汽车行驶速度监测技术现况及发展

机械工程测试技术课程论文题 目 汽车行驶速度监测技术现况及发展 院 （系） 机械与车辆工程学院 专业班级 13机二 学生姓名 王彭城 学 号 常州工学院2016年5月16 日汽车行驶速度监测技术现况及发展摘要：在大量文献查找和阅读，以及多次的实践调查下，本文解释了目前几种常用的汽车监测技术的原理，分析了这些技术的现况，并论述了这项技术的发展方向。关键词：汽车速度；监测技术；现况；发展方向ABSTRACT: Through a large number of literature search and literature reading, as well as a number of practical investigation, this paper explains the principles of several commonly used vehicle monitoring technology, analyzes the current situation of these technologies, and discusses the development direction of this technology.KEYWORDS: speed; monitoring technology; current situations; development direction汽车的车速监测对交通部门的工作有着重要的意义，交通管理需要通过对车辆速度进行监测来限制超速行驶，从而完成对交通的管制。 而目前，国内外常用的汽车车速监测技术主要有雷达测速和激光测速，另外，还存在着红外测速，磁性测速和超声波测速等。其中，激光测速和雷达测速使用地最为广泛，但又因为这些测速设备的价格较为昂贵，故不能最大化地普及。因此，优化这些常用的测速技术或者寻找更优秀，更完美的测速技术来代替就亟待解决了。1.汽车车速监测技术的基本原理1.1雷达监测技术原理雷达测速仪的主要原理是多普勒效应（Doppler Effect），即当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机频率。雷达测速仪发射电磁波，碰触到物体的时候会反射回来。当触碰到的物体有朝向或者背向的位移运动时，测速仪发射与反射回来的电磁波有个频率差，通过这个频率差从而求得物体运动的速度，实现速度测量的目的。1.2激光监测技术原理激光测速仪采用的是激光测距的原理。激光测距（即电磁波，其速度为30万公里/秒），是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。激光测速仪对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。1.3红外监测技术原理红外测速仪是在路面上一定距离上设置两对红外对管，通过检测出物体经过两个区域的时间差，即可计算出物体运动的速度。红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接头配合在一起使用的时候的总称。红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光），并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接收入射光线，PN结面积尽量做得比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收管是在反向电压作用之下工作的。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。1.4磁性监测技术原理磁性检测技术包括地磁线圈式检测技术和磁传感器式检测技术。1.4.1地磁式检测技术地磁式检测技术是在地面埋设感应线圈(或感应棒)，通过感应车辆的电磁信号来换算出其速度。这种方法比较经典，检测效果也不错。如台湾省、北欧的一些国家多采用此法。该检测方法的缺点是在于地面埋设感应线圈的施工量大，路面变更后亦需重埋线圈，另外高纬度开冻期和低纬度夏季路面以及路面质量不好的地方对线圈的维护工作都是巨大的。以电磁感应为检测对象的方法还有环型线圈式车辆检测技术。