檢測技術(shù)在其城市快速路交通流中的應(yīng)用

1、檢測技術(shù)在其城市快速路交通流中的應(yīng)用為了達(dá)到國家自然科學(xué)基金項目都市快速路系統(tǒng)交通流理論及其應(yīng)用研究和高等學(xué)校博 士點科研基金項目都市快速路系統(tǒng)通行能力運(yùn)算與服務(wù)水平評判方法研究的預(yù)期研究目 標(biāo)，基金課題組在長達(dá)一個半月的時刻里對廣州、深圳、上海、天津、北京、沈陽和哈爾濱 七個都市的快速路進(jìn)行每日十二小時交通流數(shù)據(jù)檢測，歷時45天，行程1萬余公里，獲得了 都市快速路系統(tǒng)各組成部分的交通流數(shù)據(jù)，包括快速路不同縱坡的直線路段和曲線路段、入 口匝道、出口匝道、交錯區(qū)以及立交橋。交通數(shù)據(jù)的檢測在都市道路建設(shè)、公路建設(shè)、隧道橋梁建設(shè)以及交通流的基礎(chǔ)理論研究中占 有專門重要的位宜。它對現(xiàn)代交通科學(xué)治理和決

2、策起到了重要的輔助和量化的作用。本次都 市快速路交通流數(shù)據(jù)的采集幾乎用到了所有現(xiàn)代先進(jìn)的交通流檢測技術(shù),包括視頻檢測技術(shù)、 磁映像技術(shù)、橡膠氣壓管傳感器技術(shù)和遠(yuǎn)程微波傳感器技術(shù)，對應(yīng)的檢測設(shè)備包括深圳神州 公司的VideoTraceWT2100R視頻檢測系統(tǒng)和美國FlowTraffic公司的Autoscope-2004視頻 檢測系統(tǒng)、美國Nc-metrcs公司的NC-97袖珍交通流屋汁、澳大利亞MicrocomPty公司的Me troCount5600車倆分型統(tǒng)訃系統(tǒng)和加拿大電子集成系統(tǒng)公司的RTMS遠(yuǎn)程交通微波傳感器。 以上各種設(shè)備都具有各自的特點和適用條件，組合使用可全而獲得務(wù)種條件下快速

3、路的交通 流數(shù)據(jù)。技術(shù)優(yōu)點缺點微波傳感器：在惡劣氣候下性能杰岀、可檢測靜止的車輛、能夠側(cè)向方式檢測多車道、直截 了當(dāng)檢測速度、安裝條件要求較高、不能對車輛進(jìn)行準(zhǔn)確分型：視頻檢測技術(shù)：為事故治理提供可視圖像、可提供大量交通治理信息、單臺攝像機(jī)和處理器 可檢測多車逍、安裝條件要求較髙大型車輛能遮擋隨行的小型車輛、陰影、積水反射或晝夜 轉(zhuǎn)換可造成檢測誤差；磁映像技術(shù)：可檢測小型車輛，包括自行車、適合在不便安裝線圈場合采納、專門難辨論縱 向過于靠近的車輛、安裝費(fèi)時費(fèi)勁：橡膠氣壓管傳感器技術(shù)：車輛分型準(zhǔn)確、能夠獲得每輛車的車軸信息、同時檢測的車道數(shù)較 少、專門難辨論縱向過于靠近的車輛；1四種檢測技術(shù)的工

4、作原理1. 1視頻檢測技術(shù)車輛視頻檢測技術(shù)通過十幾年的進(jìn)展差不多相當(dāng)成熟，與線圈檢測技術(shù)相比所具有的優(yōu)越性 和髙性價比已慢慢得到業(yè)內(nèi)人士的公認(rèn)，代表了以后車輛檢測領(lǐng)域的進(jìn)展和應(yīng)用方向。在過去，由于受電子技術(shù)的制約，視頻檢測技術(shù)一直沒有較大的進(jìn)展；但近幾年隨大規(guī)模、 超大規(guī)模集成電路的進(jìn)展，功能強(qiáng)大的數(shù)字處理芯片的而世，視頻檢測技術(shù)也取得了長足的 進(jìn)步，并在專門多方而獲得突破和應(yīng)用。視頻車輛檢測器是一種基于視頻圖像分析和運(yùn)算機(jī)視覺技術(shù)對路面車輛運(yùn)行情形進(jìn)行檢測分 析的集成系統(tǒng)。它能實時分析輸入的交通圖像，跟蹤圖像中的車輛，獲得各種交通數(shù)據(jù)。 視頻車輛檢測器采納攝像機(jī)作為視頻傳感器。攝像機(jī)架設(shè)在逍

