1、公路交通技术 2012 年 2 月 第 1 期 Technology of Highway and TransportFeb 2012 No 1道路交通车辆检测技术及发展综述1，2 ， 1高敬红 杨宜民( 1 广东工业大学自动化学院，广州 510006; 2 暨南大学力学与土木工程系，广州 510632)摘 要: 基于对智能交通系统( ITS) 最基本要素交通信息采集技术的研究，以及对常用车辆检测器进行的分类、分析和研究，阐述固定型检测技术中较为典型的几种车辆检测器工作原理，分析各自的优势、不足和适用环境。 结合当今科技的发展趋势及 ITS 的发展需求，分析探讨道路交通车辆检测技术的发展方向和
2、交通信息融合技术。关键词: 智能交通; 车辆检测器; 发展方向文章编号: 1009 6477 ( 2012) 01 0116 04 中图分类号: U491 文献标识码: ASummarization of Techniques and Development of Detection for Road Traffic Vehicles1， 2 ， 1GAO Jinghong YANG YiminAbstract: Based on study on the most fundamental factor traffic information acquisition techniques of
3、 the intelligent traffic system ( ITS) and classification，analysis and investigation for common vehicle detectors， this paper expatiates working principles of a few typical vehicle detectors in stationary type detection techniques， analyzes their respective advantages， disadvantages and applicable e
4、nvironments In combination with development tendency of modern science and technology and request for development of ITS，the paper analyzes and probes into development direction of detection techniques in road traffic vehicles and fusion of traffic informationKey words: intelligent traffic; vehicle
5、detector; development direction近年来，随着我国交通运输事业的蓬勃发展，智能交通系统( ITS) 的研究和应用越来越得到重视，交通运输部于 2011 年 4 月颁布了公路水路交通运输信息化“十二五” 发展规划，提出“必须把推进交通运输信息化建设摆在十二五规划中的突出位置”。准确 、实时、完整的交通信息采集是 ITS 的基础，而车辆检测器则是对动态交通信息进行实时采集的基础设施。随着电子技术、通信技术和计算机技术的不断发展，车辆检测器也由过去比较单一的种类发展为采用不同技术手段，具有多类型、 多品种 、多系列的交通车辆参数检测器家族。 按信息采集方式的不， 1同 可
6、分为固定型检测技术和移动型检测技术 。固定型检测技术可分为磁频采集、 波频采集和视频2 ，采集 3 类 主要有感应线圈检测器、磁力检测器 、微波检测器、超声波检测器、红外线检测器和视频检测器等，目前我国道路监控系统中，使用最多的是感应线圈车辆检测器、视频车辆检测器和微波车辆检3测器 3 种 。移动型检测技术目前主要有浮动车法、 车辆识别法和探测车法等，运用的技术主要有基于 GPS 的定位采集技术、基于汽车牌照自动判别的采集技术、基于电子标签( Beacon) 的定位采集技术4和基于手机探测车的采集技术 。本文将主要介绍和分析道路交通监控系统中采用的固定型车辆检测技术，着重介绍最常用的 3 种车
7、辆检测器，并分析各自的优势、特点和适用环境。此外，还将分析、探讨交通信息融合技术，以及车辆检测技术的发展方向。1 磁频类车辆检测器磁频类车辆检测器是基于电磁感应原理的车辆检测器，主要有感应线圈检测器、磁性检测器和地磁检测器等，其中感应线圈检测器是目前使用最广泛的交通流量检测装置。1 1 感应线圈检测器( Inductive Loop Detector)5 感应线圈检测器是地埋型检测器，其传感器为收稿日期: 2011 10 18作者简介: 高敬红( 1968 ) ，女，重庆市人，在读研究生，工程师 2012 年 第 1 期 高敬红，等: 道路交通车辆检测技术及发展综述 117一组通有一定工作电流