采用地感线圈作为车速检测的计算公式为v=S/ t，其中S为两个线圈之间的距离， t为车辆通过两个线圈的时间差。由于两个线圈之间的距离S在埋设线圈时已经确定，所以通过测量车辆离开两个线圈的时间差 t，即可测得车速。1.4.2磁通门式测速系统磁通门传感器的特点磁通门传感器测量范围可以从几十纳特至几十万纳特，分辨力可达0。2nT，灵敏度可从几十微伏每纳特至几百微伏每纳特。因此，是应用最广泛的微弱磁场测量仪器。由于磁通门如上所述的技术特点，而且交通工具绝大部分采用钢铁结构，比较庞大，具有较强的剩磁场。所以，可将其应用于车速测量系统，根据车辆通过时的磁强峰值大小，还可区分其类型。目前国内外在此方面的研究还很少，所以磁通门测速系统将有很大的发展潜力。测速原理车辆是含铁磁物质的物体，它被地磁场磁化后会在周围产生一定的弱磁场，因此车辆通过时，这种弱磁场就可以被磁通门传感器检测到。磁通门传感器采用单轴传感器，其测速基本原理如图2所示，即在相距为S(m)的两点分别放置两套磁通门传感器A和B，利用车辆通过传感器A，B时先后产生的电压信号作为计时的起止脉冲信号。当汽车通过传感器A时开始计时，汽车通过传感器B时停止计时，也可从反方向来进行，即汽车通过传感器B时开始计时，通过传感器A时停止计时。这样，就可获得车辆通过S(m)距离的时间，然后经单片机计算出车速数据输出给后续信号处理设备。测量时，无须判断车辆先通过哪个传感器，也即不用判断车从公路的哪个方向来，只要某一个传感器信号到来就开始计时，另一个传感器信号到来就终止计时，所以应用很方便。1.5超声波监测技术原理超声波测速测距的基本原理是利用其反射特性。超声波发生器发射一定频率的超声波遇到障碍物后产生反射波，超声波接收器接收到反射波信号，并将其转换成电信号，测量发射波与回波之间的时间间隔 t，并根据公式R=( tv)2计算距离(v为超声波传播速度)，再根据距离变化量与两次测量时间间隔之比计算车辆运动速度。2目前常见的监测技术分析与总结2.1微波雷达监测技术的分析与总结微波雷达检测器。微波雷达对天气不敏感，在恶劣的天气下表现出众，可以适应于白天和晚上的运行，并且可以直接监测速度，尤其是在长距离的开放的公路上就更能发挥它的作用。雷达测速的原理是应用多普勒效应，即移动物体对所接收的电磁波有频移的效应，雷达测速仪是根据接收到的反射波频移量的计算而得出被测物体的运动速度。因此，具有以下特点：1、雷达波束较激光光束（射线）的照射面大，因此雷达测速易于捕捉目标，无须精确瞄准。2、雷达测速设备可安装在巡逻车上，在运动中的实现检测车速，是“流动电子警察”非常重要的组成部分，可惜的是取证力度不够。3、雷达固定测速误差为1Km/h，运动时测误差为2Km/h。4、雷达发射的电磁波波束有一定的张角，故有效测速距离相对于激光测速较近。5、雷达测速仪发射波束的张角是一个很重要的技术指标。张角越大，测速准确率越易受影响；反之，则影响较小。6、测速雷达如果天线放置不当，当地势为非平原状态时，会使目标车的读数被其它车的速度代替。7、如果目标旁边有反射能力更强的物体存在，测速雷达也只能测到反射能力强的物体。8、当有两车并行时，雷达测速仪无法分辨出哪一辆车是超速车辆。9、当测量信号经过多次反射后，测速雷达测出的结果也会出错。10、无线电波会对测速雷达产生干扰，使测量结果失真。11、雷达感应器可以侦察到雷达测速仪却极难侦察到激光测速仪的存在。2.2激光监测技术的分析与总结激光监测技术基于它的原理，因此它具有测量距离远，反应速度快的优点，并且它的测速精度相较于其他方式较高，能够做到误差小于1km。但激光监测大缺点也很明显，它只能在静止状态下应用，且激光光束必须要瞄准垂直与激光光束的平面反射点。2.3红外线监测技术的分析与总结红外线监测技术可昼夜采用同一算法而解决昼夜转换的问题；可以提供大量交通管理信息。但由于容易受天气情况干扰，红外检测技术在车速检测方面应用较少。2.4磁性检测技术的分析与总结2.4.1感应式环型线圈检测器(ILD)：ILD作为一个成熟的技术，具有低廉的价格，已经成为交通运营和监控系统必不可少的工具。线圈检测的数据通过通讯线路传到交通管理中心，使用配置AID算法的计算机进行分析。虽然线圈可以在每秒钟读数据许多次，但是由于距离和传输的问题，只能每隔20s或30s传输一次数据。