5、路的合適位置（道路上方、路 中央的隔離帶），視頻信號經(jīng)視頻線輸入視頻檢測系統(tǒng)，利用圖像工程學(xué)（圖像處理與機(jī)器 視覺）的方法，實時監(jiān)測各個現(xiàn)場的圖像，并去除各種環(huán)境造成的阻礙，通過圖像分析處理 獲得所需的各種交通數(shù)據(jù)，檢測線和檢測區(qū)可在運(yùn)算機(jī)或監(jiān)視器的圖像畫面上自由設(shè)巻。系 統(tǒng)檢測到的各種交通數(shù)據(jù)既可儲備在設(shè)備本身的大容量非易失儲備器中，也能夠通過通訊接 口（RS232、RS485、RJ45以太網(wǎng)接口等）,將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心。攝像機(jī)能夠安裝在路而上方、路中間的隔藹帶上。攝像機(jī)的安裝高度通常在7-20米之間。通 過輸入從現(xiàn)場測量的攝像機(jī)髙度、路面檢測區(qū)標(biāo)左長度等參數(shù)對檢測器進(jìn)行校準(zhǔn)，現(xiàn)代

6、的視 頻檢測器在校準(zhǔn)時也無需其他額外設(shè)備，系統(tǒng)自身即可完成。使用者對比顯示器或監(jiān)視器上 的現(xiàn)場圖像設(shè)宜好一個個檢測區(qū)域（模擬線圈），當(dāng)車輛通過這些模擬線圈時，各種交通數(shù) 據(jù)就被提取岀來，檢測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r發(fā)送，也可存在設(shè)備本身，在合適的時刻傳送。1. 2磁映像技術(shù)車輛磁映像（VehicleMagneticImagingVMI）技術(shù)是美國Nu-metrics公司的專利技術(shù)，它 利用車輛對通過地磁場的阻礙，檢測車輛交通參數(shù)。它采納低功耗、高靈敏度的強(qiáng)導(dǎo)磁材料, 將地磁磁通線集中約朿在比較小的空間，當(dāng)車輛停駐、慢速接近或通過時，被約朿的磁力線 發(fā)生變形，產(chǎn)生原始信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換、處理后形成一個電壓隨時刻變

7、化的曲線，這些曲線具有 如下特點：（1）各種車輛車體的鐵金屬材料分布不同，對地磁通線產(chǎn)生的變形阻礙不一樣，所得岀的電壓 -時刻曲線形狀也各不相同，各具特色。這一現(xiàn)象能夠用來區(qū)分大貨車和小客車、檢測車身長 度，也為識別車型提供了基礎(chǔ)。（2）車輛車速改變，曲線的形狀發(fā)生變化，而且時刻軸的壓縮量明顯與車速成正比1. 3橡膠氣壓管傳感器技術(shù)橡膠氣圧管傳感器技術(shù)采納兩個氣壓管傳感器提供信號，精確記錄每個車軸的時刻標(biāo)，然后 利用交通治理軟件對車軸數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可獲得交通量、車速、車輛類型、車流密度等交通 流參數(shù)。該傳感器有三種工作模式：無效模式、延遲模式和采集模式。無效模式是傳感器未工作的狀 態(tài)，在此狀態(tài)

