CN102842235A - 一种利用红外技术测量车流量和车速的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种利用红外技术测量车流量和车速的装置及方法，属于智能交通及检测技术领域，该装置包括红外传感器、PLC控制器及终端计算机，该装置进一步包括用于固定红外传感器的立柱，所述的立柱每2根为一组且相对放置，位于车辆输入方向的第一组立柱的上方和下方均设置有红外传感器，其余立柱仅在上方设置有红外传感器。本发明能够较为准确的检测隧道内有无车辆通过，有车辆通过时能够计算出车辆速度和车流量，为安全交通、智能交通提供了必要精准的数据基础，为隧道节能照明提供信息保障，特别是为隧道节能照明提供车辆进入隧道前的、准确的车速和车流量信息，社会效益显著；同时，拥有着成本低、易维护等特点，进而提升了其经济效益。

Description

一种利用红外技术测量车流量和车速的装置及方法

技术领域

本发明属于智能交通及检测技术领域，特别涉及一种利用红外技术测量车流量和车速的装置及方法。

背景技术

随着城市间交通建设的日益扩大，高速公路及隧道的数量和里程日益增多，精准的车流量和车速的检测成为了正确、有效的交通管理及隧道安全行车的重要活动。

目前常见的车速的检测方式包括埋设感应圈（或感应棒）测速、雷达测速等。其中，埋设感应圈（或感应棒）测速的方法无法实现对车辆类型的检测，且施工量大，路面一旦变化或更新则需重埋线圈，另外，维护工作大、成本高；雷达测速目前应用较为广泛，但其反应时间较长，通常要二至三秒，不适合车隔较短、速度较快的交通状况，并且，雷达的安装位置很难准确检测多轮重型车辆的车流信息，并且很容易影响其对跑车等超低车辆的检测效果。

快速反应的红外线对射设备，具有地域应用广、抗干扰能力强、可精确测量、毫秒级反应时间、成本低、施工量小、易维护等特点和优势，特别适合车隔较短、速度较快的交通状况的精准检测。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种利用红外技术测量车流量和车速的装置及方法，实现对大型车辆的精准识别，准确的判断是否有车辆通过，为安全交通、智能交通提供必要精准的数据基础。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用红外技术测量车流量和车速的装置，包括红外传感器、PLC控制器及终端计算机，该装置进一步包括用于固定红外传感器的立柱，所述的立柱每2根为一组且相对放置，位于车辆驶入方向的第一组立柱的上方和下方均设置有红外传感器，其余立柱仅在上方设置有红外传感器；

在所述的PLC控制器内部嵌入了测量装置，该测量装置包括以下模块：

信号接收模块，用于接收红外传感器采集的信号；

车辆识别模块，用于对信号接收模块采集到的信号进行识别，确定车辆类型；

车速计算模块，用于计算通过车辆的速度。

该装置的一种优选方案为：

所述的立柱的上方，距离地面的高度为1.6m～2.2m。

所述的立柱的下方，距离地面的高度为0.8m～1.4m。

所述的位于车辆驶入方向的最后一组立柱，安装在隧道洞口前的150m～250m的道路两侧。

所述的立柱，至少采用3组，且每组立柱之间的距离相等，为4m～6m。

采用红外技术测量车流量和车速的装置测量车流量和车速的方法，包括以下步骤：

步骤1、采集信号，第一组红外传感器捕获车辆信号a₁，时间信号t₁，第二组红外传感器捕获车辆信号a₂，时间信号t₂，第三组红外传感器捕获车辆信号a₃，时间信号t₃，将上述信号上传至所述PLC控制器；

步骤2、PLC控制器根据步骤1采集到的信号，计算车速和车流量信息；

1)统计车流量信息：当红外传感器检测到车辆信号，将其发送给PLC控制器，PLC控制器对接收到的信号进行统计车辆个数：

A.当第一根立柱上的两个红外传感器同时检测到车辆信号，并且所有位于上方的红外传感器均检测到未曾间断的一个车辆信号，而位于下方的红外传感器却检测到几个车辆信号时，PLC控制器机判定本次通过车辆为多轮重型车辆，统计车辆个数，将车辆类型及车辆个数上传至终端计算机的数据库内；

B.当第一根立柱上位于下方的红外传感器检测到车辆信息，而所有位于上方的红外传感器未在同一时间检测到信号时，PLC控制器判定本次通过车辆为超低车辆，统计车辆个数，将车辆类型及车辆个数上传至终端计算机的数据库内；

C.当第一根立柱上的两个红外传感器同时检测到持续时间相同的车辆信号，PLC控制器判定本次通过车辆为普通车辆，统计车辆个数，并将车辆类型及车辆个数上传至终端计算机；

