CN104485002B - 一种基于psd的交通流检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PSD的交通流检测系统，利用安装在公路上端支架上的PSD测距模块进行测距，根据系统检测出PSD所测距离的变化曲线判断出交通流量，距离变短时则视为有车辆通过，且根据距离变化大小确定车辆类型，通过车辆通过前后PSD测距模块的时间差判别车辆方向并计算出车速，最后把所测的交通流、车辆类型、车流方向及车辆速度无线传送至交通流管理平台。该交通流检测系统装配简单，易于操作，具有很高的推广应用价值和广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及交通流量统计技术领域，具体涉及一种基于
PSD
的交通流检测系统。
背景技术
随着全球经济和汽车行业的飞速发展，国内汽车保有量迅速上升。汽车给我们带来方便的同时，也给社会带来了相应的安全隐患，如交通堵塞和交通事故的发生。缓减交通压力及改善交通管理、交通规划的关键是建立和完善智能交通系统
(Intelligent
Transport System
，简称
ITS)
，通过人、车、路的和谐、密切配合提高交通运输效率，缓解交通阻塞，提高路网通过能力，减少交通事故。而建立完善的
ITS
，就必须准确掌握交通信息，其中交通流的检测是重要技术与信息之一。
目前常见的交通流检测系统的测量方式有：地感线圈、地磁线圈、声波探测和视频探测。借助地感线圈检测是国内主要采取的方法，其使用寿命低，一般一两年，需要反复维护，费用较高；地磁线圈检测，利用车辆通过时地球磁场的变化来检测，很难分辨纵向间隔太小的车辆；基于声波检测器的检测方法，经常会有较大的干扰，识别率比较低；视频探测算法处理复杂，且在密集交通流情况下部分车流数据会丢失。申请号为
CN101833860A
的专利中提出了一种“高精度超声波固定式交通流量调查设备”，虽然能够有效避免多车道间声波相互干扰、提高检测精度，但是其仅限于运用在收费站的受检车道中，适于中低速的交通流检测，适用范围较窄。
发明内容
本发明提出一种基于
PSD
的交通流检测系统，不仅能高效、可靠地检测交通流，而且能识别车辆类型、车流方向及车辆速度，进行道路交通的智能监控，交通管理部门可据此制定合理政策、采取得当措施，提高路网容量，使现有交通基础设施发挥最大作用。
本发明的技术方案是：一种基于
PSD
的交通流检测系统，包括数据处理模块、
GPRS
模块、数据存储模块，还包括
PSD
测距模块和交通流管理平台；
PSD
测距模块，用于获取障碍物距离，并将数据发送给数据处理模块；
数据处理模块，对
PSD
测距模块采集到的数据处理分析，得到障碍物形状大小，判断是否有车辆通过并确定车辆类型，根据前后
PSD
测距模块的时间差判别车辆方向并计算出车速，然后进行交通流统计，并将得到的交通流量信息存至数据存储模块；
GPRS
模块，利用
GPRS
网络将获得的交通流量数据传送至交通流管理平台；
数据存储模块，用于存储交通流数据信息和
PSD
测距模块采集的数据信息；
交通流管理平台，用于接收系统发送的交通流量数据信息并进行分析，按不同需求生成统计信息和报表。
进一步的，所述
PSD
测距模块为至少包括
2
个
PSD
线阵模块，安装个数与道路的宽度成正比。
进一步的，所述
PSD
测距模块之间的距离为
500mm
。
进一步的，所述
GPRS
模块传送客流统计数据的传送模式包括定期传送和实时传送。
进一步的，所述交通流数据信息至少包括统计时间、统计过程中交通流量。
进一步的，对采集的数据进行滤波和插值处理，然后绘制三维图形，根据三维图形的波峰确定车辆位置，根据数据曲线的变化确定行进方向。
本发明的优点是：
1.