8、下，傳感器不記錄任何數(shù)據(jù)，但保留已存入信息。傳感器通過設(shè)置能夠直截了當(dāng)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模式，在此模式下，傳感器記錄車軸通過氣壓管 傳感器的信號，并進(jìn)行一立數(shù)量的整理工作。數(shù)據(jù)采集起始時刻也能夠被延時到第10天，在 延時期內(nèi)，傳感器處于激活狀態(tài)，但不記錄傳感器的信號。傳感器不需要停止時刻或記錄時 期，它只是連續(xù)的記錄車軸事件，一直到有上傳操作和停止命令時，或者是傳感器的數(shù)據(jù)記 錄儲備已滿。傳感器還具有節(jié)能特性，假如傳感器一周內(nèi)沒有采集到數(shù)據(jù)時，將自動被切換 到無效模式。1. 4遠(yuǎn)程微波傳感器技術(shù)遠(yuǎn)程微波傳感器（RTMS）是一種用于監(jiān)測交通狀況的再現(xiàn)式雷達(dá)裝置。它能夠測量微波投影 區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的距離，通

9、過距離來實現(xiàn)對多車道的靜止車輛和行駛車輛的檢測。RTMS 微波朿發(fā)射方向上以2m （7英尺）為一層面分層而探測，RTHS微波朿發(fā)射角為40 , 方位角為15。安裝好以后，它向公路投影形成一個能夠分為32個層面的橢圓形波束，那 個橢圓的寬度取決于選擇的工作方式，并因檢測器安裝角度和安裝距離的不同稍有變化。 RTMS有兩種安裝設(shè)置和多種工作模式。側(cè)向女裝時，設(shè)備安裝在路旁的桿子上，保持微波的 投影與車道正交，分層而的波束能夠提供相互獨(dú)立的八個探測區(qū)域，可適應(yīng)于不同逍路狀況。 被探測車道能夠被左義為一個或多個微波層而。波朿覆蓋區(qū)的寬度決左了探測道的長度；正 向安裝時，設(shè)備安裝在龍門架上，英微波朿發(fā)射

10、方向與車輛行駛方向一致。此種設(shè)置，檢測 器不能區(qū)分車道，因此必須通過調(diào)劑好瞄準(zhǔn)角度來使微波投影對應(yīng)單一的車道。在進(jìn)行車倆檢測時，RTMS接收到微波投影區(qū)域內(nèi)備種表而的連續(xù)不斷的回波，如人行道，柵 欄，車輛以及樹木等。在每一個微波層而內(nèi)的固左物體回波信號將形成背景閾值，假如回波 信號的強(qiáng)度髙于微波層而的背景閾值時，則說明有車輛存在。在RTMS設(shè)置時“背景獵取”可在30秒內(nèi)實現(xiàn)，在正常使用時也會經(jīng)常調(diào)劑。例如，來自停 I匕車輛的回波信號在30分鐘內(nèi)成為背景，檢測將被終止，車道對應(yīng)的輸岀開關(guān)將被開釋。相 反的，當(dāng)車輛離開時，背景閾值會專門快降至初始狀態(tài)，新的背景閾值在30秒內(nèi)形成。最強(qiáng)的回波信號來自

11、車輛的垂直表而的反射，水平表而（如車頂）將散射微波，回波信號較 弱。接收到的回波信號的強(qiáng)弱取決于車輛的反射而，實際接收信號是多重反射信號的總和，有時 來自各處的信號可能不是同一相位而導(dǎo)致信號會低于閾值，現(xiàn)在短暫的低電平信號稱為零信 號。為幸免由零信號產(chǎn)生的誤判，RTMS對信號處理時引入一個參數(shù)“擴(kuò)展延遲時刻（EDT） ”， 連續(xù)時刻短于EDT的零信號將被忽略。閾值和EDT是兩個參數(shù)，當(dāng)操作模式選左后其默認(rèn)值也就設(shè)置了。通過參數(shù)設(shè)置能夠優(yōu)化檢 測器的運(yùn)行。2檢測器在都市快速路數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用實踐2.1設(shè)備的安裝每種檢測設(shè)備都有各自的安裝條件和安裝要求，因此一種設(shè)備不可能對快速路系統(tǒng)的各個組 成部

