采用新型车辆检测器的交通事件检测方法

1　概述高速公路理想的特征应该是“安全、快速、舒适、方便”，然而，不断增长的交通需求、恶劣的天气、违章超速驾驶以及在国内目前普遍存在的车辆超限运输等问题，导致了高速公路的拥挤及偶发性交通事故的发生，影响了高速公路的通过能力，降低了交通效率及服务水平。交通事件自动检测与控制系统根据天气、交通流的实时数据及其变化，能有效地预告交通流的趋势，并根据预定的安全准则将交通流控制在一定的范围内，从而有效地减少偶发事故的发生，一旦有事故发生，也能及时检测出事故发生的地点，并立即组织救援及清障工作，及时缓解交通堵塞，提高通行效率。目前国内用于交通流及事件检测的车辆检测器主要有环形线圈检测器、单频微波雷达检测器、视频检测器、磁感应检测器等。各种不同的车辆检测器有各自不同的工作原理，也有各自适用的不同领域，性能指标也有较大的差异，而且随着检测技术的不断发展，应用需求的不断扩展，开发出了能进一步提高检测精度的新型车辆检测器，数字双雷达微波车辆检测器就是其中的一种，并已在高速公路领域得到实际应用。2检测器的选择交通事件检测是通过检测并分析交通流的异常扰动实现的。交通流异常的判断是基于交通量、车流速度及道路占有率等现场实时数据的采集，数据的采集通过现场安装的传感器实现，同时考虑自动系统对事件的反应时间，主要解决传感器的选择、传感器的安装方式、交通事件检测算法等三个方面的问题。对交通事件各参数进行度量的基础是安装在现场的检测器，目前国内高速公路应用最为广泛的检测器是感应式环形线圈检测器。感应环检测器安装在行车道的浅表面，只要正确安装并能得到很好的维护，感应环检测器可以提供很精确的实时数据。新开发出来的检测器如视频检测器、微波检测器等可以提供更多交通数据的测量，如密度(车辆数据/车道公里)，旅行时间、车辆转弯运动等。这些先进的检测器提供更精确的数据和参数，这些数据和参数是以前的检测设备不能直-40-采用新型车辆检测器的交通事件检测方法采用新型车辆检测器的交通事件检测方法杨登松（江苏宁沪高速公路股份有限公司210049）摘要：介绍了常用车辆检测器的性能，重点介绍了双雷达微波检测器的工作原理，探讨了车辆检测器的安装间距对事件检测精度的影响，简要介绍了事件检测算法的选择原则。关键词：交通事件检测器检测算法作者简介：杨登松，男，工程师，主要从事高速公路建设管理工作。接得到的。另外，许多先进的检测器可以在不影响交通的前提下安装与维护。检测器的选择取决于很多因素，如应用环境，要求的各类数据，精度，监测的车道数，每车道检测区域的数量，检测器采购和维护的费用，售后服务及与现有及将来交通管理基础设备的兼容等。-41-江苏交通工程2011年第3期（总第146期）技术优点缺点超声波检测器体积小，易于安装性能随环境温度和气流影响而降低多谱勒微波检测器*在恶劣气候下性能出色*直接检测速度*不能检测静止或低速行驶的车辆*以向前方式用定向天线跟踪单车道微波实物检测器*在恶劣气候下性能出色*可检测静止的车辆*可以侧向方式检测多车道*直接检测速度可见光视频检测器*可为事故管理提供可视图像*可提供大量交通管理信息*单台摄像机和处理器可检测多车道*大型车辆能遮挡随行的小型车辆*阴影﹑积水反射或昼夜转换可造成检测误差红外线视频检测器*昼夜可采用同一算法而解决昼夜转换的问题*可提供大量交通管理信息*可能需要很好的红外线焦平面检测器，也就是要用提高功率，降低可靠性来实现高灵敏度声学检测*根据特定车辆的声学特征识别该车辆为识别车辆需将接收信号进行大量的除去背景静噪声的处理磁力计检测*可检测小型车辆，包括自行车*适合在不便安装线圈场合采用*很难分辨纵向过于靠近的车辆感应线圈检测*线圈电子放大器已标准化*技术成熟、易于掌握*计数非常精确*安装过程对可靠性和寿命影响很大*修理或安装需中断交通*影响路面寿命*易被重型车辆、路面修理等损坏表1为美国交通部委托休斯测试中心对各类检测器进行检测后所作的性能评估报告,由表1可以看出，微波检测器和可见视频检测器适合各种不同场合的应用，而且这两类检测器都是侧向或前向安装，不需要地埋，车辆对地面的损坏不会影响到检测器的可靠性，而且检测器的维护、维修不会影响正常的交通运营。视频检测器有直观、实时的优点，在雨、雾、风、尘、雪及夜间交通期间，检测性能严重下降，而此类期间恰恰是交通事件频繁发生的时段，实际应用中，就结合路段的特点，考虑气候环境条件、交通流及安装位置等因素，利用视频检测器与微波检测器各自的优点，采用视频检测与微波检测相结合的方案，实现交通事件的检测。而微波车辆检测器有模拟波束车检器、数字单雷达波车检器、数字双雷达波车检器等，本文介绍测量精度更高、更可靠的数字双雷达波车检器及其应用。3数字双雷达波微波车辆检测器数字双雷达波微波车辆检测器内设两个发射雷达和一个接收雷达,在检测断面上,有两个雷达波速对检测区域内的车道进行全覆盖，原理如图1所示，它内部设有两个数字雷达，在检测路面上投映两个微波带，每当车辆经过时，经过检测区域内的车辆会两次反射微波信号,它会根据车辆通过两个雷达的时间精确地计算出每辆车的速度，判断出车辆的形状，通过算法软件可以计算出车道占有率、断面流量等其它交通数据。