專利名稱：具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于能在公路上實(shí)時(shí)地測量正在行駛的車輛的車長、車高、車速和車 型的技術(shù)，特別是一種具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測器。 背景技術(shù)：
隨著改革開放的不斷深入，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使與之相適應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資力度越 來越大，交通需求的急速發(fā)展，導(dǎo)致交通擁擠、環(huán)境污染、事故增多等問題日益嚴(yán)重。 交通流檢測器是通過數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)控等方式，在道路上實(shí)時(shí)地檢測交通量、車輛 速度、車流密度和時(shí)空占有率等各種交通參數(shù)，這些智能交通系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的參數(shù)， 是道路狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控、出行者動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。檢測器檢測到的數(shù) 據(jù)，通過通信系統(tǒng)傳送到本地控制器或是直接上傳至監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，作為監(jiān)控中心 分析、判斷、發(fā)出信息和提出控制方案的主要依據(jù)。所以，交通流檢測器及其檢測技 術(shù)水平的高低直接影響到道路交通信息系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的工作效率以及整體運(yùn)行和管 理水平?，F(xiàn)行的檢測器種類有很多，包括磁感應(yīng)檢測器、波頻車輛檢測器紅外檢測器、超 聲波檢測器及視頻檢測器等。磁感應(yīng)檢測器分線圈和磁阻傳感器兩種。線圈檢測器是傳統(tǒng)的交通流檢測器，是 目前世界上用量最大的一種檢測設(shè)備。車輛通過埋設(shè)在路面下的環(huán)形線圈，引起線圈 磁場的變化，檢測器據(jù)此計(jì)算出車輛的流量、速度、時(shí)間占有率和長度等交通參數(shù)。 但線圈在安裝或維護(hù)時(shí)必須直接埋入車道，這樣交通會(huì)暫時(shí)受到阻礙；而且埋置線圈 的切縫軟化了路面，容易使路面受損，尤其是在有信號(hào)控制的十字路口，由于車輛啟 動(dòng)或者制動(dòng)時(shí)對損壞程度更加嚴(yán)重；再者感應(yīng)線圈易受到冰凍、路基下沉、鹽堿等自 然環(huán)境的影響，壽命一般不超過兩年；最后感應(yīng)線圈由于自身的測量原理所限制，當(dāng) 車流擁堵，車間距小于3m的時(shí)候，其檢測精度大幅降低，甚至無法正常檢測，因此， 近年來有被其他檢測器逐步取代的趨勢。磁阻傳感器利用AMR磁阻效應(yīng)，根據(jù)一些鐵磁物體對地磁的擾動(dòng)，來檢測車輛的 存在，也可以根據(jù)不同車輛對地磁產(chǎn)生的擾動(dòng)不同來識(shí)別車輛類型。安裝、維修方便， 不必封閉車道、不破壞路面。但對于縱向過于靠近的車輛的干擾排除能力較差，即當(dāng) 車流速度較低，前后車輛之間的距離較小時(shí)對測量精度影響較大。波頻車輛檢測器是以微波、超聲波和紅外線等對車輛發(fā)射電磁波產(chǎn)生感應(yīng)的檢測器。交通微波傳感器是一種價(jià)格低、性能優(yōu)越的交通流檢測器， 一臺(tái)RTMS側(cè)掛可同 時(shí)檢測8個(gè)車道的車流量、道路占用率、平均車速和長車流量，且安裝簡便。其車流 量的檢測精度在車流穩(wěn)定，車速分布均勻的道路上比較準(zhǔn)確，但是在車流擁堵以及大 型車較多的路段，由于遮擋，測量精度會(huì)受到比較大的影響。車速測量在車型單一的 區(qū)域準(zhǔn)確度較高，但是在車型分布不均勻的道路上有比較大的誤差。另外側(cè)掛微波檢 測器要求距離最近的車道有3m的空間，因此，在橋梁、立交、高架路的安裝會(huì)受到限 制。雖然微波監(jiān)測器也可正掛，此時(shí)流量檢測以及車速檢測都有很高的精度，但-一套 設(shè)備只能檢測一條車道，價(jià)格昂貴。紅外檢測器是頂置式或路側(cè)式的交通流檢測器， 一般采用反射式檢測技術(shù)，具有 快速準(zhǔn)確、輪廓清晰的檢測能力，但工作現(xiàn)場的灰塵、冰霧會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。超聲波檢測器是根據(jù)聲波的傳播和反射原理，通過對發(fā)射波和反射波的時(shí)差測量 實(shí)現(xiàn)位移測量的設(shè)備。聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，由此可根據(jù)反射波和發(fā)射 波的時(shí)差計(jì)算出反射物距探頭的距離。當(dāng)有車輛通過時(shí)，由于車輛本身的高度，使探 頭接收到反射波的時(shí)間縮短，就表明有車輛通過或存在。由于超聲波傳感器頂置于車 道上方，因此不存在檢測時(shí)受遮擋的問題，同時(shí)車間距很小時(shí)也能準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，解決了 車輛擁堵時(shí)準(zhǔn)確檢測的問題。但車速的測量是根據(jù)車輛先后到達(dá)已知距離的兩個(gè)傳感 器的時(shí)間差計(jì)算所得，因?yàn)槌暤臏y量頻率較小，所以測量精度不高。因?yàn)闇y量頻率 不高，和速度的精度不高導(dǎo)致的車長的測量精度也不高，所以雖然具有車型識(shí)別的能 力但精度不高。交通視頻技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)視頻技術(shù)檢測交通信息，通過視頻攝象機(jī)和計(jì)算機(jī)模 仿人眼的功能。其在視頻范圍內(nèi)劃定虛擬線圈，車輛進(jìn)入檢測區(qū)域使背景灰度發(fā)生變 化，從而感知車輛的存在，并以此檢測車輛的流量和速度。有著直觀可靠，安裝維護(hù) 方便，檢測范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但攝像機(jī)視角的選擇變得十分關(guān)鍵，安裝高度不夠會(huì)導(dǎo)致 視角變小，車輛之間的遮擋會(huì)影響測量；安裝高度過高會(huì)使得安裝難度增加，支架的
擺動(dòng)幅度變大，在有風(fēng)的天氣或者橋梁振動(dòng)的情況下使測量精確度受到較大影響；受 能見度以及采光度的影響較大；對雨天、霧天、積水、有陰影的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生更大影響。 此類檢測器的最大問題是氣候適應(yīng)性差，溫度適應(yīng)性差，可靠性差，測量精度差。 三實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠?qū)崟r(shí)檢測車速、車流量、車高、車長等交通 參數(shù)，并具備車型識(shí)別能力的具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測器O實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為 一種具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲 波雙頻交通參數(shù)檢測器，由毫米波測速單元、超聲波測高單元、數(shù)據(jù)處理單元、存儲(chǔ) 單元和通信單元組成，該毫米波測速單元、超聲波測高單元分別與數(shù)據(jù)處理單元和存 儲(chǔ)單元連接，該數(shù)據(jù)處理單元、存儲(chǔ)單元和通信單元依次連接；所述的毫米波測速單 元測量得到車輛的速度v和多普勒信號(hào)的持續(xù)時(shí)間^ ;超聲波測高單元得到車輛的高度 曲線V.A;數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)車輛速度v、多普勒信號(hào)的持續(xù)時(shí)間/,、車輛的高度曲 線V.力"和預(yù)設(shè)參數(shù)得到車輛的車速、車流量、車高、車長和車型和交通流量信息；存 儲(chǔ)單元存儲(chǔ)處理程序、預(yù)設(shè)參數(shù)、交通流量、車輛參數(shù)信息，并具有能保存一定時(shí)間 段內(nèi)所有交通信息的數(shù)據(jù)庫；通訊單元提供串口通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊、超限報(bào)警信號(hào)和分 類計(jì)數(shù)信號(hào)，根據(jù)外部需求，提供實(shí)時(shí)車輛數(shù)據(jù)的傳輸和歷史數(shù)據(jù)的査詢。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為(1)具有很強(qiáng)的分道能力，使用方 便，可以廣泛架設(shè)在市內(nèi)街道交通、公路和高速公路上。街道、公路和高速公路上的 眾多的指示牌、指示等、隧道、橋梁為該設(shè)備的架設(shè)提供了方便。(2)利用毫米波的 多普勒效應(yīng)，測量得到精確的車速度和車流量，解決了現(xiàn)有的單純利用超聲波的檢測 器在測速上的不精確問題。(3)利用超聲米波測距，在得到車流量的同時(shí)，測量得到 精確的車高曲線，解決了現(xiàn)有的單純利用毫米波多普勒的檢測器測量得不到車高的缺 陷。