基于激光传感器的车检器测试方法研究
基于激光传感器的车检器测试方法研究
作者:吴昌成;华佳峰;陆宇;王旭;柳春艳
车辆检测器作为智能交通管理系统终端,通过传感器检测车辆,进而测量车流量、车辆平均速度、车头时距、时间占有率、车道占有率等交通流参数,应用于交通信号配时、交通技术监控及交通管理规划等方面管理。从车辆检测原理看,主要包括线圈、微波、视频、地磁、红外、声学、激光等类型,其中线圈、微波、视频车辆检测器是目前应用重点,分别通过感应线圈电感量的变化、向车辆发射和识别微波信号和通过视频图像处理技术检测车辆。据统计,我国50%以上的地区采用线圈检测技术、20%以上地区采用视频检测技术、10%以上地区采用微波检测技术。标准方面,线圈车辆检测器为《环形线圈车辆检测器》(GB/T 26942),视频车辆检测器为《交通信息采集 视频车辆检测器》(GB/T 24726),微波车辆检测器为《交通信息采集 微波交通流检测器》(GB/T 20609)。标准对产品性能和测试方法提出了要求,为开展质量检测提供依据,但实际测试过程中也常存在一些问题,如GB/T 24726测试车流量时没有明确测试时间,当测试时间短时误差的偶然性会增加,导致测试准确率不高等问题。激光测距传感器由于检测速度快、精度高、抗干扰能力强等特点,常被用于非接触方式测量被测物体的位置、位移、厚度、振动、距离、直径等变化。有鉴于此,本文提出利用激光位移传感器测量搭建车辆检测器测试平台,测量其车流量、平均速度、时间占有率等关键评价指标。该平台搭建在实际城市道路上,真实检测实际交通场景中的车辆,用于测试线圈、视频、地磁、微波等常见车辆检测器车流量、平均速度、时间占有率等关键评价指标。
1 车辆检测器简介
(1)线圈车辆检测器:环形线圈车辆检测器,一种被测车辆检测器型号,埋在路面下通有一定电流,大小一般为2m×1.5m,当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时,车辆自身铁质切割磁通线,引起线圈回路电感量变化,检测器通过检测该电感量就可以检测出车辆的存在。感应式环形线圈行驶车辆检测器具有性能稳定、性价比高、技术不复杂等特点,目前在工程上应用很广。如图1:左图为线圈车辆检测器前端,在路面施工开槽后,铺设电线作为线圈组成部分;右图为车辆检测器的接线端子,链接线圈电线,并感应接线端子上的电感变化,作为车辆感知。
(2)地磁车辆检测器:地磁车辆检测器,一种被测车辆检测器型号,是车辆本身含有的铁磁物质会对车辆存在区域的地磁信号产生影响,使车辆存在区域的地球磁力线发生弯曲。当车辆经过传感器附近,传感器能够灵敏感知到信号的变化,经信号分析就可以得到检测目标的相关信息。如图2:左图为地磁车辆检测器前端,在路面施工打洞后将其放入;右图为地磁车辆检测器的主机、中继器、无线收发器,其中主机负责无线收发器与后台通讯,中继器增强地磁与无线收发器之间的信号,无线收发主机和地磁之间信号数据。
(3)视频车辆检测器:视频车辆检测器,一种被测车辆检测器型号,通过视频图像处理技术实现交通流参数检测,并将采集的交通流参数上传至城市交通监控中心。当车辆经过时,通过图像处理算法对摄像机采集的交通流场景中的机动车进行跟踪,再进一步处理得到检测目标的相关交通流信息。如图3:左图为视频车辆检测器前端,一般安装在L杆、龙门架上或其他杆件上,距离地面垂直高度6米左右,摄像机安装方向与车辆行驶方向反向,安装方向与垂直方向夹角在30度至40度之间;右图为视频车辆检测器的前端和主机,其中主机负责摄像机与后台通讯。
(4)微波车辆检测器:微波车辆检测器,一种被测车辆检测器型号,是一种利用数字雷达波检测技术实时检测交通流量、平均车速、车型及车道占用率等交通数据的产品,广泛应用于高速公路、城市道路、桥梁等进行全天候交通流检测。微波车辆检测器安装图,一般安装在L杆、龙门架上或其他杆件上,距离地面垂直高度6米左右,安装方向与车辆行驶方向平行;微波车辆检测器前端。
2 测试系统搭建
2.1 测试原理
假设车辆1由位置S1至位置S2位移为S2- S1,由时刻T1至时刻T4的时间为 T4- T1,其中车头到达位置S1的时间为T1,车尾离开位置S1的时间为T2,车头到达位置S2的时间为T3,车尾离开位置S2的时间为T4;另外车辆2在T5时刻车头到达位置S1。
2.2 硬件设计
