專利名稱：一種利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能交通及檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著城市間交通建設(shè)的日益擴(kuò)大，高速公路及隧道的數(shù)量和里程日益增多，精準(zhǔn)的車流量和車速的檢測成為了正確、有效的交通管理及隧道安全行車的重要活動。目前常見的車速的檢測方式包括埋設(shè)感應(yīng)圈(或感應(yīng)棒)測速、雷達(dá)測速等。其中，埋設(shè)感應(yīng)圈(或感應(yīng)棒)測速的方法無法實(shí)現(xiàn)對車輛類型的檢測，且施工量大，路面一旦變化或更新則需重埋線圈，另外，維護(hù)工作大、成本高；雷達(dá)測速目前應(yīng)用較為廣泛，但其反 應(yīng)時間較長，通常要二至三秒，不適合車隔較短、速度較快的交通狀況，并且，雷達(dá)的安裝位置很難準(zhǔn)確檢測多輪重型車輛的車流信息，并且很容易影響其對跑車等超低車輛的檢測效果O快速反應(yīng)的紅外線對射設(shè)備，具有地域應(yīng)用廣、抗干擾能力強(qiáng)、可精確測量、毫秒級反應(yīng)時間、成本低、施工量小、易維護(hù)等特點(diǎn)和優(yōu)勢，特別適合車隔較短、速度較快的交通狀況的精準(zhǔn)檢測。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置及方法，實(shí)現(xiàn)對大型車輛的精準(zhǔn)識別，準(zhǔn)確的判斷是否有車輛通過，為安全交通、智能交通提供必要精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置，包括紅外傳感器、PLC控制器及終端計算機(jī)，該裝置進(jìn)一步包括用于固定紅外傳感器的立柱，所述的立柱每2根為一組且相對放置，位于車輛駛?cè)敕较虻牡谝唤M立柱的上方和下方均設(shè)置有紅外傳感器，其余立柱僅在上方設(shè)置有紅外傳感器；在所述的PLC控制器內(nèi)部嵌入了測量裝置，該測量裝置包括以下模塊信號接收模塊，用于接收紅外傳感器采集的信號；車輛識別模塊，用于對信號接收模塊采集到的信號進(jìn)行識別，確定車輛類型；車速計算模塊，用于計算通過車輛的速度。該裝置的一種優(yōu)選方案為所述的立柱的上方，距離地面的高度為I. 6m 2. 2m。所述的立柱的下方，距離地面的高度為O. 8m I. 4m。所述的位于車輛駛?cè)敕较虻淖詈笠唤M立柱，安裝在隧道洞口前的150m 250m的道路兩側(cè)。所述的立柱，至少采用3組，且每組立柱之間的距離相等，為4m 6m。
采用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置測量車流量和車速的方法，包括以下步驟步驟I、采集信號，第一組紅外傳感器捕獲車輛信號a1;時間信號&，第二組紅外傳感器捕獲車輛信號a2，時間信號t2，第三組紅外傳感器捕獲車輛信號a3，時間信號t3，將上述信號上傳至所述PLC控制器；步驟2、PLC控制器根據(jù)步驟I采集到的信號，計算車速和車流量信息；I)統(tǒng)計車流量信息當(dāng)紅外傳感器檢測到車輛信號，將其發(fā)送給PLC控制器，PLC控制器對接收到的信號進(jìn)行統(tǒng)計車輛個數(shù) A.當(dāng)?shù)谝桓⒅系膬蓚€紅外傳感器同時檢測到車輛信號，并且所有位于上方的紅外傳感器均檢測到未曾間斷的一個車輛信號，而位于下方的紅外傳感器卻檢測到幾個車輛信號時，PLC控制器機(jī)判定本次通過車輛為多輪重型車輛，統(tǒng)計車輛個數(shù)，將車輛類型及車輛個數(shù)上傳至終端計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)；B.當(dāng)?shù)谝桓⒅衔挥谙路降募t外傳感器檢測到車輛信息，而所有位于上方的紅外傳感器未在同一時間檢測到信號時，PLC控制器判定本次通過車輛為超低車輛，統(tǒng)計車輛個數(shù)，將車輛類型及車輛個數(shù)上傳至終端計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)；C.當(dāng)?shù)谝桓⒅系膬蓚€紅外傳感器同時檢測到持續(xù)時間相同的車輛信號，PLC控制器判定本次通過車輛為普通車輛，統(tǒng)計車輛個數(shù)，并將車輛類型及車輛個數(shù)上傳至終端計算機(jī)；2)計算車速為隧道內(nèi)行車安全考慮，在PLC控制器內(nèi)設(shè)定正常行駛情況下車速范圍為每小時20公里至每小時180公里，計算車輛通過紅外傳感器時的車速為V，公式如下
