本實用新型涉及一種基于紅外矩陣的交通流量和車速采集的裝置。

背景技術：

目前有多種方法檢測車流量的方法，例如：電磁感應裝置法、聲學檢測系統(tǒng)法、激光雷達達檢測法和車流信息的超聲波檢測法等。由于道路上前進中的車輛速度、種類始終變化，傳統(tǒng)流量統(tǒng)計方法存在反射信號不穩(wěn)定，測量誤差大，亦或是功能多但造價昂貴，儀器擴展性和通用性不高的特點?，F(xiàn)有技術主要缺點是性價比不高，為了得到較豐富的車輛調查數(shù)據(jù)往往是以較大的造價為代價的，結構和原理都很復雜。并且功能強大的汽車流量調查系統(tǒng)比如采用磁感應技術的調查系統(tǒng)，由于其主要的調查端全部埋在地下，故該儀器的重復利用性較差，擴展性也差，施工開挖面積大，對道路交通影響周期長，可維修性底。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種采用較低的造價，獲得準確的汽車流量數(shù)據(jù)并實現(xiàn)豐富的調查功能，提高設備的可循環(huán)用性能以及設備的擴展性并提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩涂煽啃缘幕诩t外矩陣的交通流量和車速采集的裝置。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：基于紅外矩陣的交通流量和車速采集的裝置，它包括可伸縮支架、紅外線采集裝置、紅外線反射裝置、現(xiàn)場微型計算機、控制中心；所述紅外線采集裝置設置在可伸縮支架上并位于待測量車道上方，車道上設置有與紅外線采集裝置配合使用的紅外線反射裝置，紅外線采集裝置和紅外線反射裝置采用3×n的矩陣形式進行布置，n為車道數(shù)；紅外線采集裝置通過支架內置線路連接現(xiàn)場微型計算機，現(xiàn)場微型計算機通過有線或者無線網(wǎng)絡連接控制中心；

所述的現(xiàn)場微型計算機的功能模塊主要包括汽車流量及車速計算模塊、信號時程記錄模塊以及數(shù)據(jù)庫模塊，微型計算機通過內置的通訊組件以有線或無線網(wǎng)絡為傳輸介質與控制中心進行通信；

所述的控制中心包括計算處理服務器、顯示屏、數(shù)據(jù)存儲服務器以及PC終端，計算處理服務器分別連接顯示屏、數(shù)據(jù)存儲服務器和PC終端，PC終端與顯示器連接，計算處理服務器通過通訊組件以有線或者無線網(wǎng)絡為傳輸介質與現(xiàn)場微型計算機進行通信。

作為優(yōu)選方式，所述的可伸縮支架為合金鋼架，可伸縮支架包括左支架和右支架，左支架包括相互垂直的第一豎向管和第一橫向管，第一豎向管和第一橫向管內部連通，右支架包括相互垂直的第二豎向管和第二橫向管，第二豎向管和第二橫向管內部連通，第一橫向管可以在第二橫向管內部滑動，第二橫向管上設置有螺紋孔，第一橫向管的一端通過與螺紋孔配合的螺栓固定在第二橫向管內；第一豎向管和/或第二豎向管包括至少兩節(jié)套管，套管之間通過螺栓固定以調節(jié)尺寸達到高度變換的功能。

作為優(yōu)選方式，所述的每個車道上布置的紅外線采集裝置之間或者紅外線反射裝置之間的距離為0.3m到1.2m之間的任意數(shù)值，可以取端點0.3m或1.2m。

作為優(yōu)選方式，所述的每個車道上布置的紅外線采集裝置之間或者紅外線反射裝置之間的距離為0.5m。

作為優(yōu)選方式，所述的紅外線反射裝置包括反射片和反射容器，反射片設置在反射容器內，反射容器的上方設置高強度透光材料蓋板；反射容器安置在道路鋪裝層預留或設置的小型孔道內亦或是在施工道路鋪裝層時臨時定位安裝即可。

