专利名称：车辆探测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆探测系统及其维护方法。本发明尤其涉及通过高精度低功耗的车辆探测减少误探测并且较少损害城镇的美观的车辆探测系统及其维护方法。
背景技术：
通常地，回路探测器(loop detector)和超声波探测器是众所周知的车辆探测器，用于确定诸如交通量或占用率之类的交通流。
回路探测器通过埋在地下的回路线圈探测车辆，当车辆从线圈上经过时，线圈传感感应系数的改变。
超声波探测器通常使用所谓的主动传感器(active sensor)来探测从其传感器发送的超声波的反射，从而探测器探测分别从车辆和道路反射的超声波的到达时间之间的差。
在日本专利申请公开No.60-78373(参照权利要求书)中描述了这种超声波探测器的例子。
这种常规的车辆探测器具有下面的缺点。
由于回路探测器要求将线圈埋在地下，因此需要进行掩埋工作，并且当难以保证安装地点时，该探测器可能不适用于诸如桥梁等的地点。
另一方面，超声波探测器具有如下缺点①当为了保持城镇的美观将超声波探测器装备在路旁时，难以准确探测车辆，并且②由于其高功耗，探测器的成本会较高。
(1)通常，超声波探测器的发送机/接收机必须几乎直接设在行驶在道路上的车辆之上，以便使得能几乎垂直地向车辆发送超声波。因此，超声波探测器被这样安装固定在由设在路旁的杆支撑的架空水平栏杆上的发送机/接收机向下面对道路和车辆。栏杆必须足够长以便将超声波探测器直接设置在车辆中心的上方，这样导致的缺点在于，由杆支撑并且伸到道路中心上方空间的水平栏杆不但损害城市的景色美观，而且需要高建筑成本。特别地，在安装多个车辆探测器以覆盖道路上多条通车车道的情况下，上述问题是值得注意的，必须由立在道路两侧的两个杆支撑长架空栏杆。
为了解决这些问题，可以想到将超声波探测器在对于车辆倾斜的位置以所谓的“侧激发”(side-fire)配置安装，取代直接位于车辆上方的位置(即所谓的“正上方”安装)，以消除或缩短长的架空栏杆。然而，由“侧激发”安装的发送机/接收机设在倾斜向下的方向上对着车辆，因此可能会由于雨和风或多径反射而发生车辆的误探测。特别地，当雨从侧面方向等落下并且撞击超声换能器时，超声换能器振动其自己的振动频率的情况，或者探测器接收到反射多遍波、而不是从车辆直接反射的波的情况，可能被传感器确定为“存在车辆”。
(2)由于超声波探测器是主动传感器，因此电力消耗会较高。通常通过电缆为超声波探测器供电。
因此，由于需要电缆连接来供电并且其功耗高，超声波探测器是昂贵的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种适于以高识别精度、低误探测、以较少损害城镇美观的方式和低耗电检测车辆的车辆探测系统。本发明的另一目的是提供车辆检测系统的适合的维护方法。
根据本发明，可以通过使用用来检测红外辐射的被动检测装置来实现上述目的。
根据本发明，车辆探测系统包括传感器，用于通过从要探测的物体辐射出的红外辐射探测驶过道路的监视范围的车辆；和车辆存在判断装置，用于通过由传感器提供的输入电平值确定车辆的存在。
由于本发明的方法采用一种用来探测从要探测的物体辐射出的红外辐射的探测器，而不像探测自身发出的红外辐射的反射的常规探测器，因此即使当将探测器置于不是车辆正上方的位置而是置于车辆附近的路旁时，也不会受雨和风影响，从而可以减少对车辆的误探测。本发明的系统允许从车辆的侧方以高精度执行车辆的探测。
由于本发明的系统使用被动传感器检测红外辐射，因此相比常规超声波探测器中使用的主动传感器，其消耗更少的电力。由于超声波探测器的功率消耗通常较高，因此很难通过太阳能电池为探测器供电，必须通过电缆供电。
另一方面，由于本发明的系统使用被动传感器，并且甚至在连续工作中其功耗也小，所以可以用太阳能电池供应电力。
因此，本发明通过使用被动传感器实现减少功耗和成本。电力供应不需要电缆，这消除了供电电缆建设的需要。此外，本发明的系统在通过使用红外线探测传感器维持其精度的同时，允许传感器间歇工作。
从要探测的物体辐射出的红外辐射在毫微秒(ns)量级的时间内到达传感器，比起常规的超声波探测器的情况所需的时间，这基本上可忽略不计。在本发明的系统中，探测车辆所需的时间仅为大约30ms，而常规的超声波探测器需要大约60毫秒(ms)。因此，相比要求连续工作的常规超声波探测器，本发明的系统可以在保持其精度的同时间歇工作。
图1是图解在传感器由定时器控制间歇工作并且通过电缆发送总计探测结果的情况下，本发明的车辆探测系统的功能方框图。
图2是图解例1中的定时器1的控制过程的流程图。
图3是图解例1的数据处理单元中的处理过程的流程图。
图4是图解在传感器由定时控制器间歇工作并且通过无线电通信单元发送探测值的总计探测结果的情况下，本发明的车辆探测系统的功能方框图。
图5是图解例2中的定时器2的控制过程的流程图。
图6是图解无线电控制单元中的处理过程的流程图。
图7是图解在传感器连续运行并且通过无线电发送总计探测结果的情况下，本发明的车辆探测系统的功能方框图。
图8是图解例3中的数据处理单元中的处理过程的流程图。
图9是图解例3中背景电平值的计算过程的流程图。
图10是图解例3中比较值的计算过程的流程图，其中使用积分值作为比较值。
图11是图解例3中比较值的计算过程的流程图，其中使用积分值和差量(differential amount)作为比较值。
图12是图解例3中阈值的计算过程的流程图。
图13(A)和(B)是示出在晴天时操作本发明的车辆探测系统的情况的曲线图；图13(A)示出输入电平值、背景电平值和判断结果；而图13(B)示出阈值L、阈值H和比较值。
图14(A)和(B)是示出在雨天时操作本发明的车辆探测系统的情况的曲线图；图14(A)示出输入电平值、背景电平值和判断结果；而图14(B)示出阈值L、阈值H和比较值。
图15是示意性示出在本发明的车辆探测系统中的热电堆和CPU之间的连接状态的电路图。
图16(A)是示出本发明的车辆探测系统的探测器的正视图，而图16(B)图解探测器的A-A截面图。
图17是本发明的车辆探测系统的探测器中的透镜部分的示意性放大图。
图18是示意性示出本发明的车辆探测系统的探测器的透视图。
图19(A)和(B)是示出安装在设在路旁的杆上的探测器；图19(A)图解探测器和车辆存在判断装置形成在单体中的例子，而图19(B)图解分别设置传感器和车辆存在判断装置的例子。
图20是包括多个热电堆的探测器的部分的示意性放大截面图。
图21图解具有多个热电堆的探测器的监视范围。
图22图解对于多个通车车道中的每个放置一个探测器的状态，其中，每个探测器具有一个热电堆。
下面在说明书或附图中描述的附图标记定义如下1、1′和1″探测器2外壳箱3盖4对准单元4a凹状突起4b凸状突起5圆孔10传感器单元10a热电堆10b和10c放大器11数据处理单元11aA/D转换器
11bD/A转换器12太阳能电池单元12a太阳能电池13无线电通信单元13a无线电控制单元13b发送/接收单元14控制箱15底座15′CPU基板16红外透明透镜17支撑单元17a空间18螺钉19透镜支架200支撑杆201道路202监视范围203车辆204水平栏杆具体实施方式
根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann’s law)，从物体辐射出的红外辐射强度与关于物体的绝对温度的四次方和物体的发射率ε成正比。因此，当车辆的温度或发射率与道路的不同时，面向路面的红外辐射探测传感器通过探测到的红外辐射强度的改变，可以探测到道路上行驶的车辆。
