CN107750376B - 车辆检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监视行车道使用的设备，该行车道具有两个或多个车道(12,14,16)以供沿单一方向(A)行驶的车辆使用，该设备包括：每个车道(12,14,16)表面上或表面中的一对感应线圈(20abc,22abc)，该对中的线圈基本并排地跨越车道(12,14,16)定位，多对线圈(18a,18b,18c)基本并排地跨越行车道定位，每对线圈(18abc)基本延伸跨越车道(12,14,16)的整个宽度，且每个线圈具有在车辆的行驶方向上的长度，该长度基本短于跨越车道的线圈宽度；与每个线圈相关联的线圈控制器，每个线圈控制器激励其相关联的线圈并进行其相关联线圈的电感的测量；以及处理装置，接收来自线圈控制器的测量结果，并使用测量结果来计算一辆或多辆车辆在行车道上的估计位置。

Description

车辆检测设备

技术领域

本发明涉及一种用于检测和计数沿行车道行驶车辆的设备，尤其涉及包括路面上或路面中感应线圈(inductive loop)的设备。

背景技术

为了达到各种目的，已知使用各种不同类型的设备来监视道路的使用，包括识别拥挤区域和规划未来基础设施。

目前使用的设备包括各种类型的架空传感器，例如，激光传感器或摄像机。然而，每当遇到雨、雾或雪时，此类传感器的准确性均会降低。这些传感器安装费用高昂，且架空位置使其易受到电风暴的损害，有时会遭到破坏。

同时众所周知，感应线圈(inductive loop)可埋在道路中以便检测线圈上越过的交通工具。与架空传感器相比，感应线圈的安装成本通常较低、更可靠、且更不易受损，但在某些道路状况下缺乏准确性。例如，在车辆经常换车道的区域，若车辆在越过线圈时跨越两条车道，则可能误计数车辆。原因是可能难以确定两条相邻车道的线圈中发生的感应障碍是否由相邻车道中通过的两辆车辆或跨越两条车道的单个车辆造成。摩托车也易出现计数错误，因为摩托车常在车道之间行驶，有时两辆摩托车在单车道上并排行驶。

EP1028404公开了沿每个车道一个接一个布置的两个感应线圈。所述线圈基本上各自位于每个车道的中心处，且在常规安装中，线圈边缘之间的横向间隙约为1.5米(5英尺)。该系统适用于车道纪律良好的交通工具，但若很多车辆在测量地点上改变车道，或若各类车辆中包括很大一部分的摩托车，则会影响准确性。有时可通过评估相邻车道中线圈中电感的峰值变化的几何平均值，并根据阈值测试几何平均值，来区分一个跨越的车辆与两个车道内车辆，但该方法的准确性仍待改进，且常漏掉摩托车。

本发明旨在减少或基本消除上述问题。

发明内容

本发明提供了一种用于监视行车道使用的设备，该行车道(carriageway)具有两个或多个车道(lane)，以供沿单一方向行驶的车辆使用，该设备包括：

每个车道表面上或表面中的一对感应线圈(inductive loop)，该对中的线圈基本并排地跨越车道定位，多对线圈基本并排地跨越行车道定位，每对线圈基本上延伸跨越车道的整个宽度，且每个线圈具有在车辆的行驶方向上的长度，该长度基本短于跨越车道的线圈宽度；

与每个线圈相关联的线圈控制器，每个线圈控制器激励其相关联的线圈并进行其相关联线圈的电感的测量；以及

处理装置，接收来自线圈控制器的测量结果，并使用测量结果来计算一辆或多辆车辆在行车道上的估计位置。

根据本发明，当车辆越过线圈时，感应线圈的布置可实现车辆的横向位置的准确确定。通过评估来自组合线圈的多个信号，可准确地检测和区分跨越两个车道的单个车辆，或在单个车道中行驶的两个车辆(例如，摩托车)。