(4)利用毫米波和超聲波的全天候能力，解決了現(xiàn)有的紅外和視頻交通參數(shù)檢測 器對環(huán)境適應(yīng)差的缺陷。(5)利用毫米波和超聲波得到的車速、持續(xù)時(shí)間、得到車長， 解決了現(xiàn)有的交通檢測器得不到車長的缺陷；利 干擾嚴(yán)重的缺陷。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的毫米波測速單元構(gòu)成框圖。圖3是本實(shí)用新型的超聲波測高單元構(gòu)成框圖。圖4是本實(shí)用新型應(yīng)用的的工況示意圖。 五具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1，本實(shí)用新型具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測器， 由毫米波測速單元l、超聲波測高單元2、數(shù)據(jù)處理單元3、存儲(chǔ)單元4和通信單元5 組成，該毫米波測速單元l、超聲波測高單元2分別與數(shù)據(jù)處理單元3和存儲(chǔ)單元4 連接，該數(shù)據(jù)處理單元3、存儲(chǔ)單元4和通信單元5依次連接；所述的毫米波測速單元 l測量得到車輛的速度v和多普勒信號(hào)的持續(xù)時(shí)間^超聲波測高單元2得到車輛的高 度曲線V.力"；數(shù)據(jù)處理單元3根據(jù)車輛速度v、多普勒信號(hào)的持續(xù)時(shí)間/,、車輛的高 度曲線/V.力"和預(yù)設(shè)參數(shù)得到車輛的車速、車流量、車高、車長和車型和交通流量信息； 存儲(chǔ)單元4存儲(chǔ)處理程序、預(yù)設(shè)參數(shù)、交通流量、車輛參數(shù)信息，并具有能保存一定 時(shí)間段內(nèi)所有交通信息的數(shù)據(jù)庫；通訊單元5提供串口通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊、超限報(bào)警信 號(hào)和分類計(jì)數(shù)信號(hào)，根據(jù)外部需求，提供實(shí)時(shí)車輛數(shù)據(jù)的傳輸和歷史數(shù)據(jù)的査詢。工作前，本實(shí)用新型具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測器6 采取頂架8的方式(架設(shè)在車道10上方的橋梁、隧道、指示牌等的下方)，每車道架設(shè) 一個(gè)，測定好離地距離H和毫米波測速單元1的雷達(dá)波束與地面(公路9)夾角為a， 通過通信單元5的串口或者網(wǎng)口傳輸?shù)奖緦?shí)用新型檢測器6中，并預(yù)先設(shè)置好高超長 報(bào)警、超速報(bào)警、超高報(bào)警的門限。工作時(shí)，毫米波測速單元1采用連續(xù)波，利用運(yùn) 動(dòng)目標(biāo)的多普勒效應(yīng)，根據(jù)預(yù)設(shè)的離地距離H和毫米波測速單元1的雷達(dá)波束與地面 夾角為a，來測定車輛7的速度v和多普勒持續(xù)時(shí)間Z,，得到車長s，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元 4的雙端口RAM中；超聲波測高單元2根據(jù)預(yù)設(shè)的離地距離H，得到對每一輛車7的 車高曲線，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元4的雙端口RAM中；數(shù)據(jù)處理單元3從存儲(chǔ)單元4的雙端
口RAM中讀取車速v、車長^和車高曲線4..力 ，根據(jù)預(yù)設(shè)的車型模糊函數(shù)A，計(jì)算得 到車輛的準(zhǔn)確車型，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的報(bào)警門限，確定報(bào)警信號(hào)的狀態(tài)。毫米波測速單元1包括天線、固態(tài)的微波組件、具有自動(dòng)增益控制的接收機(jī)、全 數(shù)字可編程的DSP信號(hào)處理機(jī)和雙端口 RAM接口等部分組成。固態(tài)的微波組件包括 高穩(wěn)定振蕩源、環(huán)流器和混頻器等。數(shù)字信號(hào)處理由AD變換器、CPLD和DSP等器 件組成。雷達(dá)發(fā)射的微波經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射由雷達(dá)天線接收，回波信號(hào)經(jīng)接收機(jī)放大后， 由AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入信號(hào)處理機(jī)。信號(hào)處理機(jī)完成信號(hào)濾波、譜分析和恒虛警 處理等運(yùn)算后估計(jì)出車速和持續(xù)時(shí)間。信號(hào)處理是以TI公司的TMS320VC33浮點(diǎn)DSP 為平臺(tái)。