導讀：ITS是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，實時交通信息是ITS最基本的信息源之一。相較于線圈檢測技術(shù)與視頻檢測技術(shù)，雷達檢測技術(shù)在交通信息檢測方面具有無須破壞路面、抗干擾能力強、安裝維護方便、使用壽命長、應(yīng)用前景廣闊等優(yōu)勢。根據(jù)城市道路環(huán)境特點與應(yīng)用需求，交通流量監(jiān)測雷達TBR-540、廣域多目標雷達WTR-470與交通流量計雷達WTR-422可滿足各路段交通信息實時檢測需求，幫助掌握路網(wǎng)交通狀態(tài)的時空變化規(guī)律與趨勢。

近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通需求日益增加，城市交通擁堵，交通事故頻發(fā)，交通環(huán)境惡化等成為當前世界各國面臨的共同問題。此外，交通系統(tǒng)是一個復雜的綜合性系統(tǒng)，單獨從道路或車輛的角度來考慮，都將很難解決交通問題。

20世紀80年代末90年代初，智能交通系統(tǒng)(ITS=Intelligent Transportation System)應(yīng)運而生，許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家相繼提出各自的發(fā)展戰(zhàn)略，并試圖通過發(fā)展ITS帶動本國基于車輛、通信、電子、計算機以及網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的經(jīng)濟大發(fā)展。據(jù)預(yù)測，應(yīng)用智能交通系統(tǒng)后，可有效提高交通運輸效益，使交通擁擠降低20％，延誤損失減少10~25％，車禍降低50~80％，油料消耗減少30％，廢氣排放也得以減少。

ITS是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計算機技術(shù)等有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。

實時交通信息是ITS最基本的信息源之一，只有對各道路實時交通信息有了準確地掌握才能有效地實施和發(fā)揮諸如交通誘導之類的ITS功能，因此交通信息的實時檢測技術(shù)是ITS技術(shù)中最核心也是最基本的技術(shù)之一。

一、交通信息實時檢測技術(shù)

隨著道路交通信息監(jiān)測、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的不斷發(fā)展，對交通信息檢測的技術(shù)手段更加多樣，采集的信息更加豐富。目前已有多種交通信息采集技術(shù)在實際中應(yīng)用，如最先開始發(fā)展的路面接觸式交通信息采集技術(shù)——線圈檢測技術(shù)，以及新發(fā)展起來的路面非接觸式交通信息采集技術(shù)——視頻檢測技術(shù)與雷達檢測技術(shù)等。通過這些技術(shù)采集到的交通信息主要包括各車道的車速、車流量、車道占有率、車型、車頭時距等。

線圈檢測技術(shù)基于電磁感應(yīng)原理，它的傳感器是一個埋在路面之下、通過一定工作電流的環(huán)形線圈。當汽車經(jīng)過采集裝置上方時會引起相應(yīng)的壓力、電場或磁場的變化，最后采集裝置將這些力和場的變化轉(zhuǎn)換為所需要的交通信息。經(jīng)過多年的發(fā)展，路面接觸式的交通信息采集技術(shù)已經(jīng)很成熟，其測量精度高，易于掌握，一直在交通信息采集領(lǐng)域中占有主要地位。

但是這種路面接觸式的交通采集裝置有著不可避免的缺點：安裝或維護需暫時阻礙交通，安裝施工量大；切縫軟化了路面，容易使路面受損，特別是橋梁、立交、高架路等路面嚴禁切割施工的地方采用環(huán)形線圈，否則會造成嚴重安全隱患；使用效果及壽命受路面質(zhì)量和自然環(huán)境影響較大，環(huán)形感應(yīng)線圈壽命一般僅2年；由于自身測量原理限制，當車流擁堵，車間距小于3m的時候，其檢測精度大幅降低，甚至無法正常檢測。

視頻檢測技術(shù)是利用車輛進入檢測區(qū)域（虛擬線圈）導致背景灰度變化的原理來進行車輛檢測，直觀可靠，安裝無須破壞路面。但缺點是對移動車輛的鑒別有一定的困難，在拍攝高速移動車輛時需要有足夠快的快門（至少是1/3000PX）、足夠數(shù)量的像素以及可靠的圖像算法。另外，受光度、氣候條件的影響很大，且需要進行鏡頭清潔等日常維護。

雷達檢測技術(shù)是利用車輛經(jīng)過檢測區(qū)域時引起雷達電磁波返回時間或頻率的變化進行車輛檢測，安裝維護方便、使用壽命長、幾乎不受光照度、灰塵以及風、雨、霧、雪等天氣氣候影響。因此，相較于視頻檢測技術(shù)，雷達檢測技術(shù)作為新一代路面非接觸式交通信息采集技術(shù)更具應(yīng)用與發(fā)展前景。而將雷達技術(shù)應(yīng)用于交通信息采集關(guān)鍵是要解決從微波（指波長在1mm~1m，頻率在300mhz~300ghz范圍內(nèi)的電磁波，是無線電波中分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。）雷達回波信號中提取車輛信息問題。簡單來說，就是利用雷達技術(shù)所具有的測速和測距功能來實現(xiàn)交通信息的實時檢測。