根据本发明，用于检测红外辐射的传感器是所谓的被动传感器，它不是探测由探测器自身发出的红外辐射，而是探测从要探测的物体辐射出的红外辐射。
传感器最好是可以探测由于红外辐射的热效应而引起的电变化的传感器。特别地，传感器最好使用热电堆(thermopile)，在热电堆中，在热电偶由红外辐射引起的热变化作为热电动势(thermoelectromotive)输出。
根据本发明的系统，使用具有高的热电动势输出能力的热电堆和/或设计如稍后所述的适合的电路配置和算法，使得能通过探测红外辐射满意地探测车辆，而不必使用诸如热电探测器之类的其他类型的传感器仅利用热电堆。由于其可以探测由于交通堵塞而停止的车辆，因此相比稍后所述的热电探测器，热电堆尤其有用。
在本发明的系统使用热电堆作为传感器的情况下，其基本电路包括热电堆、用于放大热电堆中产生的电动势的放大器以及用于通过使用从电动势的放大的电压读出的值确定车辆的存在的车辆存在判断装置(如CPU)。在该电路中，放大器可能不仅放大直流分量，还可以放大交流分量。可以将系统构建成具有多个放大器连接到热电堆的放大器A，具有相对高的放大系数；和连接到车辆存在判断装置的放大器B，具有相对低的放大系数，并且放大器B放大放大器A的输出电压和参考电压之间的差。通过使用这样的放大器并且将参考电压输入放大器B中，可以提高车辆存在判断装置的动态范围。
可以将传感器和放大器设计成间歇运行。在这种情况下，最好通过定时器控制传感器和放大器的电源开/关。即，只有当传感器和放大器在预定时间内周期性地在定时器设置的预定间隔上运行时，才探测红外辐射。
发明者发现通过使用热电堆，可以根据通过探测从要探测的物体辐射出的红外辐射而计算出的温度的改变，来确定车辆的存在。为了计算，热电堆的温度是必需的，这是由于热电堆所产生的热电动势也取决于热电堆自身的温度。然而，如下所述，可以通过使用从诸如热电堆之类的传感器获得的输入电平值确定车辆的存在。这样，通过应用本发明的方法，根据由发射率的改变引起的红外辐射强度的改变，即使在温度没有改变的情况下，也可以探测车辆。
在本发明的系统中，可以通过直接使用输入电平值或者通过使用根据输入电平值以适当的转换计算出的值，来完成使用传感器提供的输入电平值的车辆存在判断。在前者的情况下，车辆存在判断装置是例如模式匹配装置或神经网络装置。在后者的情况下，系统可以构建成这样如果比较值大于阈值，则做出“存在车辆”的判断，其中比较值是基于输入电平值和背景电平值之间的差的值，背景电平值是基于从背景而不是要探测的物体辐射出的红外辐射的值。
在车辆存在判断装置使用基于输入电平值的计算出的值时，上述传感器首先被动地探测红外辐射。如果基于输入电平值和背景电平值之间的差的值等于或大于阈值时，则识别为存在车辆。或者如果基于输入电平值和背景电平值之间的差的值低于阈值时，则识别为不存在车辆。然后，如稍后所述，在背景电平值固定为预定值的情况下，在擦除输入电平值等后进行车辆存在判断装置的处理。在背景电平值被设计为可变的情况下，存储输入电平值以用作背景电平，并且如果计算出的值用作背景电平值，则进行诸如计算之类的预定操作。将判断结果发送给信号控制器或控制中心。
在上述关于值的存在的判断中，相对于输入电平值使用的背景电平值是基于从除了车辆之外的物体辐射出的红外辐射的强度的值。背景电平值可以是例如在每个季节以及每天的特定时间预定的给定值(设定值)，或者可以是基于由提供用来探测背景电平值的诸如上述传感器或热敏电阻之类的传感器所探测的值的值。例如，时时测量从除了车辆之外的背景辐射出的红外辐射的强度，并且可以使用基于该值的值作为背景电平值。由于基于测量值的背景电平值与实际环境的值相似，因此可以实现更高精度的探测。可以使用在判断前刚探测的值作为背景电平值。然而，如果只使用从一次探测获得的值作为背景电平值，则可能发生车辆存在的误探测，这是因为在实际环境中背景状况可能瞬间改变。因此，最好使用由计算装置作为背景电平值计算的值，这种计算装置用于根据从除了车辆之外的背景辐射出的红外辐射强度确定背景电平值。例如，背景电平值可以是根据保存为探测从除了车辆之外的物体辐射出的红外辐射强度的结果的值计算出的平均值。如果使用相同类型的传感器来探测背景电平值和车辆，则不需要提供单独的传感器来探测背景电平值。
可以使用通过指数平滑法计算出的计算值作为背景电平值。指数平滑法通常表示为f0＝α×d-1+(1-α)f-1＝f-1+α×(d-1-f-1)，并且前一电平值(在这种情况下输入电平值)可以反映在预期值中。(f0下一预期值，α平滑系数，d-1前一实际值，f-1前一期望值)。这样，背景电平值可以更精确，适应于实际环境(道路表面条件)。更特别地，使得背景电平值以由平滑系数α确定的转换速率跟随输入电平值。平滑系数α可以是恒定的，但最好是可由车辆存在判断的最近结果改变的，这样可以更精确地确定背景电平值而不受从车辆辐射出的红外辐射强度(温度)的影响。例如，当车辆存在判断的最近结果是“存在车辆”时，如果是交通堵塞的情况，则认为当前输入电平值是通过从车辆辐射出的红外辐射探测的值。由于如果在交通堵塞期间转换速率高的话，背景电平值变成异常值，所以最好转换速率相对较小或为0。即，平滑系数α应当比较小或为0。然后，背景电平值几乎与前一背景电平值相同，而基本上没有反映前一实际值(这种情况下为输入电平值)。另一方面，当车辆存在判断的最近结果是“不存在车辆”时，认为当前输入电平值是通过从除了车辆之外的背景(即道路)辐射的红外辐射探测的值。因此，最好比较地增加转换速率，即，根据前一实际值(在这种情况下为当前输入值)通过比较地增加平滑系数α来修改。
在本发明中，为了比较基于背景电平值和输入电平值之间的差的值与阈值，输入电平值和背景电平值之间的差可以用作比较值。然而，发明者发现如果将输入电平值和背景电平值之间的差直接用作比较值，则车辆存在判断在下列情况中容易导致确定为“不存在车辆”1.在交通堵塞等中红外辐射强度缓慢改变；或2.由于车辆大的温度改变(红外辐射的强度改变)而导致输入电平值与背景电平值强度相同。
发明者还发现在这些情况中1.使用基于在预定时间内探测的输入电平值的积分值比瞬间探测的输入电平值更有效，2.使用积分值使得可以识别红外辐射强度改变的基本趋势，以及3.可以更精确地探测车辆。
因此，发明者建议使用基于在预定时间内获得的基于输入电平值和背景电平值之间的差的积分值，作为基于输入电平值和背景电平值之间的差的值。
发明者发现最好将单位时间内的改变量加到输入电平值和背景电平值之间的差上。因此，发明者还建议也把改变量看作比较值。例如，改变量可以是当前输入电平值和紧前一个输入电平值之间的差。然而，如果改变量是当前输入电平值和稍前输入电平值(例如，在每10ms探测输入电平值的情况下，在当前之前160毫秒(ms))之间的差，则更有效。此外，在输入电平值变化的情况下，即使输入电平值和背景电平值之间存在小的差，也可以根据变换量容易地将车辆的存在识别为“存在车辆”，这是因为变化量不受当前环境的影响，即，背景电平值不是根据当前环境计算的。因此，在上述情况中，可以减少“不存在车辆”的误探测。使用比较值的该车辆存在判定可以由两个步骤构成，例如根据背景电平值和输入电平值之间的差进行第一判断，以及根据变化量进行第二判断。特别地，当背景电平值和输入电平值之间的差高于阈值时，判断为“存在车辆”。当差低于阈值时，判断为“不存在车辆”。此后，根据变化量判断。这样，可以减少误探测，从而实现更精确的车辆存在判断。
