专利名称：道路交通状况数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及道路交通状况数据采集技术。
背景技术：
城市道路实时动态场景监测是近年来备受关注的前沿研究方向，道路车流量、道路平均车速等实时数据是交通指挥中心指导交通的重要依据，交通事故以及违章行驶等现象的及时监测或准确、有效地记录也是城市道路交通管理的重要组成部分。对道路实时动态场景各项数据的准确采集以及对相应数据的快速或实时处理是建立科学完善的交通监测指挥系统的基础，目前，这些工作一般只能靠人工实地计测，有些指标甚至无法采集，不仅费时、投入大、工作环境差，而且由此采集到的数据因技术和其它原因严重失真，很难与驾驶员共享信息，实时处理效果很不理想，另外，道路交通状况以及相关信息往往特别复杂，如果某一项数据不准确往往会使得整个数据处理结果与实际道路交通状况相去甚远，因此，对采集的特定数据的准确性要求较高，这包括两个方面不能有遗漏采集的现象以及，已经采集的数据与真实状况无偏差或尽量小的偏差。
申请号为02125310.2，公开号为1391197，名称为“一种交通流量监测系统”的中国发明专利申请公开说明书，公开了一种道路交通流量的监测系统，主要是利用光电传感器，或电磁波传感器，或红外热源传感器等作为信号采集装置采集道路交通流量信息，以此代替现有的在各个路口的设置的摄像头采集的图像信息，然而，如前所述，道路交通状况以及相关信息往往特别复杂，比如，城市的一些干道路口一般都有数条甚至几十条车道，通行高峰时，每一个车道的交通流量都非常大，由于不同车道的可供采集的道路交通实时信息易发生相互干扰，上述传感器的监测原理其实不能完成或很难按照设计者的要求完成对交通流量数据的准确采集，尤其是在城市干道路口的通行高峰时，更是如此。
现有的通过光电传感器，或电磁波传感器，或红外热源传感器对道路交通状况、信息等数据的采集的主要缺陷是由于上述传感器的工作原理和检测条件要求与车辆的可识别特征以及进行采集的实际环境的复杂性之间的矛盾，从而决定了其在采集过程中存在数据采集不到或只能采集到很粗糙的数据等缺陷。因此，上述专利公开说明书中提出的技术方案实际上使得仅仅就交通流量这一个简单数据的采集在一些交通状况比较复杂的道路上都因为以上原因而不能或很难实现，无法真正、客观地表征道路的实际交通状况，因此，上述专利公开说明书中提出的技术方案的实际应用价值不大。
申请号为02125671.3，公开号为1396567，名称为“交通流量无线监测系统”的中国发明专利申请公开说明书，公开了一种无线交通流量监测系统，也提到了信号采集装置及其安装位置，如路灯灯杆上，但并没有阐述交通流量的信号或交通流量的数据的具体采集方式，因此，定量而不是定性地反映路面真实交通流量仍是该方案需要完善的地方，甚至是该方案不能解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是旨在提供一种可以更加实时、准确地对道路交通状况中的信息进行采集的系统。
本发明中的道路交通状况数据采集系统，包括道路交通状况数据采集传感器或传感器组，道路交通状况数据处理装置，数据集中处理传输装置；所述的道路交通状况数据采集传感器或传感器组是在道路旁边或车道下面安装的一个或一组可以连续地监测相应车道内的地球磁场实时变化状态的磁场传感器；所述的道路交通状况数据处理装置是接收所述传感器的信号、并将信号放大、进行A/D转换和分析处理，再将处理结果输出的装置或单元；数据集中处理传输装置包括微处理器和信号输出装置，信号输出装置可以是手机模块，其中微处理器对所述道路交通状况数据处理装置处理过的数据进行汇总、处理，信号输出装置将信息输出。
上述技术方案中的磁场传感器可以是异向性磁阻传感器；信号输出装置对数据输出是将处理后的数据转换成短消息的内容通过发送短消息方式发送或以其他数据形式或GPRS数据传送方式发送。
