便攜式地感線圈道路交通參數(shù)檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明目的是提供一種在課堂上能夠?yàn)閷W(xué)生演示地感線圈的布設(shè)過程、工作原理以及多種交通參數(shù)檢測實(shí)驗(yàn)方案的便攜式地感線圈道路交通參數(shù)檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，不僅易于安裝、操作和展示，且具有較好的教學(xué)效果和經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)利用布設(shè)在道路模型上的小型地感線圈，實(shí)現(xiàn)基于地感線圈技術(shù)的車流量、車速、車流密度、車頭時(shí)距、車輛違章等交通參數(shù)檢測的實(shí)驗(yàn)教學(xué)展示，用于交通工程專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)，為學(xué)生展示地感線圈檢測技術(shù)的基本構(gòu)成、工作原理及其適用范圍。該系統(tǒng)具有實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果好、成本低、占用空間小、安裝操作簡單等特點(diǎn)。該系統(tǒng)由地感線圈、地感線圈控制器、PC(電腦)、PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件、違章聲音報(bào)警器、道路模型、小型LED燈、遙控鐵制車輛模型九個(gè)部分組成。
【專利說明】便攜式地感線圈道路交通參數(shù)檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利利用可拆卸小型感應(yīng)線圈，檢測道路模型上模型車的車速、車輛類型、 車流量、車流密度、車頭時(shí)距以及車輛違章等交通參數(shù)，用于交通工程專業(yè)相關(guān)課程的教 學(xué)，為學(xué)生展示地感線圈檢測技術(shù)的基本構(gòu)成、工作原理及其適用范圍。

【背景技術(shù)】
[0002] 車輛檢測是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用，其采集信息方便、優(yōu)化車輛控制、確保道路 行駛安全，是交警加強(qiáng)交通管理的一個(gè)重要措施。車輛檢測被廣泛應(yīng)用于城市道路和高速 公路上的管理，對來往車輛的車速、流量、密度、車頭時(shí)距和違章信息等交通參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí) 米集。
[0003] 地感線圈是公認(rèn)的應(yīng)用運(yùn)行最穩(wěn)定、應(yīng)用最廣泛的交通檢測技術(shù)，適用于道路交 通參數(shù)的采集和車流運(yùn)行數(shù)據(jù)的獲取。然而目前市場上的地感線圈檢測器都是針對實(shí)際道 路進(jìn)行交通數(shù)據(jù)檢測的，其必須被安裝在路面上，不僅價(jià)格昂貴、工程技術(shù)要求研究，而且 由于線圈已埋入路面，使得教學(xué)過程中不能為學(xué)生直觀地展示其工作原理，更不能根據(jù)不 同實(shí)驗(yàn)方案更換線圈安裝位置，因此教學(xué)效果往往不理想。
[0004] 由此可見，針對課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)專用的便攜式地感線圈道路交 通參數(shù)檢測設(shè)備是必要的、急需解決的，本發(fā)明專利將以地感線圈檢測技術(shù)的工作原理為 基礎(chǔ)，利用相關(guān)的電子元件、模型材料和開發(fā)測試軟件模塊，實(shí)現(xiàn)地感線圈的小型化、可拆 裝，同時(shí)設(shè)計(jì)多種交通參數(shù)采集實(shí)驗(yàn)方案以滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要。
