CN1549224A

CN1549224A - 车辆探测装置

Info

Publication number: CN1549224A
Application number: CNA031261523A
Authority: CN
Inventors: 林贵生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-11-24

Abstract

一种车辆探测装置，由探测单元、信号处理/传输单元和电源构成，探测单元由地磁映像探测器与声/振动/压力、超声波、温度或微波探测装置组成；信号处理/传输单元至少包括有放大器，还可设置微处理器、输入/输出接口、无线电信号或光纤信号传输装置；信号/传输处理单元还可接驳子探测单元。本发明，可探测车流量、道路占用率、车速、停车时间、车型和路面温度等信息；广泛应用于交通和停车场的监控、管理和指挥***，且具有成本低、体积小、模块化、可靠性高，可采用全密封型外壳，埋于路面，安装方便、快捷、免维护。本探测装置还可应用于安全报警、监控***。

Description

车辆探测装置

技术领域

本发明涉及一种探测装置，特别是涉及一种车辆探测装置，该装置可用于城市公路交通指挥、车辆和车流量探测、车辆门禁、停车场管理等场合。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车越来越近地走近人们的生活，城市交通和公路交通拥堵现象时有发生，特别是大中型城市的交通状况已是政府、民众关注的焦点问题之一，使得大量的人力、物力、资金投入到道路改造和道路建设方面，即便如此，也跟不上交通压力的高速增长，这种情况非常普遍，特别是经济越发达的地区，交通拥堵现象越严重；有些地区，由于资金不足、道路改造和道路建设客观上也有难度，面对交通压力的不利局面将会较长时期的存在；另一方面，道路资源没有充分利用和挖潜，造成道路资源浪费也相当严重，让人倍感痛惜。因此，怎样充分利用和挖潜道路资源，低成本地、有效地改善和提高道路的使用率、车辆流量和车辆速度，是值得考虑和追求的目标，解决这一问题需要建立完善的、高效的和低成本的交通信息***、交通管理***和泊车管理***，而车辆和车流量探测器是其中的重要一环。

目前，有关车辆的探测器大多采用无源红外线来探测车辆信号并进行放大后传输到交通指挥部门，如专利西门子公司的申请号为98802297.4的《车辆探测装置》等；还有一些是以大型感应线圈为探测装置，车辆经过大型感应线圈时，车辆成为大型感应线圈的磁芯，使得其线圈的电感量发生变化，该线圈与其它电路一起形成车辆探测信号，一般为频率信号，送处理机处理，得到车流量等交通信息，如ZL93212566.2号中国发明专利公开的智能化交通流量检测器所用非机车辆感应线圈即是如此；这些探测装置存在着对车辆探测方式单一，探测信息不全面，时效性差，或者体积大、安装不方便的缺点。另外，美国Nu-metrics公司生产一种利用车辆磁映像(VMI)技术测量车流量的永久型无线车辆记录器，但这种探测装置对探测车辆的行驶速度，以及在对车速较慢的、或停靠在其安装位置处的、或停靠在其安装位置附近的车辆进行探测时，具有功能或性能方面的局限性和不足，不能完全满足城市交通路口、停车场和路网交通的监控、管理、指挥***对车辆探测装置的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多种探测方式、探测的车辆信息更全面的车辆探测装置，以解决现有车辆探测装置的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种车辆探测装置，包括以车辆地磁映像探测器组成的探测单元、信号处理/传输单元和电源，电源为各部分供电，信号处理/传输单元至少包括有放大器，车辆地磁映像探测器的输出端接信号处理/传输单元的输入端，所述的探测单元还包括声/振动/压力探测器或车辆超声波探测器，其输出端与信号处理/传输单元的输入端相连接。

所述的探测单元设有一温度传感单元，其输出端与信号处理/传输单元的输入端连接。

所述的探测单元设有一微波探测单元，其输出端与信号处理/传输单元的输入端连接。

信号处理/传输单元还包括用于输出车辆探测信息和车辆探测装置自检信息的输入/输出接口、无线电信号传输装置或光纤信号传输装置，放大器的输出端与无线电信号传输装置或光纤信号传输装置的输入端连接。