本发明中基于
PSD
的交通流检测系统采用是利用
PSD
测距模块进行测距，多传感器协同的客流量解决方案，
PSD
线阵可以有效实现交通流量流数据的采集，并能识别车辆类型、车流方向及车辆速度。提高系统进行交通流识别的精确性、可靠性、实时性及抗干扰性，为交通管理部门的交通规划、调度、管理技术提供切实可行的解决方案。
本发明中的交通流检测系统装配简单，易于操作，具有很高的推广应用价值和广阔的市场前景。
系统不易受环境因素的影响，不需视频识别和复杂的软件算法，可进行高密度车流的精确计数，统计交通流量，解决交通流量计数不准的问题，并增加数据无线传送、数据分析及后台管理等功能。不仅能高效、可靠地检测交通流，而且能识别车辆类型、车流方向及车辆速度，进行道路交通的智能监控，交通管理部门可据此制定合理政策、采取得当措施，提高路网容量，使现有交通基础设施发挥最大作用。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图
1
为本发明中一种基于
PSD
的交通流检测系统的结构框图；
图
2
为本发明中一种基于
PSD
的交通流检测系统的工作流程图；
图
3
为
PSD
测距模块的测距原理示意图。
其中：
1
、半导体激光器，
2
、反射镜，
3
、辅助透镜，
4
、发射光学系统，
5
、被测工件，
6
、成像光学系统。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
一种基于
PSD
的交通流检测系统是利用安装在公路上端支架上的
PSD
测距模块进行测距，根据系统检测出
PSD
所测距离的变化曲线判断出交通流量，距离变短时则视为有车辆通过，且根据距离变化大小确定车辆类型，通过车辆通过前后
PSD
测距模块的时间差判别车辆方向并计算出车速，最后把所测的交通流、车辆类型、车流方向及车辆速度无线传送至交通流管理平台。
位置敏感探测器（
Position-Sensitive Detector
，简称
PSD
）是一种基于横向光电效应探测光电中心位置坐标信息的半导体器件，具有分辨率高、响应速度快、信号处理简单等优点，特别适用于唯一、距离、角度以及可以间接转化为光电位置和位移的其他物理量的非接触高精度快速测量及准直测量。
模块由
PSD
和
IRED
（红外发射二极管）以及信号处理电路三部分组成。由于采用了三角测量方法，被测物体的材质、环境温度以及测量时间都不会影响传感器的测量精度。传感器输出电压值对应探测的距离。通过测量电压值就可以得出所探测物体的距离，所以这款传感器可以用于距离测量、避障等场合。
模块采用激光三角测量原理，其工作原理如图
3
所示，半导体激光器
1
发出的激光光束经反射镜
2
、辅助透镜
3
和发射光学系统
4
聚焦后，在被测工件
5
的表面（被测面）上形成一个尺寸足够小的光点，被测面上的漫反射光经过成像光学系统
6
后，在
PSD
的光敏面上形成一个相应的像点。当被测面发生位移变化时，
PSD
上的像点也随之变化，根据
PSD
的像点移动量建立与被测物长度变化之间的数学模型，即由
PSD
上的光点的位移可以准确地计算出物平面的位移
H
。位移的计算公式为：
式中：α为入射光与物平面夹角；θ为入射光与光轴夹角；
S
为物距；
S
′为像距。
如图
1
所示，本发明中的一种基于
PSD
的交通流检测系统包括
PSD
测距模块、数据处理模块、
GPRS
模块、数据存储模块、交通流管理平台。
测距模块，获取障碍物距模块的距离，并将数据发送给数据处理模块；每套
PSD
测距模块有若干个
PSD
线阵模块，安装场所的传感器个数视通道的宽度成正比，安装位置视通道的高度而定；
数据处理模块，对
PSD
测距模块采集到的数据信号进行处理分析，得到障碍物形状大小，判断是否有车辆通过并确定车辆类型，且根据前后
PSD
测距模块的时间差判别车辆方向并计算出车速，然后进行交通流统计，并将得到的交通流量信息存至数据存储模块；
GPRS
模块，利用
GPRS
网络将获得的交通流量数据传送至交通流管理平台
,
并提供定期传送交通流统计数据和实时传送交通流统计数据两种方式；
数据存储模块，包括两部分数据信息，其中一部分为存储的交通流数据信息，包括统计时间、统计过程中交通流量等数据；另一部分
PSD
测距模块在某时间段内采集到的数据信息；
交通流管理平台，负责接收系统发送的交通流量数据信息并进行分析，按不同需求生成统计信息和报表，并提供可选的打印功能，为交通管理部门制定政策、采取措施和战略规划提供依据。
首先对本实施例中所选取的
PSD
测距模块进行说明：
PSD
测距模块得最长测量距离须须达到
500cm
，以此分辨车辆类型是家用轿车还是商用货车。
在给出本发明中一种基于
PSD
的交通流检测系统的工作流程之前，首先解决
PSD
测距模块的安装问题，因为传感器间的间距及个数问题会直接影响交通流统计系统的精确性。当两个传感器间距太小时，采集到的数据会相互重叠，当两个传感器间距太大时，又会造成数据的漏采集，为平衡这两个问题，结合各车型的高度，经过多次安装以及对试验结果的验证，本实施例中所选
PSD
测距模块之间的距离为
500mm
，其个数则视道路宽度所定。
下面给出本发明中一种基于
PSD
的交通流检测系统的工作流程，如图
2
所示：
1.