本发明的技术方案中，还可以包括摄像装置控制电路，交通信号灯控制电路，所述的数据集中处理传输装置通过摄像电路接口装置与所述的摄像装置控制电路相连接；通过信号灯电路接口装置与所述的交通信号灯控制电路相连接。
由于本发明利用磁场传感器，尤其是异向性磁阻传感器，可以精确地感测其周围较大的范围内地球磁场的强度和方向的变化数据，且具有低成本、小体积、噪声抑制和可靠性高等特性，通过真实、准确地检测车辆在道路上通过时所引起的地球磁场状态变化的相应数据，并实时加以分析和处理，可以得出能够反映或表征道路实时交通状况的准确数据，因而，相比较现有技术，采集的数据更为实时、准确，从而为建立科学完善的交通监测指挥系统打下坚实的基础。
图1是本发明所述的道路交通状况数据采集系统的原理框图；图2是铁磁性物体进入均匀磁场引起的磁场畸变示意图；图3是本发明所述的异向性磁阻传感器的电路原理图；图4是当车辆距传感器不同距离时，磁场强度数值的变化曲线图；图5是本发明的一种实施例的安装示意图。
具体的实施方式在本发明中，磁传感器在数据采集中起关键作用，下面先对磁传感器进行介绍。
根据所能所感测的磁场范围的不同，通常将磁传感器分为三类低磁场传感器、中磁场传感器和高磁场传感器，检测低于1毫高斯磁场的传感器一般为低磁场传感，检测从1毫高斯到10高斯磁场的传感器一般称为中磁场传感器，由于地球磁场的范围非常适合于中磁场传感器检测，因而通常也将中磁场传感器称为地球磁场传感器，而检测高于10高斯磁场的传感器一般称为附加磁场传感器。
异向性磁阻传感器(简称AMR传感器)是中磁场传感器中的一种特定形式，最适于工作在地球磁场范围。既可以检测直流静态磁场，也可以检测磁场的强度和方向。该传感器的制作过程是将铁-镍合金薄膜沉积在硅片上，形成电阻条。在磁场中其阻值可变化2-3％。通常，四个这样的电阻连接成一个惠斯通电桥的形式，如图3所示，可以测出沿着单一轴线的磁场的强度和方向。桥臂的典型阻值为1000欧姆，典型带宽为1-5MHz。磁阻效应的反应是非常快的，不会受到诸如线圈和振荡频率的影响。异向性磁阻传感器的一个关键的优点是可以在硅片上大量生产，封装成商用集成电路的形式。
铁镍薄膜的一个特性是当暴露在变化的磁场中时，其电阻有所改变(ΔR)，引起相应的输出电压的变化。异向性磁阻传感器中的输出信号电平为从0.5V到4.5V的电压的范围，以2.5V电压为中心。这个信号电平适合于大多数A/D转换器，使用AMR传感器和放大器，就可以检测到精确的磁场信息，包括提供磁场强度和方向信息。
现有的异向性磁阻传感器在遇到磁场时可提供具有高预见性的输出，可以很好地感测地球磁场范围内准确检测出地球磁场1/12000的强度和方向的变化。地球磁场在很广阔的区域内(大约几公里内)是一定的，一个大的铁磁性物体，如车辆无论它是运动的，还是静止的，均可看作多个双极性磁铁组成的模型，在北-南的极化方向都可引起地球磁场的扰动，如图2所示，这些扰动在汽车发动机和车轮处尤为明显。本发明就是利用了铁磁性物体对地球磁场的扰动和上述磁传感器的工作原理特性进行工作的。
本发明的一种实施方案的原理框图如图1所示。在道路旁边或车道下面安装传感器或传感器组检测地磁场的变化，将这些信号传给道路交通状况数据处理装置将信号放大、进行A/D转换和分析处理后，再将处理结果输出给数据集中处理传输装置，数据集中处理传输装置对各道路交通状况数据处理装置的数据进行汇总、处理并输出。数据集中处理传输装置还可以结合交通信号灯的信号对违章的车辆进行摄像。
在本发明的实施方式中，传感器用的是异向性磁阻传感器。