所述的信号处理/传输单元还包括有微处理器，每路放大器的输出端、以及用于监视电源电压的电源输出监视点和用于监视放大电路工作状态的监视点与微处理器的数据采集/输入总线连接，无线电信号传输装置或光纤信号传输装置的数据总线和控制总线分别与微处理器的数据总线和控制总线相连接。

所述的电源为蓄电池或太阳能电池组。

所述的信号/传输处理单元接驳有独立壳体的子探测单元，子探测单元包括至少一个车辆地磁映像探测器，其输出端与信号处理/传输单元的输入端连接。

本发明探测装置不但适用于对车辆的车速、车流量、车辆停留和占道时间、道路占用率和路面温度的探测，还可用于对安全监控领域。它体积小、模块化、结构紧凑、可靠性高，安装灵活、方便、快捷，可采用全密封型外壳，对安装环境条件要求低、免维护，特别适合室外和野外使用，恶劣的气象环境如下雨、刮风、沙尘暴、温度变化对其使用效果没有影响。本发明可以输出两路或两路以上的传感电信号给信号处理单元，达到探测信息取长补短，提高探测装置的可靠性，增加探测装置的信息量，因此可更好地满足不同的应用场合和领域、不同的技术要求、不同的探测目的的需要。使用地磁映像传感器件、声/振动/压力传感器件或超声波/无线电微波探测组件及温度传感器件可分别采样到车辆的地磁映像信号、声波信号/振动信号/压力信号或超声波探测信号/无线电微波探测信号、及车辆辐射温度信号或路面温度信号，通过对上述信号的幅值、频率、宽度、信号包络增幅速率和时域特性进行处理、综合分析得到车流量、道路占用率、车速、停车时间、车辆长度和路面温度等信息。安装时，可在车道上钻孔埋设于道路路面，不占用道路路面以上的空间；当然，也可安装在道路路面以上、不影响车辆通过且不超过探测距离的空间位置。本发明适用于大中小城市交通指挥和管理***及区域交通信息网***，另外，本发明的探测装置也可用于安全监控、报警***中，安装在被监视的物体上，当物体被晃动和移动时，其上的探测装置发出报警信号。

附图说明

图1为本发明实施例1的局剖主视图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明实施例1的电路原理图例1。

图4为本发明实施例1的电路原理图例2。

图5为本发明实施例1的电路原理图例3。

图6为本发明实施例3的局剖主视图。

图7为图6的俯视图。

图8为本发明实施例3的电路原理图。

图9为本发明实施例4的局剖主视图。

图10为图9的俯视图。

图11为本发明实施例4的电路原理图。

图12为本发明实施例5的电路原理图。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，本实施例的探测装置由铝质壳体上盖1、普通钢壳体下盖2、地磁感应线圈3、地磁感应线圈引出线4、地磁感应线圈骨架5、地磁感应线圈磁芯6、地磁感应线圈磁芯上盖片7、地磁感应线圈磁芯下盖片8、声/振动/压力探测器9、光电式声传感器件引出线10、热电阻11、热电阻引出线12、电路板13、外接电缆14及密封圈15组成。壳体上盖1下端口与壳体下盖2上端口内外丝扣相联、地磁感应线圈3置于地磁感应线圈骨架5上，地磁感应线圈骨架5中心孔里穿有地磁感应线圈磁芯6，其两端设有地磁感应线圈磁芯上盖片7和地磁感应线圈磁芯下盖片8，电路板13固定于地磁感应线圈磁芯下盖片8的下侧，声/振动/压力探测器9和热电阻11设置于壳体上盖1顶端的安装孔中，地磁感应线圈引出线4、光电式声传感器件引出线10和热电阻引出线12与电路板13相连。需要指出的是，壳体的一部分或其全部为非磁屏蔽性材料，如塑料、陶瓷、铜、铝等导磁或半导磁材料，目的是保证地球磁场受被测车辆影响而引起的变化形成的车辆地磁映像能被地磁探测器件感受到即可。