其功能包括自動(dòng)增益控制(AGC)信號(hào)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換以及通過雙端口 RAM與外部進(jìn)行通信，如圖3所示。首先用運(yùn)放進(jìn)行20dB的放大(TLC2272)，然后 進(jìn)行自動(dòng)增益控制(MCP6S21)，以保證AD變換前的信號(hào)幅度基本恒定，接著進(jìn)行 AD變換前的抗混疊濾波(MCP6002);之后進(jìn)行12bit模數(shù)變換(ADS7816)，變換后 的數(shù)據(jù)通過CPLD串并轉(zhuǎn)換，經(jīng)中斷送入DSP (TMS320VC33)進(jìn)行FFT變換和恒虛 警處理，最后經(jīng)雙端口RAM接口將車速v和車長送至存儲(chǔ)單元。毫米波測速單元1利用連續(xù)波，采用多普勒效應(yīng)，利用預(yù)設(shè)的離地面高度為H和 雷達(dá)波束與地面夾角為a計(jì)算車速v:其中A為波長，力為毫米波測速單元精確估計(jì)出來的多卜勒頻率。毫米波測速單元1檢測多卜勒信號(hào)存在的時(shí)間長度來計(jì)算車輛的長度。設(shè)多卜勒 信號(hào)持續(xù)時(shí)間為q，雷達(dá)波束在車道上照射區(qū)域長度為丄，則車輛的車身長度s為 = v ",—丄 (2) 超聲波測高測時(shí)單元2由超聲發(fā)射電路、超聲波接收電路、中心控制處理器、通 信傳輸電路組成。中心控制處理器用于產(chǎn)生振蕩信號(hào)、各種控制信號(hào)、以及數(shù)學(xué)運(yùn)算 等，超聲波發(fā)射電路受中心處理器的控制，并將其信號(hào)放大，以產(chǎn)生幾百伏的高壓以 驅(qū)動(dòng)壓電傳感器，通過壓電傳感器將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，在空氣中傳播出去，超聲波 接收電路將超聲傳感器所接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，送到中心處理器
產(chǎn)生中斷信號(hào)，中心處理器在接收到中斷信號(hào)后就進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出距離地面的高度 數(shù)據(jù)。其組成框圖如下圖4所示。中心處理器由ATF89C51單片機(jī)組成，發(fā)射電路由三極管、電感線圈等組成，接 收電路由高精度運(yùn)算放大器、帶通濾波器、比較器等組成，超聲傳感器由壓電型晶體 組成。超聲波測高單元2利用飛行時(shí)間法測量車輛的高度曲線。超聲波從傳感器發(fā)出， 經(jīng)空氣傳播到車子的頂部，并經(jīng)車子的頂部反射后又傳到傳感器。車輛的高度A為(3)2其中C為空氣中的聲速，T為傳感器自發(fā)射脈沖到接收脈沖的時(shí)間，C為聲波在 空氣中的傳播速度。對同一輛車會(huì)進(jìn)行多次測量，從而得到多個(gè)高度值V.力"，它們構(gòu) 成了車高曲線。數(shù)據(jù)處理單元3以ARM2410為處理器，其通過雙端口 RAM讀取毫米波測速單元 和超聲波測高單元得到的車速、車高、車時(shí)等數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的車型模糊函數(shù)l計(jì) 算得到車輛的準(zhǔn)確車型，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的報(bào)警門限，設(shè)置報(bào)警信號(hào)的狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理單元3通過預(yù)設(shè)的車型模糊函數(shù)"它是車高曲線/v.力,，、車身長"車 速v的函數(shù)，艮卩h/(V人，") (4) 計(jì)算^并與檢測器內(nèi)的預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，得到準(zhǔn)確的車型。車型數(shù)據(jù)通過雙端 口 RAM發(fā)送到存儲(chǔ)單元。設(shè)置車型模糊函數(shù)^，它是車高曲線&..力 、車身長"車速v、多普勒持續(xù)時(shí)間/, 的函數(shù)，艮P:"/(/z, J"，"，O (5) 計(jì)算^并與檢測器內(nèi)的預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，判斷否有車輛，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)算信息驅(qū)動(dòng)輸出計(jì)數(shù)脈沖。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元3即常規(guī)的雙端口 RAM和EPROM，用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)車輛數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。通信單元5由串口通信芯片MAX232和網(wǎng)絡(luò)芯片組成。