12、分都能進(jìn)行交通流數(shù)據(jù)采集，只有采納多種檢測設(shè)備，依照設(shè)備本身的安裝特點，組合 使用，最終實現(xiàn)對整個快速路系統(tǒng)的交通流檢測。1）視頻檢測系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝視頻車輛檢測器是通過分析攝像機(jī)的輸出的視頻圖像獲得各種交通流數(shù)據(jù)，因此，在進(jìn)行外 業(yè)觀測時，無需攜帶檢測器，而是用攝像機(jī)記錄下交通流的視頻圖像，在進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理時， 將檢測器連接到攝像機(jī)上，并將外業(yè)攝像機(jī)記錄的視頻圖像重新播放一遍，就能夠?qū)崿F(xiàn)交通 流的檢測。盡管攝像機(jī)的現(xiàn)場安裝相對簡單，然而視頻檢測器要求的視頻圖像質(zhì)捲較高，同時為了準(zhǔn)確 獲得速度、車頭時距等參數(shù)，要求攝像機(jī)必須正向安裝，鏡頭離地面髙度至少要超過7米， 而且攝像機(jī)所使用的DV帶一盤只能

13、記錄1小時，要每小時換一盤帶，綜合以上因素，攝像機(jī) 的最佳安裝地點是垂直跨過快速路的人行天橋或有人行道的跨線橋，由于跨過都市快速路的 人行天橋相對較少，因此視頻檢測器在進(jìn)行都市快速路交通流檢測時受到了專門大限制，從 全國來看，適合采納視頻檢測器的快速路系統(tǒng)發(fā)達(dá)的都市首推北京，其次是深圳，在這兩個 都市，快速路系統(tǒng)是地而道路，而非髙架橋，有大量的人行天橋跨過快速路。（2）NC-97袖珍交通流量計的現(xiàn)場安裝相關(guān)于視頻檢測器而言，NC-97袖珍交通流量訃（以下簡稱NC-97）對安裝環(huán)境要求較低，它 能夠安裝到快速路系統(tǒng)的任何位琵安裝前，應(yīng)利用手提或臺式運(yùn)算機(jī)通過IP-10A接口適配 卡和HDM-97

14、軟件對流量汁進(jìn)行設(shè)置，設(shè)巻內(nèi)容包括檢測開始和終止時刻，記數(shù)時刻段，車型 劃分，速度劃分等。安裝時，將NC-97置于車逍中間，然后將愛護(hù)殼蓋在流量計上面，在愛 護(hù)殼上的8個凹下的圓孔處各放入一個墊圈，用鐵錘將水泥鋼釘從墊圈釘入路而，對水泥混 凝上路面應(yīng)釘入1/2英寸深：而瀝青路而則應(yīng)釘入2英寸深。在安裝NC-97時要專門注意，N C-97外殼上部鑄有一個大箭頭，那個箭頭應(yīng)指向車輛流淌方向，應(yīng)正確安裝。假如安裝方向 相反，它仍舊能統(tǒng)計車輛數(shù)量但卻不能對車輛進(jìn)行分類。（3）MetroCount5600車輛分型統(tǒng)計系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝選擇安裝位置時，被指定位宜的許多因素會阻礙記錄數(shù)據(jù)結(jié)果的質(zhì)量，當(dāng)選擇檢測位

15、置時要 考慮以下內(nèi)容，當(dāng)一些位置不可幸免時，考慮數(shù)據(jù)質(zhì)量的負(fù)而阻礙專門重要，安裝位豊的選 擇要注意以下幾點： 所選擇的位置一左使車輛能夠勻速的通過氣壓管，假如可能，要幸免選擇那些會讓車輛加 速或減速的位置，如轉(zhuǎn)彎，陡坡，交通燈或十字路口處。 一泄要幸免選擇車輛會停在氣壓管傳感器上的位垃。 一泄要使車輛垂直通過氣壓管，幸免選擇那些會斜向通過氣壓管的位置。 幸免那些由于突然轉(zhuǎn)向或換道而只通過一個氣壓管的位苣。 要為路旁單元選擇一個安全合適的位置，幸免線桿或樹木之類的障礙物。由于一個傳感器最多能測兩個車道，因此在使用氣壓管傳感器時，所檢測的快速路斷面的車 道數(shù)雙向最多不要超過四車道，在有較寬的中央分