8、的环形感应线圈。当车辆进 微波检测器、超声波检测器、红外线检测器，其中微入环形感应线圈所形成的磁场时，引起电路中调谐 波检测器应用最为广泛。电流的频率或相位变化，检测处理单元通过对频率 2 1 微波检测器 ( Microwave Traffic Detector) 7或相位变化的响应，得出一个检测到车辆的输出信 微波检测器是一种工作在微波频段的雷达探测号。感应线圈检测器可直接提供车辆出现 、车辆通 器，其向行驶的车辆发射调频微波，波束被行驶的车过、车辆计数及车道占有率等交通流信息 。调查 辆阻挡而发生反射，反射波通过多普勒效应使频率表明，用 2 m 2 m 的标准感应线圈对交通流量进 发生偏移
9、，根据这种频率的偏移可检测出有车辆通行检测，其精度可达到 98% 99% 。通常在同一 过，经过接收 、处理 、鉴频放大后输出一个检测信号，车道内埋设 2 个感应线圈，根据测定车辆通过前后 从而达到检测道路交通参数的目的。微波检测器是线圈的脉冲响应时间差，计算距离 / 时间就可测出 一种能检测车流量、速度、车道占有率和车型等交通车速。 流基本信息的非地埋式检测器，中心频率为 10 525感应线圈检测器应用广泛，一般道路均可设置， GHz，工作方式为主动型。主要应用在收费站、互通式立交前后 、隧道区段、城 微波检测器的安装不用破坏路面，可侧面安装市道路、停车场等场合。感应线圈检测器前期投入 在路
10、侧立柱上，称为侧视型安装 ; 也可正面安装在道较少、可靠性高，但维护、重新安装困难，需封闭车 路中间龙门架上，称为前视型安装。前视型是利用道、破坏路面，从长期来看运营成本较高 。 多普勒效应对每辆车的实时速度进行检测，每台设1 2 磁性检测器( Magnetic Detector) 6 备只能检测 1 条车道的信息 ; 侧视型安装检测的速磁性检测器是一种地埋型、主动式车辆检测器， 度是每辆车一段距离内的平均速度，每台设备可同其通过检测由于金属物体存在而造成的地磁场变化 时检测 4 10 个车道，安装维护成本低于正面安装，来检测车辆，传感器为埋在路面下，由高导磁材料为 但检测准确性低于前视型安装
11、。因此采用何种安装磁芯的通电线圈。当车辆靠近或通过检测区域时， 方式需根据具体的道路环境条件和对交通参数的要穿过线圈的磁场会发生变化，通过检测磁场的异常 求来综合确定，一般情况采用侧视安装方式。即可检测车辆信息。磁性检测器主要适用于感应线 微波检测器在国外应用较早，美国 、加拿大等国圈无法工作的地方，特别适合于金属结构如钢结构 家应用较为成熟，目前在我国也得到大范围应用，应桥梁的定点检测。 用效果良好，主要应用于高速公路 、城市快速路或 T1 3 地磁检测器( Magnetometer Detector) 6 型路口和桥梁的交通参数采集，特别适合车流量大 、地磁检测器是一种地埋型、被动式车辆检
12、测器 。 车辆行驶速度均匀的道路。微波检测器价格适中，通过检测由于车辆驶过检测区造成的地磁变化来检 安装 、维修 、移动方便，后期运营成本较低 。测车辆，传感器为由高导磁材料为芯、套有多圈密绕 2 2 超声波检测器( Ultrasonic Detector)线圈的磁性棒。地磁检测器简单可靠 、经济耐用，对 超声波车辆检测器也是利用反射回波原理制成大范围内的磁通变化反应灵敏，但它不能检测静止 的非地埋式检测器，其通过接收由超声波发生器发或低速的车辆，仅适合于只检测交通流量的场合，应 射后经车辆反射的超声回波而检测车辆信息，工作用范围较窄，通常作为其他交通检测器的辅助检测 方式为主动型。超声波检测
13、器的检测方法可分为 2器。 种: 传播时间差法和多普勒法。检测器悬挂在车道磁性检测器和地磁检测器也统称为磁场检测 上方，向车道下方发射超声波脉冲，当有车辆从下方器。数字处理技术的发展和应用，提高了磁场检测 通过时，回波从车顶反射缩短了回波路程，从而通器的探测能力，这将改变其在交通检测技术中的辅 过检测时间差来达到检测车辆的目的，这种方法被助地位。磁场检测器阵列可用于测量多车道的车辆 称为传播时间差法。另外，超声波检测器发射超声定位、车辆跟踪、车辆分类等。 波束射向驶近的车辆，接受的反射波信号就会呈现多普勒效应，也能检测出车辆的存在，这种方法被称2 波频车辆检测器 为多普勒法。波频车辆检测器是通
