車流量檢測技術及相關專利分析

馬勇平

0 引言

道路上車輛不斷增多，導致道路上經常發生交通擁堵現象，交通擁堵很大程度上制約著經濟社會的發展，交通擁堵問題是世界各國亟待解決的問題。由于城市對智能交通系統[1]的需求，車流量檢測技術在近些年發展迅速，出現了多種檢測方法。以下對車流量檢測技術及相關專利進行分析。

1 車流量檢測的傳統技術

車流量檢測技術分為接觸式和非接觸式，傳統的車流量檢測技術主要有：空氣管道檢測、磁感應檢測、波頻檢測、視頻檢測以及RFID 檢測。

1.1 空氣管道檢測

空氣管道檢測通過在待檢測路段固定安裝一條空心管道，空心管道的一端封閉，另一端連接計數器，當車輛從空心管道上面經過時車輪碾壓空心管道，由于管道內存在空氣導致管道內的空氣受擠壓觸動計數器對車輛進行計數實現對車流量的檢測，其為一種接觸式的檢測方法。

1.2 磁感應檢測

磁感應檢測器分為線圈和磁阻傳感器兩種，它們均是通過檢測磁場變化檢測交通參數。

1.2.1 線圈傳感器檢測

環形金屬線圈檢測是將線圈埋設于路面下，車輛從線圈上面經過時引起線圈磁場的變化，根據磁場的變化可計算出車流量、車速、占有率等交通參數。

上海寶信軟件股份有限公司于2006 年申請了發明名稱為“車流量線圈檢測系統及其方法”的專利申請（公開號CN1776767A），公開了安裝環形線圈檢測車輛信息，GPRS設備將車輛信息發送給流量檢測服務器，流量檢測服務器將車輛檢測信息發送給用戶從而使得用戶能夠了解道路車流量信息。

1.2.2 磁阻傳感器檢測

磁阻傳感器屬于電感式傳感器，車輛經過磁阻傳感器時引起線圈自感或互感系數的變化，導致線圈電感量變化，通過檢測線圈電感量變化可實現交通參數的測量。AMR磁阻傳感器是常用的磁阻傳感器，其能夠檢測車輛的存在及識別車型。

北京科技大學于2008 年申請了發明名稱為“一種車型自動識別和車流量自動檢測系統及其方法”的專利申請（公開號CN101110161A），公開了采用磁阻傳感器檢測車輛靜止或者運動時對地磁場的擾動，對擾動信號進行放大、濾波以及A/D 轉換得到數字信號，將數字信號輸入信號處理單元進行處理得到識別結果，進而可檢測出車流量。

1.3 波頻檢測

波頻檢測是對車輛發射電磁波并接收車輛反射的回波信號的檢測方法，根據發射電磁波的不同分為雷達檢測、超聲波檢測和紅外線檢測等。

1.3.1 雷達檢測

雷達檢測是采用雷達天線發射出電磁波，電磁波遇到車輛反射回來，不同車道上車輛與雷達之間的距離不相同，因此反射回來的回波信號也不相同，雷達通過對中頻信號進行頻譜分析可確定各車道上是否有車輛。采用雷達檢測可獲得車流量、車速、占有率等交通參數。

西安大昱光電科技有限公司于2013 年申請了發明名稱為“一種道路交通路口車流量獲取系統”的專利申請（公開號CN103164956A），公開了采用微波雷達發射調頻連續波并接收由車輛反射的回波信號，中頻處理單元將通過混頻之后獲得的能夠反應道路車輛狀況的中頻信號進行預處理，DSP 處理器根據中頻處理單元傳輸的信息和時鐘芯片定時記錄的數值計算出車流量、車速、占有率等交通參數。

1.3.2 超聲波檢測

超聲波檢測是通過超聲波發射設備發射超聲波，超聲波遇到車輛反射，超聲波接收器接收反射波，根據發射到接收的時間差以及回波信號的變化能夠獲得車輛與檢測器之間的距離以及車輛行駛的距離，處理模塊對接收的回波信號進行處理獲得車流量、車速等交通參數。

武漢市路安電子科技有限公司于2009 年申請了發明名稱為“超聲波固定式交通流量調查設備”的專利申請（公開號CN101383095A），公開了超聲波探頭包括超聲波發射器和超聲波接收器，超聲波發射器發射超聲波，超聲波接收器接收反射回來的回波信號，超聲波檢測器接收超聲波探頭采集的車輛信息，獲得車輛類型、車速等交通參數，并將交通參數通過網絡發送給后臺數據中心。