为满足不同场合的安装需要，安装交通流统计系统装置时，将传感器与安装支架间的角度设计为可旋转
0-90
度；
2.
以通过某交通流检测系统的交通流量统计为例，首先定义下列叙述中用到的坐标轴方向：与道路平行且与正北方向夹角较小的方向为
y
轴正方向、与
y
轴垂直且沿
y
轴正向看的右方为
x
轴正方向、用右手定则确定
z
轴（为表述其物理意义，以下记为
t
轴）正方向，
x
轴上每点代表传感器的标号值，
t
轴数据代表不同的时刻，
y
轴数据为每个传感器测到的距离值，为与实际情况相符合，使图形中的波峰处（实际为距离数据的波谷处）代表车辆位置，定义
y
轴正方向向下；实际上，
x-y
数据为同一时刻不同传感器采集到的距离值，
t-y
数据为同一个传感器在不同时刻采集到的距离值
,x-t-y
数据为某时间段内每个
PSD
传感器采集到的距离数据；
4.
考虑到交通流量较大的情况，本实施例中的数据处理取
5s
为一个时间段。交通流量统计系统开始工作后，以
5s
为一个时间段，首先对该时间段内采集到的
x-t-y
数据进行滤波和插值处理，然后进行三维图形绘制，三维图形的波峰处就代表车辆位置，不仅可以得出经过的车辆数量，还可以根据
t-y
数据曲线的变化判断车辆的行进方向，且根据纵向相邻
PSD
传感器所探测到的车辆通过时间差，在已知相邻
PSD
传感器距离的前提下，计算出车辆的平均行驶速度；
5.
通过上述方法，可以得出任意时间段内不同方向的交通流统计数据，将这些数据存至数据存储模块，本实施例选取定期传送数据的方式，每天零点将交通流数据通过
GPRS
无线传送至后台的交通流管理平台；
6.
在交通流管理平台中，可以实时查看某段公路车辆统计信息等数据信息，还可以根据需求对交通流数据进行分析，生成可打印的统计信息和报表，为车辆调度和管理提供依据。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (5)
1.一种基于 PSD 的交通流检测系统，包括数据处理模块、 GPRS 模块、数据存储模块，其特征在于，还包括 PSD 测距模块和交通流管理平台；
PSD
测距模块，用于获取障碍物距离，并将数据发送给数据处理模块；
数据处理模块，对
PSD
测距模块采集到的数据处理分析，得到障碍物形状大小，判断是否有车辆通过并确定车辆类型，根据前后
PSD
测距模块的时间差判别车辆方向并计算出车速，然后进行交通流统计，并将得到的交通流量信息存至数据存储模块；对采集的数据进行滤波和插值处理，然后绘制三维图形，根据三维图形的波峰确定车辆位置，根据数据曲线的变化确定行进方向；
GPRS
模块，利用
GPRS
网络将获得的交通流量数据传送至交通流管理平台；
数据存储模块，用于存储交通流数据信息和
PSD
测距模块采集的数据信息；
交通流管理平台，用于接收系统发送的交通流量数据信息并进行分析，按不同需求生成统计信息和报表。
2.根据权利要求1 所述的基于 PSD 的交通流检测系统，其特征在于，所述 PSD 测距模块为至少包括 2 个 PSD 线阵模块，安装个数与道路的宽度成正比。
3.根据权利要求1 或 2 所述的基于 PSD 的交通流检测系统，其特征在于，所述 PSD 测距模块之间的距离为 500mm 。
4.根据权利要求1 所述的基于 PSD 的交通流检测系统，其特征在于，所述 GPRS 模块传送客流统计数据的传送模式包括定期传送和实时传送。
5.根据权利要求1 所述的基于 PSD 的交通流检测系统，其特征在于，所述交通流数据信息至少包括统计时间、统计过程中交通流量。
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