淺談高速公路環形線圈車輛檢測器

車輛檢測系統是道路監控系統非常重要的一部分。利用感應線圈來檢測車輛速度是目前世界上技術較為成熟的車輛檢測方法，它可以獲得當前監控路面交通流量、占有率、速度等數據，以此判斷道路阻塞情況，并利用外場信息發布系統發出警告等。本文將就目前環形線圈車輛檢測器的基本原理和組成進行介紹和分析。



一、環形線圈車輛檢測器基本原理




其基本原理如圖所示：在同一車道的道路路基段埋設一組（2個）感應線圈，每組感應線圈與多通道車輛檢測器相連。當車輛分別經過兩個線圈時，由于線圈電感量的變化，車輛的通過狀態將被檢測到，同時狀態信號傳輸給車輛檢測器，由其進行采集和計算。此方法檢測精確，設備穩定，且在惡劣天氣條件下仍具備出色的性能。此外，廉價的成本也是其在世界范圍內得以廣泛應用的原因之一。



二、檢測器的組成

檢測器（歐標卡式插槽）基本由機架、底板、中央處理器、檢測卡以及接線端子組成。檢測卡(品牌可選)沿導軌插入機架內，并與底板和中央處理器實現電氣連通。

1、中央處理器

中央處理器是對采集信號進行計算的模塊，一般是一個帶嵌入式操作系統的單板機，具備較強的數字計算、存儲能力和通訊接口。通過對端口的掃描，捕捉電平的變化時間，以此計算出相應的交通數據（具體算法稍后介紹）。

一般檢測器的通訊接口包括RS232/485，比較先進的還具有以太網接口和GPRS模塊。目前，在國內大多數應用中，由于監控路面和監控中心距離的關系，系統集成商普遍采用調制解調器點對點聯接的方式上傳數據，或者通過PLC中轉數據。

任何意外情況的發生導致處理器死機、故障等非工作狀態，都應該能在短時間內重新啟動，且不應超過三十秒。

2、檢測卡

檢測車輛通過或靜止在感應線圈的檢測域時，通過感應線圈的電感量會降低，檢測卡的功能就是檢測這一變化并精確地輸出相應的電平。

線圈式車輛檢測器采用的檢測卡品牌較多，一般都為歐標卡式接口。比較廣泛使用的有英國PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，英國的MoniSense等。國內也有眾多的檢測卡開發商，產品具有較高的性能價格比，但是在抗干擾能力、檢測靈敏度、穩定性等性能上略遜于國外同類型產品。

就線圈感應的角度而言，檢測卡應該具有存在時間穩定，并與車輛經過實際情況相吻合的高精度電平跳變性能，因為在車輛高速通過的時候檢測時間是非常短的，通過兩個線圈的時間一般為一二百毫秒，單個線圈的存在時間更短。況且各種車的底盤輕重，距離地面位置的高低都會影響到檢測卡的電平存在時間。而存在時間和存在的開始時間是參與車長、車速計算的主要參數，這就解釋了為什么車高速通過時有些檢測卡測得的車長、車速不準確的情況，這就必須用一定的補償值，所以只有正確調節靈敏度才能保證檢測器的精度。



三、檢測器協議的架構

每個車輛檢測器都應該有自己的地址，以相互區分。

數據上傳的方式一般是應答式的，也就是戶外系統（車輛檢測器）不主動發送數據，直到戶內系統（監控中心）發出采集數據的指令。車輛檢測器和監控中心通訊的命令通常分為查詢和設置兩類。查詢類一般是查詢車檢當前的工作狀態、故障等，并能根據預先設置的車長類型進行不同車長類型的歸類處理；設置類命令是對檢測器參與計算的參數進行調整，如時間、車長分類等。戶外系統應對且對戶內系統發出的設置、查詢命令要做實時應答，推薦IDS規范中數據鏈路協議的定義。

1、數據無錯傳輸




2、數據有錯傳輸


CC:控制中心；

DEV:設備；

1:請求信息幀；

1’:應答信息幀；

ACK:幀接收應答；

NACK:請求重發幀。

　





四、檢測器的算法概述

在高速公路或城市的快速道路上，此類檢測器多應用于統計道路的一段區域內的車輛經過情況，并且該統計是基于一定周期內的，比如1、5、10、30、60分鐘等，時間小于1分鐘則失去了統計和分析的意義，長于1小時則可由上位機進行統計分析處理。而且數據具有掉電保護，至少能查詢一周內的歷史數據或者自配有高性能的UPS能在一定時間內繼續工作。

在國家交通部即將推出的行業規范里，環形線圈車輛檢測器功能要求中，對流量、平均速度、車道占有率、平均車長、平均車間距要求是必須的，其他算法就不多陳述了。其中標準對平均速度的定義為；指第i輛車通過的速度，n指單位時間內通過的車輛數。而以前的PEEK公司的IDS規范則不同，它們是；S指調和平均速度，Si指個別車輛速度。后者算法主要是消除個別超高速車輛對反映在監控畫面上的曲線或統計數據的影響，使之變得平滑。



五、檢測器的實際應用情況

在浙江金麗溫高速公路石城山隧道、牛庭嶺隧道、杭州西湖隧道等項目中采用中控信息公司自主開發的VDi系列的車輛檢測器，取得了滿意的效果。






但車輛檢測器也存在著其固有的一些缺點：如其據點必須在車道上開槽埋設線圈，這在實際使用時，由于沿海很多地區高速公路軟基問題和路面維護時線圈損壞率較高，維護工作量和費用相對增大；車檢數據雖然精確，但相對而言還不夠直觀，有時車輛檢測器發出警告時消息已滯后，或者監控人員擔心是數據錯誤而猶豫往現場設備發出進一步指示等，實際上需要一些可視的監測手段來輔助；適用范圍主要在高速公路、橋梁、隧道，而對于城市交通而言不適宜。

目前，中國正在大力建設高速公路，環形線圈車輛檢測器必將在密集而又方便的高速公路網上發揮其越來越重要的監測作用。





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