一种基于定向天线的十字路口车流检测方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子自动检测装置与方法，具体涉及一种基于定向天线的十字路口车 流检测方法与装置。
【背景技术】
[0002] 车流检测历来是获取交通信息的一个重要手段，人们通过对车流信息进行分析， 判定道路的设计是否合理，道路的调度手段是否可行。特别是对于交通状况复杂，事故频发 的十字路口而言，进行更简单易行，高效精准的车流检测，为减少十字路口交通事故，设置 合理红绿灯间隔时间提供了更可靠的依据。
[0003] 在现有的研宄成果中，车流检测的方法主要有两类：一类是接触式测量，包括压 电，压力管检测，环形线圈检测和磁力式检测。这种测量方法是将检测设备埋藏在路面之 下，采集汽车经过采集装置上方时引起的相应的压力，电场或磁场的变化，再将这些力和场 的变化转换为所需要的交通信息。据此计算出的车流量，速度等交通参数则可上传给中央 控制系统。这类方法在技术领域已经非常成熟，便于实际操作。然而，由于检测器处于地下， 不仅会受到诸如路基下沉，水冻等地质问题的影响，维护时也面临极大的困难，维护费用昂 贵且对交通的正常运行影响时间长；第二类是非接触式测量，主要包括波频检测和视频检 测两大类。其中，波频检测可分为微波，超声波和红外三种；视频检测则主要依靠于视频图 像处理技术。尽管这类检测方法在使用中更为方便，然而，其成本和日常的维护费用却远远 高出其他检测方法。另外，各类辐射，电磁场对波频检测影响，不同气候，光照，阴影对视频 检测的影响，都亟待人们为之提供有效的解决办法。
[0004] 为此，本发明借助车联网信标机制的特征，结合定向天线的固有物理性质，根据不 同的道路环境及检测要求，通过选择特定规格的定向天线，设计了基于定向天线的车流检 测方法。考虑到定向天线可以更加充分的利用空间资源，提高网络的频率利用率，增大无线 通信网络的容量，同时还可以进行远距离通信，被探测概率低，建设成本和日常维护费用低 廉，相信会在未来车流检测的应用中发挥更重要的作用。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于定向 天线的十字路口车流检测方法与装置。
[0006] 为实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种基于定向天线的十字路口车流检测方法，具体包括如下步骤：
[0008] 步骤一，车流检测区域设置：信标接收装置A、B、C和D分别安装在十字路口的四 个红绿灯上，每个信标接收装置都配备一定规格的定向天线，在十字路口的四个不同的方 向上，分别形成四个矩形区域，每个矩形区域的形成方式如下：定向天线的主瓣在垂直方向 上的覆盖下界切面与道路路面的交线设为BC，定向天线的主瓣在垂直方向上的覆盖上界切 面与道路路面的交线设为DE，与道路路沿CE和BD所形成的矩形区域为BDEC ;这四个矩形 区域即构成十字路口整体的车流检测区域；
[0009] 步骤二，信标消息采集：信标接收装置A、B、C和D完成车辆信标消息采集工作，并 传送到数据处理模块；
[0010] 步骤三，信标消息处理：利用数据处理模块将步骤二采集到的车辆信标消息进行 分析处理，完成车流统计、车辆行驶方向的识别；
[0011] 步骤四，无线数据传输：将步骤三中得到的交通检测信息通过无线传输模块传送 至远程监控系统；
[0012] 步骤五，远程监控系统利用步骤四中上传的交通检测信息完成交通流统计以及远 程监控；监控系统中的信息由数据存储模块进行存储，车辆检测过程结束。
[0013] 进一步地，所述步骤一的具体实现方法如下：
[0014] 步骤101，信标接收装置A、B、C和D分别安装在十字路口的四个红绿灯上；设十字 路口某一方向道路处定向天线的下倾角为α，水平波瓣宽度为β，定向天线的挂高高度为 Η，道路宽度为Width，四者之间的关系满足：
[0015] Width = 2*H*sin ( β/2)/sin α
[0016] 步骤102,每个信标接收装置都配备一定规格的定向天线，所述一定规格的定向天 线的确定过程如下：
[0017] 首先，选择满足条件1)-2)的定向天线：
[0018] 1)天线覆盖范围D大于十字路口处天线的最小覆盖范围Dmin: _9] Dmin= l〇*T*V max
[0020] 其中，T为信标消息的发送周期，Vmax为十字路口最高车速，D min为十字路口处定向 天线的最小覆盖范围；
[0021] D = H/tan ( α - Θ /2) -H/tan ( α + Θ /2) ^ H/tan a -H/tan ( α + Θ /2)