[0005] 近年來，鑒于公路交通現(xiàn)代化管理和城市交通現(xiàn)代化管理的發(fā)展需要，車輛檢測 器作為交通信息采集的重要前端部分，在國內(nèi)外均已引起較大重視。常用的車輛檢測器主 要有地感線圈檢測器、超聲波式檢測器、壓力檢測器、雷達(dá)檢測器、光電檢測器以及視頻檢 測器等，而地感線圈車輛檢測器具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、檢測電路易于實(shí)現(xiàn)、成本低、維護(hù) 量少、適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)，市場應(yīng)用范圍最廣，因此地感線圈車輛檢測屬于現(xiàn)有的己知技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有地感線圈檢測器安裝操作復(fù)雜、教學(xué)效果差、價(jià)格昂貴的問題，本發(fā)明 專利目的是提供一種在課堂上能夠?yàn)閷W(xué)生演示地感線圈的安裝過程、工作原理以及多種交 通參數(shù)采集實(shí)驗(yàn)方案的便攜式地感線圈道路交通參數(shù)檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，不僅易于安裝、 操作和展示，且具有較好的教學(xué)效果和經(jīng)濟(jì)效益。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明專利采用以下技術(shù)方案： 便攜式地感線圈道路交通參數(shù)檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，包括： 1、 地感線圈，用于為檢測車輛是否通過地感線圈上方提供數(shù)據(jù)信息，即在通電地感線 圈的上方空間會產(chǎn)生一個(gè)振蕩電路，當(dāng)有金屬物體經(jīng)過該空間時(shí)將改變振蕩電路的振蕩頻 率； 2、 地感線圈控制器，用于檢測地感線圈的振蕩頻率變化情況及對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處 理，并將處理后的數(shù)據(jù)通過PC傳輸給PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件； 3、 PC(電腦），用于實(shí)現(xiàn)地感線圈控制器、PC端軟件、違章聲音報(bào)警器和小型3ED燈之 間的數(shù)據(jù)傳輸，并運(yùn)行PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件； 4、 PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件，用于設(shè)置違章聲音報(bào)警器、小型LED燈的參數(shù)，并根據(jù)接收到的 地感線圈控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)為不同實(shí)驗(yàn)方案分別計(jì)算出車速、車流量、車流密度、車頭時(shí)距 等交通參數(shù)及車輛超速、闖紅燈違章信息； 5、 違章聲音報(bào)警器，用于對車輛的超速行駛和闖紅燈等違章行為的車輛通過聲音進(jìn)行 報(bào)警； 6、 道路模型，用于地感線圈的安置以及模擬進(jìn)行交通參數(shù)檢測的路段和路口； 7、 小型LED燈，作為交叉口交通信號燈，能夠顯示紅、黃、綠三種顏色。 8、 遙控鐵制車輛模型，包括三種小汽車、公交車兩種類型，用于在道路模型中通過遙控 器對于車模的操控，模擬車輛的各種行駛狀態(tài)。
[0008] 地感線圈置于簡易道路模型下，用于產(chǎn)生道路上通過鐵質(zhì)模型車輛所導(dǎo)致的振蕩 頻率變化；地感線圈的線圈接口，用于連接地感線圈控制器，使地感線圈控制器能夠檢測到 振蕩頻率的變化。
[0009] 地感線圈控制器通過其自帶的線圈接口與地感線圈連接，用于接收地感線圈的振 蕩頻率變化信號；地感線圈控制器經(jīng)過232接口轉(zhuǎn)USB接口與PC主機(jī)相連，用于將處理好 的振蕩頻率信號發(fā)送給PC中的PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件。
[0010] 地感線圈和地感線圈控制器的工作原理為，當(dāng)鐵制模型車輛通過布設(shè)的通電地感 線圈時(shí)，使得感應(yīng)線圈構(gòu)成的振蕩電路的振蕩頻率升高，地感線圈控制器里面的LC振蕩器 能夠檢測地感線圈的振蕩頻率變化。