每对线圈基本上延伸跨越每个车道的整个宽度。当然，实务中，相邻车道中线圈之间会存在小的间隙，但横向间隙的尺寸远小于现有系统的间隙，通常小于约30cm(1英尺)。该横向间隙的尺寸足够小以确保对在骑车道之间行驶的摩托车的检测，但也足够大以确保线圈之间的电感耦合不会引起过大的噪音或导致线圈控制器发生故障，并可确保一辆穿过相邻车道的车辆的感应效应是最小的。

优选地，每对中两个线圈之间的横向间隙尽可能小，实际上，一些实施例中，该对中两个线圈的横向边缘是重合的。若线圈设于切入道路表面的槽中，则单个中心槽可容纳单个线圈对中每个线圈的内侧边缘。如此，可将槽的数量保持在绝对最小值，以避免损害道路表面的强度。

可选地，可在每个车道中设置第二对线圈，沿道路与第一对线圈间隔开。

一些实施例中，每个线圈对中的线圈可能重叠。如此有效地创建了跨越车道的三个检测区域：仅越过第一线圈的区域、仅越过第二线圈的区域以及越过两个线圈的中心区域。这增加了测量车辆横向位置的准确性，特别是针对例如摩托车的窄型车辆。

由于一对中的两个线圈可能重合或甚至重叠，因此线圈控制器必须被配置为确保该对中的两个线圈不会相互干扰。该对中每个线圈的激励频率可不同，且选择不会相互干扰的频率。或者，线圈控制器可以被配置为使得线圈永远不会同时被激励，只要每个线圈经常被充分地激励(通常每秒钟大约100次或更多次)，以检测假设在特定行车道上以最大速度行驶的车辆。

若该对中的线圈重叠并设有第二对线圈，则第二对线圈可不重叠。这增加了可能的检测准确性，特别是在将重叠区域中的单个摩托车与越过非重叠区域的一对并排摩托车区分开的情况下。

根据本发明，该设备还可对越过线圈的车辆进行分类。通过分析线圈中所测量的电感变化的特性，可区分摩托车、汽车、货车和卡车。

应当理解，线圈控制器可设为单个集成装置。然而，在这种意义上，多个控制器独立地测量每个线圈的电感。优选地，每个线圈控制器在一秒钟内多次测量与其相关联的线圈的电感。

至少一个车道中可设有次级线圈。通常，所述次级线圈具有沿车辆行驶方向(沿车道)的长度，该长度基本近似于其横跨车道的宽度。所述次级线圈可基本位于其车道的中心，通常与同一通道上的该对线圈重合，或在设有第二对线圈的情况下与两对线圈重合。所设次级线圈横向延伸跨越仅车道宽度的一部分，因而可彼此横向分开，其间隙明显大于窄线圈之间的间隙。

次级(更长)线圈用于在高层车辆使用行车道时提供更高的准确性。更长的线圈可更好地检测高层车辆。一些实施例中，高层车辆通常仅使用行车道上一部分车道，因而通常仅对汽车和其他小型车辆开放的车道可省略次级线圈。

优选地，每对中的每个线圈宽度大致相同。一些实施例中，可具有不同宽度的线圈，但在这些情况下，后续信号处理需要被修改以考虑不同长度。

感应线圈基本上可为导线环的形式，嵌入在路面中。

应当理解，全文中的行车道是指沿单个方向行驶的车辆使用的一组并排车道。道路通常包括两个相邻的行车道，以便车辆可沿各方向行驶，并且行车道可以或可以不用障碍物或其他分隔器隔开。有时道路还包括舷梯车道，有时无需监视这些车道上的车辆，因而无需在那些车道上安装线圈。某些情况下，现有的单线圈系统可安装在舷梯车道上以节省成本，因为准确的位置信息不太关键且车道趋向更窄。类似地，一些特别宽的车道可包括三个或多个线圈，以便准确地检测该车道内行驶的位置(特别是窄型车辆)。