此外，最好每单位时间的变化量和在预定之间内获得的背景电平值与输入电平值之间的差的积分值都用作比较值。当单独使用上面提到的积分值作为比较值时，比较值可能成为0，但只要输入电平值变化，通过采用变化量就可以容易地确定“存在车辆”。通过将变化量和积分值应用于车辆存在判断的算法，相比热电探测器，即使不提供诸如热电探测器之类的额外传感器，只有一个热电堆的本发明的系统也可以具有相同或更好的功能。
本发明的阈值可以是固定值，但它最好根据实际环境改变。例如，当红外辐射强度的改变(温度或发射率改变)大时，这意味着强度的离散度大，即，当强度的离散度大时，阈值可以设为相对大的值。另一方面，当红外辐射强度的改变(温度或发射率改变)小时，阈值可以设为相对小的值。这样阈值可以通过计算获得。例如，可以定义阈值为固定值加上修正值，这样阈值可随着修正值的改变而改变。在这种情况下，最好根据输入电平值的改变来改变修正值。此外，最好根据车辆存在判断的最近结果改变修正值，以避免阈值过大。例如，如果车辆存在判断的最近结果是“存在车辆”，则最后将修正值设为相对较小，如果车辆存在判断的最近结果是“不存在车辆”，则最后将修正值设为相对较大。在这种情况下，一旦像上次判断一样识别出“存在车辆”，则可以容易地连续确定存在车辆例如，当车辆在交通堵塞等中停止时，维持存在车辆的判断，而当车辆开始行驶时，可以根据状况容易地停止存在车辆的判断。
当车辆的状态从存在改变到不存在时，判断最好延长一定的保持时间。由于车辆具有其自身的温度分布，这导致红外辐射的强度分布的变化，可能发生误探测例如，一辆车可能被识别为多辆车。如上所述延长保持时间可以有效减少这种误探测。这种保持时间的修正是可能的，因为仅仅很短时间的“不存在车辆”的状态是不现实的例如，多辆车不可能在车间距离相对较短时高速行驶。例如保持时间约为115ms。
背景电平值、比较值、阈值和关于车辆的存在的判断等的处理可以由公知的中央处理单元(CPU)来完成。
车辆存在判断装置提供的结果被总计并发送到信号控制器或控制中心。结果可以通过有线或者用本系统提供的无线电发送装置通过无线电发送。在这种情况下，最好提供电源控制单元，用于间歇地在预定的持续时间内给无线电通信装置供应电力，以便减少电能消耗。可以与电源控制单元一起提供定时器，例如，使得只有当电源开启时才接收和发送总结的结果。
最好检查传感器和车辆存在判断装置在本发明的系统中是否运作正常，即，执行系统的维护。这些维护可以通过从诸如通过电缆连接到车辆存在判断装置的个人计算机(PC)之类的设备发送维护数据、以及通过确认送回设备的数据的状态来执行。然而，在使用电缆的情况下，需要提供用于电缆系统的箱或连接器，并且需要连接网络。为了减少或者消除这些设备和连接网络的安装，最好通过无线电完成维护。即，本发明的车辆探测系统的维护方法特征在于，通过利用无线电发送维护数据给无线电通信装置来维护系统。在这种利用无线电的维护系统中，最好在诸如个人计算机之类的维护设备中提供无线电接口，例如IrDA。
此外，为了即使在间歇供电给无线电通信装置的情况下执行有效维护，最好提供维护判断单元，用来确定在系统中是否接收到维护数据。即，最好通过下列过程维护系统1.当无线电通信装置开启时，维护判断单元开始工作并且确定是否接收到维护数据。
2.如果接收到维护数据，则执行维护。
当无线电通信装置的电源开启时，维护判断单元和发送/接收单元可以同时工作，或者各个单元可以单独地工作。在前一情况下，当无线电通信装置的电源开启时，无线电通信装置接收从维护设备(如个人计算机)发送的维护数据，并且发送响应数据给该设备。另一方面，如果无线电通信装置未接收到维护数据，则无线电通信装置接收来自车辆存在判断装置的结果，并将其发送给信号控制器和控制中心等。
在后一情况下，有两种情况开启无线电通信装置的电源以发送/接收维护数据；以及开启无线电通信装置的电源以发送维护数据给信号控制器等。
因此，在每种情况下，可以由诸如定时器之类的控制单元控制无线电通信装置的电源开/关。
本发明的系统中的传感器可以以所谓的侧激发配置配备在设在路旁的支撑杆上，以便从路旁进行红外线辐射探测，即，可以从路旁观测车辆。特别地，当传感器安装在与车辆相对于路面等高或更高的位置时，传感器可以以使得传感器向下指向车辆和道路的方式安装在杆上，从而可以从斜上方观察车辆。当传感器按照在低于车辆高度并且在路面之上的位置时，传感器可以安装在杆上使得可以在对车辆近似水平的方向上进行观测。
当检测到行驶在多条通车车道上的车辆时，使用对应于通车车道的数量的多个传感器。在本发明的系统中，可以提供在集成单元中的具有多个传感器的一个系统，或者可以提供每个系统都具有一个传感器的多个系统。在前一情况下，以所谓侧激发配置安装本发明的一个系统中提供的传感器，以便在设在路旁的杆上移动，从而可以探测多条通车车道上的多辆车。在后一情况下，例如，可以以所谓的侧激发配置在设在路旁的杆上安装每个传感器，以前一情况相同的方式移动。然而，如果大型车辆在系统的传感器安装地点的近侧车道上行驶，而小型车辆在传感器安装地点的远侧车道上行驶，则从小型车辆辐射出的红外辐射可能被大型车辆的遮蔽。为了避免上述问题，并且为了探测在每条通车车道中行驶的每辆车，可以将传感器以适当的间隔安装在由设在路旁的杆支撑的水平栏杆上。在这种情况下，由于即使传感器没有放置在接近车辆中心的正上方，本发明的系统中的传感器也可以满意地探测车辆，因此栏杆不需要具有足以允许传感器安装在接近车辆中心的长度，它可以比较短。
由于本发明的系统使用探测红外辐射的传感器，因此即使传感器置于侧方位置而不是接近路上行驶的车辆的正上方，也可以准确地探测车辆。由于系统不要求全长的水平栏杆，如果需要的话也是较短的栏杆，因此相比使用需要较长水平栏杆的超声波探测器的系统，较少损害城镇的美观。
最好，在诸如热电堆之类的传感器前面提供对着要探测物体的红外透明透镜，以便调节感应红外辐射的范围并且容易地将红外辐射聚焦到传感器。例如，它的一个表面可以是球形的。特别地，红外透明透镜的材料最好由硫化锌(ZnS)制成。常规上公知的作为红外透明透镜的锗(Ge)制成的透镜需要添加补充材料，如玻璃型或硅型添加物。作为研究结果，发明者发现由于ZnS透镜具有更好的耐气候性，因此透镜可以以暴露在外界的状态使用。根据发明者的研究，本发明最好使用ZnS制成的透镜。
此外，本发明的系统最好具有用于容纳诸如热电堆之类的传感器的箱子。这种箱子最好由铝制成。红外透明透镜放在箱子中合适的位置，以便聚焦到盒子中装有的诸如热电堆之类的传感器上。在这种情况下，传感器和红外透明透镜可以由一个支撑装置整体式地支撑。在由一个支撑装置支撑传感器和红外透明透镜的情况下，最好将支撑架构构造成使得传感器和透镜安装在适当的位置，它们的焦距经过调节。这种形成为单体并且其位置根据传感器和透镜的焦距调节的支撑单元使得能容易地在箱子中安装传感器和透镜，而不需要焦点调节工作。
最好，箱子具有对准装置，用于将红外透明透镜的方向角调节到物体的方向，这是因为当具有诸如热电堆之类的传感器和红外透明透镜的箱子安装在支撑杆上时，有必要将透镜的方向角调节到物体的方向。具有对准装置的箱子使得很容易找到装在箱子中的透镜的合适方向角，这允许在其安装地点良好的可操作性。如果对准装置能够将方向角调节到物体的方向，则该对准装置就足够了可以想到的配置是例如类似瞄准器的设备，其包括凹状突起和凸状突起或者激光指示器。更特别地，在前一情况中，可以想到的配置是这样的在外壳箱的同一面上，凹状突起位于一端，而凸状突起位于另一端，并且可以通过从凹状突起观察凸状突起来适当地调节方向角，以便将物体的方向调节到凹状和凸状突起连成的线上。
