浅谈高速公路环形线圈车辆检测器

车辆检测系统是道路监控系统非常重要的一部分。利用感应线圈来检测车辆速度是目前世界上技术较为成熟的车辆检测方法，它可以获得当前监控路面交通流量、占有率、速度等数据，以此判断道路阻塞情况，并利用外场信息发布系统发出警告等。本文将就目前环形线圈车辆检测器的基本原理和组成进行介绍和分析。



一、环形线圈车辆检测器基本原理




其基本原理如图所示：在同一车道的道路路基段埋设一组（2个）感应线圈，每组感应线圈与多通道车辆检测器相连。当车辆分别经过两个线圈时，由于线圈电感量的变化，车辆的通过状态将被检测到，同时状态信号传输给车辆检测器，由其进行采集和计算。此方法检测精确，设备稳定，且在恶劣天气条件下仍具备出色的性能。此外，廉价的成本也是其在世界范围内得以广泛应用的原因之一。



二、检测器的组成

检测器（欧标卡式插槽）基本由机架、底板、中央处理器、检测卡以及接线端子组成。检测卡(品牌可选)沿导轨插入机架内，并与底板和中央处理器实现电气连通。

1、中央处理器

中央处理器是对采集信号进行计算的模块，一般是一个带嵌入式操作系统的单板机，具备较强的数字计算、存储能力和通讯接口。通过对端口的扫描，捕捉电平的变化时间，以此计算出相应的交通数据（具体算法稍后介绍）。

一般检测器的通讯接口包括RS232/485，比较先进的还具有以太网接口和GPRS模块。目前，在国内大多数应用中，由于监控路面和监控中心距离的关系，系统集成商普遍采用调制解调器点对点联接的方式上传数据，或者通过PLC中转数据。

任何意外情况的发生导致处理器死机、故障等非工作状态，都应该能在短时间内重新启动，且不应超过三十秒。

2、检测卡

检测车辆通过或静止在感应线圈的检测域时，通过感应线圈的电感量会降低，检测卡的功能就是检测这一变化并精确地输出相应的电平。

线圈式车辆检测器采用的检测卡品牌较多，一般都为欧标卡式接口。比较广泛使用的有英国PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，英国的MoniSense等。国内也有众多的检测卡开发商，产品具有较高的性能价格比，但是在抗干扰能力、检测灵敏度、稳定性等性能上略逊于国外同类型产品。

就线圈感应的角度而言，检测卡应该具有存在时间稳定，并与车辆经过实际情况相吻合的高精度电平跳变性能，因为在车辆高速通过的时候检测时间是非常短的，通过两个线圈的时间一般为一二百毫秒，单个线圈的存在时间更短。况且各种车的底盘轻重，距离地面位置的高低都会影响到检测卡的电平存在时间。而存在时间和存在的开始时间是参与车长、车速计算的主要参数，这就解释了为什么车高速通过时有些检测卡测得的车长、车速不准确的情况，这就必须用一定的补偿值，所以只有正确调节灵敏度才能保证检测器的精度。



三、检测器协议的架构

每个车辆检测器都应该有自己的地址，以相互区分。

数据上传的方式一般是应答式的，也就是户外系统（车辆检测器）不主动发送数据，直到户内系统（监控中心）发出采集数据的指令。车辆检测器和监控中心通讯的命令通常分为查询和设置两类。查询类一般是查询车检当前的工作状态、故障等，并能根据预先设置的车长类型进行不同车长类型的归类处理；设置类命令是对检测器参与计算的参数进行调整，如时间、车长分类等。户外系统应对且对户内系统发出的设置、查询命令要做实时应答，推荐IDS规范中数据链路协议的定义。

1、数据无错传输




2、数据有错传输


CC:控制中心；

DEV:设备；

1:请求信息帧；

1’:应答信息帧；

ACK:帧接收应答；

NACK:请求重发帧。

　





四、检测器的算法概述

在高速公路或城市的快速道路上，此类检测器多应用于统计道路的一段区域内的车辆经过情况，并且该统计是基于一定周期内的，比如1、5、10、30、60分钟等，时间小于1分钟则失去了统计和分析的意义，长于1小时则可由上位机进行统计分析处理。而且数据具有掉电保护，至少能查询一周内的历史数据或者自配有高性能的UPS能在一定时间内继续工作。

在国家交通部即将推出的行业规范里，环形线圈车辆检测器功能要求中，对流量、平均速度、车道占有率、平均车长、平均车间距要求是必须的，其他算法就不多陈述了。其中标准对平均速度的定义为；指第i辆车通过的速度，n指单位时间内通过的车辆数。而以前的PEEK公司的IDS规范则不同，它们是；S指调和平均速度，Si指个别车辆速度。后者算法主要是消除个别超高速车辆对反映在监控画面上的曲线或统计数据的影响，使之变得平滑。



五、检测器的实际应用情况

在浙江金丽温高速公路石城山隧道、牛庭岭隧道、杭州西湖隧道等项目中采用中控信息公司自主开发的VDi系列的车辆检测器，取得了满意的效果。






但车辆检测器也存在着其固有的一些缺点：如其据点必须在车道上开槽埋设线圈，这在实际使用时，由于沿海很多地区高速公路软基问题和路面维护时线圈损坏率较高，维护工作量和费用相对增大；车检数据虽然精确，但相对而言还不够直观，有时车辆检测器发出警告时消息已滞后，或者监控人员担心是数据错误而犹豫往现场设备发出进一步指示等，实际上需要一些可视的监测手段来辅助；适用范围主要在高速公路、桥梁、隧道，而对于城市交通而言不适宜。

目前，中国正在大力建设高速公路，环形线圈车辆检测器必将在密集而又方便的高速公路网上发挥其越来越重要的监测作用。





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