根据测试原理,在S1和S2处分别安装激光传感器检测机动车,S1和S2的距离为1米,根据车辆经过S1和S2的时间差计算车辆的通行时间,进一步计算车辆瞬时速度,再进一步计算车辆1至车辆n平均速度。为测试系统硬件搭建平台。包括被测设备(线圈车辆检测器的线圈1、地磁车辆检测器2、微波车辆检测器3、视频车辆检测器4)及测试设备(激光移位传感器5、机柜6、气动移动式升降支架7),被测设备在前面已经阐述,本处主要介绍测试设备:
(1)激光移位传感器:按照测量原理,激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法,其中激光三角测量法一般适用于高精度、短距离测量,激光回波分析法则用于远距离测量。由于本文中介绍的激光位移传感器主要用于实际道路交通场景,主要采用激光三角法原理测量。激光移位传感器原理,激光发生器通过镜片1将激光射向被测物体1表面,物体1反射激光被镜片2收集后投射到线性CCD阵列上,信号处理器根据CCD阵列上接受光点位置计算与物体的距离,被测物体2与激光器距离同理计算;右图为激光移位传感器样品,测试量程达20m,测量重复频率5KHz,扫描频率14KHz,测量重复精度达±3cm,通过CAN连接,形成3D扫描,通讯接口支持USB、RS232、RS485、 TCP/IP、CAN等数字输入输出等。
(2)机柜:用于存放测试系统主机,材料以碳素钢结构为主,尺寸大于500mmx400mmx1000mm,落地式安装,表面需要做镀锌或喷塑处理防止室外雨淋、爆晒、等自然环境干扰,防护等级不低于IP65,同时为防止强行被撬,需要安装内嵌式结构锁具。
(3)气动式移动支架:由于微波车辆检测器主要安装于路侧,可同时监管两个方向交通流参数,设计此部分主要用于微波车辆检测器的测试。为便于测试时可自由调节微波车辆检测器安装高度,设计气动可收缩式升降机构,考虑微波车辆检测器升高后自然风对杆件稳定性可能造成影响,设计时其抗风等级不小于8级。
2.3 软件设计
为测试系统软件架构示意图。包括信息采集、汇聚管理及查询统计三个部分:
(1)信息采集层。实现对车辆进出激光位移传感器时间采集,包括车头进入时间和车尾离开时间,根据硬件设计架构,单车道上安装2个激光移位传感器,每个传感器分别采集车辆车头进入和车尾离开时间。所采集的时间用于计算车辆速度、车辆长度、时间占有率、车头时距等交通流参数的计算。
(2)汇聚管理层。实现对采集信息的资源管理和数据处理,其中资源管理包括实时交通流数据和历史交通流数据,实时交通流数据存储管理现场测试的交通流数据,历史交通流数据存储管理过往测试的交通流数据结果。数据处理部分根据信息采集层采集的车辆进入和离开时间,计算车头时距、车辆长度、时间占有率、平均速度等交通流参数。
(3)查询统计层。实现对资源管理库中的各类信息或资源的查询、统计等功能,查询部分可实现按时间、按车道及车辆速度、车辆长度等非统计交通流参数类型进行查询,统计部分可以对平均速度、车流量、时间占有率等其他具有统计功能方法的交通流参数统计。
3 试验测试
选取实际道路交通场景作为测试环境,统计车辆在激光移位传感器的进入和离开时间。表1为其中一个车道的测试情况,在10:00:00:000至10:02:41:737时间内,共有10辆机动车通过该车道,车辆的平均速度为59.34km/h,车道的时间占有率为2.07%,平均车头时距为15.69秒。 当测试线圈、视频、微波、地磁车辆检测器时,测试样品的测量值与上述测试结果比对,作为判断车辆检测器性能的参考标准。
4 结语
车辆检测器被广泛应用于采集车流量、车辆平均速度、时间占有率等交通流参数,国家发布了《交通信息采集 微波交通流检测器》(GB/T 20609)、《交通信息采集 视频车辆检测器》(GB/T 24726)等标准。但在产品测试过程中也存在一些问题,对测试效果和测试效率产生影响。鉴于激光式位移传感器具有速度快,精度高,抗干扰能力强等特点,本文提出激光式传感器测试系统,在实际道路交通环境下,测量车辆瞬时速度、车辆长度,车头时距等关键评价指标,并可以统计一段时间中车流量、平均速度、时间占有率、平均车头时距等交通流评价指标,提高测试效率和降低测试时间目的。
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除