[0011] PC (電腦）包括主機(jī)、顯示器；主機(jī)經(jīng)過USB轉(zhuǎn)232接口與地感線圈控制器相連， 用于接收地感線圈控制器傳來的地感線圈振蕩頻率，并傳給PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件；顯示器用 于顯示PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件界面。
[0012] PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件包括車流量檢測模塊、車速檢測模塊、車流密度檢測模塊、車頭 時(shí)距檢測模塊、車輛違章檢測模塊；車速檢測模塊用于檢測指定的地點(diǎn)車速，并能計(jì)算出在 給定的時(shí)段內(nèi)的時(shí)間平均和空間平車速；車流量檢測模塊檢測車輛經(jīng)過檢測的時(shí)間及其車 型，并能根據(jù)車型計(jì)算車給定時(shí)段的交通量以及利用設(shè)定的車型轉(zhuǎn)換系數(shù)得出總交通量； 車流密度檢測模塊能夠通過車速檢測模塊和車流量檢測模塊分別得到的同一路段、同一時(shí) 段的空間平均車速和交通量計(jì)算出該路段這一時(shí)段的平均車流密度；車頭時(shí)距檢測模塊用 于檢測車流中兩連續(xù)車輛車頭部通過指定橫截面的時(shí)間間隔，并能夠計(jì)算指定時(shí)段內(nèi)的平 均車頭時(shí)距；車輛違章檢測模塊用于將車速檢測模塊得到的地點(diǎn)車速與設(shè)定的最高車速進(jìn) 行比較，當(dāng)?shù)攸c(diǎn)車速超過最高車速時(shí)啟動違章聲音報(bào)警器，同時(shí)該模塊還能夠?qū)④嚵髁繖z 測模塊的車輛經(jīng)過指定路口時(shí)間與該路口紅燈時(shí)間進(jìn)行比較，當(dāng)經(jīng)過時(shí)間為紅燈時(shí)啟動違 章聲音報(bào)警器。
[0013] 違章聲音報(bào)警器，將設(shè)置四種提示聲音分別對車輛的超速20%以下、超速20%? 50%、超速50%以上以及闖紅燈這四種違章行為進(jìn)行提示。
[0014] 假設(shè)地感線圈數(shù)量為K個(gè)；路段數(shù)量為Μ ;車輛類型為兩種，1為小汽車，0為公交 車；vmax為最高車速上限；= 1或0,當(dāng)為1表示第i個(gè)地感線圈位于路段j上，當(dāng)為0是 表示第i個(gè)地感線圈不在路段j上（其中i = 1，···，K;j = 1，···，Μ);總的觀測時(shí)間為 Τ ;第i個(gè)地感線圈在時(shí)段[0, Τ]中共檢測到的車型1的車輛數(shù)為Νη(其中i = 1，…，Κ， 1 = 1或0) 表示第i個(gè)地感線圈在時(shí)段[0, T]內(nèi)檢測至IJ車型1第j輛車的時(shí)間（其 中i = 1，…，K ; j = 1，…，Nn ;1 = 1或0)山』表示第i個(gè)地感線圈在時(shí)段[0, T]內(nèi)檢 測到第j輛車的時(shí)間（其中i = 1，…，K ;j = 1，…，（Nn+NiQ))。
[0015] 進(jìn)一步，車流量檢測模塊中的某路段j在指定時(shí)段[?\，Τ2]內(nèi)總交通量以及分車型 交通的計(jì)算公式如下公式（1)、（2)所示：

【權(quán)利要求】
1. 便攜式地感線圈道路交通參數(shù)檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，其特征在于包括：地感線圈，用 于為檢測車輛是否通過地感線圈上方提供數(shù)據(jù)信息，即在通電地感線圈的上方空間會產(chǎn)生 一個(gè)振蕩電路，當(dāng)有金屬物體經(jīng)過該空間時(shí)將改變振蕩電路的振蕩頻率；地感線圈控制器， 用于檢測地感線圈的振蕩頻率變化情況及對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將處理后的數(shù)據(jù)通過 PC傳輸給PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件；PC (電腦），用于實(shí)現(xiàn)地感線圈控制器、PC端軟件、違章聲音 報(bào)警器和小型3ED燈之間的數(shù)據(jù)傳輸，并運(yùn)行PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件；PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件，用 