2)计算车速：为隧道内行车安全考虑，在PLC控制器内设定正常行驶情况下车速范围为每小时20公里至每小时180公里，计算车辆通过红外传感器时的车速为V，公式如下：

$V=\frac{{2S}_1}{t_3-t_1}$

式中，V表示车辆通过红外传感器时的平均车速，S₁表示相邻两个红外传感器之间的距离，t₁表示车辆通过第一组红外传感器时的时间点，t₃表示车辆通过第三组红外传感器时的时间点；

A.当V的值在每小时20公里至每小时180公里之间时，PLC控制器判定其为正常有效的车速信号，并将车速信号上传至终端计算机；

B.当V小于每小时20公里或者大于每小时180公里，PLC控制器判定车辆出现异常情况，PLC控制器将计算得到的V作为异常数据上传至终端计算机；终端计算机接收到异常信号后，为隧道行车安全，将点亮所有隧道灯；

终端计算机接收车速信号，将A所述信号存入数据库；

将B所述车辆信号标记为临时信息，当终端计算机统计出B所述车辆信号出现频率高于每小时10次时，便启动预警程序，将异常信息上传至相关部门；

其中，隧道灯的点亮时间T，按如下公式计算：

$T=\frac{D_S}{V}$

计算得到T，式中，T为车辆从最后一组红外传感器行驶至隧道洞口处所用时间，D_S为最后一组红外传感器到隧道洞口处的距离；PLC控制器将T上传至终端计算机，终端计算机根据接收到的信号T，控制隧道内隧道灯的点亮时间；

步骤3、终端计算机根据数据库中的车辆平均速度V和车辆个数N，统计得出一段时期内、隧道过往车辆的类型、平均速度及平均车流量。

本发明的有益效果：本发明的一种利用红外技术测量车流量和车速的装置，能够较为准确的检测隧道内有无车辆通过，有车辆通过时能够计算出车辆速度和车流量，为安全交通、智能交通提供了必要精准的数据基础，为隧道节能照明提供信息保障，特别是为隧道节能照明提供车辆进入隧道前的、准确的车速和车流量信息，社会效益显著；同时，拥有着成本低、易维护等特点，进而提升了其经济效益。

附图说明

图1为本发明的实施方式的立柱设置示意图；

图2为本发明的实施方式测量车流量和车速流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明。

本实施方式采用红外技术测量车流量和车速。该装置包括红外线感应器(如图中1的A1～A7)、PLC控制器及终端计算机。本实施方式中，红外传感器是一种对射设备，型号为FQ50-L20MU-P45P2，反应速度为0.02S，用于检测通过的车辆信号及时间信号。

PLC控制器(本实施方式中，PLC控制器的型号为西门子S7-200)与红外传感器连接，其驶入端接收红外传感器发出的车辆信号（如车流量）及时间信号，用于对接收到的车辆信号和时间信号进行处理及上传至终端计算机。

在所述的PLC控制器内部嵌入了测量装置，该测量装置包括以下模块：信号接收模块，用于接收红外传感器采集的信号；

车辆识别模块，用于对信号接收模块采集到的信号进行识别，确定车辆类型；

车速计算模块，用于计算通过车辆的速度。

终端计算机与PLC控制器相连接，其输入端接收PLC控制器上传的车辆信息信号（如车流量、车速），终端计算机对上述信号进行分析统计，得到一段时期内（如每24小时），隧道过往车辆的平均速度及平均车流量。

该装置进一步包括用于固定红外线传感器的立柱(如图1中的Z1～Z6)，所述的立柱每2根为一组(如图1中，Z1和Z2组成第一组立柱，Z3和Z4组成第二组立柱，Z5和Z6组成第三组立柱)且相对放置(图1中，Z1和Z2相对放置，Z3和Z4相对放置，Z5和Z6相对放置)，同时保证每组立柱水平对齐。

位于车辆驶入方向的第一组立柱(Z1和Z2)的上方和下方均设置有红外传感器，且所述的位于立柱上方的红外传感器(如图1中的A1和A3)彼此呈对射状态，且发射的红外线位于同一水平线上；所述的位于立柱下方的红外传感器(如图1中的A2和A4)彼此也呈对射状态，且发射的红外线位于同一水平线上。

其余立柱仅在上方设置有红外传感器，如图1中，对于立柱A3、立柱A4、立柱A5和立柱A6，仅在其上方设置有红外传感器，具体为：立柱A3的上方设置有红外传感器A5，立柱A4的上方设置有红外传感器A6，立柱A5的上方设置有红外传感器A7，立柱A6的上方设置有红外传感器A8。

本实施方式中，立柱的上方距离地面的高度（如图1所示的H1）的取值范围为1.6m～2.2m(本实施方式根据一般高速公路护栏高度为1.5米左右设置的高度H1)，例如可以取H1为1.6m，或者H1取为1.8m，或者H1取为2.2m均可。

