CN103150905A

CN103150905A - 路侧安装波频检测器检测交通流的方法

Info

Publication number: CN103150905A
Application number: CN2013100473208A
Authority: CN
Inventors: 杨小杨; 崔瑞林; 张家豪
Original assignee: Transolution Network Technology Co ltd Gz
Current assignee: Guangzhou Tongtong Electronic Technology Development Co.,Ltd.
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: CN103150905B

Abstract

本发明公开了路侧安装波频检测器检测交通流的方法，包括如下步骤，将波频检测器安装在机动车道路一侧；使波频检测器发出的波束正对受测车辆的侧面；波频检测器通过回波的有无及回波时间判断车辆的存在和位置。本发明在路侧安装，克服了顶置式超声波检测器每条车道上方都要安装探头，安装成本高、安装维护会影响甚至需要中断交通的弱点；本发明波频检测器的波束正对被测车辆的侧面，被测车辆的回波为正反射波，克服了目前路侧安装波频检测器波束与路面形成较大倾角，回波以非正反射波为主，回波判断非常复杂，极易出错，以致在车速缓慢和堵车时，会错判成没有车的弱点，能够适应目前道路交通状况日趋拥堵，监控需要密集安装检测器的需求。

Description

路侧安装波频检测器检测交通流的方法

技术领域

本发明涉及到检测道路机动车流量的技术领域，尤其是一种将波频检测器安装在路侧检测交通流的方法。

背景技术

传统的波频检测器，如超声波交通流检测器均为顶置式，1条车道安装1个或2个探头，探头垂直向下发射超声波束，检测从探头底下通过的车辆。其优点是检测不受遮挡，在车流密度很高时仍能准确检测，能分辨多种车型。缺点是安装需要专门的龙门架，安装成本高，安装维护会影响甚至中断交通，对不按道行驶的车辆易漏检，多个探头同时工作易产生干扰，造成检测误差。

目前路侧安装的波频交通流检测器主要是微波检测器。检测器安装在路边竖杆大约5米高处，以一定的倾角（约45度）向车道发射微波束，检测通过的车辆。与顶置式超声波检测器比，其优点是在路侧安装，安装费用较低，安装维护不影响交通；缺点有：1)侧装方式检测可能受遮挡；2)波束较宽（一般大于2米），车流密度大时无法正确分割车辆，造成误判；3)波束以一定的倾角向下发射（如图1），车辆和地面均有回波，因波束不能正对反射面，回波多为折射波和散射波，回波复杂，很难处理，容易造成误判，特别是车速低或大面积堵车时，往往会把车辆误判为路面，把堵车判为没有车；4)由于安装高度和安装倾角的原因，为避免检测死角，安装需退缩（如图1，约5米），不利于如桥梁、隧道等特殊环境下的安装使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有传统顶置式超声波交通流检测技术以及路侧安装微波检测技术存在的技术问题，提供一种将波频检测器如超声波检测器，安装在路侧检测交通流的方法。

为实现以上目的，本发明路侧安装波频检测器检测交通流的方法，采取了以下的技术方案，包括如下步骤：

步骤一：将波频检测器安装在机动车道路一侧，所说的一侧为机动车道路外侧或机动车道路的中间分隔带；

步骤二：使波频检测器发出的波束正对受测车辆的侧面，即：波频检测器垂直车流方向、平行机动车道路面并正对受测车辆的侧面，发射采样脉冲波束；

步骤三：波频检测器通过回波的有无及回波时间判断车辆的存在和位置。

本发明路侧安装波频检测器检测交通流的方法（以下简称侧装波频检测法），与目前所有路侧安装的波频交通流检测器检测交通流的方法，如微波检测器、红外检测器，以及某些文献提到的路侧安装的超声波检测器的最大区别在于：侧装波频检测法，其波束垂直车流方向、平行路面发射（如图2所示），波束正对受测车辆的侧面，即波束正对反射面，而本发明之前的路侧安装检测器的共同特点是，其发射的波束均与路面形成较大的倾角（如图1所示），波束不能正对反射面。我们知道，正反射波很容易被接收和处理，且易与折射波、散射波区分，回波的处理简单且不易出错，进而从根本上保证了检测数据的准确性。同时，由于侧装波频检测法平行路面发射波束，有车就有回波，没车就没有回波，不像有倾角的发射方式，路面和车辆均有回波，处理起来非常复杂，容易出错。

