基于红外热动传感器的交通流状态检测的研究

[摘 要]随着国内道路服务水平不断提高，科学、快速、准确和稳定的道路拥挤程度检测已经成为一种发展趋势。利用红外线的众多优点，来完成对道路中车辆的准确定位、测速、测距等交通技术参数的检测。利用交通工程学相关原理，进行交通状态预警。本文通过构建交通状态监测系统，完成了对动态交通密度等相关参数的插值、拟合等处理，从而增加检测结果可信度，增强了实用性。

[关键词]主动式红外线传感器红；外线测距定位系统；交通状态监测系统

中图分类号：TN915.04 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0297-01

0 引言

自然界中，任何温度大于绝对零度的物体都在向周围环境散射红外辐射。目前的红外传感器的发展水平，可以通过检测温度高于临界值和运动物体两个指标来判定物体的存在和移动速度。利用红外线检测的范围内物体的位移，可以动态检测物体的运动状态。因此，本论文将通过红外线可检测的两种指标，来定性衡量交通流。从而给出指定指标，通过计算，来给定交通状态。红外线传感器以非接触式检测出热物体辐射红外线，并将其转换成电压信号。因价格低廉、安装简易方便、空间占用极小、自动控制、被动接收、耗能少和漏报率低等优点而被广泛应用于遥测、自动报警、温度控制等领域。本文通过利用红外线的优点及特性，开发了一套动态测距测向的使用方法，应用于交通流的检测，从而判断出交通流的状态，进而给出当前道路交通状况。

1 红外线测距原理

红外线测距传感器一种是利用红外线反射原理对障碍物距离进行测量的传感器。其原理是红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号。当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后形成数字信号进行传输到处理单元。在应用于道路状态交通检测时，可以间接利用此原理进行近距离车速的检测。红外线接收端预先设定不同比率的关接收信号，当红外线发出端不断发送特定频率的光信号，接收端通过过滤接收到的不同频率的光信号与预先设定的光频率进行比对，从而得出接收到的不同信号频率的不同来确定车的速度。

2 红外检测车流量系统原理

本系统通过利用主动式红外线传感器，来动态检测车流量等信息，进而通过交通工程学原理，利用交通流量算法，推算出当前状态。主动式红外传感器中，激光二极管在红外线波长范围附近工作，发射低能红外线照射探测区域，并被经过检测区域的车辆反射或散射返回传感器。使用可调发光二极管的主动式红外线传感器可测量车速，发光二极管在880nm的红外线波长范围附近工作，信号调节装置可防止其它红外线（如阳光）的干扰，有两个发射――接收系统用于测量车速，有一个发射――接收系统用于测量车辆高度。如图1所示，主动红外检测器提供交通流量、车速、车高、排队长度等交通技术参数。

其工作原理是有调制脉冲发生器产生脉冲信号，静红外发射管向道路上范围辐射，当车辆通过时，红外线脉冲从车体反射回来，被检测器的红外接收器接收。经脉冲解调后，通过放大、整流、滤波等一系列过程后，经比较器输出一个电压信号，通过终端处理单元，进行信号处理。完成整个检测过程。

3 车流到路网运行状态转换算法

判别路段交通状态的基本参数有很多：速度、流量、占有率、服务水平、延误、排队长度等等。但反映某一时刻的交通状态，最直接的数据就是该时刻在该路段上车辆的车流密度，然而车流密度较难获得。根据上述系统，我们可以实时获取的是车流的平均速度，通过车流的平均速度，可以推算出当前车流密度。根据美国《道路通行能力手册》（HCM），可以将道路状态分等级给予衡量。

本文通过红外线检测系统测量出来的车速数据，通过Lagrange插值公式等数学算法对数据进行简单处理，筛选出有意义数据，从而进行数值计算。平均速度可以通过多种算法获取，利用算术平均值获取数据为最节省时间及运算的算法。即：，其中：为每个红外线传感器检测范围内一辆车的行驶距离。为两次脉冲发生间隔。通过此算法，可以测量该路段多辆车，进而通过（其中：k为在一定时间间隔内道路区间内的有效数据数量）求出路段平均速度。

我国公安部2002年公布的《城市交通管理评价指标体系》中规定，用城市主干路上机动车的平均行程速度来描述其交通拥挤程度：

实验结果将在百度地图上展示，表示了具体时间段的交通状态。对不同的道路划定了级别，用不同粗细的折现渲染，用不同的颜色代表道路的拥堵状态。在高速公路路段显示交通状态信息显示清楚良好，有一定的参考价值。

本原型系统更多适用于高速公路单一车流等交通状态的检测，如应用于城市主干路等条件，应深入讨论主辅路区分、交通灯影响、突发事件影响等内容，相关的课题难度较大，研究资料较少，有待进一步分析和讨论。

4 结语

本文通过性能稳定可靠、价格低廉实用性高的红外线传感技术，来实现对交通流的检测和信息处理。通过网络通信等技术来完成对信息传输和交通状态预警与提示，具有很好的实际意义。在实际应用中，要充分考虑各种道路环境因素、天气状态因素等等，这也为以后的系统可靠性试验提供理论依据。

参考文献

[1] 殷俊杰.城市快速路交通状态识别与预测研究[D].西南交通大学，2013.

[2] 刘栋，穆晓霞，宋国杰.基于浮动车数据的城市交通状态估计研究[J].河南师范大学学报（自然科学版），2011，03：162-166.

[3] 孙乔，杨卫，于海洋，刘俊.动态下红外热释电传感器的目标定位方法[J].红外与激光工程，2012，09：2288-2292.