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雷达、线圈与视频检测技术在智能交通与道路预警应用中的利弊对比分析

2021年10月19日 17:04巍泰技术(武汉)有限公司点击量:425

  目前已有多种智能交通管理与道路安全预警技术在实际中应用,如一开始发展的路面接触式线圈检测技术,以及新发展起来的路面非接触式视频检测技术与雷达检测技术等。
 
  线圈检测技术基于电磁感应原理,它的传感器是一个埋在路面之下、通过一定工作电流的环形线圈。当汽车经过采集装置上方时会引起相应的压力、电场或磁场的变化,最后采集装置将这些力和场的变化转换为所需要的交通信息。经过多年的发展,路面接触式的线圈检测技术已经很成熟,其测量精度高,易于掌握,一直在智能交通管理与道路安全预警领域中占有主要地位。但是这种路面接触式的交通采集装置有着不可避免的缺点:安装或维护需暂时阻碍交通,安装施工量大;切缝软化了路面,容易使路面受损,特别是桥梁、立交、高架路等路面严禁切割施工的地方采用环形线圈,否则会造成严重安全隐患;使用效果及寿命受路面质量和自然环境影响较大,环形感应线圈寿命一般仅2年;由于自身测量原理限制,当车流拥堵,车间距小于3m的时候,其检测精度大幅降低,甚至无法正常检测。
 
  视频检测技术是利用车辆进入检测区域(虚拟线圈)导致背景灰度变化的原理来进行车辆检测,直观可靠,安装无须破坏路面。但缺点是对移动车辆的鉴别有一定的困难,在拍摄高速移动车辆时需要有足够快的快门(至少是1/3000PX)、足够数量的像素以及可靠的图像算法。另外,受光度、气候条件的影响很大,且需要进行镜头清洁等日常维护。此外,由于视频检测技术的局限性,通常需要配置其他技术设备进行交通信息辅助采集,线圈与雷达成为佳选,甚至还包括激光、红外与超声波检测技术等,但由于激光使用与维护成本高;超声波准确度易受车型、车高变化以及环境影响;红外准确度易受现场灰尘、冰雾等环境影响,并未获得广泛应用。
 
  雷达检测技术是利用车辆经过检测区域时引起雷达电磁波返回时间或频率的变化进行车辆检测,安装维护方便、使用寿命长、几乎不受光照度、灰尘以及风、雨、雾、雪等天气气候影响。因此,相较于视频检测技术,雷达检测技术作为新一代路面非接触式交通信息采集技术更具应用与发展前景。而将雷达检测技术应用于交通信息采集关键是要解决从微波雷达回波信号中提取车辆信息问题,如有无车辆/行人、车速、车流量、车道占有率、车型、车头时距等。简单来说,就是利用雷达技术所具有的测速和测距功能实现所需交通信息的实时检测,为智能交通管理与道路安全预警系统运行提供可靠的数据来源。
 
智能交通管理雷达-水印.jpg
雷达检测技术在智能交通管理中的应用与选型推荐
 
道路安全预警雷达-水印.jpg
雷达检测技术在道路安全预警中的应用与选型推荐
 
  雷达,是英文Radar的音译,源于radio detection and ranging的缩写,意思为"无线电探测和测距",即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此,雷达也被称为“无线电定位”。微波雷达是利用工作频率在0.3~300GHz,波长1mm~10cm之间的电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。微波雷达系统方框图如下:
 
雷达系统方框图.jpg
微波雷达系统方框图
 
  微波雷达早期被应用于军事领域,随着雷达技术的发展与进步,微波雷达传感器开始应用于智能交通管理、道路安全预警、汽车电子等民用领域,物位与物液检测等工业领域。在智能交通管理与道路安全预警应用中具体具有如下优势:
 
  1、高精度高分辨
 
  距离分辨率指雷达区分两个相邻物体的能力,分辨率越高,能识别的最小距离就越小。距离分辨率随带宽增加而提高。24GHz下的ISM频段有200MHz带宽,77GHz下的SRR频段可提供高达4GHz的扫描带宽。因此与24GHz雷达相比,77GHz雷达有更高的测距精度,能更好地应用于高精度的场景中。
 
  2、多车道多目标
 
  采用阵列雷达天线实现对多个目标实时检测和跟踪,可以同时检测车辆的位置、速度、运动方向,结合*的雷达目标跟踪算法,可同时对多个目标进行测速、测距、测角,并对其运动轨迹进行实时记录跟踪。
 
  3、抗干扰低误报
 
  雷达通过天线发射和接收目标信号,相较光学器件受干扰的可能性大大降低。此外,有多种措施能尽量减少干扰信号进入接收机。如提高天线增益,可提高雷达接收信号的信噪比;控制天线波束的覆盖与扫描区域可以减少雷达照射干扰机;采用窄波束天线不仅可以获得高的天线增益,还能增大雷达的自卫距离、提高能量密度,还可以减少地面反射的影响,减小多径的误差,提高跟踪精度;当采用阵列接收天线时,可通过调整各个阵列单元信号的幅度与相位,在多个干扰方向上构成天线波瓣的零点,从而减少接收干扰信号的强度。
 
  4、全天候全天时
 
  受制于光学的物理特性,激光雷达、红外与视频等在雨雪、沙尘等恶劣天气环境下,工作可靠性会受到影响。微波雷达能全天候全天时工作,在暴雨、大雪、漆黑及空气污染等恶劣环境条件下也能提供高可靠性的探测。此外,微波雷达能够“看穿”墙壁等其他固体物体,这是激光雷达、红外与视频所不具备的能力。
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