进一步的，所述路侧安装波频检测器为超声波检测器。

在上述步骤二中，所述超声波检测器采用连续发射的方式发射超声波脉冲，所述连续发射超声波脉冲是指，超声波探头发出超声波脉冲的时间间隔周期不受传统超声波发射采样周期需大于等于预定的最大检测距离的回波时间的限制，能大大缩短采样周期，提高采样频率。

为有效保证连续发射，将所述超声波探头发出的超声波信号叠加预定特征信息，当超声波探头接收到某一超声波信号时，如果该超声波信号包含所述预定特征信息，则判定接收到的超声波信号为正常的回波信号，否则判定接收到的超声波信号为噪声。

预定特征信息有多种形式，本发明选取的预定特征信息为按照预定的时序叠加信息。

为了实现上述步骤二中所述连续发射，需要消除盲区的影响，通过阻隔超声波发射传感器发射时引起空气震动直接传递到超声波接收传感器的短路路径，可实现消除盲区的影响。

为进一步消除盲区的影响，在上述步骤二中，需通过阻隔超声波发射传感器发射的超声波在承载超声波发射传感器和超声波接收传感器的固体物质中直接传播的短路路径。

采用低位设置的波频探头用于检测机动车道路上通过的所有车辆，采用高位设置的波频探头用于检测机动车道路上车高超过预定高度的车辆，该预定高度可设为2.2米，如车高超过2.2m的车辆，通过车高来区分大车和小车。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明侧装式近水平发射波频交通流检测法，与传统超声波检测方法的最大区别在于：在路侧安装，克服了顶置式超声波检测器一条车道的上方至少要安装1个探头，安装维护不方便、安装成本高、安装维护会影响甚至需要中断交通的弱点；与目前其他路侧安装波频检测器，如微波检测器的检测方法相比最大区别在于：波束平行路面，正对被测车辆侧面，被测车辆的回波均为正反射波，克服了路侧安装微波检测器波束与路面形成较大倾角，接收到的被测车辆的回波以非正反射波为主，回波判断非常复杂，极易出错，以致在车速缓慢和出现大面积拥堵时，会错判成没有车的弱点，能够适应目前道路交通状况日趋拥堵，监控需要密集安装检测器的需求。

附图说明

图1为现有技术侧装倾斜发射微波检测器检测交通流示意图；

图2为本发明侧装近水平发射超声波检测方法示意图；

图3为传统超声波传递途径示意图；

图4为本发明阻断波束的短路路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

路侧安装波频检测器检测交通流的方法，包括如下步骤，

步骤二：使波频检测器发出的波束正对受测车辆的侧面，即：波频检测器垂直车流方向、平行机动车道路面并正对受测车辆的侧面发射脉冲波束。

所述路侧安装波频检测器为超声波检测器。

在上述步骤二中，所述连续发射超声波脉冲是指所述超声波探头发出超声波的发射时间间隔小于等于预定的最大检测距离的回波时间。传统的超声波检测方式是等到过了预定的最大检测距离回波时间后，才能发射下一个检测波，即平常所说的收到前一个回波后，再发下一个检测波，依次循环，称之为非连续发射方式。比如：假设预定最大检测距离为6米（可以检测6米范围以内的物体），超声波的传播速度为340米/秒，从发射到反射回波的时间T=2*6米/340米/秒=0.035秒即约35毫秒，按非连续发射的方式检测，其发射周期必须大于35毫秒，这对检测静态物体，或检测距离不远的运动物体，如检测6米以内正常行驶的车辆，是可以满足要求的。但当要检测距离较远的运动物体时，如路侧安装超声波检测器要检测3条车道行驶中的车辆，这种方式就不能满足要求了。

按国家规范3条车道的总宽度为：3.75×3=11.25米，因检测器不可能紧贴车道边安装，因此检测器的检测范围至少要达到12米。超声波的速度为340米/秒，超声波到达12米距离的物体再被反射回来，需要：12×2/340=0.071秒，即71毫秒。一辆4.5米长的小轿车以每小时108公里（30米/秒）的速度通过检测断面需时：4.5/30=0.15秒，即150毫秒，据此可知，按传统方式，这辆小轿车最多能有2个回波。在实际应用中，回波不可能百分百被正确检测到，一辆车丢失1～2个回波的概率很高，加之路侧安装，车流达到一定密度时，车辆被部分遮挡的概率也较高，因此，如侧装超声波检测器仍采用传统非连续方式发射，因波束密度不够，漏检情况会非常严重。克服该种情况有多种途径，本发明提供一种连续发射的方式来解决该问题。