二、車速檢測

雷達檢測技術(shù)對車輛速度的檢測基于微波多普勒（Doppler）效應(yīng)。微波在傳播過程中，碰到物體時會發(fā)生反射，反射波的頻率會因物體運動狀態(tài)的變化而變化。當物體固定不動時，反射波的頻率保持不變；當物體向靠近波源的方向移動時，微波反射波被壓縮，導致頻率增高；當物體向遠離波源的方向移動時，微波反射波被拉伸，導致頻率降低。這就是多普勒效應(yīng)。基于多普勒效應(yīng)原理可以對車輛的速度進行準確測量，且具有技術(shù)成熟、價格相對較低、安裝維護簡單（不用破壞路面和中斷交通，可安裝于橋梁與隧道等線圈難以安裝的路段）、容易推廣等特點。

三、車流量檢測

采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW，受一定頻率周期性線性連續(xù)波調(diào)制的微波）原理的雷達可以很好地實現(xiàn)距離檢測功能，基于這種測距功能，通過測量雷達與車輛之間的距離與角度就可以判斷車輛處于哪一條車道；對判斷車道是否有車輛存在，可通過雷達往各車道發(fā)射一系列連續(xù)調(diào)頻波，并接收各車道上車輛反射回來的電磁波信號來實現(xiàn)，由于不存在多普勒頻移，各車道上車輛和雷達之間的距離不同，反射回來的電磁波與當前雷達發(fā)射的電磁波頻率之差也不同，雷達通過對中頻信號進行頻譜分析，并判斷各車道對應(yīng)頻率分量的強弱即可知道各車道上有沒有車輛存在，以此來檢測區(qū)域內(nèi)車流量與車道是否擁堵。

四、其他交通信息參數(shù)檢測

除了車流量和速度以外，另外幾個主要交通信息參數(shù)是車型、車道占有率和車頭時距。由于多普勒頻率的持續(xù)時間是可以測量的，因此，在獲取車輛速度的基礎(chǔ)上，利用速度與時間的乘積，即可推算出車輛的長度，由此可以獲取車型信息，如長車、中長車、短車。車道占有率以及車頭時距則可通過檢測車輛進入和離開檢測區(qū)域的時刻來計算。

但設(shè)備安裝位置不同，進入和離開檢測區(qū)域時刻的準確度也不同。例如，因不同的檢測靈敏度對應(yīng)不同的時刻，基于FMCW原理的側(cè)向安裝（側(cè)裝）微波雷達對車輛進入和離開檢測區(qū)域時刻的測量只能通過建模完成，給出平均速度并提供車型參考，其準確度依據(jù)模型而定；而正向安裝的微波雷達卻可以直接準確測量。因此，對于只要求檢測車流量和大致了解車輛平均速度的應(yīng)用場景，側(cè)向安裝（側(cè)裝）的微波雷達較為合適；而對于要求車流量、實時速度、車型、車頭時距等交通信息都很準確的應(yīng)用場合，則需要采用正向安裝（頂裝）的微波雷達。

五、基于微波雷達技術(shù)的交通信息檢測方案

根據(jù)城市道路環(huán)境特點與應(yīng)用需求，巍泰技術(shù)（武漢）有限公司基于多普勒效應(yīng)測速技術(shù)與FMCW原理測距技術(shù)，推出了可檢測車速、車流量與平均車速的側(cè)向安裝（側(cè)裝）交通流量監(jiān)測雷達TBR-540，以及可以準確檢測車速、平均速度、車流量、車型、車道占有率、車頭時距、交通擁堵情況、車輛逆行狀況等交通基本信息的正向安裝（頂裝）的廣域多目標雷達WTR-470與交通流量計雷達WTR-422。TBR-540、WTR-470與WTR-422雷達檢測與安裝示意圖如下：

交通流量監(jiān)測雷達TBR-540檢測與側(cè)向安裝示意圖

廣域多目標雷達WTR-470檢測與正向安裝示意圖

交通流量計雷達WTR-422檢測與正向安裝示意圖

其中，WTR-470與WTR-422均采用了毫米波技術(shù)原理，可分別檢測雙向6車道與8個車道上的128個目標車輛的深度信息，并進行實時跟蹤，具有不受光、熱、霧、煙、灰塵等外界環(huán)境因素的影響，抗干擾能力強，環(huán)境適應(yīng)性好，全天候不間斷工作的特性。三個雷達之間的比較如下：

巍泰技術(shù)微波雷達在交通信息檢測系統(tǒng)中的實際應(yīng)用

基于以上微波雷達測速測距功能，在多個路段上安裝多個微波車輛檢測器，通過這些微波車輛檢測器可以不斷地獲取大量連續(xù)的動態(tài)交通數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可為研究道路交通狀態(tài)的時空變化規(guī)律奠定重要基礎(chǔ)。當某一路段發(fā)生交通事故時，對采集的交通數(shù)據(jù)進行特征提取，并對道路交通流狀態(tài)進行分析研究，便可確定瓶頸位置并得到瓶頸處擁擠的開始時間、結(jié)束時間和擁擠的持續(xù)時間，及時準確地預(yù)測道路交通流的狀態(tài)，進而掌握路段瓶頸處交通擁擠規(guī)律。此外，通過對多個路段交通信息的采集與處理可以得到路網(wǎng)歷史動態(tài)交通數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，從而得到路網(wǎng)交通狀態(tài)的時空變化規(guī)律，幫助交管部門預(yù)測準確的交通狀態(tài)變化趨勢。

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