「Π2^1V=-
- tl式中，V表示車輛通過紅外傳感器時的平均車速，S1表示相鄰兩個紅外傳感器之間的距離，^表示車輛通過第一組紅外傳感器時的時間點(diǎn)，t3表示車輛通過第三組紅外傳感器時的時間點(diǎn)；A.當(dāng)V的值在每小時20公里至每小時180公里之間時，PLC控制器判定其為正常有效的車速信號，并將車速信號上傳至終端計算機(jī)；B.當(dāng)V小于每小時20公里或者大于每小時180公里，PLC控制器判定車輛出現(xiàn)異常情況，PLC控制器將計算得到的V作為異常數(shù)據(jù)上傳至終端計算機(jī)；終端計算機(jī)接收到異常信號后，為隧道行車安全，將點(diǎn)亮所有隧道燈；終端計算機(jī)接收車速信號，將A所述信號存入數(shù)據(jù)庫；將B所述車輛信號標(biāo)記為臨時信息，當(dāng)終端計算機(jī)統(tǒng)計出B所述車輛信號出現(xiàn)頻率高于每小時10次時，便啟動預(yù)警程序，將異常信息上傳至相關(guān)部門；其中，隧道燈的點(diǎn)亮?xí)r間T，按如下公式計算
「 nDsT=—計算得到T，式中，T為車輛從最后一組紅外傳感器行駛至隧道洞口處所用時間，Ds為最后一組紅外傳感器到隧道洞口處的距離；PLC控制器將T上傳至終端計算機(jī)，終端計算機(jī)根據(jù)接收到的信號T，控制隧道內(nèi)隧道燈的點(diǎn)亮?xí)r間；
步驟3、終端計算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的車輛平均速度V和車輛個數(shù)N，統(tǒng)計得出一段時期內(nèi)、隧道過往車輛的類型、平均速度及平均車流量。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的一種利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置，能夠較為準(zhǔn)確的檢測隧道內(nèi)有無車輛通過，有車輛通過時能夠計算出車輛速度和車流量，為安全交通、智能交通提供了必要精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為隧道節(jié)能照明提供信息保障，特別是為隧道節(jié)能照明提供車輛進(jìn)入隧道前的、準(zhǔn)確的車速和車流量信息，社會效益顯著；同時，擁有著成本低、易維護(hù)等特點(diǎn)，進(jìn)而提升了其經(jīng)濟(jì)效益。


圖I為本發(fā)明的實(shí)施方式的立柱設(shè)置示意圖；圖2為本發(fā)明的實(shí)施方式測量車流量和車速流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本實(shí)施方式采用紅外技術(shù)測量車流量和車速。該裝置包括紅外線感應(yīng)器(如圖中I的Al A7)、PLC控制器及終端計算機(jī)。本實(shí)施方式中，紅外傳感器是一種對射設(shè)備，型號為FQ50-L20MU-P45P2，反應(yīng)速度為O. 02S，用于檢測通過的車輛信號及時間信號。PLC控制器(本實(shí)施方式中，PLC控制器的型號為西門子S7-200)與紅外傳感器連接，其駛?cè)攵私邮占t外傳感器發(fā)出的車輛信號(如車流量)及時間信號，用于對接收到的車輛信號和時間信號進(jìn)行處理及上傳至終端計算機(jī)。在所述的PLC控制器內(nèi)部嵌入了測量裝置，該測量裝置包括以下模塊信號接收模塊，用于接收紅外傳感器采集的信號；車輛識別模塊，用于對信號接收模塊采集到的信號進(jìn)行識別，確定車輛類型；車速計算模塊，用于計算通過車輛的速度。終端計算機(jī)與PLC控制器相連接，其輸入端接收PLC控制器上傳的車輛信息信號(如車流量、車速)，終端計算機(jī)對上述信號進(jìn)行分析統(tǒng)計，得到一段時期內(nèi)(如每24小時)，隧道過往車輛的平均速度及平均車流量。該裝置進(jìn)一步包括用于固定紅外線傳感器的立柱(如圖I中的Zl Z6)，所述的立柱每2根為一組(如圖I中，Zl和Z2組成第一組立柱，Z3和Z4組成第二組立柱，Z5和Z6組成第三組立柱)且相對放置(圖I中，Zl和Z2相對放置，Z3和TA相對放置，Z5和Z6相對放置)，同時保證每組立柱水平對齊。位于車輛駛?cè)敕较虻牡谝唤M立柱(Zl和Z2)的上方和下方均設(shè)置有紅外傳感器，且所述的位于立柱上方的紅外傳感器(如圖I中的Al和A3)彼此呈對射狀態(tài)，且發(fā)射的紅外線位于同一水平線上；所述的位于立柱下方的紅外傳感器(如圖I中的A2和A4)彼此也呈對射狀態(tài)，且發(fā)射的紅外線位于同一水平線上。其余立柱僅在上方設(shè)置有紅外傳感器，如圖I中，對于立柱A3、立柱A4、立柱A5和立柱A6，僅在其上方設(shè)置有紅外傳感器，具體為立柱A3的上方設(shè)置有紅外傳感器A5，立柱A4的上方設(shè)置有紅外傳感器A6，立柱A5的上方設(shè)置有紅外傳感器A7，立柱A6的上方設(shè)置有紅外傳感器A8。