權(quán)利要求1、一種具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測器，其特征在于由毫米波測速單元[1]、超聲波測高單元[2]、數(shù)據(jù)處理單元[3]、存儲(chǔ)單元[4]和通信單元[5]組成，該毫米波測速單元[1]、超聲波測高單元[2]分別與數(shù)據(jù)處理單元[3]和存儲(chǔ)單元[4]連接，該數(shù)據(jù)處理單元[3]、存儲(chǔ)單元[4]和通信單元[5]依次連接；所述的毫米波測速單元[1]測量得到車輛的速度v和多普勒信號(hào)的持續(xù)時(shí)間t1；超聲波測高單元[2]得到車輛的高度曲線h1...hn；數(shù)據(jù)處理單元[3]根據(jù)車輛速度v、多普勒信號(hào)的持續(xù)時(shí)間t1、車輛的高度曲線h1...hn和預(yù)設(shè)參數(shù)得到車輛的車速、車流量、車高、車長和車型和交通流量信息；存儲(chǔ)單元[4]存儲(chǔ)處理程序、預(yù)設(shè)參數(shù)、交通流量、車輛參數(shù)信息，并具有能保存一定時(shí)間段內(nèi)所有交通信息的數(shù)據(jù)庫；通訊單元[5]提供串口通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊、超限報(bào)警信號(hào)和分類計(jì)數(shù)信號(hào)，根據(jù)外部需求，提供實(shí)時(shí)車輛數(shù)據(jù)的傳輸和歷史數(shù)據(jù)的查詢。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測器，其特征在于毫米波測速單元[l]中，輸入的信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行放大后通過自動(dòng)增益控制器進(jìn)行自動(dòng)增益控制，以保證AD變換前的信號(hào)幅度基本恒定，接著通 過低通濾波器進(jìn)行AD變換前的抗混疊濾波，之后進(jìn)行模數(shù)變換，變換后的數(shù)據(jù)通過 CPLD串并轉(zhuǎn)換，經(jīng)中斷送入DSP進(jìn)行FFT變換和恒虛警處理，最后經(jīng)雙端口 RAM 接口將車速v和車長送至存儲(chǔ)單元[4]。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測 器，其特征在于超聲波測高單元中，超聲傳感器分別通過超聲發(fā)射電路和超聲波接 收電路與中心控制處理器連接，并通過雙端口RAM接口將車高送至存儲(chǔ)單元[4]，該 中心控制處理器用于產(chǎn)生振蕩信號(hào)、各種控制信號(hào)、以及數(shù)學(xué)運(yùn)算，超聲波發(fā)射電路 受中心處理器的控制，并將其信號(hào)放大，以產(chǎn)生幾百伏的高壓以驅(qū)動(dòng)壓電傳感器，通 過壓電傳感器將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，在空氣中傳播出去，超聲波接收電路將超聲傳感 器所接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理，傳送到中心控制處理器產(chǎn)生中斷信號(hào)， 該中心控制處理器在接收到中斷信號(hào)后就進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出距離地面的高度數(shù)據(jù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有車型識(shí)別功能的毫米波和超聲波雙頻交通參數(shù)檢測器。該檢測器由毫米波測速單元、超聲波測高單元、數(shù)據(jù)處理單元、存儲(chǔ)單元和通信單元組成，該毫米波測速單元、超聲波測高單元分別與數(shù)據(jù)處理單元和存儲(chǔ)單元連接，該數(shù)據(jù)處理單元、存儲(chǔ)單元和通信單元依次連接。本實(shí)用新型具有很強(qiáng)的分道能力，使用方便；測量得到精確的車速度和車流量；在得到車流量的同時(shí)，測量得到精確的車高曲線；具有全天候能力；能夠得到車輛的準(zhǔn)確類型，解決了現(xiàn)有的交通視頻技術(shù)在識(shí)別車型時(shí)受光線干擾嚴(yán)重的缺陷。
文檔編號(hào)G08G1/04GK201051310SQ200720038349
公開日2008年4月23日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者任明武, 楊靜宇 申請人:南京理工大學(xué)