作為優(yōu)選方式，所述紅外線反射裝置為液體重力式自水平裝置，液體重力式自水平裝置包括透光材料蓋板、底座和內部設置有反射片和液體的透明球體，底座上安裝透明球體；所述的透光材料蓋板組成一個5cm×5cm×5cm的長方體盒子，所述底座和內部設置有反射片和液體的透明球體封裝在該長方體盒子中，通過透明球體內的液體實現(xiàn)反射片的時刻水平。

作為優(yōu)選方式，所述反射片為鍍銀片或金箔片。

作為優(yōu)選方式，所述的紅外線采集裝置集成了反射式紅外線傳感器，濾波模塊和信號放大模塊，濾波模塊過濾掉異常信號，放大模塊將信號放大到微型計算機處理器能夠識別的范圍。

本實用新型的有益效果是：本實用新型利用紅外線發(fā)射和接收方向性較強的特點，根據(jù)反射強度變化的紅外信號生成交變的電信號實現(xiàn)對車輛流量及速度等信息的統(tǒng)計。本實用新型將反射式紅外信號傳感器掛置于道路上方，避免了將主要采集設備布置于地下，而只是將體積小巧的紅外線反射片在道路面層施工時或是在道路使用過程中安置在道路鋪裝層開鑿的小型凹坑里，施工快，減少所了因為道路大面積施工對交通所產(chǎn)生的影響。此外采用可調節(jié)尺寸的門式合金鋼架和自由組裝的掛載框架可以實現(xiàn)對不同車道測量時的裝置擴展問題，拆卸方便，可以實現(xiàn)對紅外線采集系統(tǒng)的快速重復利用。本實用新型創(chuàng)新地采用3×n階矩陣布置紅外線發(fā)射器和接收器，利用較少的紅外線裝置實現(xiàn)了對交通總流量，分車道流量，多種車型的流量，車輛滯留狀態(tài)，汽車車速，車輛行駛方向等信息進行綜合統(tǒng)計，采集數(shù)據(jù)全面，準確性高。

附圖說明

圖1為本實用新型現(xiàn)場安裝的主視結構示意圖；

圖2為本實用新型現(xiàn)場安裝的附視結構示意圖；

圖3為本實用新型現(xiàn)場安裝的側視結構示意圖；

圖4為本實用新型的反射裝置結構示意圖之一；

圖5為本實用新型的反射裝置結構示意圖之二；

圖6為本實用新型的硬件系統(tǒng)結構示意圖；

圖7為本實用新型的采集分析流程示意圖；

圖8為本實用新型的信號時程曲線示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術方案，但本實用新型的保護范圍不局限于以下所述。

如圖1～圖8所示，基于紅外矩陣的交通流量和車速采集的裝置，它包括可伸縮支架、紅外線采集裝置、紅外線反射裝置、現(xiàn)場微型計算機、控制中心；所述紅外線采集裝置設置在可伸縮支架上并位于待測量車道上方，車道上設置有與紅外線采集裝置配合使用的紅外線反射裝置，紅外線采集裝置和紅外線反射裝置采用3×n的矩陣形式進行布置，n為車道數(shù)；紅外線采集裝置通過支架內置線路連接現(xiàn)場微型計算機，現(xiàn)場微型計算機通過有線或者無線網(wǎng)絡連接控制中心；

所述的現(xiàn)場微型計算機的功能模塊主要包括汽車流量及車速計算模塊、信號時程記錄模塊以及數(shù)據(jù)庫模塊，微型計算機通過內置的通訊組件以有線或無線網(wǎng)絡為傳輸介質與控制中心進行通信；

所述的控制中心包括計算處理服務器、顯示屏、數(shù)據(jù)存儲服務器以及PC終端，計算處理服務器分別連接顯示屏、數(shù)據(jù)存儲服務器和PC終端，PC終端與顯示器連接，計算處理服務器通過通訊組件以有線或者無線網(wǎng)絡為傳輸介質與現(xiàn)場微型計算機進行通信；