本实施方式中，立柱下方距离地面的高度(如图1所示的H2)的取值范围为0.8m～1.4m，例如可以取H2为0.8m或者1.0m或者1.4m。

本实施方式中，位于车辆驶入方向的最后一组立柱(如图1中的Z5和Z6)，安装在距离隧道洞口的150m～250m的道路两侧，例如取为150m或者200m或者250m。

本实施方式中，采用3组立柱，且每组立柱之间的距离相等(如图1中，Z1和Z3之间的距离为S1，Z3和Z5之间的距离也为S1，Z2和Z4之间的距离也为S1，Z4和Z6之间的距离也为S1，即每组立柱之间的距离均为S1)，取值范围为4m～6m，例如可以取S1为4m或者5m或者6m。

本实施方式中，采用红外技术测量车流量和车速的装置测量车流量和车速的方法，如图2所示，该流程开始于步骤201。

在步骤202，采集信号，第一组红外传感器捕获车辆信号a₁，时间信号t₁，第二组红外传感器捕获车辆信号a₂，时间信号t₂，第三组红外传感器捕获车辆信号a₃，时间信号t₃，将上述信号上传至所述PLC控制器。

在步骤203，PLC控制器根据步骤202采集到的信号，计算车速和车流量信息。

首先，统计车流量信息。当红外传感器检测到车辆信号，将其发送给PLC控制器，PLC控制器对接收到的信号进行统计车辆个数：

A.当第一根立柱上的两个红外传感器同时检测到车辆信号，并且所有位于上方的红外传感器均检测到未曾间断的一个车辆信号，而位于下方的红外传感器却检测到几个车辆信号时，PLC控制器机判定本次通过车辆为多轮重型车辆(如一辆大型货车，其轮胎一般高为0.9米左右，且每辆车均不少于三组轮胎，第一个立柱位于下方的红外传感器高度不低于0.8米，其检测到的信号实际为车辆的轮胎，而非车体本身)，统计车辆个数，将车辆类型(本实施方式中为多轮重型车辆)及车辆个数(每检测到一个多轮重型车辆，就在其原有车辆个数的基础上加1，其中，初始的车辆个数设置为0)上传至终端计算机的数据库内。

B.当第一根立柱上位于下方的红外传感器检测到车辆信息，而所有位于上方的红外传感器未在同一时间检测到信号时，PLC控制器判定本次通过车辆为超低车辆(如跑车)，统计车辆个数，将车辆类型(本实施方式是指超低车辆，一般设置高度在1.2m以下的车辆为超低车辆)及车辆个数上传至终端计算机的数据库内。

C.当第一根立柱上的两个红外传感器同时检测到持续时间相同的车辆信号，PLC控制器判定本次通过车辆为普通车辆(本实施方式中，普通车辆高度在1.3m到1.8m左右)，统计车辆个数，并将车辆类型(本实施方式是指普通车辆)及车辆个数上传至终端计算机。

其次，计算车速。为隧道内行车安全考虑，在PLC控制器内设定正常行驶情况下车速范围为每小时20公里至每小时180公里，计算车辆通过红外传感器时的车速为V，公式如下：

$V=\frac{{2S}_1}{t_3-t_1}$

式中，V表示车辆通过红外传感器时的平均车速，S₁表示相邻两个红外传感器之间的距离，t₁表示车辆通过第一组红外传感器时的时间点，t₃表示车辆通过第三组红外传感器时的时间点。

A.当V的值在每小时20公里至每小时180公里之间时，PLC控制器判定其为正常有效的车速信号，并将车速信号上传至终端计算机；

B.当V小于每小时20公里或者大于每小时180公里，PLC控制器判定车辆出现异常情况，PLC控制器将计算得到的V作为异常数据上传至终端计算机；终端计算机接收到异常信号后，为隧道行车安全，将点亮所有隧道灯。

终端计算机接收车速信号，将A所述信号存入数据库；

将B所述车辆信号标记为临时信息，当终端计算机统计出B所述车辆信号出现频率高于每小时10次时，便启动预警程序，将异常信息上传至相关部门。此时，位于终端计算机中的标记为临时信息的数据并不存入终端计算机的数据库，而是直接删除，节省了存储空间。

其中，隧道灯的点亮时间T，按如下公式计算：

$T=\frac{D_S}{V}$

计算得到T，式中，T为车辆从最后一组红外传感器行驶至隧道洞口处所用时间，D_S为最后一组红外传感器到隧道洞口处的距离；PLC控制器将T上传至终端计算机，终端计算机根据接收到的信号T，控制隧道内隧道灯的点亮时间。

