常見公交車輛檢測技術案例分析

　　公交車輛檢測技術是公交優(yōu)先系統(tǒng)的重要組成部分，是提升公交車輛運行效率、提高公交服務水平的基本依據(jù)。針對交通信號控制系統(tǒng)中公交車輛檢測的實際需要，介紹了線圈檢測、GPS定位檢測、RFID射頻檢測和視頻檢測四種公交車輛檢測技術的工作原理、使用效果及存在的缺陷，并得出了在未來的交通監(jiān)控系統(tǒng)和公交優(yōu)先系統(tǒng)中視頻檢測器的發(fā)展趨勢。

　　0引言

　　隨著城市化進程的不斷加快，機動車保有量迅速上漲，城市道路交通所面臨的壓力與日俱增。在城市設計規(guī)劃基本定型和土地資源有限的情況下，不可能通過大規(guī)模的改建道路、擴建路網(wǎng)的方式來解決交通擁堵。因此，優(yōu)化智能交通系統(tǒng)的運行策略、提高公共交通系統(tǒng)的服務效率，成為改善道路交通運行水平的有效措施。

　　眾所周知，公共交通運營能力是私人交通的十幾倍甚至幾十倍，可以充分利用城市道路資源，是減少道路交通流量、緩解交通擁擠、節(jié)約自然資源的有效措施。然而，在多種交通工具并存的情況下，由于公交車輛的運行時間長、準時性差等弊端使得人們不愿意選擇公交車輛出行，造成公交車輛的出行分擔率很低。因此，發(fā)展城市的公交運行系統(tǒng)、提高公共交通的服務水平、落實“公交優(yōu)先”戰(zhàn)略，對緩解城市交通擁堵、促進市民選擇公共交通工具出行具有重要的意義。

　　公交優(yōu)先技術的實現(xiàn)是以公交車輛檢測技術提供的信息為基礎，因而，準確有效的公交車輛檢測技術是公交優(yōu)先的先決條件。

　　1研究現(xiàn)狀

　　公交車輛的檢測技術是智能公共交通系統(tǒng)的基礎。美國、日本、加拿大、英國、法國、韓國等國家都已在智能交通系統(tǒng)的研究中取得了顯著的成績。相比之下，我國的智能公共交通事業(yè)的發(fā)展起步較晚，但實施速度較快。杭州、上海、北京、大連、廣州等大城市已在部分公交線路上建成了公交車輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)，并安裝了電子站牌，車載定位設備，實現(xiàn)了對車輛的實時跟蹤和定位、公交車與調(diào)度室的雙向通信等功能。公交車輛檢測技術的應用大幅度提高了智能公交系統(tǒng)的發(fā)展速度，提高了公交車輛的運行效率。

　　2國內(nèi)公交車輛檢測現(xiàn)狀

　　車輛檢測方式依據(jù)被檢測車輛是否裝有被檢測設備可分為被動式檢測與主動式檢測。被動式檢測指公交車輛上無需安裝任何裝置，只在路口安裝檢測設備的檢測方式，它包括環(huán)形線圈檢測方式、視頻檢測方式等；主動式檢測指公交車輛上裝有被檢測或主動傳輸設備，同時路口裝有檢測設備的檢測方式，包括：GPS定位檢測方式，RFID射頻檢測方式等。

　　2.1環(huán)形線圈

　　線圈檢測技術屬于被動式檢測，是國內(nèi)應用最早、適用范圍較廣的車輛檢測方式，主要由環(huán)形線圈、線圈調(diào)諧回路和檢測電路組成，如圖1所示。環(huán)形線圈與檢測處理單元組成初級調(diào)諧電路，環(huán)形線圈相當于電感元件，在線圈周圍的空間產(chǎn)生電磁場。當主要由鐵質(zhì)材料組成的車體進入線圈磁場范圍時，車身金屬感應出渦流，此渦流又產(chǎn)生與原有磁場方向相反的新磁場，使線圈的總電感量隨之降低，調(diào)諧頻率偏離原有數(shù)值；偏離的頻率值被送到相位比較器，與壓控振蕩器頻率相比較，確認其偏離值，從而發(fā)出車輛通過或存在的信號；相位比較器輸出信號控制壓控振蕩器，使振蕩器頻率跟蹤線圈諧振頻率的變化，從而產(chǎn)生脈沖信號；該脈沖信號經(jīng)過放大器、數(shù)模處理模塊后，可以以數(shù)字、模擬和頻率等形式輸出。頻率輸出可以用來測速，數(shù)字信號便于車輛計數(shù)，模擬量輸出用于計算車長和車型識別。

　　