附图说明

为了更好地理解本发明，更清楚地展示如何实施本发明，现参考附图，仅通过示例来说明优选实施例，其中：

图1所示为根据本发明用于监视行车道使用的设备的布局示意图；

图2所示为当车辆基本上在中心位置越过两个线圈(loop)时，在同一线圈对(looppair)的两个相邻线圈中所测量电感变化的示意图；

图3所示为当车辆越过两个线圈略偏离中心时，在同一线圈对的两个线圈中所测量电感变化的示意图；

图4所示为当车辆基本上仅越过两个线圈中的一个时，同一线圈对的两个相邻线圈中所测电感变化的示意图。

具体实施方式

首先参考图1，示出了三条车道的行车道。每个车道12,14,16用于沿相同方向行驶的车辆。行驶方向由箭头A表示。下文的说明中，“长度”或“沿”车道是指箭头A所示的方向，且“宽度”或“跨越”车道是指基本上垂直于箭头A的方向。

第一对线圈(loop)18a,18b,18c分别跨越三个车道12,14,16中的每一个车道。每个线圈对(loop pair)18a,18b,18c基本上延伸跨越其各自车道的整个宽度。线圈对18a包括两个线圈20a,22a，且同样地，线圈对18b具有两个线圈20b,22b，线圈对18c具有两个线圈20c,22c。每个线圈20abc,22abc基本上呈矩形，具有沿其各自车道12,14,16的长度和跨越车道12,14,16的宽度。每个线圈20abc,22abc的宽度基本上是其车道的宽度的一半，从而两个线圈20a,22a一起基本跨过车道12的整个宽度，线圈20b,22b基本跨过车道14的整个宽度，线圈20c,22c基本跨过车道16的整个宽度。每个线圈20abc,22abc的长度明显小于其宽度。本实施例中，每个线圈20abc,22abc的长度基本上约为其宽度的三分之一，或车道宽度的六分之一。

第二对线圈24a,24b,24c跨越三个车道12,14,16中的每一个车道。第二对线圈24abc沿道路与第一对线圈18abc间隔开，但基本上与第一对线圈18abc相同。

图中展示了车道16中的次级线圈30。所述次级线圈基本位于车道16的中心，且基本上呈正方形。次级线圈30的宽度明显小于车道16的宽度，从而次级线圈30的边缘可与车道30的边界间隔开。次级线圈30的纵向边界与第一和第二线圈对18c,24c的边界重合。

本实施例中，图中仅展示了一个车道中的次级线圈30。次级线圈30旨在提高高层车辆的检测准确性。许多情况下，此类车辆仅限使用一个或两个车道，因此无需在每个车道中设有次级线圈。然而，应当理解，在有益的情况下，可以在任何车道中设有次级线圈。

每个线圈均设有线圈控制器(图中未示出)。所述线圈控制器利用选定频率的交流电激励每个线圈。这样可测量线圈的电感。通常线圈控制器每秒对电感进行多次采样，例如，每秒100次或更多次。为了避免线圈之间不必要的耦合，可以用不同频率激励相邻线圈。或者，线圈控制器可被配置为交替地对相邻线圈中的电感进行采样，从而总是独立测量每个线圈中的电感。只要单个线圈中的采样率足够高以便精确检测，考虑到线圈长度和车辆在道路上的常规速度，则该技术被认为是非常有效的。

相邻车道12,14中相邻线圈对18a,18b之间以及车道14,16中相邻线圈对18b,18c之间的间隙较小，通常小于30厘米(约1英尺)。线圈对之间的间隙足够小以确保摩托车不会在线圈对之间未被检测到。

于所示的实施例中，所有线圈20abc,22abc,24abc,28abc的长度相同。大多数情况下，此为最优选的配置，但某些情况下，线圈可以具有不同长度。应当理解，下面描述的计算可以被修改以考虑不同长度和/或宽度的线圈。

同一对18的相邻线圈20,22之间的间隙很小。实际上，本实施例中，线圈以电线的形式嵌入到切入道路表面的槽中，并且同一对18中线圈20,22的相邻横向边缘是同一槽中的电线。