所谓连续发射是相对传统非连续发射发射方式而言，就是发射时间间隔无需大于预定最大检测距离的回波时间，换句话说，就是在还没收到之前已经发出的波束的回波之前，就用一个比较短的时间间隔，发射第1个、第2个……第n个波束，缩短发射周期，以增加发射密度，提高采样频率。

超声波编码技术，就是对发射的超声波信号叠加预定特征信息，常见的如相位特征，频率特征，幅度特征等，当接收到超声波信号时，如果判断为有该预定的特征信息的超声波信号才认为是正常的回波信号，否则即认为是噪声，这种处理方式可有效滤除复杂环境中的超声波干扰。

本实施例中，选取的预定特征信息为按照预定的时序叠加信息。超声波时序编码技术，就是在上述编码技术的基础上，按一定的时序叠加不同的预定特征信息，使每个回波都能准确找到与其对应的发射波的时间关系。比如：在a时刻发射超声波波束时，对波束叠加特征信息A，并记录该时刻为T_at，经过预定时间周期到b时刻再发射下一个波束时，对波束叠加特征信息B，并记录该时刻为T_bt。。。。。在n时刻发射波束时对波束叠加特征信息N，记录为T_nt；当波束遇到被测物体反射回来时，记录含有特征信息A、特征信息B。。。。。特征信息N的回波的接收时刻分别为T_ar T_br。。。。。T_nr；

通过时间差（T_ar-T_at）、（T_br-T_bt）。。。。。（T_nr–T_nt），我们可以计算出对应的距离L_a=（T_ar-T_at）*V/2，L_b=（T_br-T_bt）*V/2。。。。。L_n=（T_nr–T_nt）*V/2式中L_a、L_b。。。。。L_n分别为a时刻、b时刻。。。。。n时刻被测物体到检测器的距离，V为超声波在空气中的传播速度。在实际应用中可根据需要，选择对波束叠加不同特征信息的个数。

时序编码技术在超声波的连续发射技术中，有着重要的作用。因为连续发射时，早发射的回波可能会晚到，晚发射的回波可能会早到，有了时序编码，就能正确识别这些回波的对应关系，并有效地滤除各种异常的干扰，从而对回波作出正确判断。

本实施例中，采用如下方式消除盲区的影响，以实现超声波的连续发射。

如图3所示，传统的超声波检测装置，在检测过程中存在3种传递路径：

路径①发射传感器发射的超声波遇到被测物体反射传递到接收传感器；

路径②发射传感器发射的超声波引起空气震动横向直接传递到接收传感器；

路径③发射传感器发射的超声波通过承载传感器的支架A，直接传递到接收传感器。

所谓盲区就是发射传感器发出的波束，不经过受测物体的反射，以最短的路径传到接收传感器，如图3所示的路径②和路径③，在这段时间内，接收传感器收到的是被“短路”过来的非常强的波束，而无法正常接收到物体的回波，这段时间被称之为盲区。超声波检测器的盲区一般在发射结束之后若干个脉宽之内，具体时长与发射的脉冲宽度、发射器件的拖尾特性、声波的“短路”路径有关。

消除盲区最主要的就是阻断波束的“短路”路径。必须从三个方面阻断波束的“短路”路径：空气的传播，承载发射和接收传感器的固体物质的直接传播，电路间的感应传播。本实施例采用如下技术手段来消除盲区：

阻隔超声波发射传感器发射时引起空气震动直接传递到超声波接收传感器的短路路径，具体采用超声波音障隔板将超声波发射传感器和超声波接收传感器分隔开的方式阻隔空气间短路路径。

进一步的，阻隔超声波发射传感器发射的超声波在承载超声波发射传感器和超声波接收传感器的固体物质中直接传播的短路路径，具体是通过在固体物质中增设隔震材料阻隔短路路径。