14、过检测车辆经过时能量波 超声波检测器在日本使用最为广泛，主要用作束的改变而获取检测信号的检测器，其有 2 种工作 交通信号控制系统的检测设备。方式: 主动型和被动型。按波束的物理性质划分有 : 2 3 红外线检测器( Infrared Ray Detector) 8 118 公 路 交 通 技 术 2012 年红外线车辆检测器也分为主动型和被动型，也是一种非地埋式检测器。 主动型红外检测器是利用激光二极管，发射低能红外线照射检测区域，并经车辆的反射或散射返回检测器，能检测如流量、车道占有率、 车速、 车辆长度和车辆排队长度及车辆分类等交通信息。被动型红外线检测器本身不发射红外线，而是通过接收来
15、自 2 个不同来源的红外线而检测车辆信息。2 个不同来源的红外线分别为检测范围内车辆、路面及其他物体自身发出的红外线和它们反射的来自太阳的红外线。2 种工作方式的差别主要在于所依据的红外线来源不同，主动型由检测器发射并接收，被动型由车辆发射，由检测器接收。红外线车辆检测器主要应用在公路收费系统，用于车辆计数、车辆分离和车型分类 。3 视频车辆检测器( Video Vehicle Detector)视频车辆检测技术是将视频图像处理和计算机图形识别技术相结合的新型数据采集技术，近年来发展迅速，代表了未来交通流信息检测领域的发展9 ，方向 。它是用视频摄像机作为传感器 在视频范围内设置虚拟线圈，即检
16、测区，车辆进入检测区时使背景灰度值发生变化，而产生检测信号，通过软件的分析和处理，得到交通量、平均车速 、占有率、排队长10度等交通参数 。还可以利用计算机视觉技术对车辆进行定位、 识别和追踪，并对检测对象的交通行为进行分析和判断，最终完成各种交通流数据的采集。视频车辆检测器广泛应用于高速公路和城市道路，目前主要应用在道路条件复杂的地段，如高速公路立交、 匝道 、隧道，城市道路的交叉路口等。随着视频图像处理和计算机图形识别技术的不断提高、应用领域的扩大以及硬件成本的降低，视频车辆检测器的总体造价随之下降，加之后期运营成本较低，其应用范围将不断扩大。综上所述，各类检测器各有优劣，磁频检测器大多为
17、地埋型，安装和维护须破坏路面; 波频、 视频检测器大多为悬空型，不用破坏路面，但在某些特定场合，如有景观要求或场地条件受限制，不宜采用过多的悬空型检测器，在实际应用中需仔细权衡，综合考虑。常用的 6 类检测器技术性能比较见表 1。表 1 6 类交通检测技术性能比较检测器类型 优点 缺陷 可检测参数安装过程对可靠性和寿命影响很技术成熟，安装容易，成本低，性价直接: 交通流量、占有率大; 安装或维修需中断交通; 影响感应线圈检测器 比高 ; 可测参数多，检测精度高，灵 间接: 车速、车队长度 、车身路面寿命; 易被重型车辆、路面修敏度可调 长度理等损坏安装方便，经济耐用 ; 可检测小型 不能检测静
18、止或低速的车辆; 容易直接: 交通流量、占有率地磁检测器 车辆，包括自行车 ; 适合于金属结 漏测紧跟车辆; 材料易老化，灵敏间接: 车速构如桥梁 度逐年降低道路具有铁质的分隔带时，或路侧在恶劣气候下性能出色，可全天候 直接: 交通流量、占有率、 车有障碍物时检测精度下降; 检测器微波检测器 工作; 可以侧向方式检测多车道; 速、多车道覆盖安装条件要求较高，侧向安装时需可检测静止的车辆 ; 直接检测速度 间接: 车队长度、车头时距要后置距离; 测速精度低检测精度不高，探头下方通过的非体积小，安装方便 ; 使用寿命长，可 直接: 交通流量、占有率超声波检测器 车辆也会产生反射波，可造成误移动，可
19、多车道检测 间接: 车速、车队长度检; 抗干扰能力差，易受环境影响直接: 交通流量、占有率、 车检测快速准确、轮廓清晰 ; 可以侧 性能随环境温度和气流影响而降速 、多车道覆盖 、车辆分型 、静红外线检测器 向方式检测多车道 ; 可检测静止车 低; 易受车辆本身热源的影响，抗止车辆辆 噪声能力不强，检测精度不高间接: 车队长度检测精度稳定性不高，易受整个系可为事故管理提供可视图像 ; 可提 直接: 交通流量、占有率、 车统软、 硬件的限制; 大型车辆遮挡供大量交通管理信息 ; 单台摄像机 速、多车道覆盖、车队长度、视频车辆检测器和处理器可检测多车道 ; 能进行交 随行的小型车辆积水反射或昼 车
20、头时距、车型、逆行、事件夜转换可造成检测误差; 图形处理通异常事件检测 报警计算量大，实时性差2012 年 第 1 期 高敬红，等: 道路交通车辆检测技术及发展综述 1194 发展趋势随着信息技术、数据通信技术 、控制技术和系统集成技术的不断发展，车辆检测技术将呈现如下 3 个发展方向:1) 提高传统车辆检测器的性能、 算法和传输方式，使之能适应不断提高的道路通行能力对车辆检测设备的要求。提高磁频检测器的可靠性和使用寿命，提高波频检测器的精度和抗干扰能力，提高视频检测器图像识别的实时性和准确性; 同时，整个检测系统总体精度的提高除了有赖于传感器精度的提高外，还取决于算法精度的提高; 检测数据的