当车辆经过线圈时，线圈中的电感通常会受到构成车辆底盘的导电材料的影响而减小。电感变化的幅度取决于在线圈上方车辆大部分的高度以及车辆所覆盖线圈的数量。与行驶更接近地面的车辆相比，底盘高的车辆越过线圈时倾向于导致电感较低的下降，并且与越过线圈全部宽度的车辆相比，仅局部越过线圈的车辆将会导致电感较小的下降。因此，如上所述的线圈布置允许根据范围广泛的车辆类型来估计车辆的位置。例如，可将同一车道上并排行驶的两辆摩托车与单辆汽车区分开，因为每个摩托车可能只会越过单个线圈20或22，且由于车辆较小，所测的电感下降相对较小。此外，由于(例如)在车道12中的线圈22a和车道14中的线圈20b中可测到电感明显下降，而在车道12中的线圈20a或车道14中的线圈22b中测量不到明显下降，因此能可靠地检测到跨越两个车道的车辆。

车辆在线圈上移动的时间段内，线圈中的电感下降，由此给出一个“签名”，其可与已知类型的车辆匹配，以便估计经过的车辆是否是汽车,货车,公共汽车等。反过来，可以估计车辆的宽度，且可利用该信息来计算车道上车辆横向位置的估值。

图2,图3和图4展示了车辆在不同位置越过线圈对18a时，利用线圈控制器测量的线圈对18a中两个线圈20a,22a的电感。图2中，车辆沿车道12大致中心处经过，因而每个线圈中电感变化的模式基本相似。在这种情况下，测量结果很明显表示了单个车辆正经过。此外，可通过各种技术来确定车辆的类型，例如，通过将图形与已知的参考图案或“签名”相匹配。

图3中，车辆正越过从车道中心偏移的线圈对18a，可能车辆正准备改变车道并移动到车道14上。如图所示，首先可确定这是从车道中心偏移的单个车辆，原因是该对中的每个线圈20a,22a的图形基本相同，但幅度不同。可通过多个电感图特征(例如，所计算的长度、曲线的非一致性、组合幅度等)来识别两个车辆(例如，摩托车)，其中一个车辆通过每个线圈，这些特征可共同用于清楚地将越过线圈对的单个车辆的情况与一对车辆的情况区分开。

发现车辆覆盖线圈的比例与电感变化之间的关系大致呈线性，因而，可根据所测量的电感变化，使用以下等式来估计车辆在车道12中的横向位置：

prop是指越过多个线圈中的一个的车辆估计比例(据此可得出车道上车辆的位置)。

value是指线圈中所测量的电感变化

value_adjacent是指相邻线圈中所测量的电感变化

edge是指估计由经过线圈旁而非越过线圈的车辆所引起的电感变化的参考值

大多数情况下，value和value_adjacent可为车辆越过线圈时电感变化的峰值，尽管通常可能测量的是签名任何部分上的变化，因为很多车辆基本上呈横向对称。对于非对称车辆的情况，此类车辆的可识别元件显示出良好的对称性，这些元件可用于计算。

应注意到，下文中value,value_adjacent和edge无单位。电感可使用任何单元，或该值可为无量纲相对量。

图3中，测量到车道12中线圈22a上峰值电感的下降值为168。车道12中线圈20a上峰值电感的下降值为110。参考值edge为10。

因此，估计位于线圈22上的车辆比例为：

在这种情况下，估计大约61％的车辆宽度位于线圈22a上，原因可能是车辆开始移动到车道14内。根据图形，还可估计车辆类型，且因此估计车辆宽度达到合理的准确度。利用该信息，可估计车辆中心相对于车道12中心的横向位置(线圈20a和22a之间的分割点)为：

位置＝(prop-0.5)×宽度

在这种情况下，车辆宽度估计为1.8米，因此从车道12中心估计的偏移量为0.2米。应注意到，车辆宽度估计的误差会导致所估计位置的误差，后者误差至多为前者误差的一半。因此，于很多实施例中，足以代替对于所有车辆仅一个恒定宽度值，或者也许一个值用于摩托车,一个值用于汽车,一个值用于卡车。

