道路交通流量调查系统及其实现方法
【专利摘要】本发明公开一种道路交通流量调查系统及其实现方法，其中，道路交通流量调查系统包括依次相连的磁芯感应传感器、信号处理电路、数据采集电路和数据处理系统，磁芯感应传感器包括第一线圈、第二线圈和磁芯；信号处理电路对信号进行滤波、放大；数据采集电路将模拟信号转换为数字信号；数据处理系统对输入的数字信号进行计算和统计，得到包含有车型、车速和车辆流量的交通流量信息。本发明采用的磁芯感应传感器不但具有体积小、安装简单、道路破坏面小的特点，而且输出信号强度高，输出波形对应车型特征明显。另外，本发明采用RBF神经网络进行车型识别，对车型识别率高。
【专利说明】道路交通流量调查系统及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路交通管理领域，特别涉及一种道路交通流量调查系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002]我国各种道路的发展已经由大规模的建设期进入到管理、控制和优化阶段。包括交通流量、车型、车速、车道占有率以及车流密度等参数的道路交通流信息是实现交通优化和智能交通管理的主要依据。通过实时准确的道路车辆交通流信息，不仅可以完全了解和掌握当前的路况信息，而且可以利用智能控制和预测等手段，进行有效的交通控制和交通诱导，确保道路交通的畅通和现有道路的最佳利用率。
[0003]根据所采用传感器的不同，道路交通流调主要分为感应线圈检测、超声波检测、微波检测、红外线检测、视频检测等几种形式。感应线圈是交通流调中应用最为广泛的方式之一，可以获得车辆出现、经过、计数及车道占有率等基本交通流信息。其突出优点是技术比较成熟、车辆计数精确，但存在的主要不足是安装过程中对路面破坏大，需要中断交通，影响道路寿命，使用过程中容易被重型车辆、路面修理等损坏，同时存在车型识别率低的问题。对于基于超声波、微波、红外线和视频等手段进行的交通流调系统，就检测原理而言，具有一定的先进性和可实现性，但存在诸如系统安装条件要求高、受环境条件影响大、成本较高和可靠性较低等问题，在实际应用中受到限制。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题就是克服上述技术问题，提出一种道路交通流量调查系统及其实现方法，其安装简单、道路破坏面小。
[0005]为了解决上述问题，本发明提供一种道路交通流量调查系统，包括依次相连的磁芯感应传感器、信号处理电路、数据采集电路和数据处理系统，其中，
[0006]所述磁芯感应传感器包括第一线圈、第二线圈和磁芯，所述第一线圈和第二线圈串联且绕向相同；所述磁芯穿过所述第一线圈和第二线圈；在所述第一线圈和第二线圈之间有恒定的激励电压输入；
[0007]所述信号处理电路接收所述磁芯感应传感器输出的车辆信号，进行滤波、放大后输出至所述数据采集电路；
[0008]所述数据采集电路将信号处理电路输出的模拟信号转换为数字信号输出至所述数据处理系统；
[0009]所述数据处理系统对输入的数字信号进行计算和统计，得到包含有车型、车速和车辆流量的交通流量信息；其中，所述数据处理系统采用RBF神经网络模型识别车型。
[0010]优选地，所述系统包括两个磁芯感应传感器，所述两个磁芯感应传感器之间具有预设的距离间隔，根据同一根车轴通过两个传感器的时间间隔和传感器之间的距离间隔得到车速。[0011 ] 优选地，所述磁芯的材料为无定形含有稀土材料。
[0012]优选地，所述磁芯感应传感器的半线圈长度为25_，线圈直径为2.3_。
[0013]优选地，所述信号处理电路包括依次相连的滤波电路、调零电路、减法电路、积分电路、调幅电路和放大电路，其中，
[0014]所述滤波电路与所述磁芯感应传感器相连，对磁芯感应传感器输出的车辆信号进行低通滤波；
[0015]所述调零电路用于当输入无信号时，调节输出为零信号；
[0016]所述减法电路对输入的差分信号进行减法运算并进行初步放大；
[0017]所述积分电路对输入信号进行积分，以增加信号强度；
[0018]所述调幅电路将信号处理电路的输出幅值控制在5V以内；
[0019]所述放大电路对输入信号进一步放大，输出至数据采集电路。
[0020]优选地，所述数据处理系统采用动态自适应RBF神经网络模型识别车型，其中，对车的全车波形曲线与横坐标时间轴围成的区域沿时间轴等间隔划分，计算每一部分的面积，然后进行归一化处理，作为RBF神经网络的输入。
[0021]优选地，还包括道路交通控制中心，所述数据处理系统通过无线网络将交通流量信息发送至所述道路交通控制中心。
[0022]为了解决上述问题，本发明提供一种道路交通流量调查系统的实现方法，包括:
[0023]磁芯感应传感器将检测到的车辆信号输出至信号处理电路；