在本发明的系统中，传感器和根据传感器测量的值确定车辆存在的车辆存在判断装置，可以集成为一个单元，或者分别提供。在前一情况中，例如传感器和用于车辆存在判断等的中央处理单元(CPU)可以作为探测单元一起装在外壳箱中。在后一情况下，传感器可以作为探测单元装在外壳箱中。在这种情况中，用于车辆存在判断的CPU可以装在控制箱中，而控制箱可以安装在探测单元所安装的同一个杆上，或者可以安装在杆附近。
本发明的实施例下面描述本发明的优选实施例。
<车辆探测系统的处理操作说明>
下面给出对本发明的车辆探测系统的操作的说明。
例1图1是图解在传感器由定时器控制间歇工作并且通过电缆发送总计结果的情况下，本发明的车辆探测系统的功能方框图。该系统探测从车辆等辐射出的红外辐射，比较探测的结果(输入电平值)与背景电平值，并且通过将输入电平值和背景电平值之间的差与阈值进行比较来确定车辆存在。在本例中，直接使用输入电平值和背景电平值之间的差作为比较值，即，基于输入电平值和背景电平值之间的差的值。特别地，配置的元件如下(1)传感器单元10在本例中，热电堆10a用作探测从诸如车辆或道路辐射出的红外辐射的传感器。特别地，使用高输出热电堆。此外，在配置中，传感器单元10备有的热电堆10a和放大器10b随着电源由定时器1周期地接通/关闭而间歇工作。
(2)数据处理单元11数据处理单元11临时保存传感器单元10探测的输入电平值，比较输入电平值与背景电平值，处理背景电平值等等。在这种情况中，背景电平值是所保存的从背景即除了车辆之外的部分辐射出的红外辐射的输入电平值的平均值。更特别地，数据处理单元11配有存储装置(其中将从除了车辆之外的物体辐射出的探测到的红外辐射的输入电平值保存为背景电平值)和车辆存在判断装置(在本例中，在传感器单元10所探测的输入电平值与从存储器中读出的背景电平值之间的差大于阈值的情况下，其识别出车辆的存在)等等。按照需要，由中央处理单元(CPU)完成该处理。
此外，在本发明的系统中，配有用于为传感器单元10供电的太阳能电池单元12和数据处理单元11，并且在本例中由太阳能电池12a供应电力。然而，也可以由普通供电系统供应电力。
在本发明的车辆探测系统中，当传感器单元10按照定时器1开始工作时，传感器单元10中的热电堆10a探测从物体辐射出的红外辐射。在热电堆10a中产生并由放大器10b放大的电动势发送到数据处理单元11，并且在A/D转换器11a处被转换成数字信号以获得输入电平值。比较背景电平值和输入电平值，根据这些值之间的差是否大于阈值来确定车辆的存在。计算从数据处理单元11提供的值的总数作为探测的结果，并且通过电缆将其发送到信号控制器和交通控制中心。
下面特别说明通过系统探测车辆的操作过程。
图2是示出定时器1的控制过程的流程图，而图3是示出数据处理单元中的处理过程的流程图。
下面给出关于间歇操作传感器(在本例中为热电堆)和放大器(见图2)的定时器1的说明。例如定时器1每1毫秒(ms)计数，并且以60ms的周期控制开/关电源。在60ms的周期中，传感器和放大器在30ms时通过开启传感器和放大器的电源开始工作，在30-60ms期间通过保持电源开启来探测红外辐射(步骤21)，并且在60ms时关闭电源(步骤22)。此外，在40ms时在数据处理单元中开始处理(步骤23)。在60ms时重置过程(步骤24)，并且定时器重新重复地开始计数。在本例中，数据处理单元的处理时间(40ms)迟于传感器和放大器的工作开始时间(30ms)10ms开始，但它也可以与开始时间相同。此外，也可以适当地改变计数时间周期、开启和/或保持传感器和放大器的电源的时间以及重置周期等。
说明数据处理单元的处理(见图3)。数据处理单元的处理根据传感器按照定时器1的操作开始(步骤30)。传感器提供的放大后的电动势作为输入电平值被发送到数据处理单元(步骤31)。比较输入电平值与保存在存储器中的背景电平值(步骤32)。如果输入电平值和背景电平值之间的差(温度或发射率的改变)等于或大于阈值，则数据处理单元确定存在车辆(步骤33)，并且在总计探测结果中给出“存在车辆”(步骤34)。
另一方面，如果输入电平值和背景电平值之间的差(温度或发射率的改变)小于阈值，则数据处理单元确定“不存在车辆”(步骤35)。在这种情况下，意味着传感器探测到了背景(如道路)的状况。数据处理单元在总计探测结果中给出“不存在车辆”(步骤36)。数据处理单元保存输入电平值(步骤37)并且计算过去所保存的100个输入电平值的平均值，并且将计算出的值作为背景电平值保存在存储器中(步骤38)。
将由步骤34和36给出的总计探测结果通过电缆发送给信号控制器等。
这样，本发明的车辆探测系统通过使用消耗更少电力的被动传感器实现更少的功耗。此外，在本例中，系统通过传感器和放大器在定时器1对传感器和放大器电源的开/关控制下间隙工作，实现更少的功耗。
例2在例1中，将总计探测结果通过电缆发送到信号控制器和控制中心等。然而，通过提供无线电通信单元(无线电通信装置)，可以通过诸如红外辐射之类的光或者通过无线电发送这些结果。
图4是具有无线电通信单元的本发明的车辆探测系统的功能方框图。在该系统中，通过定时器控制来间歇地操作传感器。系统的基本配置与图1所示的类似，区别在于提供了无线电通信单元13。具有无线电控制单元13a和带有天线的发送/接收单元13b等的无线电通信单元13，将数据处理单元11送来的总计探测结果发送给信号控制器或控制中心等。在本例中，利用电源控制电源中配有的定时器2(未示出)，以预定的间隔在预定的时段内间歇供应电力给无线电通信装置(在本例中为发送/接收单元13b)，并且执行发送/接收。
图5是示出定时器2的控制过程的流程图，而图6是示出无线电控制单元中的处理过程的流程图。
例如，如图5所示，定时器2每10ms计数(步骤50)，并且以60ms的周期控制开/关发送/接收单元的电源。在每个60秒周期中0-500ms这500ms期间，发送/接收单元的电源开启，发送和接收探测值的处理结果(步骤51)。在500ms持续时间结束时，关闭电源，停止发送和接收(步骤52)。在100ms时无线电控制单元的处理开始(步骤53)。在60ms时重置定时器(步骤54)，并且重新开始计数，重复这60秒的周期。在本例中，无线电控制单元中的处理开始时间(100ms)迟于发送/接收单元的工作开始时间(0ms)，但无线电控制单元中的处理开始时间(100ms)也可以与发送/接收单元的工作开始时间相同。此外，也可以适当地改变计数时间周期、开启和/或保持发送/接收单元的电源的时间以及重置周期等。
根据图6，随着发送/接收单元的电源开启，无线电控制单元开始处理(步骤60)。无线电控制单元读取从数据处理单元发送来的总计探测结果(步骤61)，并且通过发送/接收单元将这些结果发送到信号控制器和控制中心等(步骤62)。在发送之后，删除保存在存储器中的这些结果(步骤63)。或者，可以维护保存在存储器中的这些结果，而可以只发送上次结果。
这样，由于通过电源控制单元(在本例中为定时器2)间歇发送，因此本发明的车辆探测系统可以以更少的功耗将结果发送给信号控制器和控制中心。例1和2中所示的定时器1和2可以同步使用，也可以不同步使用。
例3在例1和2配置的系统中，基于差的值按原样使用输入电平值和背景电平值之间的差。
