摘 要：隨著城市交通的不斷發(fā)展，對(duì)智能交通系統(tǒng)的需求也日益增加。電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員的自覺(jué)性，增強(qiáng)安全意識(shí)，保證道路暢通?；趯?duì)電子警察系統(tǒng)的研究，報(bào)告了電子警察系統(tǒng)的現(xiàn)狀，介紹了電子警察系統(tǒng)的構(gòu)成和功能，詳細(xì)介紹了環(huán)型線(xiàn)圈檢測(cè)器的工作原理及其在電子警察系統(tǒng)中的應(yīng)用，說(shuō)明環(huán)型線(xiàn)圈檢測(cè)器的工作過(guò)程以及在工作過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，對(duì)電子警察系統(tǒng)的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

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關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng); 電子警察; 車(chē)輛檢測(cè)器; 環(huán)型線(xiàn)圈

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0118403

Application of Circle Loop Vehicle Detector in the System of Electronic Police

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MA Ying1，WANG Yu1，JIANG Kun1，ZHANG Zhiyuan2

(1.School of Information Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，430072，China，

2.Wuhan Skyhign Electronic System Engineering Corporation，Wuhan，430072，China)

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Abstract：With the development of urban transportation，the demand of Intelligent Transportation System (ITS) becomes high increasingly.With the use of electronic police，the driver′s self-conscious and safe conscious are improved，and the rode unclogged are guarantee.The compositions and the functions of the electronic police are introduced in the paper.The work principle circle loop detect which is used in the system of electronic police is vital introduced.The work process of the circle loop detect and what problems we should pay attention in the work process are also explained.There is a guiding significance to the electronic police.

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Keywords：intelligent transportation system;electronic police;vehicle detector;circle loop

1 引 言

隨著城市交通的迅速發(fā)展，道路機(jī)動(dòng)車(chē)流量急劇增加，使得交通管理面臨著新的挑戰(zhàn)。 由于一些駕駛員交通法律意識(shí)淡薄，為達(dá)目的闖紅燈行駛，特別是在無(wú)交通警察值守的夜間，問(wèn)題更為嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外對(duì)此問(wèn)題均很重視，積極開(kāi)發(fā)闖紅燈違章自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。闖紅燈違章自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(即電子警察系統(tǒng))安裝于城市交通路口，24小時(shí)全天候?qū)﹃J紅燈的機(jī)動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與抓拍，并對(duì)闖紅燈違法車(chē)輛進(jìn)行記錄。公安交通管理部門(mén)以抓拍的違章照片為依據(jù)，對(duì)違章者進(jìn)行處罰和教育，可以大大提高機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員的自覺(jué)性，增強(qiáng)安全意識(shí)，保證道路暢通。該系統(tǒng)的社會(huì)效益非常明顯，他所形成強(qiáng)大的威懾力，促使廣大駕駛員不敢隨意違法，從而既保障了交通安全，又減輕了民警的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在國(guó)外，智能交通系統(tǒng)的發(fā)展以美日歐為代表，有很好的發(fā)展勢(shì)頭。我國(guó)在電子警察系統(tǒng)實(shí)施方面，雖然較國(guó)外起步晚，但發(fā)展迅速。目前，無(wú)論在發(fā)達(dá)國(guó)家，還是在發(fā)展中國(guó)家，為了解決城市交通管理問(wèn)題，都在建設(shè)自己的電子警察系統(tǒng)^[1，2]。

2 電子警察系統(tǒng)構(gòu)成和功能

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

電子警察系統(tǒng)由指揮中心管理部分、通信網(wǎng)絡(luò)部分和路口控制部分3部分組成來(lái)實(shí)施，建立以指揮中心為核心，從路口到處罰中心為基礎(chǔ)，并以有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信相結(jié)合的立體網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換體系。

2.2 系統(tǒng)功能

(1) 指揮中心管理部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)路口設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和抓拍圖像、數(shù)據(jù)的處理，并充分考慮與現(xiàn)有電子警察管理軟件系統(tǒng)的接口兼容問(wèn)題；

(2) 通信網(wǎng)絡(luò)部分實(shí)現(xiàn)路口控制部分和指揮中心管理部分的數(shù)據(jù)和圖像信息的傳輸。如果目前不具備網(wǎng)絡(luò)傳輸條件，則可暫時(shí)使用活動(dòng)硬盤(pán)傳輸數(shù)據(jù)。

(3) 路口控制部分通過(guò)視頻攝像機(jī)抓拍機(jī)動(dòng)車(chē)輛違章闖紅燈的圖像信息，并將圖片信息傳送回中心管理部分。

3 系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 交通檢測(cè)器的分類(lèi)