图4所示为当一个不同的车辆越过线圈对18a时，线圈对18a中所测得的电感。很明显，车辆基本上偏移了车道12的中心，因为在线圈22a中比在线圈20a中所测量的电感下降大得多。还应注意到，图4中的图形与图2和图3中的图形不同，表明是不同类型的车辆。可通过将该图与参考信息进行比较来识别车辆的类型，由此可估计车辆宽度，以便如上所述确定车道中车辆位置。

发现在大多数实施例中，线圈之间灵敏度的任何变化通常可忽略。然而，若变化较大，例如，由于引入长度不同，或例如已安装了不正确的匝数或旧线圈已从传统安装中回收，则逐环增益函数可应用于处理前所测量的电感值。

显然，虽然本发明是针对行车道上的车道进行说明的，但本发明的设备可应用于任何系统，其中需确定车辆的横向位置，因为车辆会沿道路移动，不管任何车道标记。若车辆比单个线圈宽，则车辆沿道路行驶时，可能会影响三个或更多线圈的电感。至少部分受车辆影响的每个线圈可如上述进行计算，以确定车辆横向位置的准确估值。

上述实施例仅作为示例，在不脱离本发明所附权利要求所限定范围的前提下，本领域技术人员应清楚理解各种变化和修改。

Claims (11)

1.一种用于监视行车道使用的设备，所述行车道具有两个或多个相邻车道以供沿单一方向行驶的车辆使用，所述设备包括：

两个或多个相邻车道中的第一车道表面上或表面中的第一对线圈，以及两个或多个相邻车道中的第二车道表面上或表面中的第二对线圈，第一对线圈和第二对线圈中的线圈并排地跨越其各自的车道定位，第一对线圈和第二线对圈并排地跨越所述行车道定位，第一对线圈的每个线圈的宽度为使得线圈一起跨过第一车道的整个宽度，第二对线圈的每个线圈的宽度为使得线圈一起跨过第二车道的整个宽度，且每个线圈具有在车辆行驶方向上的长度，该长度短于跨越车道的线圈宽度；

与每个线圈相关联的线圈控制器，每个线圈控制器激励其相关联的线圈并当车辆通过该线圈时，进行其相关联线圈的电感变化的测量；以及

处理装置，适于接收来自线圈控制器的测量结果，且适于使用所述测量结果来计算一辆或多辆车辆在行车道上相对于多对感应线圈中一对的中心的估计横向位置，其基于一对的一个线圈的电感变化的幅度作为该对的两个线圈的电感变化的总幅度的比例。

2.根据权利要求1所述的设备，其中在第一车道和第二车道中设置另一对线圈，沿行车道与第一对线圈和第二对线圈间隔开。

3.根据权利要求2所述的设备，其中至少第一对线圈、第二对线圈、另一对线圈中一对的线圈彼此重叠。

4.根据权利要求2所述的设备，第一对线圈和第二对线圈彼此重叠，另一对线圈彼此不重叠。

5.根据权利要求1所述的设备，其中线圈控制器以不同的频率激励同一对中的线圈。

6.根据权利要求1所述的设备，其中线圈控制器配置为不同时激励同一对中的线圈。

7.根据权利要求1所述的设备，其中至少一个车道中设有次级感应线圈，所述次级感应线圈具有沿车道的长度，该长度长于第一对线圈和第二对线圈的长度。

8.根据权利要求7所述的设备，其中次级感应线圈具有近似于其宽度的长度。

9.根据权利要求7所述的设备，其中次级感应线圈位于车道的中心。

10.根据权利要求7所述的设备，其中次级感应线圈与同一车道上的第一对线圈和第二对线圈重合。

11.根据权利要求7所述的设备，其中在每个车道中设置另一对线圈，沿行车道与第一对线圈和第二对线圈间隔开，次级感应线圈与同一车道上的两对线圈重合。

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