本實(shí)施方式中，立柱的上方距離地面的高度(如圖I所示的Hl)的取值范圍為
I.6m 2. 2m (本實(shí)施方式根據(jù)一般高速公路護(hù)欄高度為I. 5米左右設(shè)置的高度Hl)，例如可以取Hl為I. 6m，或者Hl取為I. 8m，或者Hl取為2. 2m均可。本實(shí)施方式中，立柱下方距離地面的高度(如圖I所示的H2)的取值范圍為O. 8m I. 4m，例如可以取H2為O. 8m或者I. Om或者1.4m。本實(shí)施方式中，位于車輛駛?cè)敕较虻淖詈笠唤M立柱(如圖I中的Z5和Z6)，安裝在距離隧道洞口的150m 250m的道路兩側(cè)，例如取為150m或者200m或者250m。本實(shí)施方式中，采用3組立柱，且每組立柱之間的距離相等(如圖I中，Zl和Z3之間的距離為SI, Z3和Z5之間的距離也為SI, Z2和Z4之間的距離也為SI, Z4和Z6之間 的距離也為SI，即每組立柱之間的距離均為SI)，取值范圍為4m 6m，例如可以取SI為4m或者5m或者6mο本實(shí)施方式中，采用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置測量車流量和車速的方法，如圖2所示，該流程開始于步驟201。在步驟202，采集信號，第一組紅外傳感器捕獲車輛信號a1;時間信號&，第二組紅外傳感器捕獲車輛信號a2，時間信號t2，第三組紅外傳感器捕獲車輛信號a3，時間信號t3，將上述信號上傳至所述PLC控制器。在步驟203，PLC控制器根據(jù)步驟202采集到的信號，計算車速和車流量信息。首先，統(tǒng)計車流量信息。當(dāng)紅外傳感器檢測到車輛信號，將其發(fā)送給PLC控制器，PLC控制器對接收到的信號進(jìn)行統(tǒng)計車輛個數(shù)A.當(dāng)?shù)谝桓⒅系膬蓚€紅外傳感器同時檢測到車輛信號，并且所有位于上方的紅外傳感器均檢測到未曾間斷的一個車輛信號，而位于下方的紅外傳感器卻檢測到幾個車輛信號時，PLC控制器機(jī)判定本次通過車輛為多輪重型車輛(如一輛大型貨車，其輪胎一般高為O. 9米左右，且每輛車均不少于三組輪胎，第一個立柱位于下方的紅外傳感器高度不低于O. 8米，其檢測到的信號實(shí)際為車輛的輪胎，而非車體本身)，統(tǒng)計車輛個數(shù)，將車輛類型(本實(shí)施方式中為多輪重型車輛)及車輛個數(shù)(每檢測到一個多輪重型車輛，就在其原有車輛個數(shù)的基礎(chǔ)上加1，其中，初始的車輛個數(shù)設(shè)置為O)上傳至終端計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。B.當(dāng)?shù)谝桓⒅衔挥谙路降募t外傳感器檢測到車輛信息，而所有位于上方的紅外傳感器未在同一時間檢測到信號時，PLC控制器判定本次通過車輛為超低車輛(如跑車)，統(tǒng)計車輛個數(shù)，將車輛類型(本實(shí)施方式是指超低車輛，一般設(shè)置高度在I. 2m以下的車輛為超低車輛)及車輛個數(shù)上傳至終端計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。C.當(dāng)?shù)谝桓⒅系膬蓚€紅外傳感器同時檢測到持續(xù)時間相同的車輛信號，PLC控制器判定本次通過車輛為普通車輛(本實(shí)施方式中，普通車輛高度在I. 3m到I. 8m左右)，統(tǒng)計車輛個數(shù)，并將車輛類型(本實(shí)施方式是指普通車輛)及車輛個數(shù)上傳至終端計算機(jī)。其次，計算車速。為隧道內(nèi)行車安全考慮，在PLC控制器內(nèi)設(shè)定正常行駛情況下車速范圍為每小時20公里至每小時180公里，計算車輛通過紅外傳感器時的車速為V，公式如下γ=——
h — ti