車(chē)輛檢測(cè)器根據(jù)其工作原理可分為4類(lèi)^[3-7]：

機(jī)械壓電檢測(cè)器 機(jī)械壓電檢測(cè)器的優(yōu)勢(shì)在于他可以動(dòng)態(tài)稱(chēng)重，可以檢測(cè)到車(chē)輛對(duì)檢測(cè)器的機(jī)械作用。

磁頻檢測(cè)器 磁頻檢測(cè)器(如環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器)可以被動(dòng)地測(cè)量到車(chē)輛的磁場(chǎng)或磁性介質(zhì)的空間分布。

波頻檢測(cè)器 利用紅外線(xiàn)、超聲波或雷達(dá)波主動(dòng)探測(cè)車(chē)速或車(chē)的外形特征。

視頻檢測(cè)器 利用車(chē)輛的光學(xué)特性測(cè)量交通參數(shù)。

按基本功能可概括為兩大類(lèi)：一類(lèi)為檢測(cè)車(chē)輛存在的存在型檢測(cè)器；另一類(lèi)為檢測(cè)車(chē)輛通過(guò)的通過(guò)型檢測(cè)器。任何交通檢測(cè)器至少應(yīng)具有上述兩個(gè)基本功能之一。有些檢測(cè)器只能檢測(cè)靜態(tài)的存在或動(dòng)態(tài)的通過(guò)中的一種；有些則既能檢測(cè)靜態(tài)的存在，又能檢測(cè)動(dòng)態(tài)的通過(guò)，稱(chēng)為復(fù)合型檢測(cè)器^[8]。

3.2 環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器

環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器是傳統(tǒng)的交通流檢測(cè)器，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)設(shè)備。他的主要特點(diǎn)是工作穩(wěn)定、檢測(cè)精度高。他由3部分組成：埋設(shè)在路面下的環(huán)形線(xiàn)圈傳感器、信號(hào)檢測(cè)處理單元(包括檢測(cè)信號(hào)放大單元、數(shù)據(jù)處理單元和通信接口) 及饋線(xiàn)。

環(huán)型線(xiàn)圈檢測(cè)器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車(chē)輛檢測(cè)器，他的傳感器是一個(gè)埋在路面下，通有一定工作電流的環(huán)形線(xiàn)圈(一般為2 m×2 m)。在環(huán)型線(xiàn)圈檢測(cè)器電路中，環(huán)形線(xiàn)圈是此電路的電感元件，電容則決定于檢測(cè)單元中的電容器。當(dāng)電流通過(guò)環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)，在其周?chē)纬梢粋€(gè)電磁場(chǎng)，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)環(huán)形地埋線(xiàn)圈或停在環(huán)形地埋線(xiàn)圈上時(shí)，車(chē)輛自身鐵質(zhì)切割磁通線(xiàn)，將導(dǎo)致環(huán)形線(xiàn)圈回路電感量的變化，線(xiàn)圈電感量的變化，引起車(chē)輛檢測(cè)器的LC振蕩電路的振蕩頻率和相位相應(yīng)也發(fā)生變化。因此，檢測(cè)器通過(guò)檢測(cè)該電感變化量就可以檢測(cè)出車(chē)輛的存在。

因?yàn)殡姼辛康淖兓憩F(xiàn)為頻率的變化和相位的變化，所以，檢測(cè)這個(gè)電感變化量一般來(lái)說(shuō)有兩種方式：一種是利用相位鎖存器和鑒相器，對(duì)相位的變化進(jìn)行檢測(cè)，另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線(xiàn)圈構(gòu)成回路的渦合電路對(duì)其振蕩頻率進(jìn)行檢測(cè)。 