如图3所示为本实施例的电路原理举例1的原理图，电源由稳压电路U1构成，信号探测单元由地磁探测器L和声/振动/压力探测器M构成，信号处理单元由电阻R1--R15、电容C1--C11、稳压二极管W1、晶体管Q1和Q2、集成二运放U2构成，输入/输出模块由电源线①②、信号线③④构成。其中，地磁探测单元L为地磁感应线圈，声/振动/压力探测单元M为光电式声传感器件；信号处理单元分二部分，即地磁探测信号处理部分和声/振动/压力探测信号处理部分，地磁探测信号处理部分由电阻R81--R6、电容C1--C5、稳压二极管W1及晶体管Q1和Q2构成，对地磁探测信号进行带通滤波和放大，通过信号线③传输出去；声/振动/压力探测信号处理部分由电阻R7--R15、电容C6--C11、集成二运放U2中的两个运放构成，对声/振动/压力探测信号进行带通滤波和放大，通过信号线④传输出去；稳压电路U1可以是三端固定稳压电路，如7805、78L05、7812、78L12等，也可以是三端可调稳压电路，如LM317等，当然也可用稳压二极管等；集成二运放U2，可以是LM258、LM358等，也可以是其它可替代的运放型号。

如图4所示，为本实施例的电路原理举例2的原理图，电源由稳压电路U1构成，信号探测模块由地磁探测单元L和声/振动/压力探测单元M构成，信号处理单元由电阻R16--R40、电容C12--C22、稳压二极管W1、开关二极管D1和D2、晶体管Q1和Q2、集成二运放U3及集成四运放U4构成，输入/输出模块由电源线①②、晶体管Q3及信号线③④构成。与本实施例的电路原理举例1不同的是，信号处理单元和输入/输出模块较其复杂一些，地磁探测信号处理部分由电阻R16--R27、电容C12--C16、稳压二极管W1、开关二极管D1和D2、晶体管Q1和Q2、集成二运放U3组成，对地磁探测信号进行带通滤波、放大和脉冲变换，控制晶体管Q3的基极，通过晶体管Q3集电极和信号线③形成OC输出；声/振动/压力探测信号处理部分由电阻R28--R40、电容C17--C22、集成四运放U4组成，对声/振动/压力探测信号进行带通滤波和放大，通过信号线④传输出去。集成四运放U4，可以是LM224、LM324，也可以是14574B等其它可替换的运放型号。

如图5所示，为本实施例的电路原理举例3的原理图，电源由稳压电路U1、滤波电容C29、C29、C30构成，信号探测模块由地磁探测单元L和声/振动/压力探测单元M构成，信号处理单元由电阻R41--R57、电容C23--C28和C32--37、集成四运放U5和U6、单片计算机U7构成，输入/输出模块由电源线①②、标准输入/输出电路组件I/O及信号线⑤构成。与本实施例的电路原理举例2不同的是，信号处理单元具有智能信号处理能力，输入/输出I/O组件是按标准协议制作的，通用性更好、更可靠、功能更多。电阻R41--R48、电容C23--C28和集成四运放U5组成地磁探测信号与单片计算机U7的接口电路，电阻R49--R57、电容C32--C37和集成四运放U6组成声/振动/压力探测信号与单片计算机U7的接口电路，对两路传感信号分别进行带通滤波和放大，以便单片计算机U7能够对传感信号进行A/D转换、数椐存储、数椐处理与分析、得到评估结果及控制信号等。单片计算机U7为AVR单片机AT90S8535、AT90SMEG103或TINY15等，输入/输出电路组件I/O为RS-485、RS-232或C-BUS等。

地磁探测单元具有对移动的车辆探测唯一性好，探测信号信息全、性能可靠，受环境因素影响很小，几乎不用维护；但是，地磁探测单元在对静止或移动速度非常慢的车辆进行探测时，探测性能不理想，在有些应用领域的部分环节存在着探测灵敏度低的弱点，如交通路口的车道上是否有车辆等待、停车场的停车位上是否停车了等。声/振动/压力探测单元具有探测灵敏度高、探测信号信息全、性能可靠，对静止不动的或移动的车辆均有探测能力；但是声/振动/压力探测单元在探测车辆所产生的声波、车辆对路面产生的振动或压力时，探测目标唯一性不好，受环境因素影响较大，在有些应用场合针对每辆车进行探测时存在着探测不准确的弱点，如在对多车道(多于一个)的道路或在多个停车位在一起的停车场，对某一车道或停车位上的车辆进行探测时，相邻车道或停车位上的车辆所产生的声波、振动或压力会在声/振动/压力探测单元上产生较强的干扰信号，以至于分别不清是否为其探测车道或停车位上的车辆。