式中，V表示車輛通過紅外傳感器時的平均車速，S1表示相鄰兩個紅外傳感器之間的距離，^表示車輛通過第一組紅外傳感器時的時間點(diǎn)，t3表示車輛通過第三組紅外傳感器時的時間點(diǎn)。A.當(dāng)V的值在每小時20公里至每小時180公里之間時，PLC控制器判定其為正常有效的車速信號，并將車速信號上傳至終端計算機(jī)；B.當(dāng)V小于每小時20公里或者大于每小時180公里，PLC控制器判定車輛出現(xiàn)異常情況，PLC控制器將計算得到的V作為異常數(shù)據(jù)上傳至終端計算機(jī)；終端計算機(jī)接收到異常信號后，為隧道行車安全，將點(diǎn)亮所有隧道燈。終端計算機(jī)接收車速信號，將A所述信號存入數(shù)據(jù)庫；
將B所述車輛信號標(biāo)記為臨時信息，當(dāng)終端計算機(jī)統(tǒng)計出B所述車輛信號出現(xiàn)頻率高于每小時10次時，便啟動預(yù)警程序，將異常信息上傳至相關(guān)部門。此時，位于終端計算機(jī)中的標(biāo)記為臨時信息的數(shù)據(jù)并不存入終端計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫，而是直接刪除，節(jié)省了存儲空間。其中，隧道燈的點(diǎn)亮?xí)r間T，按如下公式計算
「 nDsT=—計算得到T，式中，T為車輛從最后一組紅外傳感器行駛至隧道洞口處所用時間，Ds為最后一組紅外傳感器到隧道洞口處的距離；PLC控制器將T上傳至終端計算機(jī)，終端計算機(jī)根據(jù)接收到的信號T，控制隧道內(nèi)隧道燈的點(diǎn)亮?xí)r間。在步驟204，終端計算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的車輛平均速度V和車輛個數(shù)N，統(tǒng)計得出一段時期內(nèi)、隧道過往車輛的類型(本實(shí)施方式中，包括三種類型普通車輛、超低車輛和多輪重型車輛)、平均速度及平均車流量。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置，包括紅外傳感器、PLC控制器及終端計算機(jī)，其特征在于還包括用于固定紅外傳感器的立柱，所述的立柱每2根為一組且相對放置，位于車輛駛?cè)敕较虻牡谝唤M立柱的上方和下方均設(shè)置有紅外傳感器，其余立柱僅上方設(shè)置有紅外傳感器； 在所述的PLC控制器內(nèi)部嵌入了測量裝置，該測量裝置包括以下模塊 信號接收模塊，用于接收紅外傳感器采集的信號； 車輛識別模塊，用于對信號接收模塊采集到的信號進(jìn)行識別，確定車輛類型； 車速計算模塊，用于計算通過車輛的速度。
2.如權(quán)利要求I所述的利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置，其特征在于所述的立柱的上方，距離地面的高度為I. 6m 2. 2m。
3.如權(quán)利要求I所述的利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置，其特征在于所述的立柱的下方，距離地面的高度為O. 8m 1.4m。
4.如權(quán)利要求I所述的利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置，其特征在于所述的位于車輛駛?cè)敕较虻淖詈笠唤M立柱，安裝在隧道洞口前的150m 250m的道路兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求I所述的利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置，其特征在于所述的立柱,至少采用3組，且每組立柱之間的距離相等，為4m 6m。
6.采用權(quán)利要求I所述的紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置測量車流量和車速的方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I、采集信號，第一組紅外傳感器捕獲車輛信號a1;時間信號，第二組紅外傳感器捕獲車輛信號a2，時間信號t2，第三組紅外傳感器捕獲車輛信號a3，時間信號t3，將上述信號上傳至所述PLC控制器； 步驟2、PLC控制器根據(jù)步驟I采集到的信號，計算車速和車流量信息； 1)統(tǒng)計車流量信息當(dāng)紅外傳感器檢測到車輛信號，將其發(fā)送給PLC控制器，PLC控制器對接收到的信號進(jìn)行車輛個數(shù)統(tǒng)計 A.