智能交通微波雷達傳感器技術(shù)實時檢測信息,近年來,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,交通需求日益增加,城市交通擁堵、交通事故頻發(fā)、交通環(huán)境惡化已成為世界各國面臨的共同問題。此外,交通系統(tǒng)是一個復雜的綜合系統(tǒng),從道路或車輛的角度來看,交通問題將難以解決。
20世紀80年代末90年代初,智能交通系統(tǒng)(ITS=IntelligentTransportationSystem)在重要時刻誕生,許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家提出了自己的發(fā)展戰(zhàn)略,并試圖通過發(fā)展提出自己的發(fā)展戰(zhàn)略ITS驅(qū)動本國基于車輛、通信、電子、計算機、網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的經(jīng)濟發(fā)展。預計智能交通系統(tǒng)應用后,可有效提高交通效率,減少交通擁堵20%,減少延誤損失10~25%,減少車禍50~80%,減少油耗30%,減少廢氣排放。
ITS是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向,是先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)在整個地面交通管理系統(tǒng)中管理系統(tǒng)中,建立在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用,實時發(fā)揮作用、準確、高效的綜合交通管理體系。
實時交通信息是ITS基本的信息源之一,只有準確掌握各種道路的實時交通信息,才能有效實施和發(fā)揮交通誘導等交通誘導的作用ITS因此,交通信息的實時檢測技術(shù)是ITS技術(shù)的核心也是基本的技術(shù)之一。
1、交通信息實時檢測技術(shù)
道路交通信息監(jiān)測、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、隨著車聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的不斷發(fā)展,交通信息檢測的技術(shù)手段更加多樣化,收集的信息也更加豐富。目前,各種交通信息采集技術(shù)已應用于實踐中,如路面接觸式交通信息采集技術(shù)-線圈檢測技術(shù)、新開發(fā)的路面非接觸式交通信息采集技術(shù)-視頻檢測技術(shù)和雷達檢測技術(shù)。通過這些技術(shù)收集的交通信息主要包括每條車道的速度、車流量、車道占有率、車型、車頭時距等。
基于電磁感應原理,線圈檢測技術(shù)是一種埋在路面下的傳感器、通過一定工作電流的環(huán)形線圈。當汽車通過采集裝置時,會產(chǎn)生相應的壓力、隨著電場或磁場的變化,終采集裝置將這些力和場的變化轉(zhuǎn)化為所需的交通信息。經(jīng)過多年的發(fā)展,路面接觸式交通信息采集技術(shù)已經(jīng)非常成熟,測量精度高,易于掌握,在交通信息采集領(lǐng)域一直占據(jù)主導地位。
但這種路面接觸式交通采集裝置存在不可避免的缺點:安裝或維護需要暫時阻礙交通,安裝施工量大;切割軟化路面,容易損壞路面,尤其是橋梁、立交、嚴禁在高架路等路面切割施工場所使用環(huán)形線圈,否則會造成嚴重的安全隱患;使用效果和使用壽命受路面質(zhì)量和自然環(huán)境影響較大,環(huán)形感應線圈使用壽命一般只有2年;由于自身測量原理的限制,車流擁堵時車間距小于3m檢測精度大大降低,甚至無法正常檢測。
視頻檢測技術(shù)是利用車輛進入檢測區(qū)(虛擬線圈)導致背景灰度變化的原理進行車輛檢測,直觀可靠,安裝時無需損壞路面。但缺點是很難識別移動車輛。拍攝高速移動車輛時,需要有足夠快的快門(至少1/3000PX),足夠的像素和可靠的圖像算法。此外,受光度、氣候條件影響很大,需要鏡頭清洗等日常維護。
微波雷達傳感器雷達檢測技術(shù)是利用雷達電磁波返回時間或頻率的變化進行車輛檢測,安裝維護方便.使用壽命長,幾乎沒有光照、灰塵以及風、雨、霧、雪和其他天氣和氣候的影響。因此,與視頻檢測技術(shù)相比,雷達檢測技術(shù)作為新一代路面非接觸式交通信息采集技術(shù)具有更大的應用和發(fā)展前景。微波雷達傳感器雷達技術(shù)應用于交通信息采集的關(guān)鍵是解決微波(指波長為1mm~1m,頻率在300mhz~300ghz范圍內(nèi)的電磁波,是無線電波中的分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的總稱。)雷達回波信號提取車輛信息問題。簡單來說,就是利用雷達技術(shù)的測速和測距功能實現(xiàn)交通信息的實時檢測。
2、車速檢測
微波雷達傳感器雷達檢測技術(shù)基于微波多普勒(Doppler)效果。微波在傳播過程中遇到物體時會發(fā)生反射,反射波的頻率會因物體運動狀態(tài)的變化而變化。當物體固定時,反射波的頻率保持不變;當物體向波源附近移動時,微波反射波被壓縮,導致頻率增加;當物體向遠離波源的方向移動時,微波反射波被拉伸,導致頻率降低。這就是多普勒效應。基于多普勒效應原理,可以準確測量車輛的速度,技術(shù)成熟、價格相對較低、安裝維護簡單(無損壞路面和中斷交通,可安裝在橋梁、隧道等線圈難以安裝的路段)、易于推廣等特點。
3、車流檢測
采用調(diào)頻連續(xù)波(FMCW,具有一定頻率周期性線性連續(xù)波調(diào)制的微波)原理的雷達可以很好地實現(xiàn)距離檢測功能。基于這種測距功能,通過測量雷達與車輛之間的距離和角度,可以判斷車輛在哪條車道;為了判斷車道是否有車輛,可以通過雷達向各車道發(fā)射一系列連續(xù)調(diào)頻波,并接收各車道車輛反射的電磁波信號。由于沒有多普勒頻移,車道上車輛與雷達之間的距離不同,反射的電磁波與當前雷達發(fā)射的電磁波頻率也不同。雷達可以通過對中頻信號進行頻譜分析,判斷各車道對應頻率分量的強度,知道各車道是否有車輛,從而檢測區(qū)域內(nèi)的交通流量和車道是否擁堵。
4、其他交通信息參數(shù)檢測
除交通流量和速度外,其他主要交通信息參數(shù)是車型、車道占有率與前方之間的距離。由于可以測量多普勒頻率的持續(xù)時間,在獲得車輛速度的基礎(chǔ)上,利用速度和時間的乘積來計算車輛的長度,從而獲取車型信息,如長車、中長車、短車。通過檢測車輛進出檢測區(qū)域的時間,可以計算車道占有率和車頭距離。
但是,微波雷達傳感器設(shè)備的安裝位置不同,進出檢測區(qū)的準確性也不同。例如,由于不同的檢測靈敏度對應于不同的時刻,基于FMCW原理的側(cè)向安裝(頂部安裝)微波雷達只能通過建模完成車輛進出檢測區(qū)域的測量,給出平均速度,提供車型參考,其準確性取決于模型;正面安裝的微波雷達傳感器可以直接準確地測量。因此,對于只需要檢測車輛流量和大致了解車輛平均速度的應用場景,側(cè)向安裝(側(cè))微波雷達更合適;對于需要交通流量、實時速度、車型、在車頭時距等交通信息應用非常準確的情況下,需要使用正安裝(頂裝)的微波雷達。