雷达工作频率为24.125GHz，雷达发射信号的频率高达1MHz，以120km/h行驶的小汽车（假设为5m长），1s内针对每个雷达波速有10万个反射信号，接收信号的频移达2678Hz（因车辆运动，反射的雷达频率与发射的雷达频率不一样，两者的差=VF/C，式中V为车辆的速度，F为雷达波表1常见交通检测技术性能比较-42-采用新型车辆检测器的交通事件检测方法的频率，C为光速。车辆速度越大、雷达工作频率越高，频移就越大，计算出的车辆速度精度就越高）。除被大车完全遮挡的极端情况外，通过对反射的微波信号进行数据处理，并比较两个微波雷达通道的反射信号，就能精确得到车辆的速度、车型等相关数据。采用数字双雷达系统，彻底解决了现有市场上微波车检器不能精确检测每辆车的速度、车长、类型等问题，而且数字双雷达微波车辆检测器有与线圈检测器相媲美的检测精度，是目前真正能取代线圈检测器的唯一微波车检器，适用于高速公路、城市道路、桥梁等全天候的交通检测。双雷达微波车辆检测器安装在路侧的灯杆上或专门的立柱上，微波可以跨越中央隔离带的防眩板、树丛及隔离护栏等障碍检测到部分被遮挡的车辆，而且只需要1.8m的侧移量（立柱的位置到检测车道边缘线的距离)，路侧安装的一台微波车辆检测器可以检测双向10个车道的交通数据，包括车流量、单车速度、平均速度、车型分类、车道占有率等。图2为路侧安装的微波检测器检测断面示意图。双雷达微波车辆检测器支持许多不同类型的图1双雷达微波车辆检测器工作原理图数据通讯方式：内置有RS-485和RS-232端口，支持9600——921.6KBPS（千字节/秒）的数据传输速率。还可以通过内置调制解调器、电话线接口、专用以太网接口等连接方式集成到网络系统。双雷达微波车辆检测器具有自动调校功能，甚至可以通过管理软件远程自动调校，解决了目前微波检测器调试难的问题。单一车道车流量测量精度大于95%，断面总流量测量精度大于98%，单车车速、平均车速（10～250km/h）测量精度大于97%，车道占有率精度误差小于±5%，精确的测量能力为交通事件的检测提供了必要的数据基础。图2路侧安装的微波检测器检测断面示意图-43-江苏交通工程2011年第3期（总第146期）4检测器的布置依靠密集布设的车辆检测器，通过分析比较各断面车辆检测器检测的实时数据，可自动分析判别偶发性交通事件的发生。同时，通过视频监控系统对交通事件进一步确认，以便判断异常情况发生的类型、严重度，及时采取必要的、适当的措施。这种方案可使事件反应时间大为减少，从而使得道路管理者更有效地采取措施，减轻事故危害度，减少人员及财产损失。交通事件的检测时间是车辆检测器布设间距设置的一个重要参数，目前国内对这方面的研究较少，而国外尤其是美国、加拿大在交通事件自动检测方面则有着丰富的经验，图3是由加拿大交通部在本国多处路段实施交通事件自动检测的基础上得出的结论，图中给出了事件检测时间、交通量、通行能力、检测器设置间距之间的关系图。从图3我们可以看出,系统的反应时间与检测器间距成正比,即检测器间距越大,系统的反应时间越长；系统的反应时间与交通量也成正比,即交通量越大,系统的反应时间越长。考虑系统的反应时间不大于2min,在满足交通量小于1200辆/h/车道的情况下,在图3中检测器间距550m和检测器间距400m两条曲线之间进行内插，可以确定检测器间距为500m。5检测算法的初步考虑常用的交通事件检测算法有加利福尼亚算法、McMaster算法、标准正态偏差(SND)法等。加利福尼亚算法最初用于洛杉矶高速公路。事件检出率超过90%，全天误报率约为32%，非高峰期误报率约为19%，80%以上事件在4min钟之内被检测到。但该算法的缺陷是不能判断事件的性质，且误报率较高。McMaster算法由加拿大McMaster大学土木工程系在高速公路交通状态突变理论模型基础上开发出来的，该算法不仅能识别拥挤，而且能确定拥挤类型（常发性拥挤或偶发性拥挤）。标准正态偏差(SND)法用时刻t前n个采样交通变量值(交通量或占有率)的算术平均值来预测时刻t的交通变量值，用标准正态偏差来度量交通变量相对于以前的时间间隔中检测到的平均趋势的改变程度，当它超过门限值时，则认为发生事件。标准正态偏差(SND)法预测方法简单，但误差较大。对事件检测算法优劣的比较通常用检测率、误报率及平均检测时间等指标来衡量，理想的检测算法应该有较高的检测率、较低的误报率，并且检测时间尽可能短，但实际上高的检测量必然伴随着较高的误报率，因此在选择检测算法时，需要对这几个参数进行权衡，目前尚没有一种检测算法能适应所有交通量，因此需要根据交通流的预测确定系统检测目标，并根据不同的交通状况选择不同的检测算法或采用算法组合。6小结交通事件自动检测的依据是检测器的检测数据，选择精度高、可靠性高的车辆检测设备是确保交通事件检测准确性的基本条件，随着科学技术的不断发展，微波车辆检测器、视频车辆检测器、线圈车辆检测器以及不同制式检测器的技术集成（如微波检测技术与视频检测技术的集成）等新技术也在不断地发展，事件检测算法也在不断地改进，实际工程项目中，应结合工程的地域特征、交通流特征，选择合适的车辆检测器及检测算法，才能保证系统发挥出最佳效果。图3检测时间、交通量及检测器间距关系图