[0024]所述信号处理电路对接收到的车辆信号进行滤波、放大后输出至采集电路；
[0025]所述数据采集电路将信号处理电路输出的模拟信号转换为数字信号输出至数据处理系统；
[0026]所述数据处理系统对输入的数字信号进行计算和统计，得到包含有车型、车速和车辆流量的交通流量信息，并上报至道路交通控制中心；其中，所述数据处理系统采用RBF神经网络模型识别车型。
[0027]为了解决上述问题，本发明提供一种磁芯感应传感器，包括第一线圈、第二线圈和磁芯，所述第一线圈和第二线圈串联且绕向相同；所述磁芯穿过所述第一线圈和第二线圈；在所述第一线圈和第二线圈之间有恒定的激励电压输入。
[0028]优选地，所述磁芯的材料为无定形含有稀土材料。
[0029]发明提出的道路交通流调系统，采用微型磁芯感应传感器，该传感器体积小(直径10_，长度120_)，安装简单(在路中央钻等长度的孔埋入、引线即可)。由于传感器的特殊设计，信号输出强，车型特征明显。与传统的感应线圈工作原理不同，不需要高频激波，经电路处理后输出为电压值，处理电路简单，抗干扰能力强。对不同车型由于底盘结构、高度等因素的差异所产生的车型特征信号曲线进行RBF(Radical Basis Function，径向基函数)神经网络学习后，完成车型的识别工作。同时，根据系统工作的特点，结合ARM嵌入式系统及3G网络配置，实现道路实时交通数据向控制中心的无线传输，为中心了解和控制交通提供依据。经过实际测试和验证，系统满足设计要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例的道路交通流量调查系统示意图；[0031]图2为本发明实施例的磁芯感应传感器示意图；
[0032]图3为本发明实施例的信号处理电路的组成示意图；
[0033]图4 (a)~(d)为本发明实施例的不同车型通过传感器时实际测量获得的波形；
[0034]图5为本发明实施例的马六轿车以44km/h的速度通过两个传感器的信号波形；
[0035]图6为RBF神经网络拓扑结构；
[0036]图7为本发明实施例的RBF神经网络训练过程；
[0037]图8为本发明实施例的计算结果与实际车型的比较。
【具体实施方式】
[0038]下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0039]如图1所示,本发明实施例的道路交通流量调查系统包括依次相连的磁芯感应传感器、信号处理电路、数据采集电路和数据处理系统，其中，
[0040]所述磁芯感应传感器包括第一线圈、第二线圈和磁芯，所述第一线圈和第二线圈串联且绕向相同；所述磁芯穿过所述第一线圈和第二线圈；在所述第一线圈和第二线圈之间有恒定的激励电压输入；
[0041]所述信号处理电路接收所述磁芯感应传感器输出的车辆信号，进行滤波、放大后输出至所述数据采集电路；
[0042]所述数据采集电路用于将信号处理电路输出的模拟信号转换为数字信号输出至所述数据处理系统；
[0043]所述数据处理系统对输入的数字信号进行计算和统计，得到包含有车型、车速和车辆流量的交通流量信息；其中，所述数据处理系统采用RBF神经网络模型识别车型。
[0044]另外，道路交通流量调查系统还可包括道路交通控制中心，所述数据处理系统通过无线网络(如3G网络)将交通流量信息发送至所述道路交通控制中心。
[0045]下面对道路交通流量调查系统的各个组成部分进行详细描述:
[0046]一、磁芯感应传感器
[0047]不同于传统的感应线圈式检测器，本发明采用的微型磁芯感应传感器由绕向相同的两个串联线圈和特殊设计的磁芯组成，其基本结构如图2:
[0048]该传感器工作原理比较简单，是一种基于法拉第电磁感应定律的车辆传感器。根据法拉第电磁感应定理:
[0049]Vi=Cl O/dt (I)
[0050]其中Vi是线圈中的感应电压，O是线圈中的磁通量,其值由下式确定。
[0051]O=NAcU 0 U CH (2)
[0052]N是线圈阻数，A。是线圈的横截面积，H是磁场强度，U ^是真空磁导率，U。是磁芯的相对磁导率。对于固定结构的传感器来说，磁通量的变化只和磁场强度有关。
[0053]应用时，传感器垂直埋在路面下，在两个串联线圈的中间给定一个恒定的激磁电压，本发明的系统采用的是5V。在电磁环境不发生变化时，通过两个线圈的磁场强度和磁通量固定，因此两个输出端均为系统5V电压。当有导磁材料如金属车辆通过时，由于磁路发生变化，导致线圈中的磁场强度发生变化引起磁通量的改变，在线圈中产生感应电压，由于线圈绕向相同，相当于中间的5V电压端子，两输出端的感应电压极性相反。传感器产生感应电压的大小除与通过车辆的速度有关外，其连续波形形状特征主要与通过传感器的车辆的车身和底盘结构有关，通过检测车辆经过时传感器的输出波形，就可以确定车辆的基本类型。因此采用该传感器的检测系统不仅可以检测车辆的存在，而且可以确定车辆的结构类型。