反射型紅外線傳感器發(fā)射部分將發(fā)射出紅外線，然后由安裝在道路上的反射裝置反射后再由傳感器光敏元件接收。如果沒有車輛通過，那么傳感器光敏元件將接收到由反射裝置傳回來的信號較強的紅外反射信號；然而當有車輛通過時，反射型紅外傳感器發(fā)射部分發(fā)射的紅外線被車輛頂部反射，那么反射型紅外線傳感器光敏元件將接收到的紅外信號相對較弱。故本實用新型能夠采用較低的造價，獲得準確的汽車流量數(shù)據(jù)并實現(xiàn)豐富的調查功能；提高設備的可循環(huán)用性能以及設備的擴展性；提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩涂煽啃浴?/p>

優(yōu)選地，所述的可伸縮支架為合金鋼架，可伸縮支架包括左支架和右支架，左支架包括相互垂直的第一豎向管和第一橫向管，第一豎向管和第一橫向管內部連通，右支架包括相互垂直的第二豎向管和第二橫向管，第二豎向管和第二橫向管內部連通，第一橫向管可以在第二橫向管內部滑動，第二橫向管上設置有螺紋孔，第一橫向管的一端通過與螺紋孔配合的螺栓固定在第二橫向管內；第一豎向管和/或第二豎向管包括至少兩節(jié)套管，套管之間通過螺栓固定以調節(jié)尺寸達到高度變換的功能。

優(yōu)選地，所述的每個車道上布置的紅外線采集裝置之間或者紅外線反射裝置之間的距離為0.3m到1.2m之間的任意數(shù)值，可以取端點0.3m或1.2m。

優(yōu)選地，所述的每個車道上布置的紅外線采集裝置之間或者紅外線反射裝置之間的距離為0.5m。

優(yōu)選地，所述的紅外線反射裝置包括反射片和反射容器，反射片設置在反射容器內，反射容器的上方設置高強度透光材料蓋板；反射容器安置在道路鋪裝層預留或設置的小型孔道內亦或是在施工道路鋪裝層時臨時定位安裝即可。

優(yōu)選地，所述紅外線反射裝置為液體重力式自水平裝置，液體重力式自水平裝置包括透光材料蓋板、底座和內部設置有反射片和液體的透明球體，底座上安裝透明球體；所述的透光材料蓋板組成一個5cm×5cm×5cm的長方體盒子，所述底座和內部設置有反射片和液體的透明球體封裝在該長方體盒子中，通過透明球體內的液體實現(xiàn)反射片的時刻水平。

優(yōu)選地，所述反射片為鍍銀片或金箔片。

優(yōu)選地，所述的紅外線采集裝置集成了反射式紅外線傳感器，濾波模塊和信號放大模塊，濾波模塊過濾掉異常信號，放大模塊將信號放大到微型計算機處理器能夠識別的范圍，再通過信號傳輸線路(安置在合金鋼架內部)將電信號傳輸?shù)胶辖痄摷芘赃叺奈⑿陀嬎銠C(封裝在現(xiàn)場配電箱)中。

基于紅外矩陣的交通流量和車速采集的方法，它包括如下步驟：

S1：紅外線采集裝置實時采集反射信號，裝置中的紅外線感光元件根據(jù)強弱變化的紅外信號產(chǎn)生交變的電壓信號；

S2：交變的電壓信號經(jīng)過濾波模塊濾波處理后，再由放大模塊進行放大最終達到微型計算機處理器能夠識別的電壓范圍內；

S3：現(xiàn)場微型計算機的處理器根據(jù)紅外線采集裝置傳輸回來的信號判斷反射信號是反射片反射的信號還是車輛反射的信號，如當信號小于規(guī)定的閾值時，確定為車輛反射信號，輸出“1”；當信號大于規(guī)定閾值時，確定為反射片反射信號，輸出“0”；