于設(shè)置違章聲音報(bào)警器、小型LED燈的參數(shù)，并根據(jù)接收到的地感線圈控制器發(fā)送的數(shù)據(jù) 為不同實(shí)驗(yàn)方案分別計(jì)算出車速、車流量、車流密度、車頭時(shí)距等交通參數(shù)及車輛超速、闖 紅燈違章信息；違章聲音報(bào)警器，用于對車輛的超速行駛和闖紅燈等違章行為的車輛通過 聲音進(jìn)行報(bào)警；道路模型，用于地感線圈的安置以及模擬進(jìn)行交通參數(shù)檢測的路段和路口； 小型LED燈，作為交叉口交通信號燈，能夠顯示紅、黃、綠三種顏色；遙控鐵制車輛模型，包 括三種小汽車、公交車兩種類型，用于在道路模型中通過遙控器對于車模的操控，模擬車輛 的各種行駛狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地感線圈，其特征在于：地感線圈置于簡易道路模型下，用于 產(chǎn)生道路上通過鐵質(zhì)模型車輛所導(dǎo)致的振蕩頻率變化；地感線圈的線圈接口，用于連接地 感線圈控制器，使地感線圈控制器能夠檢測到振蕩頻率的變化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地感線圈控制器，其特征在于：地感線圈控制器通過其自帶 的線圈接口與地感線圈連接，用于接收地感線圈的振蕩頻率變化信號；地感線圈控制器經(jīng) 過232接口轉(zhuǎn)USB接口與PC主機(jī)相連，用于將處理好的振蕩頻率信號發(fā)送給PC中的PC端 實(shí)驗(yàn)展示軟件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PC (電腦），其特征在于：PC (電腦）包括主機(jī)、顯示器；主機(jī) 經(jīng)過USB轉(zhuǎn)232接口與地感線圈控制器相連，用于接收地感線圈控制器傳來的地感線圈振 蕩頻率，并傳給PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件；顯示器用于顯示PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件界面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件，其特征在于：PC端實(shí)驗(yàn)展示軟件包括車 流量檢測模塊、車速檢測模塊、車流密度檢測模塊、車頭時(shí)距檢測模塊、車輛違章檢測模塊； 車速檢測模塊用于檢測指定的地點(diǎn)車速，并能計(jì)算出在給定的時(shí)段內(nèi)的時(shí)間平均和空間平 車速；車流量檢測模塊檢測車輛經(jīng)過檢測的時(shí)間及其車型，并能根據(jù)車型計(jì)算車給定時(shí)段 的交通量以及利用設(shè)定的車型轉(zhuǎn)換系數(shù)得出總交通量；車流密度檢測模塊能夠通過車速檢 測模塊和車流量檢測模塊分別得到的同一路段、同一時(shí)段的空間平均車速和交通量計(jì)算出 該路段這一時(shí)段的平均車流密度；車頭時(shí)距檢測模塊用于檢測車流中兩連續(xù)車輛車頭部通 過指定橫截面的時(shí)間間隔，并能夠計(jì)算指定時(shí)段內(nèi)的平均車頭時(shí)距；車輛違章檢測模塊用 于將車速檢測模塊得到的地點(diǎn)車速與設(shè)定的最高車速進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)攸c(diǎn)車速超過最高車速 時(shí)啟動違章聲音報(bào)警器，同時(shí)該模塊還能夠?qū)④嚵髁繖z測模塊的車輛經(jīng)過指定路口時(shí)間與 該路口紅燈時(shí)間進(jìn)行比較，當(dāng)經(jīng)過時(shí)間為紅燈時(shí)啟動違章聲音報(bào)警器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的違章聲音報(bào)警器，其特征在于：將設(shè)置四種提示聲音分別對 車輛的超速20 %以下、超速20 %?50 %、超速50 %以上以及闖紅燈這四種違章行為進(jìn)行提 /_J、1 〇
【文檔編號】G09B23/18GK104299488SQ201410254817
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】鄒亮, 賴華波, 潘洲 申請人:深圳大學(xué)