[0022] 其中，α为天线下倾角，Θ为垂直波瓣宽度，H为天线的挂高高度，D为天线覆盖 范围；
[0023] 2)通信功率-路径损耗多接收灵敏度下限，路径损耗FSPL的计算公式如下：
[0024] FSPL = 201g dmax+201g f+32. 44-Gtx-Grx
[0025] 其中，f为信号频率，Gtx为发射天线的增益，Gm为接收天线的增益，d max为天线信 号的最远路径，BP :
[0026] dmax= H/(sin a *cos ( β/2))
[0027] 其次，选择最优的定向天线
[0028] 计算满足步骤101条件的天线的塔下黑现象影响的范围Dt，选取Dt最小的天线；
[0029] Dt= H/tan ( α + Θ/2)；
[0030] 步骤103,定向天线的主瓣在垂直方向上的覆盖下界切面与道路路面的交线设为 BC，定向天线的主瓣在垂直方向上的覆盖上界切面与道路路面的交线设为DE，道路路沿为 CE和BD，则形成的矩形区域为BDEC即构成了十字路口一个方向上的车流检测区域；
[0031] 步骤104,十字路口四个方向上的矩形区域，构成了十字路口车流检测的整体检测 区域。
[0032] 进一步地，所述步骤二的具体实现方法如下：
[0033] 步骤201，信标接收装置的输入端连接同步标定模块的输出端，对接收到的信标消 息设置时间戳；
[0034] 步骤202,信标接收装置的输出端通过RS485总线连接数据处理模块；每个车载广 播单元都设定有一个唯一的64位MAC地址，记作EUI-64 ;信标接收装置接收车载广播单元 广播的信标消息并将车辆标识信息EUI-64、信标消息接收时对应的时间戳以及信标接收装 置名称通过RS458总线传输至数据处理模块。
[0035] 进一步地，所述步骤三的具体实现方法如下：
[0036] 步骤301，数据处理模块使用一个特殊的数据结构记录驶过检测区域车辆的相 关信息；该数据结构是由若干条记录组成的一张表T，每辆车对应一条记录，每条记录由 7个数据项组成，具体包括车辆的标识信息EUI-64、第一次接收到信标消息的信标接收装 置EnterDevice、第一次接收到信标消息的时间戳FirstTime、当前接收到信标消息的信 标接收装置CurrentDevice、当前接收到信标消息的时间戳LastTime、车辆行驶方向信息 Direction、信标接收装置接收到的相同EUI-64的信标消息总数Count ;表T初始状态为 空，对表中的EUI-64统计，对车辆进行计数；
[0037] 步骤302,数据处理模块通过RS485总线传输到的信息动态地对表T进行维护；具 体方法如下：
[0038] ①增加记录操作，根据RS485总线收到的信息中的EUI-64信息，查询表T中的每 条记录；若无该EUI-64信息，代表一辆新的车辆驶入检测区域，则在表T中增加一条新的记 录，并设置该记录相应的数据项；其中，EUI-64项为相应的车辆MAC地址值；EnterDevice 项和CurrentDevice项置为接收此信标消息的信标接收装置名称；FirstTime项和 LastTime置为接收到此信标消息的时间戳，Count项置1，Direction项记为Null，完成增 加记录操作；
[0039] ②更新记录操作，根据RS485总线收到信标消息中的EUI-64信息，以一定 周期查询表T中已有的每条记录，若已存在该EUI-64信息，则在数据结构中更新 该EUI-64信息对应的数据项，主要包括：CurrentDevice项置为当前信标消息的信 标接收装置名称；LastTime置为当前信标消息的时间戳值；Count值为计数值，进行 加1操作；Direction项包括两种情况：若CurrentDevice与EnterDevice项相同，则 Direction 项记为空；若 CurrentDevice 与 EnterDevice 项不同，则 Direction 项记为 EnterDevice-CurrentDevice ；
[0040] ③删除记录操作，数据处理模块以一定周期对表T中的每一条记录进行遍历，定 义车辆等待三个红灯所需的时间即为遍历周期；若当前遍历时间与某条记录的LastTime 的差值大于该遍历周期，则认为车辆已经离开检测区域，将该条记录通过无线方式上传至 远程监控系统，传输成功后删除数据结构中对应的表项。
[0041] 进一步地，所述步骤五的具体实现方法如下：
[0042] 步骤501，每条记录中的LastTime作为车辆通过观测点的时间，远程监控系统可 以根据需要利用上传记录对特定时段内的EUI-64进行统计得到虚拟检测区域总体或某一 特定方向上的交通流量，同时，利用EUI