一、引言
实时交通信息是智能交通系统(ITS)的最基本的信息源之一,只有对各道路实时交通信息有了准确地掌握才能有效地实施和发挥诸如交通诱导之类的ITS功能,因此对交通信息的实时检测技术是ITS技术中最核心也是最基本的技术之一。
实时交通信息包括很多方面,不同应用环境的需求也不相同。主要包括:各车道单位时间车流量、车辆即时速度、单位时间车辆平均速度、单位时间车辆占有率、车头时距以及车辆分型等。这里的单位时间根据需要设定,一般为20秒,也可以以5分钟、半小时,甚至1小时为单位时间,不过,单位时间越长,车辆平均速度越没意义。
交通信息采集技术有很多种,可以分为路面接触式与路面非接触式。最先开始发展的是接触式的交通信息采集技术,其主要代表是压电、压力管探测、环行线圈探测和磁力式探测。这些采集装置都有共同特点,就是埋藏在路面之下,当汽车经过采集装置上方时会引起相应的压力、电场或磁场的变化,最后采集装置将这些力和场的变化转换为所需要的交通信息。经过多年发展,路面接触式的交通信息采集技术已经很成熟,其测量精度高,易于掌握,一直在交通信息采集领域中占有主要地位。但是这种路面接触式的交通采集装置有着不可避免缺点。首先是安装维护困难,必须中断交通、破坏路面;其次随着车辆增多,车辆对道路的压力导致这类装置的使用寿命也越来越短;现在道路扩张很快,各种环境下的道路日益增多,而路基下沉、盐碱和冰冻等条件将严重影响路面接触式交通信息采集装置的使用。所有这些都带来了其使用成本的极大上升。另外由于路面的特殊性,有些地段(如桥面上、隧道内)不容许或者难以对路面进行破坏性施工,因而无法安装需破坏路面的检测装置。
新近发展起来的路面非接触式交通信息采集装置不存在安装维护困难、使用寿命短等缺点,主要分为波频探测和视频探测两大类。波频探测又可分为微波、超声波和红外三种,其中除了超声波探测只能进行单车道交通信息采集外,其余都可同时进行多车道交通信息采集。由于安装维护简单,路面非接触式交通信息采集技术发展非常迅速。视频探测是利用车辆进入检测区域导致背景灰度变化的原理来进行检测,直观可靠,但受光度,气候条件的影响很大。而波频探测则是利用车辆经过检测区域时引起的电磁波的返回时间或频率的变化进行检测,其中红外检测对车型分辨清晰,但受天气的影响很大;超声检测对于车速和车型的判定准确,但受安装条件限制只能顶部正向安装,只能采集一个车道的信息,并且检测距离很小;微波受风雨雷电以及光照等外界条件影响可以忽略,并且既可以侧向安装同时采集多车道交通信息,也可以正向安装对单车道车流量、车辆实时速度和车型等进行精确判断。
由以上介绍的各种交通信息采集技术来看,微波检测有着安装维护方便、使用寿命长、受天气气候影响小,既能同时进行多个车道检测(侧向安装),也能对单一车道交通信息精确检测(正向安装)等诸多特点和优势,因此基于微波技术的交通信息检测将是最具生命力的!
二、微波交通信息检测技术原理
将微波雷达技术应用于交通信息采集时关键要解决从雷达回波信号中提取车辆信息问题。简单来说,就是如何利用微波雷达技术所具有测速与测距功能来实现交通信息的实时检测。
1、速度检测
微波雷达对运动物体的精确速度检测基于微波多普勒(Doppler)效应。微波在行进过程中,碰到障碍物体时会反射,而且反射回来的波,其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变。若微波所碰到的物体固定不动,那么所反射回来的波其频率不变。若物体朝着无线电波发射的方向前进,此时所反射回来的无线电波会被压缩,
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