過兩個(gè)線圈時(shí)，由于線圈電感量的變化，車輛的通過狀態(tài)將被檢測到，同時(shí)狀態(tài)信號(hào)傳輸給車輛檢測器，由其進(jìn)行采集和計(jì)算。此方法檢測精確，設(shè)備穩(wěn)定，且在惡劣天氣條件下仍具備出色的性能。此外，廉價(jià)的成本也是其在世界范圍內(nèi)得以廣泛應(yīng)用的原因之一。



二、檢測器的組成

檢測器（歐標(biāo)卡式插槽）基本由機(jī)架、底板、中央處理器、檢測卡以及接線端子組成。檢測卡(品牌可選)沿導(dǎo)軌插入機(jī)架內(nèi)，并與底板和中央處理器實(shí)現(xiàn)電氣連通。

1、中央處理器

中央處理器是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行計(jì)算的模塊，一般是一個(gè)帶嵌入式操作系統(tǒng)的單板機(jī)，具備較強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算、存儲(chǔ)能力和通訊接口。通過對(duì)端口的掃描，捕捉電平的變化時(shí)間，以此計(jì)算出相應(yīng)的交通數(shù)據(jù)（具體算法稍后介紹）。

一般檢測器的通訊接口包括RS232/485，比較先進(jìn)的還具有以太網(wǎng)接口和GPRS模塊。目前，在國內(nèi)大多數(shù)應(yīng)用中，由于監(jiān)控路面和監(jiān)控中心距離的關(guān)系，系統(tǒng)集成商普遍采用調(diào)制解調(diào)器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接的方式上傳數(shù)據(jù)，或者通過PLC中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。

任何意外情況的發(fā)生導(dǎo)致處理器死機(jī)、故障等非工作狀態(tài)，都應(yīng)該能在短時(shí)間內(nèi)重新啟動(dòng)，且不應(yīng)超過三十秒。

2、檢測卡

檢測車輛通過或靜止在感應(yīng)線圈的檢測域時(shí)，通過感應(yīng)線圈的電感量會(huì)降低，檢測卡的功能就是檢測這一變化并精確地輸出相應(yīng)的電平。

線圈式車輛檢測器采用的檢測卡品牌較多，一般都為歐標(biāo)卡式接口。比較廣泛使用的有英國PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，英國的MoniSense等。國內(nèi)也有眾多的檢測卡開發(fā)商，產(chǎn)品具有較高的性能價(jià)格比，但是在抗干擾能力、檢測靈敏度、穩(wěn)定性等性能上略遜于國外同類型產(chǎn)品。

就線圈感應(yīng)的角度而言，檢測卡應(yīng)該具有存在時(shí)間穩(wěn)定，并與車輛經(jīng)過實(shí)際情況相吻合的高精度電平跳變性能，因?yàn)樵谲囕v高速通過的時(shí)候檢測時(shí)間是非常短的，通過兩個(gè)線圈的時(shí)間一般為一二百毫秒，單個(gè)線圈的存在時(shí)間更短。況且各種車的底盤輕重，距離地面位置的高低都會(huì)影響到檢測卡的電平存在時(shí)間。而存在時(shí)間和存在的開始時(shí)間是參與車長、車速計(jì)算的主要參數(shù)，這就解釋了為什么車高速通過時(shí)有些檢測卡測得的車長、車速不準(zhǔn)確的情況，這就必須用一定的補(bǔ)償值，所以只有正確調(diào)節(jié)靈敏度才能保證檢測器的精度。



三、檢測器協(xié)議的架構(gòu)

每個(gè)車輛檢測器都應(yīng)該有自己的地址，以相互區(qū)分。

數(shù)據(jù)上傳的方式一般是應(yīng)答式的，也就是戶外系統(tǒng)（車輛檢測器）不主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，直到戶內(nèi)系統(tǒng)（監(jiān)控中心）發(fā)出采集數(shù)據(jù)的指令。車輛檢測器和監(jiān)控中心通訊的命令通常分為查詢和設(shè)置兩類。查詢類一般是查詢車檢當(dāng)前的工作狀態(tài)、故障等，并能根據(jù)預(yù)先設(shè)置的車長類型進(jìn)行不同車長類型的歸類處理；設(shè)置類命令是對(duì)檢測器參與計(jì)算的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如時(shí)間、車長分類等。戶外系統(tǒng)應(yīng)對(duì)且對(duì)戶內(nèi)系統(tǒng)發(fā)出的設(shè)置、查詢命令要做實(shí)時(shí)應(yīng)答，推薦IDS規(guī)范中數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的定義。

1、數(shù)據(jù)無錯(cuò)傳輸




2、數(shù)據(jù)有錯(cuò)傳輸


CC:控制中心；

DEV:設(shè)備；

1:請(qǐng)求信息幀；

1’:應(yīng)答信息幀；

ACK:幀接收應(yīng)答；

NACK:請(qǐng)求重發(fā)幀。

　





四、檢測器的算法概述

在高速公路或城市的快速道路上，此類檢測器多應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)道路的一段區(qū)域內(nèi)的車輛經(jīng)過情況，并且該統(tǒng)計(jì)是基于一定周期內(nèi)的，比如1、5、10、30、60分鐘等，時(shí)間小于1分鐘則失去了統(tǒng)計(jì)和分析的意義，長于1小時(shí)則可由上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理。而且數(shù)據(jù)具有掉電保護(hù)，至少能查詢一周內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)或者自配有高性能的UPS能在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)工作。

在國家交通部即將推出的行業(yè)規(guī)范里，環(huán)形線圈車輛檢測器功能要求中，對(duì)流量、平均速度、車道占有率、平均車長、平均車間距要求是必須的，其他算法就不多陳述了。其中標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平均速度的定義為；指第i輛車通過的速度，n指單位時(shí)間內(nèi)通過的車輛數(shù)。而以前的PEEK公司的IDS規(guī)范則不同，它們是；S指調(diào)和平均速度，Si指個(gè)別車輛速度。后者算法主要是消除個(gè)別超高速車輛對(duì)反映在監(jiān)控畫面上的曲線或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的影響，使之變得平滑。



五、檢測器的實(shí)際應(yīng)用情況

在浙江金麗溫高速公路石城山隧道、牛庭嶺隧道、杭州西湖隧道等項(xiàng)目中采用中控信息公司自主開發(fā)的VDi系列的車輛檢測器，取得了滿意的效果。






但車輛檢測器也存在著其固有的一些缺點(diǎn)：如其據(jù)點(diǎn)必須在車道上開槽埋設(shè)線圈，這在實(shí)際使用時(shí)，由于沿海很多地區(qū)高速公路軟基問題和路面維護(hù)時(shí)線圈損壞率較高，維護(hù)工作量和費(fèi)用相對(duì)增大；車檢數(shù)據(jù)雖然精確，但相對(duì)而言還不夠直觀，有時(shí)車輛檢測器發(fā)出警告時(shí)消息已滯后，或者監(jiān)控人員擔(dān)心是數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而猶豫往現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出進(jìn)一步指示等，實(shí)際上需要一些可視的監(jiān)測手段來輔助；適用范圍主要在高速公路、橋梁、隧道，而對(duì)于城市交通而言不適宜。

目前，中國正在大力建設(shè)高速公路，環(huán)形線圈車輛檢測器必將在密集而又方便的高速公路網(wǎng)上發(fā)揮其越來越重要的監(jiān)測作用。





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