16、割帶的情形下，能夠檢測雙向八車道。最 好的檢測條件為雙向兩車道。（4）RTMS遠(yuǎn)程交通微波傳感器的現(xiàn)場安裝RTHS有兩種安裝模式：側(cè)向安裝和正向安裝，任對快速路進(jìn)行交通流檢測時，一樣應(yīng)選擇側(cè) 向安裝，這種安裝模式能夠同時檢測雙向八車逍的流量、速度和車頭時距數(shù)據(jù)。側(cè)向安裝時，為了使微波朿的投影覆蓋所有的車道，傳感器必須滿足一泄的后宜距離和安裝 高度。傳感器的安裝髙度距離路面最少為5米，假如后巻距離（檢測器距離第一條檢測車道的距離） 等于或大于6米（20英尺），安裝髙度可依照后置距離每增加5英尺加高2英尺來估算，安 裝髙于規(guī)左的高度并不能增加檢測精度或提高檢測能力，然而較低的髙度可能發(fā)生車輛的遮

17、擋。為了使RTMS發(fā)射的微波朿較好地覆蓋全部檢測車道，應(yīng)注意以下幾點： 從設(shè)備的后而看，以其側(cè)而作為視軸的方向。 調(diào)劑RTMS,使之與車道垂直。 若是1-4車道，則瞄準(zhǔn)檢測車道的中心。 若是5-8車道，則瞄準(zhǔn)檢測車道的近點1/3處。 保持RTMS兩邊水平，側(cè)向安裝設(shè)備2. 2檢測數(shù)據(jù)分析在這四種檢測器中，視頻檢測器和RTMS遠(yuǎn)程微波傳感器沒有自己的數(shù)據(jù)分析軟件。視頻檢測 系統(tǒng)可準(zhǔn)確檢測路而各車逍的車流量、車速、車流密度、道路占有率、車輛分類等交通流參 數(shù)，數(shù)據(jù)以實時單車信息和統(tǒng)計數(shù)據(jù)兩種文件格式給岀，統(tǒng)計數(shù)據(jù)的最小統(tǒng)汁時刻間隔為1 分鐘：RTMS遠(yuǎn)程微波傳感器可獲得流量、平均速度、占有率以及車

18、頭時距等交通流數(shù)據(jù)，這 些數(shù)據(jù)差不多上統(tǒng)計數(shù)拯，最小的統(tǒng)訃時刻間隔為30秒，這兩種檢測器生成的數(shù)據(jù)都能夠轉(zhuǎn) 換成Excel數(shù)據(jù)表格，利用Excel進(jìn)行分析處理。MetroCount5600車輛分型統(tǒng)計系統(tǒng)和NC-97袖珍交通流星計系統(tǒng)自身帶有數(shù)據(jù)分析軟件，分 別是TrafficExecutive交通疑治理軟件和HDM高速公路數(shù)據(jù)治理軟件。(1) TrafficExecutive交通量治理軟件治理軟件在分型檢測中檢索到數(shù)據(jù)后，便能夠在運(yùn)算機(jī)上回放車軸事件，形成研究需要的各 種數(shù)據(jù)分析形式，并給出各種分析報告和圖表，其中報告包括每周流量統(tǒng)計、每日車輛類型、 車速/車型矩陣、帶有交通流量峰值分析的流量統(tǒng)計以及所有單個車輛的分析報告，凡是生成 的報告都有一個相關(guān)文檔，通過更換此文檔來更新報告。分析方案中車型、車速、車流方向、 時距及其它參數(shù)可進(jìn)行任意組合，形成新的報告。在報告關(guān)閉或切換到其它文檔之前，與該 報告相關(guān)的文檔一直處于打開狀態(tài)：治理軟件能以餅圖、線圖、層疊式條形圖、層、條/塊、 雷達(dá)圖等圖表方式給出車型和車速數(shù)據(jù)圖表、車速/流