线圈可以测量交通流量、占有率和车辆速度。测量的精度取决于ILD合适地安装选位、精确地操作和维护，这在实际操作过程中是比较难以掌握的，须有经验的交通工程师来完成。2.4.2磁传感器式检测器：本身不产生磁场，放在道路上截取磁性的扰动。当一辆汽车驶过时，使得地球磁场产生变化，磁传感器检测和捕捉异常的磁性变化，它通常用来检测车辆存在的信息。钢铁对其性能产生干扰，但是，经过实验研究，这种技术问题能够得到解决，而且其成本比其它类型的检测器都低。目前，主要使用的磁传感器有磁通门、磁阻传感器等。2.5超声波监测技术的分析与总结它有两种类型；第一种是脉冲式多普勒超声检测器，原理类似于多普勒雷达，区别在于它发出频率(20200)kHz超过人类听力范围的声波。这些波是压力波，在空气中以740mh的速度传播，它可以测量速度、占有率、车辆存在和排队长度。由于超声波从移动车辆反射回来时的复杂性，传感器的有效范围(大约40英尺)小于微波检测器。超声波通过大气传播，受限于周围环境的影响，如气温、空气波动和湿度等，这些因素都会影响检测器精度。第二种是脉冲式超声波检测器，安装在路面高处如灯杆上，可以检测通过车辆的种类。它通过测量从高杆上发射器发出的声波到达路面后返回的时间与到达通过车辆的车顶后返回的时间差来确定车辆类型，尽管它在区别小汽车和面包车时有困难，但是能够辨别大多数车辆种类，不用于车速测量。3.汽车车速监测技术的发展方向近年来，视频监测技术被运用的越来越多。“视频测速”是指不使用专用的测速设备(如线圈、雷达、激光等)，仅仅通过对车辆视频监控信号进行分析而获得机动车辆行驶速度的一种方法。这种技术是通过闭路电视系统或数字照相机、摄像机来进行现场数据采集，采用视频识别技术和数字化技术分析交通数据可以设想一下，不用雷达，不用传感器，仅仅安装一个视频摄像头，便可获知监控对象的实际运动速度，这实在足一件十分简单实用的技术。这一测速方法作为一种新型的测速方式已逐渐引起交通行业的重视，因为其具有目前使用的车辆速度测定方法所没有的很多优点。除此以外，视频检测能提供辅助信息，如路间交通、停车交通、车道变化、速度差异和其它方向的交通拥堵。因此，随着高性能计算机和图像处理硬件价格的下降，该技术的应用前景非常看好。然而这种技术仍然存在着缺陷，该方法的不足之处在于当阴影面积达到车辆面积的2/3时，车速估计值与实际值将出现较大偏差。并且大型车辆能遮挡随行的小型车辆；阴影、积水反射或昼夜转换也可能造成监测误差。因此，到目前为止并没有出现新型的、完美的车速监测技术来代替原来的技术，我们现在需要做的也只是将原来的技术进行一些尽可能的优化或者将一些技术混合在一起，用一项技术的优点来弥补另一项技术的缺点，以此来加强对汽车车速的监测。4. 结论经济在发展，时代在改变，汽车车速的监测技术也日趋于完善，但存在的缺陷也不容忽视，每年死于交通事故的人数一直居高不下，其中由超速引起的交通事故占了很大比例，因此我们需要加快对现有监测技术的改善，并且对现有技术进行融合，以一项技术的长处去弥补另一项技术的短处，从而产生趋近于完美的监测技术，并广泛地普及开来。另外，也要加强对超速的管制，才能发挥这些技术的最大的作用。参考文献1/link?url=P1uUg8RcwAWlrPM-zyrq-mx35Nsz0DdFL0UxZ54ZsfJp3z-3AH8m6cuNlq1LqEhSbv2wyz_9zcybHB83l9Tyg_2/link?url=H51AuO3NKONmiBLGzZ5nMlBSy0P9_F8-7MPx5L1tqZ7Nw935QdVXJuCcf4O2vn4VZe1TqYQg_75qc7ITsZZEj_3/link?url=4K-rWhaOSjW0Dh7-b8UOz2BJLXymiq-ZvZY9kVdqTnxtzPKO_xLrU-H47YxkAULMtPIBDRzBJKGsEy0yQA6ssa4沈熊. 激光多普勒测速技术及应用M.清华大学出版社 2004:1.25苏秀平，王秀芳.公路动态称重系统红外测速传感器的研制J.机械设计与制造.2005,66王树欣,伍湘彬.地感线圈在交通控制领域中的应用J.电子世界,2005,87张跃,蔡常青,孙桥.机动车测速仪现场测试技术的国内外现状J.20128马慧明.车速检测技术述评J.中北大学学报(自然科学版).