在不需要精确数据的情况下，可以将传感器安装在道路旁边。在需要精确数据的情况下，应将传感器安装在车道下面。如果只需要检测是否有车辆存在和通过，一个车道只用一个传感器就可以了。如果还需要车辆行驶速度的数据，应使用传感器组，每组传感器是指一条车道上相隔一定距离安装的两个传感器。传感器在道路上的安装位置可以根据情况安装在交叉路口或正常行驶路段。传感器应安装在交叉路口的停车标志线附近，还可以与交通信号灯结合起来监测车辆闯红灯等违章情况。但如果要检测车辆行驶速度，则不应安装十字路口。
为了更精确地检测，传感器在车道下的安装位置最好是车道的正中央。
对传感器或传感器组检测的信息的处理，一种实施方案为，对每个车道安装的一个传感器或传感器组的信息，用一个道路交通状况数据处理装置将信号放大、进行A/D转换和分析处理。用一个数据集中处理传输装置将对应于每条车道的道路交通状况数据处理装置处理的数据进行汇总和分析处理，并将结果输出。输出的结果可以通过短消息发送出去，或通过其他方式传送到交通信息中心。也可以用一个道路交通状况数据处理装置处理所有车道中的传感器检测的信息，再输出给数据集中处理传输装置处理后发送给交通信息中心。
图5是本发明的一种实施例中的传感器安装及与道路交通状况数据处理装置、数据集中处理传输装置等连接关系示意图。图中，1表示传感器，2表示道路交通状况数据处理装置，3表示数据集中处理传输装置，4表示摄像装置控制电路，5表示交通信号灯控制电路。图中示出了在一个十字路口的一条道路路口的每一条车道安装一个传感器，每一个传感器检测的信号输出给一个道路交通状况数据处理装置，接收处理四条车道的传感器信号的道路交通状况数据处理装置将处理结果输出给一个数据集中处理传输装置。数据集中处理传输装置与路口的摄像装置控制电路和交通信号灯控制电路相连接。
在正常行驶路段，可以在每一条车道下安装一组传感器，在图5中画出了在正常行驶路段的一条车道上，传感器组的安装情况。
道路交通状况数据处理装置、数据集中处理传输装置都可以采用普通微处理器或单片机。
下面对本发明的工作方式进行详细说明。
1、本发明对车辆是否存在或通过的检测。
通常，地磁场在没有车辆存在时有一个初始值。此初始值可以存储在道路交通况数据处理装置中。在道路上有车辆等铁磁性物体通过传感器时，磁场会发生变化。因任何铁磁性物体出现在车道上都会引起地磁场强度的变化，这种地磁场变化的特征一般是随着车辆与传感器距离的增加，地磁场变化的信号强度一般呈现指数级数形式衰减，如图4所示的磁场强度数值随车辆与传感器之间的距离的变化曲线图(图中横坐标表示距离，单位为feet；纵坐标表示磁场强度，单位为mgauss)。因车辆是大的铁磁性物体，在经过传感器时会引起很大的磁场值变化(一般变化峰值会超过100mgauss)。根据传感器检测到的磁场强度变化与传感器和车辆的距离呈指数级形式衰减的特性，可以预先在道路交通状况数据处理装置中设置一个阈值，当传感器检测到的磁场强度变化超过阈值时才认为有车辆存在。
当车辆从靠近传感器到离开传感器，传感器检测到的磁场会连续变化后恢复到初始值。据此，可以用传感器检测的磁场变化超过阈值再恢复到初始值附近并保持一段时间，如100ms以上，作为一辆车通过的判断标准。在判断车辆通过的标准设定后，可以检测一定时间内通过的车辆数。
2.对车辆行驶速度的判断对于车辆速度的判断需要在同一车道上，如图5所示，设置两个相同的传感器构成一个传感器组，由于该两个传感器之间的相对距离实际上是已知的，车辆通过两个传感器的时间(可以用每一个传感器检测到的磁场变化的第一个峰值或第一次超过阈值的时刻作为计算点)可很容易地由道路交通状况数据处理装置测量出来，进而计算出车速。
3、对车辆部分违章现象的判断参照图5，本发明可以通过信号灯电路接口装置将所述的数据集中处理传输装置3与设置在各路口的交通信号灯控制电路5相接，接收交通信号灯控制电路的电信号。当某车道出现红灯的电信号时，传感器检测相应车道路口的磁场状况来判定本车道是否有车辆在行驶，数据集中处理传输装置判断是否有车撞红灯等违章现象发生，一旦发现有撞红灯等违章车辆，可以采用事先另外设置的摄像装置控制电路，由数据集中处理传输装置3输出相应的控制信号，通过摄像电路接口装置与数据集中处理传输装置3相接所述的摄像装置控制电路4，抓拍或以其他方式详细记录违章车辆的图像信息，作为交通管理或处罚的依据。