此外，传感器和放大器被配置成间歇地工作。
下面说明本发明的另一配置，其中从输入电平值和背景电平值之间的差计算出的值用作基于差的值，并且传感器和放大器连续工作。
图7是具有无线电通信单元的本发明的车辆探测系统的功能方框图，在该系统中传感器连续工作。该系统的基本配置元件与图4所示的例2的类似，除了该系统没有用来控制传感器单元10中的传感器(在本例中为热电堆10a)和放大器10b的电源的定时器1。此外，另一个区别在于其数据处理单元不仅执行背景电平值的计算和车辆存在的确定，还执行阈值和基于输入电平值和背景电平值之间的差的差值的计算等。下面进一步详细描述。
该系统与例1和2中的系统在下列方面类似1.传感器10(在本例中为热电堆10a)探测从要探测的物体辐射出的红外辐射；2.探测的红外辐射在热电堆10a中产生电动势，并且电动势由放大器10b放大；3.放大后的电动势被发送给数据处理单元11并由A/D转换器11a转换成数字信号；以及4.获得输入电平值。
计算基于输入电平值和背景电平值之间的差的值(比较值)，并且根据比较值是否大于阈值来确定车辆的存在。与例2中一样，数据处理单元11提供的总计探测结果被发送到无线电通信单元13，并将该结果通过发送/接收单元13b发送到信号控制器或交通控制中心。
下面特别说明系统的车辆存在探测的操作过程。
图8是图解数据处理单元中的处理过程的流程图。在这种情况中，数据处理单元的处理以传感器的工作开始(步骤70)。在处理开始时，执行对背景电平值和阈值的初始学习(步骤71)。可能存在CPU难以从车辆行驶时获得的数据中仅仅找到背景值的情况，因此，在关于背景电平值的初始学习阶段，最好不执行车辆存在确定。因此，当没有车辆时最好开启传感器和数据处理单元的电源，或者提供诸如重置之类的触发装置。由于当没有车辆时执行对背景电平值的初始学习，最好初始学习的时间较短，例如大约一秒。对于背景电平值的初始学习，当没有车辆时可以采用输入电平值的平均值。另一方面，在当没有车辆时执行对背景电平值的初始学习的情况下，可以采用预定时间内的输入电平值的模式值作为背景电平值的一个特别的例子。
在完成对背景电平值的初始学习之后，在预定时间内(例如10秒)执行阈值的学习。如果初始阈值设置得足够大，则初始阈值通过学习自动落到适当的值。通过执行这些初始学习的过程，可以采用更多适合背景电平值和阈值的精确值。将这样获得的背景电平值和阈值保存在存储器中。
在初始学习之后开始车辆存在判断。在传感器所探测的电动势首先被放大并发送到数据处理单元，并且获得输入值(步骤72)。根据该输入电平值，通过下面描述的过程计算比较值(步骤73)。此外由下面描述的过程根据输入电平值计算阈值(步骤74)。将比较值与阈值比较(步骤75)。如果比较值等于或大于阈值，则数据处理单元识别它为“存在车辆”(步骤76)，在总计探测结果中给出“存在车辆”(步骤77)。在该例中，还保存输入电平值以便在如下所述的背景电平值的计算中使用。
另一方面，如果比较值低于阈值，则数据处理单元确定它为不存在车辆(步骤78)，在总计探测结果中给出“不存在车辆”，并将其保存在存储器中(步骤77)。这种情况是传感器探测到了诸如道路等的背景的情况。保存用于该判断的输入电平值以便计算(步骤79)，并且通过该输入电平值计算背景电平值(步骤80)。
无线电通信装置按照需要确认是否保存在步骤77中处理的总计探测结果，并且按照与上述相同的过程(见图5或6)将总计探测结果发送给信号控制器。当发送/接收单元的电源处于开启状态时，进行总计探测结果到信号控制器的发送。当发送/接收单元的电源处于关闭状态时，按原样保存总计探测结果，并且在开启发送/接收单元的电源之后发送结果。
这里描述在本例的系统中使用的背景电平值。在例1中，使用在“不存在车辆”期间获得的平均输入电平值作为背景电平值，但在本例中，使用通过指数平滑法计算出的值作为背景电平值。特别地，使用由等式an＝an-1+α×(bn-an-1)所得的值作为背景电平值，其中，bn、an和α分别是输入电平值、用于下一判断的背景电平值和平滑常数，而an-1是用于上次车辆存在判断的背景电平值。根据上次车辆存在判断结果调节平滑常数α，以使得背景电平值不受车辆的温度影响，而是与实际环境一致。例如，当上次判断结果是“存在车辆”时，将平滑系数α调节为例如0的较小的数(αON)，而当上次判断结果是“不存在车辆”时，将平滑系数α调节为例如0.025的较大的数(αOFF)。由于通过指数平滑法计算出的背景电平值反映更真实的环境，因此可以实现更高精度的车辆存在判断。
下面说明计算背景电平值的过程。
图9是图解背景电平值的计算过程的流程图。首先，从存储器中读出上次车辆存在判断结果，并确认关于是否存在车辆的判断结果(步骤90)。当上次判断是“存在车辆”时，选择αON作为平滑常数(步骤91)。当上次判断是“不存在车辆”时，选择αOFF作为平滑常数(步骤92)。通过在背景电平值的等式an＝an-1+α×(bn-an-1)中代入输入电平值bn、从存储器读出的上次背景电平值an-1和所选择的平滑常数，来计算背景电平值(步骤93)。
下面描述用于本例中的系统的比较值的细节。在例1中，按原样使用输入电平值和背景电平值之间的差作为比较值，但在本例中，使用基于差的值作为比较值特别地，计算输入电平值bn与上次背景电平值an-1的有限差(这样的有限差称为“背景有限差”)，并且使用背景有限差在预定时间内计算出的积分值作为比较值。
这样，如上所示，由于使用计算出的基于输入电平值和背景电平值之间的差的值作为比较值，因此可以减少车辆存在的误探测。
这里说明比较值的计算过程。
图10是使用积分值作为比较值的情况中比较值的计算过程的流程图。首先，计算输入电平值与上次背景电平值的有限差(背景有限差)(步骤100)。在本例中背景有限差Sn被定义为bn和an之间的差的绝对值。即，Sn＝|bn-an-1|。接着，通过下面的等式In＝∑Sk，从预定时间段内的背景有限差Sn计算积分值In(步骤101)。在本例中，通过传感器感应输入电平值以预定时间(例如每10ms)计算背景有限差，而在一定时间(如160ms)内积分获得的背景有限差，这意味着积分16个背景电平值。在这个例子中，使用积分值In作为比较值。可以适当地改变时间和积分数量。这同样适用于稍后描述的使用积分值和每单位时间输入电平值的变化量作为比较值的情况。
下面说明另一比较值。当仅使用上面所述的积分值时，比较值可能碰巧为0，从而可能发生车辆存在的误探测。因此，最好使用基于积分值和每单位时间输入电平值的变化量计算出的值作为比较值。特别地，首先计算输入电平值和上次背景电平值之间的有限差(背景有限差)，并且以与上述相同的方式计算背景有限差在预定时间段内的积分值。接着，计算输入电平值的变化量，随后计算变化量的平均值。通过将平均值乘以预定的数获得的值加到积分值上，从而获得比较值。如上所述，通过使用不仅由积分值而且由变化量计算出的比较值，可以进一步减少诸如误探测或无法探测之类的探测错误。此外，通过采用使用考虑变化量的值的算法，可以通过使用热电堆探测红外辐射满意地独立实现车辆存在判断，而不用诸如热电传感器之类的其他类型的传感器。
下面说明计算比较值的过程。