地磁探测单元的工作原理，该探测单元以地磁探测器件为基础构成，以探测车辆在探测器处经过或停留时所产生的地球磁场映像信号为目的。由于每台车辆从探测器处(车辆垂直覆盖住探测器)或从其附近(距离可设定)经过时使该探测器处的地球磁场发生变化，地磁探测器件为地磁感应线圈时，使得穿过探测器里信号探测模块的地磁感应线圈中的磁场也随即发生相应的变化，地磁感应线圈两端的感应电动势也发生相应的变化，在地磁感应线圈两端之间得到车辆地磁映像信号，或者地磁探测器件为地球磁场强度传感器件时，也得到反映车辆地球磁场强度的车辆地磁映像信号，该车辆地磁映像信号的幅度特性、时域特性，以及信号变化的相位、频率和极性等信号信息，都与相应车辆的车辆长度、车速和行驶方向存在着一定的对应关系。同理，该探测单元还可对其本身是否被晃动作出反应，工作原理如下，由于当该探测单元被晃动时，其中的地磁感应线圈或地球磁场强度传感器件上的地磁映像信号也发生相应的变化，把带有该探测单元的探测器安装到被探测物体上，可探测被探测物体有无晃动发生。常见的地磁探测器件有地磁感应线圈器件、霍尔元件、磁场矢量传感器件、磁通门式传感器件和混合型磁传感器件等，地磁感应线圈根据需要可设置或者不设置磁芯。

声/振动/压力探测单元以声、振动或压力传感器件为基础构成，由于每台车辆从探测器处或从其附近经过、停下或开(移)走时，其发动机会产生声波，同时也会对路(地)面产生振动和压力，这些物理量的至少其中之一被该探测单元接收并转换成电信号，该电信号的幅度随时间变化特性与车辆是经过、停下或是开(移)走相对应，即该电信号从小到大、信号持续(对应声、振动信号停止)或是从大到小，有着幅值——时域变化特性，从而可判断车辆是经过、停下或是开(移)走。当该探测单元选用有可感知振动的传感器件时，该探测单元也可对其本身是否被晃动或移动作出反应，当它被晃动或移动时会输出相应的电信号，把带有该探测单元的探测器安装到被探测物体上，可探测被探测物体有无晃动或移动发生。常见的声/振动/压力传感器件，如电容式、电阻式、磁电式、光电式声传感器件，水银式、压电式、钢球式、半导体式、光电式、混合式振动传感器件，膜片式、可变电感式、应变片式、差动变压器式、半导体式、混合式压力传感器件等均可选用，可根据不同的需要选用相应的的声、振动或压力传感器件或组件构成能探测车辆所产生的声波、振动或压力的声/振动/压力探测单元，尤其是一种由探测声波的膜片、光源、挡光片和光探测元件为基础构成的光电式声传感器件可优先选择，该光电式声传感器件不但能探测到车辆所产生的声波，当该光电式声传感器被埋置于车道或停车位时，还能探测到车辆对路(地)面产生的振动和压力，且具有灵敏度高、频率响应范围宽、使用效果不受安装位置影响、体积小、成本低、密封性好等特点。

实施例2

本实施例不在图示，本实施例与实施例1不同之处是，声/振动/压力探测器变成超声波探测器。超声波探测器采用主动式声纳探测、测距原理，基于压电陶瓷振子制作，当发射信号时，通过加给压电陶瓷振子的交流电压，产生机械振动，放出超声波；相反，当接收信号时，通过从车辆来的反射波，使压电陶瓷振子产生机械振动，产生交流电压，从其幅值、频率——时域变化特性中，可得到有无车辆经过、停靠、车速、距离或车辆长度信息。