　　線圈檢測器的測速精度和交通量計數(shù)精度高，且工作穩(wěn)定性好，不易受天氣和交通變化的影響，抗干擾能力強。但是由于線圈檢測器需要在車道下埋設，在安裝的過程中會對路面有一定的破壞作用，影響道路的正常使用壽命；同時，線圈檢測器的安裝和維修過程中會影響交通的正常通行，因此，線圈檢測器已基本不被采納。

　　2.2 GPS檢測

　　GPS系統(tǒng)主要由空間星座、地面檢測系統(tǒng)和用戶接收設備三大部分組成，GPS可以為用戶提供實時三維導航與定位功能，廣泛地應用于航空航天、軍事、交通運輸、資源勘探、通信、氣象等領域中。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，其應用領域已經(jīng)開始逐步深入人們的日常生活。在公交系統(tǒng)的車輛定位導航和交通數(shù)據(jù)采集中，GPS的應用較為廣泛。

　　公交車輛定位系統(tǒng)共分4部分：GPS差分站、總凋中心、區(qū)域監(jiān)控站、車載設備。

　　車載設備由定位模塊（GPS接收機和DR傳感器）、通信控制器、收發(fā)信機（即集群電臺）、駕駛員接口和電源模塊組成。GPS接收機接收GPS衛(wèi)星所發(fā)射的導航電文，經(jīng)處理后形成一定格式的綜合數(shù)據(jù)流（包括位置、時間、速度等），經(jīng)串口送至通信控制器。通信控制器將綜合數(shù)據(jù)流和本車的車號及其他運營數(shù)據(jù)按照通信協(xié)議重構，經(jīng)收發(fā)信機發(fā)射到監(jiān)控中心站；并將差分GPS基站發(fā)來的差分修正信息經(jīng)解調(diào)后送至GPS接收機；調(diào)度中心發(fā)來的調(diào)度信息也由通信控制器解調(diào)后以語音提示。駕駛員接口提供駕駛員與調(diào)度中心之間進行聯(lián)絡和短信息傳送、車輛快慢提示、語言提示等的接口。車載設備模塊框架如圖2所示。

　　

　　區(qū)域監(jiān)控中心站由DDN接口、通信控制器、收發(fā)信機（即集群電臺）、GIS顯示系統(tǒng)組成。通信控制器將接收到的各車輛數(shù)據(jù)處理后按一定的格式送往GIS顯示系統(tǒng)，并將差分修正信息和調(diào)度命令進行編碼和調(diào)制，經(jīng)收發(fā)信機發(fā)送到各車載設備。

　　總調(diào)度中心主要由大屏幕顯示和計算機網(wǎng)絡組成。接收各個區(qū)域監(jiān)控中心傳輸?shù)能囕v定位和狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對所有車輛的監(jiān)控。

　　差分GPS基準站主要由基準GPS接收機和計算機組成?；鶞蔊PS接收機接收GPS信號，形成差分修正信息，并發(fā)送到各監(jiān)控中心。

　　GPS公交車輛檢測定位技術在實際應用中維護方便，不會對道路交通產(chǎn)生影響；檢測和定位的準確度高，使用擴展GPS差分站后，能獲得準確定位信息。車載 GPS裝置安裝于各種類型的公交車中，可以實現(xiàn)對不同公交車類別進行識別，同時能得到車輛的運營信息；但是，GPS檢測系統(tǒng)的信號的接收容易受到道路周邊密集的、體積較大的建筑物的遮擋，可能影響檢測設備的正常工作，因此在實際的公交車輛檢測裝置的設計中應考慮周邊環(huán)境對GPS信號傳輸?shù)挠绊憽?/p>

　　2.3超高射頻檢測技術

　　射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID發(fā)送的頻率稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率或載波頻率，基本有四個范圍：低頻（30～300 kHz）；高頻（3～30 MHz）；超高頻（300 MHz～2.45 GHz）和微波系統(tǒng)（2.45～5.8 GHz）。目前市場上常用的載波頻率有低頻125 kHz與133 kHz、高頻13，56 MHz以及超高頻902 928 MHz和微波2.45 GHz與5.8 GHz等。

　　基于射頻的公交車輛檢測系統(tǒng)主要由車載射頻卡、近端信息采集傳輸設備、遠端數(shù)據(jù)庫服務器、后臺數(shù)據(jù)分析管理服務器和應用客戶端五個主要部分組成。

　　車載射頻卡安裝在公交車輛上，用于存儲運營車輛的ID信息，它是由天線、電源、微處理器和存儲器組成。車載卡用于存儲固定的ID編碼信息，工作頻率為 2.45～2.483 GHz，當車載卡進入收發(fā)天線感應區(qū)后，不間斷的發(fā)送卡號信息。當車載射頻卡工作電壓低于正常使用電壓時，數(shù)據(jù)交換同時主動向遠端服務器發(fā)送低壓報警信息。