图11是使用积分值和变化量的比较值的计算过程的流程图。首先，根据下面的等式Sn＝|bn-an-1|，以与图10同样的方式计算输入电平值和背景电平值之间的有限差，即背景有限差Sn(步骤100)。接着，通过等式In＝∑Sk，从预定时间段内的背景有限差Sn计算积分值In(步骤101)。在本例中，与上一种情况一样，积分16个背景有限差Sn。计算每单位时间输入电平值的变化量Dn(步骤102)。在本例中，用于计算背景有限差的输入电平值不是之前刚探测的输入电平值，而是比这稍前探测的输入电平值。例如，当每10ms测量输入电平值时，变化量定义为|bn-bn-16|，是bn(探测的输入电平值)和bn-16(160ms前探测的输入电平值)之间的差的绝对值。接着，计算变化量Dn的平均值Bn(步骤103)。在本例中，由特定的个数(例如8)计算平均值。即，通过下面的等式计算平均值Bn＝1/8×∑Dk(k＝n-7，...，n)。通过将积分值In加到由平均值Bn乘以常数获得的值上，计算比较值(步骤104)。在本例中，由In+Bn×A计算比较值，其中A为常数，例如A＝40。常数A是根据积分值In和平均值Bn各自对比较值的参与程度而确定的任意值。在每个步骤中计算出的值保存在存储器中以便下一计算中使用。可以适当地改变常数A和用于计算平均值的特定的个数。
现在描述用于本例的系统的阈值。同样，最好根据实际环境改变阈值。在本例中，根据红外辐射量的改变(即温度或发射率的改变)来改变阈值。温度或发射率的量发生改变的程度取决于上次车辆存在判断结果。因此在本例中，根据上次车辆存在判断结果改变阈值。特别地，将一组值设定为最小值，根据环境，通过向设定值上加修正值来改变阈值。因此在本例中，根据上次车辆存在判断结果改变修正值。在本例中，通过加上一个值获得修正值特别地，(当前修正值)＝(最近修正值)+{(积分值的平均值×β)-(最近修正值)}×θ，其中，β是修正系数，而θ是常数，如0.01。
改变β，以便根据上次车辆存在判断结果改变当前修正值。更特别地，当上次判断结果是“存在车辆”时，采用较小的值(βON)(例如12)作为修正系数，而当上次判断结果是“不存在车辆”时，采用相对较大的值(βOFF)(例如36)作为修正系数。利用修正值的改变来改变阈值允许车辆存在判断容易一旦做出“存在车辆”的判断就维持这样的判断。此外，当车辆由于交通堵塞停止时，判断容易维持“存在车辆”的判断，而当车辆开始行驶时，判断容易确定“不存在车辆”。在通过计算确定阈值的情况下，阈值可能根据状况而过度增加。为了避免这点，最好阈值具有最高限制。
下面说明阈值的计算过程。
图12是阈值的计算过程的流程图。首先，计算积分值的平均值(步骤110)。在本例中，积分值In的平均值是1/16×In。在本例中，与前面一样，通过每10ms探测输入电平值，计算背景有限差，而阈值是通过将积分值In除以16获得的，其中，通过将16个根据160ms内探测的输入值的背景有限差累加获得积分值。可以读出保存在存储器中的积分值In。接着，以与计算背景电平值相同的方式从存储器中读出上次车辆存在判断结果来确认其是否为“存在车辆”(步骤111)。如果上次判断是“存在车辆”，则选择βON(图12中的βL)的修正系数(步骤112)。通过使用修正系数βON计算修正值CL(步骤113)。
即，通过下面的等式计算CLCL＝(最近修正值)+{(1/16×In×βON)-(最近修正值)}×0.01，其中θ＝0.01。
通过将修正值加到设定值(例如1000)上，计算出阈值L′(步骤114)。此外，通过将阈值L′乘以滞后系数计算出阈值L(步骤115)。
在本例中，使用通过下面的等式计算出的值作为阈值L(滞后系数)×[(设定值)+(最近修正值)+{(背景有限差的平均值)-(最近修正值)}×θ]。
由于只有阈值L乘以滞后系数，阈值L和下面描述的阈值H之间的差很容易识别，因此当比较值在阈值附近波动时，可以防止短时间内诸如“存在车辆”或“不存在车辆”的判断过度频繁出现。例如，当修正系数为βON时滞后系数为0.9，当修正系数为βOFF时滞后系数为1。
另一方面，如果上次判断为“不存在车辆”，则选择修正系数βOFF(图12中的βH)(步骤116)。通过使用调制系数βOFF计算修正值CH(步骤117)。即，通过下面的等式计算CHCH＝(最近修正值)+{(1/16×In×βOFF)-(最近修正值)}×0.01，其中θ＝0.01。
并且，通过将修正值CH加到设定值(例如1000)上计算出阈值H(步骤118)。
可以适当地改变修正系数β、用于计算平均值的特定的个数以及常数θ。特别是在仅使用积分值或者既使用积分值又使用变化量作为比较值时，可以通过改变上面提到的系数、个数和常数或者通过其他计算来改变阈值。此外，在每一步骤中计算出的值保存在存储器中以便下一计算使用。
图13和14是本发明的探测系统工作时的曲线图，图13(A)示出在晴天时获得的输入电平值、背景电平值和判断结果，而图13(B)示出阈值L、阈值H和比较值。图14(A)示出在雨天时获得的输入电平值、背景电平值和判断结果，而图14(B)示出阈值L、阈值H和比较值。在图13和14中，(A)和(B)的曲线图中的横坐标轴表示时间进度，在两个曲线图中时间是对应的。如图13(B)所示，在晴天时，由于输入电平值的波动幅度相对较大，根据输入电平值和背景电平值的“存在车辆”和“不存在车辆”之间的差相对明显。然而，如图13(B)所示，在使用根据输入电平值计算出的比较值的情况下，这种差别可以更加明显地识别。因此，相比于按原样使用输入电平值和背景电平值之间的差作为比较值的情况，在使用根据输入电平值和背景电平值之间的差计算的值作为比较值的情况下，车辆探测具有更高的精度。
下面给出根据图13(B)所示的曲线图的判断的详细说明例如，考虑时间ta。如图13(A)所示，在时间ta，上次车辆存在判断结果是“不存在车辆”。因此，选择阈值H，并且通过比较阈值H与比较值，由于下面的准则(比较值)≥(阈值H)，所以判断变成“存在车辆”。
也就是说，在时间ta，判断确定“存在车辆”。由于上次判断(在时间ta)是“存在车辆”，因此在时间ta之后的下一判断中选择阈值L。接着，考虑例如时间tb。如图13(A)所示，在时间tb，上次车辆存在判断结果是“存在车辆”。因此，选择阈值L，并且通过比较阈值L与比较值，由于下面的准则(比较值)＜(阈值L)，所以判断变成“不存在车辆”。
也就是说，在时间tb，判断为“存在车辆”。然而，在系统配置的这个例子中，“存在车辆”的时间仅仅延长下面所述的探测的保持时间。由于上次判断(在时间tb)是“不存在车辆”，因此在时间tb之后的下一判断中选择阈值L。在本例中，判断结果的曲线图的右上部具有阶梯形状，这是因为当判断从“存在车辆”转到“不存在车辆”时，为了有效避免车辆的误探测，将判断保持了预定的保持时间。在本例中，预定的保持时间为大约115ms。
另一方面，如图14(A)所示，在雨天中输入电平值的波动幅度相对较小，因此根据输入电平值和背景电平值之间的差，存在车辆时和不存在车辆时之间的差相当小。此外，例如车辆顶部的输入电平值在某些时间段内可能小于背景电平值，而车辆引擎部分等的输入电平值可能高于背景电平值。因此，如果例如像图14(A)中的T段中那样，小于背景电平值的输入电平值和大于背景电平值的输入电平值是连续的，则当按原样使用背景电平值和输入电平值之间的差时，车辆存在判断很难确定输入电平值是否是从同一车辆探测的。然而，如果如图14(B)所示，使用根据输入电平值计算出的比较值，特别是考虑上面提到的积分值和变化量计算出的比较值，则由于输入电平值和背景电平值之间的差更明显地呈现，因此更准确地确定车辆存在判断。例如，即使在车辆处于交通堵塞时的时间tc，并且输入电平值和背景电平值之间的差较小，也可以通过使用考虑积分值的比较值，准确地确定车辆存在判断为存在车辆。