车辆是否超速行驶是由道路交通状况数据处理装置计算出车辆行驶速度，由数据集中处理传输装置结合该路段事先设定的最高限速的比较来确认超速行驶行为，类似地，可通过数据集中处理传输装置输出控制信号来摄像记录违章道路是否塞车可通过检测车辆存在与否和信号灯状态结合车速来综合判别是否塞车。
道路平均车速、道路车流量等可通过车辆存在的累积次数以及车速的平均计算方法等分析处理而得出，由于这方面涉及的是现有普通技术的内容，在此不再赘述。
数据集中处理传输装置集中采集一个或多个道路交通状况数据处理装置处理出的结果后，可以归纳、编码出具有丰富内容的数字信号籍以表征道路或相应车道的实时交通状况，此时可通过数据集中处理传输装置将处理后的数据转换成短消息的内容通过发送短消息方式或GPRS数据传送方式发送或输出，这样，最后处理结果的数据相当于编辑好的短消息内容，很容易实现数据的传输。其目的是便于利用现有成熟的移动通信技术和网络的许多卓越性能如低发射功率、短信数据缓存、无须单独占用频道、覆盖面广无死区等等众多优势，可以低成本，快速、准确的将交通状况实时数据可靠地传送回交通指挥中心。
综上，本发明与现有技术相比，可以实时、定量、准确地采集反映道路路面交通状况的各种参数，系统抗干扰能力强，采集的数据内容丰富，真实客观，实施起来成本低，为建立科学完善的交通监测指挥系统打下坚实的基础。
权利要求
1.一种道路交通状况数据采集系统，包括道路交通状况数据采集传感器或传感器组，道路交通状况数据处理装置，数据集中处理传输装置；所述的道路交通状况数据传感器或传感器组是在道路旁边或车道的下面安装的一个或一组可以连续地监测相应车道内的地球磁场实时变化状态的磁场传感器；所述的道路交通状况数据处理装置是接收所述传感器的信号、放大、将其进行A/D转换并分析处理再将处理结果输出的装置或单元；数据集中处理传输装置包括微处理器和信号输出装置，微处理器对所述道路交通状况数据处理装置处理过的数据进行汇总、处理，信号输出装置将信号输出。
2.如权利要求1所述的道路交通状况数据采集系统，其特征在于所述的磁场传感器为异向性磁阻传感器。
3.如权利要求1或2所述的道路交通状况数据采集系统，其特征在于所述的信号输出装置是手机模块，对数据输出是将处理后的数据转换成短消息的内容通过发送短消息方式或GPRS数据传送方式发送。
4.如权利要求1或2所述的道路交通状况数据采集系统，其特征在于还包括摄像装置控制电路，交通信号灯控制电路，所述的数据集中处理传输装置通过摄像电路接口装置与所述的摄像装置控制电路相接；通过信号灯电路接口装置与所述的交通信号灯控制电路相接。
全文摘要
本发明公开了一种道路交通状况数据采集系统，包括在车道的下面安装的一个或一组可以连续地监测相应车道内的地球磁场实时变化状态的异向性磁阻传感器；接收传感器的信号、放大、将其进行A/D转换并分析处理再将处理结果输出的道路交通状况数据处理装置；以及包括微处理器和信号输出装置的数据集中处理传输装置，微处理器对所述道路交通状况数据处理装置处理过的数据进行汇总、处理，信号输出装置可采用手机模块将处理后的数据转换成短消息的内容以短消息方式或GPRS数据传送方式发送或输出，采用本发明后，可以实时、定量、准确地采集反映道路路面交通状况的多种参数，系统抗干扰能力强，采集的数据内容真实、客观，实施起来成本低。
文档编号G08G1/01GK1700261SQ20041002732
公开日2005年11月23日 申请日期2004年5月21日 优先权日2004年5月21日
发明者周海忠 申请人:深圳市海之力科技实业有限公司