在步骤204，终端计算机根据数据库中的车辆平均速度V和车辆个数N，统计得出一段时期内、隧道过往车辆的类型(本实施方式中，包括三种类型：普通车辆、超低车辆和多轮重型车辆)、平均速度及平均车流量。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内的熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种利用红外技术测量车流量和车速的装置，包括红外传感器、PLC控制器及终端计算机，其特征在于：还包括用于固定红外传感器的立柱，所述的立柱每2根为一组且相对放置，位于车辆驶入方向的第一组立柱的上方和下方均设置有红外传感器，其余立柱仅上方设置有红外传感器；

在所述的PLC控制器内部嵌入了测量装置，该测量装置包括以下模块：

信号接收模块，用于接收红外传感器采集的信号；

车辆识别模块，用于对信号接收模块采集到的信号进行识别，确定车辆类型；

车速计算模块，用于计算通过车辆的速度。

2.如权利要求1所述的利用红外技术测量车流量和车速的装置，其特征在于：所述的立柱的上方，距离地面的高度为1.6m～2.2m。

3.如权利要求1所述的利用红外技术测量车流量和车速的装置，其特征在于：所述的立柱的下方，距离地面的高度为0.8m～1.4m。

4.如权利要求1所述的利用红外技术测量车流量和车速的装置，其特征在于：所述的位于车辆驶入方向的最后一组立柱，安装在隧道洞口前的150m～250m的道路两侧。

5.如权利要求1所述的利用红外技术测量车流量和车速的装置，其特征在于：所述的立柱，至少采用3组，且每组立柱之间的距离相等，为4m～6m。

6.采用权利要求1所述的红外技术测量车流量和车速的装置测量车流量和车速的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、采集信号，第一组红外传感器捕获车辆信号a₁，时间信号t₁，第二组红外传感器捕获车辆信号a₂，时间信号t₂，第三组红外传感器捕获车辆信号a₃，时间信号t₃，将上述信号上传至所述PLC控制器；

步骤2、PLC控制器根据步骤1采集到的信号，计算车速和车流量信息；

1)统计车流量信息：当红外传感器检测到车辆信号，将其发送给PLC控制器，PLC控制器对接收到的信号进行车辆个数统计：

A.当第一根立柱上的两个红外传感器同时检测到车辆信号，并且所有位于上方的红外传感器均检测到未曾间断的一个车辆信号，而位于下方的红外传感器却检测到几个车辆信号时，PLC控制器机判定本次通过车辆为多轮重型车辆，统计车辆个数，将车辆类型及车辆个数上传至终端计算机的数据库内；

B.当第一根立柱上位于下方的红外传感器检测到车辆信息，而所有位于上方的红外传感器未在同一时间检测到信号时，PLC控制器判定本次通过车辆为超低车辆，统计车辆个数，将车辆类型及车辆个数上传至终端计算机的数据库内；

C.当第一根立柱上的两个红外传感器同时检测到持续时间相同的车辆信号，PLC控制器判定本次通过车辆为普通车辆，统计车辆个数，并将车辆类型及车辆个数上传至终端计算机；

2)计算车速：为隧道内行车安全考虑，在PLC控制器内设定正常行驶情况下车速范围为每小时20公里至每小时180公里，计算车辆通过红外传感器时的车速为V，公式如下：

$V=\frac{{2S}_1}{t_3-t_1}$

式中，V表示车辆通过红外传感器时的平均车速，S₁表示相邻两个红外传感器之间的距离，t₁表示车辆通过第一组红外传感器时的时间点，t₃表示车辆通过第三组红外传感器时的时间点；

A.当V的值在每小时20公里至每小时180公里之间时，PLC控制器判定其为正常有效的车速信号，并将车速信号上传至终端计算机；

B.当V小于每小时20公里或者大于每小时180公里，PLC控制器判定车辆出现异常情况，PLC控制器将计算得到的V作为异常数据上传至终端计算机；终端计算机接收到异常信号后，为隧道行车安全，将点亮所有隧道灯；

终端计算机接收车速信号，将A所述信号存入数据库；

将B所述车辆信号标记为临时信息，当终端计算机统计出B所述车辆信号出现频率高于每小时10次时，便启动预警程序，将异常信息上传至相关部门；

其中，隧道灯的点亮时间T，按如下公式计算：

$T=\frac{D_S}{V}$

计算得到T，式中，T为车辆从最后一组红外传感器行驶至隧道洞口处所用时间，D_S为最后一组红外传感器到隧道洞口处的距离；PLC控制器将T上传至终端计算机，终端计算机根据接收到的信号T，控制隧道内隧道灯的点亮时间；

步骤3、终端计算机根据数据库中的车辆平均速度V和车辆个数N，统计得出一段时期内、隧道过往车辆的类型、平均速度及平均车流量。

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