馬勇平

0 引言

道路上車輛不斷增多，導(dǎo)致道路上經(jīng)常發(fā)生交通擁堵現(xiàn)象，交通擁堵很大程度上制約著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，交通擁堵問題是世界各國(guó)亟待解決的問題。由于城市對(duì)智能交通系統(tǒng)[1]的需求，車流量檢測(cè)技術(shù)在近些年發(fā)展迅速，出現(xiàn)了多種檢測(cè)方法。以下對(duì)車流量檢測(cè)技術(shù)及相關(guān)專利進(jìn)行分析。

1 車流量檢測(cè)的傳統(tǒng)技術(shù)

車流量檢測(cè)技術(shù)分為接觸式和非接觸式，傳統(tǒng)的車流量檢測(cè)技術(shù)主要有：空氣管道檢測(cè)、磁感應(yīng)檢測(cè)、波頻檢測(cè)、視頻檢測(cè)以及RFID 檢測(cè)。

1.1 空氣管道檢測(cè)

空氣管道檢測(cè)通過在待檢測(cè)路段固定安裝一條空心管道，空心管道的一端封閉，另一端連接計(jì)數(shù)器，當(dāng)車輛從空心管道上面經(jīng)過時(shí)車輪碾壓空心管道，由于管道內(nèi)存在空氣導(dǎo)致管道內(nèi)的空氣受擠壓觸動(dòng)計(jì)數(shù)器對(duì)車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車流量的檢測(cè)，其為一種接觸式的檢測(cè)方法。

1.2 磁感應(yīng)檢測(cè)

磁感應(yīng)檢測(cè)器分為線圈和磁阻傳感器兩種，它們均是通過檢測(cè)磁場(chǎng)變化檢測(cè)交通參數(shù)。

1.2.1 線圈傳感器檢測(cè)

環(huán)形金屬線圈檢測(cè)是將線圈埋設(shè)于路面下，車輛從線圈上面經(jīng)過時(shí)引起線圈磁場(chǎng)的變化，根據(jù)磁場(chǎng)的變化可計(jì)算出車流量、車速、占有率等交通參數(shù)。

上海寶信軟件股份有限公司于2006 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“車流量線圈檢測(cè)系統(tǒng)及其方法”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN1776767A），公開了安裝環(huán)形線圈檢測(cè)車輛信息，GPRS設(shè)備將車輛信息發(fā)送給流量檢測(cè)服務(wù)器，流量檢測(cè)服務(wù)器將車輛檢測(cè)信息發(fā)送給用戶從而使得用戶能夠了解道路車流量信息。

1.2.2 磁阻傳感器檢測(cè)

磁阻傳感器屬于電感式傳感器，車輛經(jīng)過磁阻傳感器時(shí)引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，導(dǎo)致線圈電感量變化，通過檢測(cè)線圈電感量變化可實(shí)現(xiàn)交通參數(shù)的測(cè)量。AMR磁阻傳感器是常用的磁阻傳感器，其能夠檢測(cè)車輛的存在及識(shí)別車型。

北京科技大學(xué)于2008 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“一種車型自動(dòng)識(shí)別和車流量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及其方法”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN101110161A），公開了采用磁阻傳感器檢測(cè)車輛靜止或者運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)地磁場(chǎng)的擾動(dòng)，對(duì)擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波以及A/D 轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)輸入信號(hào)處理單元進(jìn)行處理得到識(shí)別結(jié)果，進(jìn)而可檢測(cè)出車流量。

1.3 波頻檢測(cè)

波頻檢測(cè)是對(duì)車輛發(fā)射電磁波并接收車輛反射的回波信號(hào)的檢測(cè)方法，根據(jù)發(fā)射電磁波的不同分為雷達(dá)檢測(cè)、超聲波檢測(cè)和紅外線檢測(cè)等。

1.3.1 雷達(dá)檢測(cè)

雷達(dá)檢測(cè)是采用雷達(dá)天線發(fā)射出電磁波，電磁波遇到車輛反射回來，不同車道上車輛與雷達(dá)之間的距離不相同，因此反射回來的回波信號(hào)也不相同，雷達(dá)通過對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可確定各車道上是否有車輛。采用雷達(dá)檢測(cè)可獲得車流量、車速、占有率等交通參數(shù)。

西安大昱光電科技有限公司于2013 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“一種道路交通路口車流量獲取系統(tǒng)”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN103164956A），公開了采用微波雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波并接收由車輛反射的回波信號(hào)，中頻處理單元將通過混頻之后獲得的能夠反應(yīng)道路車輛狀況的中頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，DSP 處理器根據(jù)中頻處理單元傳輸?shù)男畔⒑蜁r(shí)鐘芯片定時(shí)記錄的數(shù)值計(jì)算出車流量、車速、占有率等交通參數(shù)。

1.3.2 超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)是通過超聲波發(fā)射設(shè)備發(fā)射超聲波，超聲波遇到車輛反射，超聲波接收器接收反射波，根據(jù)發(fā)射到接收的時(shí)間差以及回波信號(hào)的變化能夠獲得車輛與檢測(cè)器之間的距離以及車輛行駛的距離，處理模塊對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行處理獲得車流量、車速等交通參數(shù)。

武漢市路安電子科技有限公司于2009 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“超聲波固定式交通流量調(diào)查設(shè)備”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN101383095A），公開了超聲波探頭包括超聲波發(fā)射器和超聲波接收器，超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波，超聲波接收器接收反射回來的回波信號(hào)，超聲波檢測(cè)器接收超聲波探頭采集的車輛信息，獲得車輛類型、車速等交通參數(shù)，并將交通參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后臺(tái)數(shù)據(jù)中心。