1.3.3 紅外線檢測

紅外線檢測由紅外線發射器和紅外線接收器組成，紅外線發射器發射紅外線，當有車輛通過時，紅外線遇到車輛被反射回來，紅外線接收器接收反射回來的信號，數據處理模塊對接收的信號進行處理得到檢測參數。

沈陽新一代信息技術有限公司于2012 年申請了發明名稱為“一種利用紅外技術測量車流量和車速的裝置及方法”的專利申請（公開號CN102842235A），公開了紅外傳感器將采集的信號上傳至PLC 控制器，PLC 控制器根據采集到的信號計算車流量和車速信息。

1.4 視頻檢測

視頻檢測通過攝像頭拍攝車輛，并通過圖像處理識別車輛，進而獲得車流量和車速，視頻檢測可檢測車流量、車速、交通事件等交通信息參數。

昆明利普機器視覺工程有限公司于2003 年申請了發明名稱為“基于視頻車輛光學特征識別匹配的交通流量檢測系統”的專利申請（公開號CN1464487A），公開了通過攝像頭拍攝道路上行駛的車輛視頻，對車輛視頻進行圖像處理識別出車輛的光學特征，進而能夠計算出車流量、車速、密度、車速、逆行、超速等。

1.5 RFID 檢測

RFID 檢測采用射頻識別技術，在車輛上安裝RFID 標簽，在待測路段安裝閱讀器識別車輛上安裝的RFID 標簽，通過網絡進行實時數據共享，可得到實時的車流量。

福州大學于2012 年申請了發明名稱為“基于無線射頻識別的道路車流量檢測方法與系統”的專利申請（公開號CN102592458A），公開了在每輛車上設置無源車載RFID 標簽，待檢測路段設置RFID 標簽閱讀器，當裝有無源車載RFID 標簽的車輛處于閱讀器的讀取范圍內時，RFID 標簽閱讀器讀取標簽信息，統計得到車流量信息，并通過無線網絡發送給遠程服務器，用戶向遠程服務器發送查詢請求可獲得車流量信息，遠程服務器還可將車流量信息發布到道路上的可變信息板。

2 車流量檢測的新技術

通過安裝各種檢測器檢測車流量在現今已廣泛采用，但各種檢測器各有優缺點，如:空氣管道檢測獲取的信息比較單一且壽命短。磁感應檢測準確度較高，氣候和光照等外界條件不影響其檢測精度，但由于其埋設于路面下，需要破壞路面，車輛在其上面頻繁通過導致其使用壽命短。視頻檢測安裝簡便，無須破壞路面，維護費用低，但檢測精度受天氣條件影響大。超聲波檢測存在信號不穩定，誤差較大，系統耐用性、可靠性差，檢測精度難于達到要求等問題[2]。不管采用哪種檢測器，都需要一定的成本。

目前有研究發明了不需要額外安裝檢測器，基于車輛位置信息進行車流量檢測技術。中國移動通信集團公司于2015 年申請了發明名稱為“一種交通燈控制方法及裝置”的專利申請（公開號CN106683447A）,公開了在車流量檢測中，通過車輛終端發送的位置信息計算得到車流量。魯捷于2017 年申請了發明名稱為“一種智能紅綠燈”的專利申請（公開號CN109872543A），公開了在車流量檢測中，預先將車輛與司機的手機綁定存儲，當車道上出現手機的位置信息時，交通監控中心視它為一輛車，這樣手機的位置就是車輛所在的位置，手機把本車的位置信息發送到交通監控中心，交通監控中心根據接收到的手機發出的位置信息確定車流量并進一步確定路口交通燈的配時。

3 結論

車流量檢測是實現智能交通系統的研究方向之一，目前對車流量檢測技術的研究不斷深入，通過檢測車流量可以對路口的交通燈進行智能配時避免交通擁堵提高通行效率，檢測車流量還可以獲得交通擁堵信息進行路徑規劃、以及便于交警疏導交通，改善道路交通擁堵狀況。車流量檢測對城市道路建設、高速公路建設、隧道橋梁建設、智能交通的發展起著重要的作用。各種車流量檢測技術都有各自的優缺點，基于車輛位置信息的車流量檢測由于不需要額外安裝檢測器已被納入研究方向，對于車流量檢測，如何實現成本低且檢測精度高是今后的研究重點。