第一種方法是采用鎖相環(huán)技術(shù)和雙振蕩器方案^[7]，即采用兩個(gè)振蕩器結(jié)構(gòu)，主振蕩器作為基準(zhǔn)振蕩器，通過(guò)鎖相環(huán)技術(shù)提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，從而使振蕩器反應(yīng)車(chē)輛通過(guò)的信息。環(huán)形線(xiàn)圈通過(guò)饋線(xiàn)與檢測(cè)器的變壓器相連，在電路工作時(shí)，環(huán)形線(xiàn)圈周?chē)陀兄髡耦l率電流通過(guò)，并在環(huán)的周?chē)⒔蛔冸姶艌?chǎng)。在電路中還有一個(gè)由晶振產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定的參考信號(hào)，把主振蕩器的信號(hào)和參考信號(hào)一同送入鑒相器中，當(dāng)主振信號(hào)與參考信號(hào)的頻率不同時(shí)，鑒相器就會(huì)輸出控制電壓。因此，可以調(diào)整主振蕩器的工作頻率，使之逐步與參考信號(hào)的頻率相一致，最后完全鎖定在參考頻率上。當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)，由于環(huán)的電感量的變化，使主振蕩器的工作頻率就有了變化的趨勢(shì)，但在鎖相環(huán)的作用下，主振頻率仍然保持了與參考信號(hào)頻率一致。此時(shí)，鑒相器的輸出電壓發(fā)生了變化，并且使從振頻率也發(fā)生了變化。用單片機(jī)連續(xù)采集從振頻率的信號(hào)，并計(jì)算他的工作頻率，當(dāng)從振頻率的值大于一定的門(mén)檻值時(shí)，就可以判斷出有車(chē)輛經(jīng)過(guò)環(huán)形線(xiàn)圈。

第二種方法是對(duì)整個(gè)回路的振蕩頻率進(jìn)行檢測(cè)^[3，9]。

該檢測(cè)器的工作原理是檢測(cè)單元同環(huán)形線(xiàn)圈與饋線(xiàn)線(xiàn)路組成一個(gè)耦合電路，當(dāng)電流通過(guò)環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)，在其周?chē)纬梢粋€(gè)電磁場(chǎng)。在正常情況下，在機(jī)動(dòng)車(chē)輛沒(méi)處在環(huán)形地埋線(xiàn)圈所在位置的時(shí)候，耦合電路振蕩頻率保持恒定，單片機(jī)在單位時(shí)間段測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)基本保持不變，當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)環(huán)形地埋線(xiàn)圈所在位置時(shí)，在金屬車(chē)體中感應(yīng)出渦流電流，渦流電流又產(chǎn)生與環(huán)路相藕但方向相反的電磁場(chǎng)，即互感。由此導(dǎo)致渦合電路振蕩頻率的變化，使得單片機(jī)在單位時(shí)間段測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)也相應(yīng)變化，只要檢測(cè)到此變化的信號(hào)，就可檢測(cè)出是否有車(chē)輛通過(guò)。但是機(jī)動(dòng)車(chē)自身鐵質(zhì)是不均勻的，所以當(dāng)他經(jīng)過(guò)環(huán)形地埋線(xiàn)圈時(shí)單片機(jī)在單位時(shí)間段測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)又是變化的，因此軟件設(shè)計(jì)可采用閾值比較法^[10]。

4 環(huán)型線(xiàn)圈車(chē)輛檢測(cè)器在電子警察系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 闖紅燈抓拍工作原理

前面講了環(huán)型線(xiàn)圈車(chē)輛檢測(cè)器的工作原理，車(chē)輛(金屬物體)經(jīng)過(guò)埋設(shè)在路面的環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)，將導(dǎo)致環(huán)形線(xiàn)圈的磁通量的變化，磁通量的變化又導(dǎo)致線(xiàn)圈的電感值變化。電感值的變化，使得車(chē)輛檢測(cè)器的LC振蕩電路變化。車(chē)檢器通過(guò)精確檢測(cè)LC振蕩電路變化可以準(zhǔn)確判斷是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)。一旦檢測(cè)到車(chē)輛進(jìn)出線(xiàn)圈，車(chē)輛檢測(cè)器就會(huì)給控制器輸出相應(yīng)信號(hào)。 

控制器同時(shí)和車(chē)檢器、紅綠燈信號(hào)相連。紅綠燈信號(hào)通過(guò)光耦隔離轉(zhuǎn)換成5 V電平輸入?？刂破鲿r(shí)刻監(jiān)控車(chē)檢器給出的車(chē)輛進(jìn)出情況和紅綠燈信號(hào)的狀態(tài)，一旦有闖紅燈的車(chē)輛出現(xiàn)，控制器就會(huì)給工控機(jī)的并口輸出信號(hào)。

4.2 環(huán)型線(xiàn)圈車(chē)輛檢測(cè)器工作流程

(1) 無(wú)違法事件時(shí)，系統(tǒng)持續(xù)判斷是否有車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)區(qū)域并監(jiān)測(cè)信號(hào)燈狀態(tài)。

(2) 紅燈亮且有車(chē)輛通過(guò)時(shí)

① 車(chē)輛進(jìn)入線(xiàn)圈1，系統(tǒng)開(kāi)始監(jiān)控，如果在此紅燈周期內(nèi)，此車(chē)輛并未繼續(xù)前進(jìn)，只是停在線(xiàn)圈1上而并未離開(kāi)，則系統(tǒng)會(huì)判定車(chē)輛沒(méi)有違法； 