1.3.3 紅外線檢測(cè)

紅外線檢測(cè)由紅外線發(fā)射器和紅外線接收器組成，紅外線發(fā)射器發(fā)射紅外線，當(dāng)有車輛通過時(shí)，紅外線遇到車輛被反射回來，紅外線接收器接收反射回來的信號(hào)，數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行處理得到檢測(cè)參數(shù)。

沈陽新一代信息技術(shù)有限公司于2012 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“一種利用紅外技術(shù)測(cè)量車流量和車速的裝置及方法”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN102842235A），公開了紅外傳感器將采集的信號(hào)上傳至PLC 控制器，PLC 控制器根據(jù)采集到的信號(hào)計(jì)算車流量和車速信息。

1.4 視頻檢測(cè)

視頻檢測(cè)通過攝像頭拍攝車輛，并通過圖像處理識(shí)別車輛，進(jìn)而獲得車流量和車速，視頻檢測(cè)可檢測(cè)車流量、車速、交通事件等交通信息參數(shù)。

昆明利普機(jī)器視覺工程有限公司于2003 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“基于視頻車輛光學(xué)特征識(shí)別匹配的交通流量檢測(cè)系統(tǒng)”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN1464487A），公開了通過攝像頭拍攝道路上行駛的車輛視頻，對(duì)車輛視頻進(jìn)行圖像處理識(shí)別出車輛的光學(xué)特征，進(jìn)而能夠計(jì)算出車流量、車速、密度、車速、逆行、超速等。

1.5 RFID 檢測(cè)

RFID 檢測(cè)采用射頻識(shí)別技術(shù)，在車輛上安裝RFID 標(biāo)簽，在待測(cè)路段安裝閱讀器識(shí)別車輛上安裝的RFID 標(biāo)簽，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，可得到實(shí)時(shí)的車流量。

福州大學(xué)于2012 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“基于無線射頻識(shí)別的道路車流量檢測(cè)方法與系統(tǒng)”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN102592458A），公開了在每輛車上設(shè)置無源車載RFID 標(biāo)簽，待檢測(cè)路段設(shè)置RFID 標(biāo)簽閱讀器，當(dāng)裝有無源車載RFID 標(biāo)簽的車輛處于閱讀器的讀取范圍內(nèi)時(shí)，RFID 標(biāo)簽閱讀器讀取標(biāo)簽信息，統(tǒng)計(jì)得到車流量信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器，用戶向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送查詢請(qǐng)求可獲得車流量信息，遠(yuǎn)程服務(wù)器還可將車流量信息發(fā)布到道路上的可變信息板。

2 車流量檢測(cè)的新技術(shù)

通過安裝各種檢測(cè)器檢測(cè)車流量在現(xiàn)今已廣泛采用，但各種檢測(cè)器各有優(yōu)缺點(diǎn)，如:空氣管道檢測(cè)獲取的信息比較單一且壽命短。磁感應(yīng)檢測(cè)準(zhǔn)確度較高，氣候和光照等外界條件不影響其檢測(cè)精度，但由于其埋設(shè)于路面下，需要破壞路面，車輛在其上面頻繁通過導(dǎo)致其使用壽命短。視頻檢測(cè)安裝簡(jiǎn)便，無須破壞路面，維護(hù)費(fèi)用低，但檢測(cè)精度受天氣條件影響大。超聲波檢測(cè)存在信號(hào)不穩(wěn)定，誤差較大，系統(tǒng)耐用性、可靠性差，檢測(cè)精度難于達(dá)到要求等問題[2]。不管采用哪種檢測(cè)器，都需要一定的成本。

目前有研究發(fā)明了不需要額外安裝檢測(cè)器，基于車輛位置信息進(jìn)行車流量檢測(cè)技術(shù)。中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司于2015 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“一種交通燈控制方法及裝置”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN106683447A）,公開了在車流量檢測(cè)中，通過車輛終端發(fā)送的位置信息計(jì)算得到車流量。魯捷于2017 年申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“一種智能紅綠燈”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)CN109872543A），公開了在車流量檢測(cè)中，預(yù)先將車輛與司機(jī)的手機(jī)綁定存儲(chǔ)，當(dāng)車道上出現(xiàn)手機(jī)的位置信息時(shí)，交通監(jiān)控中心視它為一輛車，這樣手機(jī)的位置就是車輛所在的位置，手機(jī)把本車的位置信息發(fā)送到交通監(jiān)控中心，交通監(jiān)控中心根據(jù)接收到的手機(jī)發(fā)出的位置信息確定車流量并進(jìn)一步確定路口交通燈的配時(shí)。

3 結(jié)論

車流量檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的研究方向之一，目前對(duì)車流量檢測(cè)技術(shù)的研究不斷深入，通過檢測(cè)車流量可以對(duì)路口的交通燈進(jìn)行智能配時(shí)避免交通擁堵提高通行效率，檢測(cè)車流量還可以獲得交通擁堵信息進(jìn)行路徑規(guī)劃、以及便于交警疏導(dǎo)交通，改善道路交通擁堵狀況。車流量檢測(cè)對(duì)城市道路建設(shè)、高速公路建設(shè)、隧道橋梁建設(shè)、智能交通的發(fā)展起著重要的作用。各種車流量檢測(cè)技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，基于車輛位置信息的車流量檢測(cè)由于不需要額外安裝檢測(cè)器已被納入研究方向，對(duì)于車流量檢測(cè)，如何實(shí)現(xiàn)成本低且檢測(cè)精度高是今后的研究重點(diǎn)。