如图4所示，通过增加音障隔板C，有效地减弱超声波发射时引起的空气震动直接传递到接收传感器，从而阻断“短路”路径②；在发射和接收传感器支架之间增加隔震材料B，从而有效地减少超声波从发射端通过支架直接传递到接收端的能量，进而达到阻断波束“短路”路径③的目的；阻断电路间感应传播主要通过合理布线及屏蔽等常规措施，这里不再赘述。

阻隔的措施只要能使“短路”的波束衰减到不足以影响正常回波的接收和判断，就能实现盲区的消除。

如果不消除盲区，连续发射只能是一句空话。非连续发射时，只要保证检测装置离开被测物体有一定的距离，即被测物体在检测装置的盲区之外，就能保证不会错过有效的回波。但改为连续发射时，如仍有盲区存在，有效回波就有很大几率落在盲区范围内而无法被正确识别出来。

消除盲区不仅可以实现波束的连续发射和接收，而且可以避免因盲区而导致的检测装置安装位置的退缩。如路侧安装的微波检测器除因安装高度和角度会造成安装需退缩外，受盲区的影响，也会造成安装的退缩。侧装超声波检测法就不存在这个问题，其安装退缩只由设备距车道的安全距离决定，一般安装在防撞栏外，离车道线有0.5米就足够，在桥梁、隧道均可方便地安装。

本发明需要安装高低位探头的作用在于：区分大小车统计交通流的需要。

请结合参阅图2所示，由于安装了高、低位探头，高位探头主要检测车高超过2.2m（只为示例，不限此值）的车辆，低位探头检测所有车高的车辆。高位探头探测到的车辆被定义为大车，其余被定义为小车。虽然这与交通部规定的车长超过6m的被定义为大车看似不同，但通过分析可知，长度6m以下的客车其高度均在2.2m以下，相关度极高，长度6m以上的客车高度往往超过2.2m，相关度颇高。货车的情况基本相同，相关度较低的是小货车，受超载需要的影响，不少小货车的装载高度往往超过2.2m，大、小车分型的误差，主要受这类小货车占比多少的影响。实践证明，由于超高小货车在总体车型中占比不大，按车辆高度分型的准确率也能达到90%左右。按照这种方法分型，效果远优于传统的按占有时间分型的方法。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.路侧安装波频检测器检测交通流的方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤二：使波频检测器发出的波束正对受测车辆的侧面，即：波频检测器垂直车流方向、平行机动车道路面并正对受测车辆的侧面发射波束；

2.如权利要求1所述的路侧安装波频检测器检测交通流的方法，其特征在于：所述路侧安装波频检测器为超声波检测器。

3.如权利要求2所述的路侧安装超声波检测器检测交通流的方法，其特征在于：在上述步骤二中，所述超声波检测器采用连续发射的方式，所谓连续发射是指超声波探头发出超声波的发射时间间隔小于等于预定的最大检测距离的回波时间。

4.如权利要求3所述的路侧安装超声波检测器检测交通流的方法，其特征在于：将所述超声波探头发出的超声波信号叠加预定特征信息，当超声波探头接收到某一超声波信号时，如果该超声波信号包含所述预定特征信息，则判定接收到的超声波信号为正常的回波信号，否则判定接收到的超声波信号为噪声。

5.如权利要求4所述的路侧安装超声波检测器检测交通流的方法，其特征在于：所述预定特征信息为按照预定的时序叠加信息。

6.如权利要求2所述的路侧安装超声波检测器检测交通流的方法，其特征在于：在上述步骤二中，阻隔超声波发射传感器发射时引起空气震动直接传递到超声波接收传感器的短路路径。

7.如权利要求6所述的路侧安装超声波检测器检测交通流的方法，其特征在于：采用超声波音障隔板将超声波发射传感器和超声波接收传感器分隔开的方式阻隔空气间短路路径。

8.如权利要求2所述的路侧安装超声波检测器检测交通流的方法，其特征在于：在上述步骤二中，阻隔超声波发射传感器发射的超声波在承载超声波发射传感器和超声波接收传感器的固体物质中直接传播的短路路径。

9.如权利要求8所述的路侧安装超声波检测器检测交通流的方法，其特征在于：通过在固体物质中增设隔震材料阻隔短路路径。

10.如权利要求1所述的路侧安装波频检测器检测交通流的方法，其特征在于：采用低位设置的波频探头用于检测机动车道路上通过的所有车辆，采用高位设置的波频探头用于检测机动车道路上车高超过预定高度的车辆，通过车高来区分大车和小车。