21、传输方式从目前的有线传输向无线传输发展，从而实现全方位、 大范围的检测应用 。2) 运用交通信息融合技术，实现多种检测方式的组合应用。目前，我国绝大多数道路检测器的设置数量较少，设置位置也不尽合理，所得到的数据不能完全反映道路的实际情况，从而给控制和管理带来困难。交通控制系统在数据采集方面常常采用单一的车辆检测器来检测交通信息。如前所述，每一种车辆检测器都有其优势与不足，都会对某类信息敏感而对有的信息则可能误检或漏检，单个检测器具有其不确定性和局限性。 传统的固定型检测器只能进行点或断面的检测，不能全面反映整个道路的运行情况;移动型检测器仅具有“线检测 ”的特性，而 “点”“线”结合的检测方式
22、能使系统比单独使用“ 点” 或“ 线”8的检测方式获得更加充分的信息 。多检测技术和设备的信息融合，就是利用多个检测器在空间或时间上的冗余信息，依据某种准则，通过它们之间的协调和性能互补，来提高整个检测系统的有效性能，全面而准确地描述出被检测对象11的特性 。它可以进行同一地点、同一时刻多传感器的信息融合，同一地点、不同时刻单传感器的信息融合，不同地点、 不同时刻多传感器的信息融合以及参数间的信息融合。其优点为: 观测结果更可靠，系统可信度更高，数据采集更客观、更全面; 同时提高系统的抗干扰能力，进而提高检测效果; 在某些传感器失效的时候，系统可以继续工作，扩大了系统的时间和空间覆盖能力。3)
23、 基于视频交通信息采集技术的应用。近年来，随着计算机图像处理和智能识别技术的不断突破和完善，越来越多的新方法和数学工具被运用于这一领域，利用机器视觉检测器来进行车辆检测，已成为该领域的重要发展方向，可归纳为 3 大应用领域: 基于视觉的智能车辆导航、基于视觉的交通监控和基于视觉的交通管理。当前研究的热点有: 基于视频的交通事件检测系统和基于视频的车辆自动识别系统等。基于视频的交通信息采集技术正朝着智能化、网络化、集成化、实时性、 视觉检测立12体化等方向发展 。5 结束语随着科技的进步和交通需求的不断增长，新的车辆检测技术将不断出现，传统的车辆检测技术也会不断完善，而每一类车辆检测器都有其优势
24、与不足，适合在一定的道路条件和交通条件下使用，或只是对特定类型的交通事件具有很好的检测效果。因此在实际应用中还需对各类检测器进行全面分析，在综合考虑交通信息需求、 道路物理条件、 交通状况及气候条件的基础上，选择恰当的检测器，做到各类检测器合理搭配，并充分运用交通信息融合技术，从而得到全面、 可靠的交通信息，为交通控制和管理提供准确依据。参 考 文 献1 LawrenceAK lein Sensor Technologies andDataRequirements for ITS Z Boston London : ArrechHouse，20012 钱寒峰，林航飞 动态交通信息的分类和采集方
25、式分析J 黑龙江科技信息， 2007( 8) : 60 81 3 刘玉新 常用车辆检测器性能比较与应用前景分析J 公路交通科技: 应用技术版， 2007( 10) : 26 30 4 杨兆升 智能运输系统概论M 北京: 人民交通出版社，20095 EI Geneidy A M，AhrnedM，Bertini R L Toward validation of freeway loop detector speed measurements using Transit probe dataC7 th International IEEE Conference Proceedings on Inte
26、lligent Transportation Systems 20046 刘相莹 智能交通中的车辆检测技术及其发展J 科技信息: 学术研究，2007 ( 28) : 263 264 7 李文英 微波交通检测器介绍及应用方案J 公路交通科技: 应用技术版，2006 ( 11) : 47 498 彭春华，刘建业，刘岳峰，等 车辆检测传感器综述J 传感器与微系统， 2007，26( 6 ) : 4 119 张文溥 视频车辆检测技术及发展趋势J 中国人民公安大学学报: 自然科学版，2010，63( 1) : 91 9410 Kastrinake V，Zervakis M，Kalaitzakis K A survey of video processing techniques for traffic applicationsJImage and VisionComputing，2003( 21) : 359 38111 杨兆升 基础交通信息融合技术及其应用 M 北京:中国铁道出版社，2002 12 李文举 智能交通中图像处理技术应用的研究D 大连: 大连海事大学，2004