此外，如果小于背景电平值的输入电平值和大于背景电平值的输入电平值是连续的，例如，像图14(A)中的T段中那样，则使用考虑了变化量的比较值使得车辆存在判断准确地确定输入电平值是否从同一车辆给出。在本例中，认为输入电平值是从同一车辆给出的。
可以以与图13相同的方式执行基于图14(B)所示的曲线图的判断。例如考虑时间td，如图14(A)所示由于在时间td上次车辆存在判断结果是“不存在车辆”，因此选择阈值H，比较阈值H与比较值，由下面的准则(比较值)≥(阈值H)，判断确定“存在车辆”。
由于上次判断(在时间td)是“存在车辆”，因此在时间td之后的下一判断中选择阈值L。
接着，考虑例如时间te。如图14(A)所示，由于在时间te上次判断是“存在车辆”，因此选择阈值L，并且将比较值与阈值L进行比较，由下面的准则(比较值)＜(阈值L)，判断确定“不存在车辆”。
在时间te之后的下一判断中，由于上次判断(在时间te)为“不存在车辆”，所有选择阈值H。在本例的系统配置中，“存在车辆”的探测时间延长探测的保持时间，例如在图中未示出，在晴天时保持时间大约为115ms。因此，在时间tf，如图14(A)所示即使就比较值而言车辆暂时不存在，判断也是“存在车辆”。
即使从靠近车辆的侧方位置进行探测，本发明的车辆探测系统也可以准确地探测车辆的存在。此外，通过采用消耗更少电力的被动传感器，即使传感器和放大器连续工作，也可以实现电力消耗减少。
在上述的例子中，如描述的那样采用大输出的热电堆和特别计算的、用于算法中的值，从而即使当在系统中仅采用热电堆时也可以实现准确的车辆探测。此外，系统的电路配置可以被设计为用于准确探测的探测配置。图15是示出在本发明的车辆探测系统中热电堆与CPU相连的电路的示意电路图。如前面所述，电路中配有热电堆10a和具有CPU等的数据处理单元11，此外电路中还配有放大器来放大元件10a中产生的电动势，并且将其发送到数据处理单元11。在本例中，如图15所示，在电路中配有两个放大器10b和10c。连接到元件10a的放大器10b具有大的放大系数(在图15中为1000倍)，而连接到CPU的放大器10c具有小的放大系数(在图15中为10倍)。连接到D/A转换器11b的放大器10c通过施加参考电压，放大放大器10b的输出与参考电压之间的差。利用这个配置，提高了CPU的动态范围，并且可以充分地执行处理。此外，可以通过检查放大器10c的电动势来适当地调节施加的参考电压。此外，在本例中由CPU调节参考电压。
车辆探测系统的维护方法如果系统配有例2和3中所示的无线电通信装置，则最好使用无线电通信装置通过无线电执行对本发明的系统的适当操作的维护。特别地，由具有无线电接口的维护设备通过将维护数据发送给无线电通信装置发送/接收单元来执行维护，并且由操作员确认送回维护设备的数据。在这种情况中，例如接口是IrDA，维护设备是个人计算机，而送回的数据是差错处理等的数据。这样，使用无线电通信装置来维护消除了安装连接箱和连接器的必要，而这对于通过电缆维护是必需的，从而可以减少系统部件的数量。此外，在该系统中不需要这些部件的安装和连接工作，从而提高了维护的可操作性。
当无线电通信装置(发送/接收单元)处于开启状态时，通过无线电通信装置执行本发明的系统的维护。如果如图2所示间隙地供应电力给发送/接收单元，则可能当维护开始时电源未开启，也就是说电源处于关闭状态。为了减少无线电通信装置的功耗，最好在发送/接收电源的电源处于开启状态时执行维护。因此，本发明者建议无线电通信装置配有维护判断单元，用来确定是否接收到维护数据。本例中的维护判断单元是与上述相同的CPU。当发送/接收单元的电源处于开启状态时，维护判断单元以供应的电力工作，来确定是否发送了维护数据。而当接收到维护数据时，通过数据的发送/接收执行维护。当没有接收到维护数据时，从数据处理单元接收总计探测结果，并且将其发送给信号控制器和控制中心。
虽然可以在任何时间发送维护数据，但只有在电源处于开启状态期间才接收这些数据。因此，最好维护数据的发送时间长于发送/接收单元的电源的开/关控制周期时间(在例2中为60秒)，以便允许发送/接收单元成功接收维护数据。
无线电通信装置的发送/接收单元和维护判断单元的电源在上面的描述中是同步的，但它不必是同步的。例如，当发送/接收单元的电源的开/关控制周期时间比维护判断单元的长，并且两个电源是同步的时，维护效率可能会降低。因此，可以单独地控制两个电源的开/关控制周期。
车辆探测系统结构的说明对本发明的车辆探测系统的机械结构的说明如下图16(A)是示出本发明的系统的探测器的正视图，图16(B)图解A-A截面图，而图17是示出截面透镜区域的放大示意图。图16所示的探测器1配有热电堆10a和CPU基板15′，其中，热电堆10作为传感器，用于探测从物体辐射出的红外辐射，而CPU基板15′用于车辆判断装置，用来通过使用热电堆10a探测的输入电平值确定车辆的存在。
如图16所示，本例中的探测器1在外壳箱2中装有热电堆10a。外壳箱2中配有固定在底座15上的热电堆10a。底座15用连接器等连接到CPU基板15′。
在本例中，外壳箱2是重量较轻的铝箱，在其上配有下面所述的对准机构。此外，图16所示的探测器1具有这样的配置在外壳箱2的外表面的之上配有盖3。
在本例中，红外透明透镜16放置在热电堆10a相对于探测方向上的前面(图16(B)中的左侧)，这样透镜的一个表面(图16(B)中的球面)暴露在外。在本例中，透镜由具有球面形状的硫化锌(ZnS)制成。由于ZnS制成的透镜具有更好的耐气候性，因此不必提供诸如玻璃型或硅型透镜之类的添加物。
热电堆10a和红外透明透镜16由支撑单元17支撑，置于外壳箱2中。如图17所示，支撑热电堆10a和红外透明透镜16的支撑单元17形成为单体。在支撑单元17中以适当的方式形成有空间，从而当固定元件10a和红外透明透镜16时，热电堆10a和红外透明透镜16可以以适当的焦距放置。因此，当热电堆10a和红外透明透镜16固定在支撑单元17上的指定的固定位置时，焦距被自动调节好。由于可以通过使用这种用于固定热电堆10a和红外透明透镜16的支撑单元容易地调节焦距，并且支撑单元可以固定到外壳箱2上而无须任何调节，因此在其固定工作时可以实现优良的可操作性。在本例中，其上固定有热电堆10a的底座15在恰当地放置于支撑单元17上后，通过螺钉固定到支撑单元17上。红外透明透镜16通过透镜固定板19由螺钉18固定于支撑单元17上。
图18是示出用在本发明的车辆探测系统的探测器的轮廓的透视图。如图18所示，在探测器1的外壳箱的外部配有用于将红外透明透镜的角度调节到物体的方向的对准单元4，从而对准单元可以容易地将红外透明透镜(见图17)的方向角指向物体。在本例中，在外壳箱2的一面的一端上配有凹状突起4a，而在同一面的另一端上配有凸状突起4b。提供这些突起4a和4b，使得凹状突起4a的凹状部分和凸状突起4b的凸状部分排列在一个适当的方向上，从而可以将方向角指向物体。因此，当在下面描述的支撑杆上安装探测器1时，有关的安装人员可以在从凹状突起4a的凹状部分观察凸状突起4b的同时调节安装位置，使得连接凹状突起4a和凸状突起4b的凸状部分的直线指向方向角。在图18中，在外壳箱2的一个面(图18中为左面)上配有的圆孔5用于放置要投射的红外透明透镜。图18所示的探测器处于无盖的状态。
应用实例探测在一条通车车道上行驶的车辆对本发明的车辆探测系统的应用实例的说明如下。