　　近端信息采集傳輸設備主要由RFID無線射頻讀卡器裝置、前置通信模塊、室外設備機箱等部分組成。RFID無線射頻讀卡器裝置由收發(fā)天線及射頻讀卡器構成。其工作原理是：當車載射頻卡進入收發(fā)天線區(qū)域后，車載射頻卡發(fā)出的加密載波信號被天線接收，經(jīng)射頻讀卡器裝置接收處理后，向前置通信模塊發(fā)送獲取的車載射頻卡信息；前置通信模塊將接收到的卡號時間、地址信息通過無線方式與遠端的讀卡服務器建立通信連接。

　　遠端數(shù)據(jù)庫服務器擁有固定的、永久性的ID地址，并通過Intemet接入，實現(xiàn)和GPRs的內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧與地面識別設備的前置通信模塊建立通信連接，其主要任務是接收、存儲地面識別設備無線傳送來的車載卡數(shù)據(jù)信息。

　　后臺數(shù)據(jù)分析/管理/發(fā)布服務器用于對多個地面識別設備進行集中管理，提供讀卡記錄和通信異常記錄的設備。可以為公眾提供公交信息服務。為管理者提供實時系統(tǒng)狀態(tài)查詢、歷史數(shù)據(jù)分析服務，同時也為管理者制定交通發(fā)展策略及提供數(shù)據(jù)基礎。

　　應用客戶端采用成熟的Web技術，提供公交站場營運公交車輛進出信息的記錄、查詢、統(tǒng)計、檢索、分析等功能的操作平臺。

　　RFID技術具有以下特點：全雙工穩(wěn)定可靠的無線數(shù)據(jù)通信，誤碼率幾乎為零；載波信號穿透力和繞射力極強，標簽可固定安裝在車輛的任何物體的表面，包括金屬、非金屬、玻璃的表面等；射頻卡讀寫區(qū)域無方向性，接收和發(fā)射天線無需對準被讀取的射頻卡；具有信息防沖撞功能，可同時識別多輛并排、串道、跨線等不按規(guī)定行走的車載卡，無論車道上前后左右的車輛大小、高低、彼此遮擋，各車均能可靠識別，單套設備可同時讀取10個車道通行的車載射頻卡信息；射頻卡超低能耗設計，高能鋰電可反復、連續(xù)讀寫高達700萬次；射頻卡具有低壓檢測及低壓信號報送后臺計算機的管理功能；射頻卡的感應范圍（可達300 m左右）和通過速度（可達120 km/h）可根據(jù)管理需要進行靈活調(diào)整，而無需增加設備投資。

　　文獻提出了利用RFID技術幫助盲人自助乘車。公交車輛中安裝含有車輛信息的標簽，盲人攜帶RFID讀卡器，讀卡器和計算機以及天線相連。通過信號的傳輸，公交車輛的路線和終點站等信息便可以通過聲訊系統(tǒng)告知盲人。

　　目前國內(nèi)很多城市的公交優(yōu)先系統(tǒng)、公交到離站信息管理系統(tǒng)以及不停車收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，ETC）均使用了RFID技術。但是，國內(nèi)在RFID的標準化方面還有待深入和完善，以便被更多的企業(yè)所接受，使不同生產(chǎn)商的生產(chǎn)系統(tǒng)及模塊的替代性更好，使RFID的應用更為普及。

　　2.4視頻檢測

　　視頻檢測方式也是智能交通系統(tǒng)先進的監(jiān)控和檢測技術之一，視頻檢測器可以大范圍的對公交車輛進行檢測和識別。視頻檢測的基本原理是對攝像機得到的圖像進行計算機處理，進而對視頻中的運動物體進行檢測。

　　視頻車輛檢測器主要由外場攝像機、數(shù)據(jù)傳輸設備和視頻處理器組成。外場攝像機將道路上的交通視頻圖像拍攝下來，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸設備傳給視頻處理器。視頻處理器通過相應的算法檢測得到車輛的速度和數(shù)量。視頻處理方法主要包括虛擬線圈法和特征識別法。

　　虛擬線圈法是指通過相應程序在交通圖像上設置虛擬線圈和粗線條，作為速度檢測器和計數(shù)檢測器，如圖3所示。

　　

　　虛擬線圈的尺寸、位置和數(shù)量可以根據(jù)具體的道路情況進行調(diào)整。當車輛通過虛擬線圈和計數(shù)檢測器時，會產(chǎn)生檢測信號，經(jīng)過視頻處理軟件的分析和處理，可得到車速、流量等參數(shù)。

　　基于特征識別的公交車輛檢測方法主要包括基于幾何和顏色特征、基于車型特征等方法。