实施例3

如图6、7所示，本实施例的探测装置由壳体上盖1、壳体下盖2、地磁感应线圈3、地磁感应线圈引出线4、地磁感应线圈骨架5、地磁感应线圈磁芯6、地磁感应线圈磁芯上盖片7、地磁感应线圈磁芯下盖片8、光电式声传感器件9、光电式声传感器件引出线10、热电阻11、热电阻引出线12、电路板13、信号输入/输出装置16、蓄电池组17及密封圈15组成。壳体上盖1下端口与壳体下盖2上端口内外丝扣相联、地磁感应线圈3置于地磁感应线圈骨架5上，地磁感应线圈骨架5中心孔里穿有地磁感应线圈磁芯6，其两端设有地磁感应线圈磁芯上盖片7和地磁感应线圈磁芯下盖片8，电路板13固定于地磁感应线圈磁芯下盖片8的下侧，声/振动/压力探测器9和热电阻11设置于壳体上盖1顶端的安装孔中，地磁感应线圈引出线4、光电式声传感器件引出线10和热电阻引出线12与电路板13相连，蓄电池组17设置在壳体下盖2底部，信号输入/输出装置16设置在电路板13与蓄电池组17之间。

图8所示为本实施例的电路原理图，电源由稳压电路U1、滤波电容C44、C45、C46及蓄电池组E构成，信号探测模块由地磁探测单元L、声/振动/压力探测单元M和温度探测单元Rt构成，信号处理单元由电阻R58--R79、电容C38--C43和C47--54、集成四运放U5和U6、单片计算机U7构成，输入/输出模块由标准输入/输出电路组件I/O及信号输入/输出装置⑤构成。与实施例1的电气原理举例3不同的是，增加了测温功能，电源改由蓄电池组供电，输入/输出I/O和信号输入/输出装置可为无线电传输组件或者光缆传输组件。

实施例4

如图9、10所示，本实施例的探测装置由壳体上盖1、壳体下盖2、无线电微波车辆探测天线20、霍尔元件18、固定板19、电路板13、电气接插件21及密封圈15组成。壳体上盖1下端口与壳体下盖2上端口内外丝扣相联、无线电微波车辆探测天线20设置在壳体内上部，与霍尔元件18一起设置在固定板19的上侧，电路板13设置在固定板19的下侧。需指出的是，由于使用的无线电微波探测目标信息的具体原理的不同，所选用的车辆探测天线形式也不同，有连续多不勒自差机环行天线、波导裂缝天线、毫米波喇叭天线等多种形式；探测装置可根据需要进行塑料灌封。

如图11所示，为本实施例的电气原理图，电源由稳压电路U1构成，信号探测模块由地磁探测单元U8、微波探测单元和温度探测单元U10构成，信号处理单元由电阻R80--R97及R103--R106、电容C55--C66及C71--C74、集成四运放U9及U11构成，输入/输出模块由电源线①②、信号线⑥⑦⑧构成。其中，地磁探测单元U8由霍尔元件构成；微波探测单元包括自差机式多卜勒环形天线V、晶体管Q4、电感L1--L4、电阻R98--R102、结构分布电容C67--C70；信号处理单元分三部分，即地磁探测信号处理部分、微波探测信号处理部分和温度探测信号处理部分，地磁探测信号处理部分由电阻R80--R88、电容C55--C60、集成四运放U9构成，对地磁探测信号进行带通滤波和放大，通过信号线⑥传输出去；微波探测信号处理部分由电阻R103--R106、电容C71--C74、集成四运放U11中的第4号运放构成，对微波探测信号进行带通滤波和放大，通过信号线⑧传输出去；温度探测信号处理部分由电阻R89--R97、电容C61--C66、集成四运放U11中的第1、2、3号运放构成，对温度探测信号进行带通滤波和放大，通过信号线⑦传输出去，这里的温度探测器件U10不是单纯的热电阻，而是随温度变化产生交流变化信号的温感器件，如热敏振荡器件；稳压电路U1可以是三端固定稳压电路，如7805、78L05、7812、78L12等，也可以是三端可调稳压电路，如LM317等，当然也可用稳压二极管等；集成四运放U9和U11，可以是LM224、LM324，也可以是14574B等其它可替换的运放型号。