② 如果在此紅燈周期內(nèi)該車(chē)輛繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)車(chē)輛離開(kāi)線(xiàn)圈1車(chē)身壓在停車(chē)線(xiàn)上時(shí)，系統(tǒng)判定違法事件發(fā)生，發(fā)出控制指令拍攝第1張過(guò)程視頻照片。

③ 當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入線(xiàn)圈2時(shí)，拍攝第2張違法過(guò)程視頻照片，同時(shí)抓拍違法細(xì)節(jié)照片。系統(tǒng)記錄車(chē)輛離開(kāi)時(shí)刻，并啟動(dòng)違法過(guò)程錄像功能，將車(chē)輛越過(guò)停車(chē)線(xiàn)前2 s，后3 s總共5 s時(shí)間段內(nèi)的視頻流進(jìn)行數(shù)字壓縮，以錄像資料文件形式保存，可以動(dòng)態(tài)完整地再現(xiàn)車(chē)輛違法的全過(guò)程，進(jìn)一步減少爭(zhēng)議。

④ 車(chē)輛離開(kāi)線(xiàn)圈2時(shí)，攝像機(jī)抓拍第3張違法過(guò)程照片，從而形成完整的3張過(guò)程照片，包括車(chē)輛壓到停車(chē)線(xiàn)、離開(kāi)停車(chē)線(xiàn)、繼續(xù)前進(jìn)等3個(gè)不同位置的狀態(tài)。

至此，電子警察系統(tǒng)獲得了關(guān)于此次違法事件的所有圖像證據(jù)，包括了3張違法過(guò)程視頻照片，1張細(xì)節(jié)照片。

如果從相鄰方向左轉(zhuǎn)車(chē)輛和對(duì)向車(chē)輛觸發(fā)線(xiàn)圈，由于是先觸發(fā)線(xiàn)圈2再觸發(fā)線(xiàn)圈1，系統(tǒng)可以判斷不是違法車(chē)輛以避免誤拍。

4.3 工作過(guò)程中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題

(1) 當(dāng)兩個(gè)車(chē)道同時(shí)都有機(jī)動(dòng)車(chē)闖紅燈，前景攝像機(jī)要同時(shí)記錄兩個(gè)車(chē)道上機(jī)動(dòng)車(chē)的違法行為，利用多線(xiàn)程技術(shù)，按照觸發(fā)線(xiàn)圈時(shí)間的先后，建立不同的兩個(gè)線(xiàn)程。每個(gè)線(xiàn)程單獨(dú)控制全景攝像機(jī)完成視頻圖片的拍攝和違法過(guò)程的錄像。

(2) 特寫(xiě)攝像機(jī)的觸發(fā)拍攝方式：由于每臺(tái)特寫(xiě)攝像機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)車(chē)道，每個(gè)車(chē)道都有自己對(duì)應(yīng)的紅燈信號(hào)燈狀態(tài)，假設(shè)車(chē)道A對(duì)應(yīng)的紅燈信號(hào)燈紅燈亮?xí)r記為狀態(tài)1，其他則為0；機(jī)動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈1時(shí)，觸發(fā)狀態(tài)1，其他則為0；同理得到線(xiàn)圈2的狀態(tài)。下面用一個(gè)數(shù)字邏輯表(表1)來(lái)說(shuō)明^[11]。

表1 數(shù)字邏輯表示例

5 結(jié) 語(yǔ)

環(huán)形線(xiàn)圈車(chē)輛檢測(cè)器是目前國(guó)際上最通用、使用范圍最廣的車(chē)輛檢測(cè)器，他以技術(shù)成熟、易于掌握、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)成為最流行的車(chē)輛檢測(cè)器。環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器可測(cè)參數(shù)較多，其感應(yīng)靈敏度可調(diào)，使用的適應(yīng)性較大，安裝不太復(fù)雜，所以在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。他的缺點(diǎn)是線(xiàn)圈跟隨路面變形(沉降、裂縫、搓移等)，因此其使用效果及壽命受路面質(zhì)量的影響甚大，路面質(zhì)量較差時(shí)，一般壽命僅2 年。另外環(huán)境的變化和環(huán)形線(xiàn)圈的正常老化對(duì)檢測(cè)器的工作性有較大的影響，可使檢測(cè)器材諧振回路失諧而不能判斷車(chē)輛存在產(chǎn)生的頻率變化。因此，人工調(diào)諧的環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器要定期進(jìn)行手工調(diào)整，以便保持儀器的精度。

參 考 文 獻(xiàn)

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>