S4：如果信號時程記錄模塊接收到微型計算機的處理器值為“1”的指令則生成值為“非0”的信號曲線，否則生成值為“0”的信號曲線；

S5：信號時程記錄模塊會校準并識別各個“非0”值信號的特征時間t1至t6并通過數(shù)據(jù)庫模塊進行存儲管理，特征時間t1，t2，t3分別對應為1，2，3號傳感器“非0”值信號的開始時間；t4，t5，t6對應為1，2，3號傳感器“非0”值信號的結束時間；

S6：現(xiàn)場微型計算機的處理器根據(jù)以下幾種特征參數(shù)推斷出對應的分析結果：

(1)t1<t2<t3，表示車輛是從1號采集儀向3號采集儀方向行駛，否則方向相反，紅外線采集裝置檢測到有車輛經(jīng)過以后對車流量計數(shù)一次；

(2)當車輛通過紅外信號區(qū)域的時間大于20s時，判定該車輛為滯留車輛，當t6-t1<20s時，車輛行駛進入紅外線探測區(qū)域速度為離開紅外線探測區(qū)域的速度為那么車輛的速度可采用平均速度此時車輛長度L＝[v×(t6-t1)-1]；

提前根據(jù)調查可以將車輛根據(jù)車的長度大致分為大型汽車，中型汽車，小型汽車，微型汽車等4類，這樣就可以將記錄的長度數(shù)據(jù)識別為對應類型的車輛并對該類型車輛的數(shù)量進行計數(shù)和存儲。

(3)當t6-t1>20s，則判斷該車車輛滯留，可以判斷出該路段該車道正在堵車，當車輛被判別為滯留車輛時不能將計算的車輛長度作為車輛的真實長度，此時車輛長度無效，

通過以上參數(shù)可以統(tǒng)計分析出交通總流量，分車道流量，各類型車輛數(shù)量，車輛行駛方向，車速，車輛滯留狀態(tài)和道路擁堵情況。

優(yōu)選地，采集現(xiàn)場微型計算機實時地將紅外線采集裝置采集到的信號進行處理后傳送給計算處理服務器，計算處理服務器對各個路段傳回來的采集數(shù)據(jù)進一步加工，進行大數(shù)據(jù)分析匯總，將得到的分析結果諸如汽車流量分布圖，汽車流量時程曲線，城市擁堵情況等顯示在顯示屏上，并存儲在數(shù)據(jù)存儲服務器中。

現(xiàn)場微型計算機和配電系統(tǒng)被封裝在合金鋼架旁邊的配電箱中，如圖3所示。處理器將處理得到的數(shù)據(jù)通過無線或有線通訊方式與控制中心相連接。現(xiàn)場微型計算機與控制中心信息傳輸采用握手協(xié)議，保證信息傳輸安全可靠。其原理如下：在TCP/IP協(xié)議中，TCP協(xié)議提供可靠的連接服務，采用三次握手建立一個連接。首先A向B發(fā)SYN(同步請求)，然后B回復SYN+ACK(同步請求應答)，最后A回復ACK確認，這樣TCP的一次連接(三次握手)的過程就建立了，完成三次握手，現(xiàn)場微型計算機與控制中心計算服務器開始傳送數(shù)據(jù)。

本實用新型的工作原理是：本實用新型現(xiàn)場微型計算機中的時間將和控制中心的時間保持同步校準，采用反射式紅外線傳感器，傳感器內部有紅外線發(fā)射器和紅外線感光元件，分別負責紅外線的發(fā)射與接收。車輛通過時會阻斷高紅外線反射片反射回來的紅外信號，紅外感光元件將根據(jù)強弱變化的紅外信號產(chǎn)生交變的電壓信號，經(jīng)過紅外線采集裝置中的濾波模塊濾波處理后，再由信號放大模塊進行放大，最終達到微型計算機處理器能夠識別的電壓范圍。微型計算機處理器對采集裝置傳回來的信號進行判斷處理，如當數(shù)據(jù)小于規(guī)定的閾值時，確定為有車輛，輸出“1”；當數(shù)據(jù)大于規(guī)定閾值時，沒有車，輸出“0”。然后處理器能夠通過相關算法和預編程序實現(xiàn)的相關功能模塊對信號進行時程分析，生成信號時程曲線，并對車輛流量和速度信息進行運算和統(tǒng)計，將處理得到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫進行儲存管理。最后現(xiàn)場微型計算機通過通訊組件以有線或無線的方式將數(shù)據(jù)匯總到控制中心(信息傳輸采用了握手協(xié)議，提高信息傳輸?shù)目煽啃?。