當(dāng)?shù)谝桓⒅系膬蓚€紅外傳感器同時檢測到車輛信號，并且所有位于上方的紅外傳感器均檢測到未曾間斷的一個車輛信號，而位于下方的紅外傳感器卻檢測到幾個車輛信號時，PLC控制器機(jī)判定本次通過車輛為多輪重型車輛，統(tǒng)計車輛個數(shù)，將車輛類型及車輛個數(shù)上傳至終端計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)； B.當(dāng)?shù)谝桓⒅衔挥谙路降募t外傳感器檢測到車輛信息，而所有位于上方的紅外傳感器未在同一時間檢測到信號時，PLC控制器判定本次通過車輛為超低車輛，統(tǒng)計車輛個數(shù)，將車輛類型及車輛個數(shù)上傳至終端計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)； C.當(dāng)?shù)谝桓⒅系膬蓚€紅外傳感器同時檢測到持續(xù)時間相同的車輛信號，PLC控制器判定本次通過車輛為普通車輛，統(tǒng)計車輛個數(shù)，并將車輛類型及車輛個數(shù)上傳至終端計算機(jī)； 2)計算車速為隧道內(nèi)行車安全考慮，在PLC控制器內(nèi)設(shè)定正常行駛情況下車速范圍為每小時20公里至每小時180公里，計算車輛通過紅外傳感器時的車速為V，公式如下式中，V表示車輛通過紅外傳感器時的平均車速，S1表示相鄰兩個紅外傳感器之間的距離，ti表示車輛通過第一組紅外傳感器時的時間點(diǎn)，t3表示車輛通過第三組紅外傳感器時的時間點(diǎn)； A.當(dāng)V的值在每小時20公里至每小時180公里之間時，PLC控制器判定其為正常有效的車速信號，并將車速信號上傳至終端計算機(jī)； B.當(dāng)V小于每小時20公里或者大于每小時180公里，PLC控制器判定車輛出現(xiàn)異常情況，PLC控制器將計算得到的V作為異常數(shù)據(jù)上傳至終端計算機(jī)；終端計算機(jī)接收到異常信號后，為隧道行車安全，將點(diǎn)亮所有隧道燈； 終端計算機(jī)接收車速信號，將A所述信號存入數(shù)據(jù)庫； 將B所述車輛信號標(biāo)記為臨時信息，當(dāng)終端計算機(jī)統(tǒng)計出B所述車輛信號出現(xiàn)頻率高于每小時10次時，便啟動預(yù)警程序，將異常信息上傳至相關(guān)部門； 其中，隧道燈的點(diǎn)亮?xí)r間T，按如下公式計算 η T-T 計算得到Τ，式中，T為車輛從最后一組紅外傳感器行駛至隧道洞口處所用時間，Ds為最后一組紅外傳感器到隧道洞口處的距離；PLC控制器將T上傳至終端計算機(jī)，終端計算機(jī)根據(jù)接收到的信號T，控制隧道內(nèi)隧道燈的點(diǎn)亮?xí)r間； 步驟3、終端計算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的車輛平均速度V和車輛個數(shù)N，統(tǒng)計得出一段時期內(nèi)、隧道過往車輛的類型、平均速度及平均車流量。
全文摘要
一種利用紅外技術(shù)測量車流量和車速的裝置及方法，屬于智能交通及檢測技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括紅外傳感器、PLC控制器及終端計算機(jī)，該裝置進(jìn)一步包括用于固定紅外傳感器的立柱，所述的立柱每2根為一組且相對放置，位于車輛輸入方向的第一組立柱的上方和下方均設(shè)置有紅外傳感器，其余立柱僅在上方設(shè)置有紅外傳感器。本發(fā)明能夠較為準(zhǔn)確的檢測隧道內(nèi)有無車輛通過，有車輛通過時能夠計算出車輛速度和車流量，為安全交通、智能交通提供了必要精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為隧道節(jié)能照明提供信息保障，特別是為隧道節(jié)能照明提供車輛進(jìn)入隧道前的、準(zhǔn)確的車速和車流量信息，社會效益顯著；同時，擁有著成本低、易維護(hù)等特點(diǎn)，進(jìn)而提升了其經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號G08G1/01GK102842235SQ201210261808
公開日2012年12月26日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者石慶生, 周巍, 梁亞松, 劉大可, 王繼偉, 史大為, 劉晶, 宋平玉, 王文利, 康家宇, 趙立松, 王瑩, 周鈺涵, 孫閱兵, 代吉祥, 林曉明, 丁宇, 莫賀軍, 李印保, 高昆, 李長新, 岳占輝 申請人:沈陽新一代信息技術(shù)有限公司