[0054]磁芯线圈是在空心线圈的中心插上磁芯棒构成。由于传感器结构微小，要产生足够大的感应电压,磁芯的材料的选择至关重要,要求磁芯材料具有高磁导率、低矫顽力、高磁饱和强度等特性。感应线圈传感器采用的磁芯材料通常有铁氧体、坡莫合金和无定形材料三种基本类型。铁氧体的涡流损耗小，但磁导率小不适用于低频和中频段系统的使用；坡莫合金磁导率高，矫顽力小，但存在涡流损耗，加工过程复杂；无定形材料的相对磁导率比坡莫合金要大，涡流损耗也小，因此对于相同尺寸的磁芯，它的电感也要大一些。因此本发明实施例采用无定形含有稀土材料形式的磁芯结构。
[0055]本发明实施例采用的磁芯相对磁导率U。很高,使磁芯感应线圈的电压灵敏度比空心感应线圈要提高U。倍，考虑到退磁系数的影响，实际相对磁导率U。的值由式(3)求得。
【权利要求】
1.一种道路交通流量调查系统，其特征在于，包括依次相连的磁芯感应传感器、信号处理电路、数据采集电路和数据处理系统，其中， 所述磁芯感应传感器包括第一线圈、第二线圈和磁芯，所述第一线圈和第二线圈串联且绕向相同；所述磁芯穿过所述第一线圈和第二线圈；在所述第一线圈和第二线圈之间有恒定的激励电压输入； 所述信号处理电路接收所述磁芯感应传感器输出的车辆信号，进行滤波、放大后输出至所述数据采集电路； 所述数据采集电路将信号处理电路输出的模拟信号转换为数字信号输出至所述数据处理系统； 所述数据处理系统对输入的数字信号进行计算和统计，得到包含有车型、车速和车辆流量的交通流量信息；其中，所述数据处理系统采用RBF神经网络模型识别车型。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述系统包括两个磁芯感应传感器，所述两个磁芯感应传感器之间具有预设的距离间隔，根据同一根车轴通过两个传感器的时间间隔和传感器之间的距离间隔得到车速。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于， 所述磁芯的材料为无定形含有稀土材料。
4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于， 所述磁芯感应传感器的半线圈长度为25mm,线圈直径为2.3_。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述信号处理电路包括依次相连的滤波电路、调零电路、减法电路、积分电路、调幅电路和放大电路，其中， 所述滤波电路与所述磁芯感应传感器相连，对磁芯感应传感器输出的车辆信号进行低通滤波； 所述调零电路用于当输入无信号时，调节输出为零信号； 所述减法电路对输入的差分信号进行减法运算并进行初步放大； 所述积分电路对输入信号进行积分，以增加信号强度； 所述调幅电路将信号处理电路的输出幅值控制在5V以内； 所述放大电路对输入信号进一步放大，输出至数据采集电路。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述数据处理系统采用动态自适应RBF神经网络模型识别车型，其中，对车的全车波形曲线与横坐标时间轴围成的区域沿时间轴等间隔划分，计算每一部分的面积，然后进行归一化处理，作为RBF神经网络的输入。
7.如权利要求1~6中任意一项所述的系统，其特征在于， 还包括道路交通控制中心，所述数据处理系统通过无线网络将交通流量信息发送至所述道路交通控制中心。
8.一种道路交通流量调查系统的实现方法，包括: 磁芯感应传感器将检测到的车辆信号输出至信号处理电路； 所述信号处理电路对接收到的车辆信号进行滤波、放大后输出至采集电路； 所述数据采集电路将信号处理电路输出的模拟信号转换为数字信号输出至数据处理系统； 所述数据处理系统对输入的数字信号进行计算和统计，得到包含有车型、车速和车辆流量的交通流量信息，并上报至道路交通控制中心；其中，所述数据处理系统采用RBF神经网络模型识别车型。
9.一种磁芯感应传感器，其特征在于，包括第一线圈、第二线圈和磁芯，所述第一线圈和第二线圈串联且绕向相同；所述磁芯穿过所述第一线圈和第二线圈；在所述第一线圈和第二线圈之间有恒定的激励电压输入。
10.如权利要求9所述的磁芯感应传感器，其特征在于， 所述磁芯的材料为无定形含有稀土材料。
【文档编号】G08G1/065GK103646553SQ201310556476
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】童亮, 张欣, 王准, 林慕义, 王大江 申请人:北京信息科技大学