本實用新型利用紅外線發(fā)射和接收方向性較強的特點，在沒有遮擋的情況下紅外線采集裝置產(chǎn)生低電壓信號，反之產(chǎn)生高電壓信號。根據(jù)交變的電壓信號判斷是否有車輛通過，然后進行計數(shù)。本實用新型根據(jù)連續(xù)的紅外信號生成高低變化的電信號實現(xiàn)對車輛流量及速度等信息的統(tǒng)計。本實用新型將反射式紅外信號傳感器掛置于道路上方，避免了將主要采集設備布置于地下，而只是將體積小巧的紅外線反射片在道路面層施工時或是在道路使用過程中安置在道路鋪裝層開鑿的小型凹坑里，尺寸大約為5cm×5cm×5cm工期短，施工快，減少了因為道路大面積施工對交通所產(chǎn)生的影響。此外采用可調節(jié)尺寸的門式合金鋼架和自由組裝的掛載框架可以實現(xiàn)對不同車道測量時的裝置擴展問題，拆卸方便，可以實現(xiàn)對紅外線采集系統(tǒng)的快速重復利用。本實用新型創(chuàng)新地采用3×n階矩陣布置紅外線發(fā)射器和接收器，利用較少的紅外線裝置實現(xiàn)了對交通總流量，分車道流量，多種車型的流量，車輛滯留狀態(tài)，汽車車速，車輛行駛方向等信息進行綜合統(tǒng)計，采集數(shù)據(jù)全面，準確性高。

綜上所述，本實用新型具有以下優(yōu)點：

1.本實用新型采用可自由調節(jié)的合金門式鋼架在車道頂部固定懸掛反射型紅外線傳感器，利用紅外線反射原理實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，不需要再道路中埋設安置大型信號采集設備和相關的傳輸線路，減少了對道路交通的影響；實現(xiàn)了對每個車道分別進行流量統(tǒng)計和車速采集，精確度高；門式合金構架和對應的傳感器構成的體系便于擴展和拆卸，可重復利用性高，安裝效率高。

2.紅外線發(fā)射器和接收器采用3×n的矩陣形式進行布置，實現(xiàn)了比如總流量，分車道流量，不同類型車輛流量，車速，車輛行駛方向，車輛滯留狀況等信息的采集和統(tǒng)計。

3.路面反射鏡片封裝好，采用了自水平技術，封裝實現(xiàn)了將反射鏡良好保護起來的效果，防水防破壞。自水平技術避免在車輛荷載作用下鋪裝層變形所引起的反射鏡偏斜，保證了紅外線良好的反射效果。

與現(xiàn)有的紅外線汽車流量采集技術相比，本實用新型不需要在道路中鋪設復雜的傳輸線路和采集儀器，安裝時對道路交通影響較小，造價更低。紅外傳感器集成化和模塊化更高更明確，結構更具系統(tǒng)性，儀器安裝和拆卸方便，合金鋼架具有調節(jié)尺寸的功能，便于應對不同車道數(shù)進行擴展。本實用新型實現(xiàn)了對分車道車流量的分別采集，采集數(shù)據(jù)更加準確，實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集內容更加豐富。采集端與上位機的數(shù)據(jù)通信更加安全可靠，保證數(shù)據(jù)不丟失。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，應當指出的是，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。