无线电微波探测单元是根据主动式无线电连续波多卜勒测距、调频测距、脉冲测距、脉冲编码测距或相位测距原理设计的，通过其天线向空间或被探测目标方向发射电磁波，这些电磁波碰上被探测目标后，由接收天线接收，形成被探测目标的信息，被探测目标可以是车辆，也可以是其它物体、人体、动物等，该探测单元也可对其本身是否被晃动或移动作出反应，当它被晃动或移动时会输出相应的信息，把带有该探测单元的探测器安装到被探测物体上，可探测被探测物体有无晃动或移动发生。

实施例5

对某一车道而言，为了获取更为可靠的、更多探测信息的需要，本发明探测装置可接驳至少一个带有独立壳体的子探测装置，构成分体式子母型探测装置，如母探测装置中设有测温型地磁和声/振动/压力探测式信号探测模块、多功能型信号处理单元、输入/输出接口模块和电源，子探测装置中设有一个信号探测模块，该信号探测模块中只设有一个地磁探测单元，母探测装置和子探测装置通过导线相连，间隔一定距离埋于车道路面下面，可探测车辆的车速、车辆长度、车流量、道路占用率和路面温度以及母探测装置和子探测装置之间是否停有车辆、停车时间等信息。对多车道情况而言，为了节约***成本的需要，一个母探测装置接驳多个子探测装置，所得到的探测信号都经过母探测装置中的信号处理单元和输出/输入模块进行处理和传输。

如图12所示，为母子型探测装置的电路原理图：母探测装置中，电源由稳压电路U1、滤波电容C75、C76及蓄电池组E构成，信号探测模块由一个地磁探测单元T1、一个声/振动/压力探测单元或微波探测单元或超声波探测单元T2，一个温度探测单元T3构成，信号处理单元由电阻R107--R121、电容C77--C85、集成四运放U12、单片计算机U7构成，输入/输出模块由标准输入/输出电路组件I/O及信号输入/输出装置⑤构成。子探测装置有三个，一个由地磁探测单元T1、电阻R122--R126、电容C86--C88、运放U13构成，一个由地磁探测单元T2、电阻R127--R131、电容C89--C91、运放U14构成，另一个由地磁探测单元T3、电阻R132--R136、电容C92--C94、运放U15构成。电源为蓄电池组或太阳能电池组供电，所有探测单元的传感信号分别经带通滤波和放大后，送单片计算机U7进行智能处理，输入/输出I/O和信号输入/输出装置可为无线电传输组件或者光缆传输组件。

Claims

1、一种车辆探测装置，包括以车辆地磁映像探测器组成的探测单元、信号处理/传输单元和电源，电源为各部分供电，其特征在于，信号处理/传输单元至少包括有放大器，车辆地磁映像探测器的输出端接信号处理/传输单元的输入端，所述的探测单元还包括声/振动/压力探测器或车辆超声波探测器，其输出端与信号处理/传输单元的输入端相连接。

2、如权利要求1所述的车辆探测装置，其特征在于，所述的探测单元设有一温度传感单元，其输出端与信号处理/传输单元的输入端连接。

3、如权利要求1所述的车辆探测装置，其特征在于，所述的探测单元设有一微波探测单元，其输出端与信号处理/传输单元的输入端连接。

4、如权利要求1所述的车辆探测装置，其特征在于，所述的信号处理/传输单元还包括有微处理器，每路放大器的输出端、以及用于监视电源电压的电源输出监视点和用于监视放大电路工作状态的监视点与微处理器的数据采集/输入总线连接，无线电信号传输装置或光纤信号传输装置的数据总线和控制总线分别与微处理器的数据总线和控制总线相连接。

5、如权利要求4所述的车辆探测装置，其特征在于，信号处理/传输单元还包括用于输出车辆探测信息和车辆探测装置自检信息的输入/输出接口、无线电信号传输装置或光纤信号传输装置，放大器的输出端与无线电信号传输装置或光纤信号传输装置的输入端连接。

6、如权利要求1、2、3、4或5所述的车辆探测装置，其特征在于，所述的电源为蓄电池或太阳能电池组。

7、如权利要求1、2、3、4或5所述的车辆探测装置，其特征在于，所述的信号/传输处理单元接驳有独立壳体的子探测单元，子探测单元包括至少一个车辆地磁映像探测器，其输出端与信号处理/传输单元的输入端连接。