图19是图解用于本发明的车辆探测系统的探测器安装在路旁的支撑杆上的状态；图19(A)在探测器中作为整体提供传感器和车辆存在判断装置的例子，而图19(B)是单独提供它们的例子。探测器1被构造成这样上述作为传感器的热电堆10a和用于判断车辆存在的数据处理单元11都放置在外壳箱2中，当外壳箱2如图19(A)所示的那样安装在支撑杆200上时，探测器1使用上面例子中说明的一系列处理过程来探测车辆的存在。探测器1′被配置成这样外壳箱2中只装有热电堆10a，而数据处理单元11装在控制箱14中，当如图19(B)所示的那样将外壳箱2安装在支撑杆200的上部而将控制箱安装在支撑杆200的下部时，探测器1′同样使用上面例子中说明的一系列处理过程来探测车辆的存在。此外，当总计探测结果不通过电缆发送时，最好在控制箱14中配有无线电通信单元。在图19(A)中，无线电通信单元13装备在支撑杆200的上部，以便无线电通信不被阻碍，此外可以缩短用于连接数据处理单元11和太阳能电池单元12的电缆。然而，它也可以装在外壳箱2中。此外，在图19(A)和19(B)的例子中，用于供电给热电堆10a和数据处理单元11等的太阳能电池单元12安装在支撑杆200上部。
如图19(A)和19(B)所示，装有热电堆的外壳箱2放置在道路201的侧方位置，探测从车辆203和道路辐射出的红外辐射。更特别地，外壳箱2以与沿着靠近道路201的支撑杆200的轴的方向呈一定角度倾斜放置，以便在道路201上的监视范围202(图19中由虚线包围的矩形部分)的宽度W在离道路201期望高度(在本例中为大约5.5m)时是期望的大小(在本例中为1.2m)。最好，提供上述探测器中的对准机构，用来容易地将红外透明透镜的方向角调节到物体的方向。这样的安装允许外壳箱2中的热电堆10a从道路201的侧方探测从车辆辐射出的物理量，而常规的超声波探测器从接近道路的正上方执行这种探测。然而，与常规的超声波探测器相比，即使具有探测红外辐射的传感器的本发明的探测器1和1′安装在路旁，探测器也可以以对车辆更少的误探测和更少的功耗实现车辆探测。特别地，如上所述，可以通过使用用于探测红外辐射的热电堆，准确地探测由于交通堵塞而停止的车辆。
当本发明的系统具有一个热电堆时，可以探测行驶在一条通车车道上的车辆。因此，当例如在杆上安装装有一个传感器的外壳箱以便探测多条车道上的车辆时，可以从路旁探测在任何车道上行驶的任何车辆。
探测行驶在多条通车车道上的车辆①在上面的描述中说明了在监视时间内对在一条通车车道上行驶的车辆的探测。接着，说明在监视时间内对在多条通车车道上行驶的车辆的探测。
图20是具有多个热电堆的探测器的本发明系统的探测器部分的放大示意图，而图21是图解探测器的监视范围的图。为了观察多条通车车道，如图20所示，外壳箱2中最好有多个热电堆10a。从行驶在多条通车车道上的车辆辐射出的红外辐射可以分别被置于外壳箱2中移动位置上的每个热电堆10a探测。探测器1″可以探测监视范围(图21中由断链线所绘的椭圆部分)内的多辆车，并且可以通过在路旁安装一个外壳箱来实现对多条通车车道的车辆探测。因此，由于探测器1″不再需要常规的超声波探测器所需的水平栏杆(比较图21)，所以不降低美观。
探测行驶在多条通车车道上的车辆②在上面的描述中说明了一个外壳箱中具有多个传感器(上例中的热电堆)的探测器，但也可以根据通车车道的数量安装适当数量的多个箱子，每个箱子具有一个传感器。图22是示出为各个多条通车车道提供多个探测器的状况的说明图，每个探测器具有一个热电堆。如图21所示，在一个外壳箱中具有多个传感器的探测器以所谓的侧激发配置安装的情况下，当大型车辆在最靠近外壳箱2的安装处的通车车道上行驶而小型车辆在外壳箱2的安装处的远侧通车车道上行驶时，可能检测不到从小型车辆辐射出的红外辐射，这是因为小型车辆被大型车辆遮蔽。在这种情况下，可以为每条车道分别配备多个探测器之一，探测器具有一个外壳箱2内的一个热电堆10a。如图22所示，最好每个外壳箱2固定到由支撑杆支撑的水平栏杆204。由于探测器1即使在车辆的侧方也可以满意地探测从车辆辐射出的红外辐射，因此水平栏杆204可以相对较短。特别地，如图22所示，如果水平栏杆具有的长度适合探测器1实际不是位于车辆203的正上方，而是车辆203的斜上方，那么就足够了。
工业适用性根据本发明的、使用被动探测从要探测的物体辐射出的红外辐射的传感器的车辆探测系统，可以实现更好的效果，如对车辆存在的更少的误探测和高精度探测。特别地，由于系统使用传感器被动探测从要探测的物体辐射出的红外辐射，因此相比使用主动探测器(如常规的超声波探测器)探测从传感器自身发射的红外辐射的系统，该系统消耗更少的电力，并且甚至可以通过太阳能电池等就足以工作。因此，本发明的系统不但具有简单易于安装的良好的可操作性，而且比具有供电设施、通过电缆等供应电力的系统更加经济。此外，由于系统可以以很短的时间执行探测，这允许探测器间隙工作，因此可以进一步减少系统消耗的电力，从而实现低成本的系统。
在本发明的系统中提供用于发送车辆存在的判断结果的无线电发送装置的情况下，通过间歇供应电力可以进一步减少用于发送数据等的功耗。此外，使用无线电通信装置的本发明的系统维护方法相比于使用电缆的维护，允许简化设施，从而提高可操作性。特别是在间歇供应电力给无线电发送装置的情况下，如果仅当电源处于开启状态时才执行维护，则可以实现功耗的进一步减少。
此外，由于本发明的车辆探测系统具有精确探测的能力，因此即使从路旁进行探测，也可以满意地探测车辆，而不像常规的安装在水平栏杆上的系统，要从几乎垂直于道路上的位置探测。因此，本发明的系统将具有比常规系统更宽范围的应用，这是因为比起需要长水平栏杆来安装的后者，前者不需要长水平栏杆来安装，从而具有更宽松的安装条件。此外，由于本发明的系统可以在没有常规系统所需的长水平栏杆的情况下安装，因此比起常规系统，本发明的系统既不降低城镇的美观，也不需要高的安装成本。
权利要求
1.一种用于探测驶过道路上的监视范围的车辆的车辆探测系统，包括传感器，用于探测从要探测的物体辐射出的红外辐射；和车辆存在判断装置，用于通过使用由传感器探测的输入电平值确定车辆的存在。
2.如权利要求1所述的车辆探测系统，其中，所述传感器是热电堆。
3.如权利要求1所述的车辆探测系统，其中，所述传感器仅包括一种类型的热电堆。
4.如权利要求1到3所述的车辆探测系统，其中，从道路侧方探测所述红外辐射。
5.如权利要求1到4所述的车辆探测系统，其中，当比较值超过阈值时，所述车辆存在判断装置确定确定存在车辆，比较值被定义为基于背景电平值和输入电平值之间的差的值，其中，背景电平值被定义为基于从车辆之外的物体辐射出的红外辐射强度的值。
6.如权利要求5所述的车辆探测系统，还包括用于计算所述背景电平值的计算装置。
7.如权利要求5或6所述的车辆探测系统，其中，所述比较值是在预定时间内输入电平值和背景电平值之间的差的积分值。
8.如权利要求5到7中任一项所述的车辆探测系统，其中，在所述比较值中考虑每单位时间输入电平值的变化量。
9.如权利要求2到8中任一项所述的车辆探测系统，其中，所述传感器具有多个热电堆。
10.如权利要求2到9中任一项所述的车辆探测系统，其中，在热电堆前面相对于朝着物体的方向上，放置红外透明透镜。
11.如权利要求10所述的车辆探测系统，其中所述红外透明透镜由硫化锌制成。
12.如权利要求10或11所述的车辆探测系统，其中，形成支撑单元，用于以单体一起支撑热电堆和红外透镜。
13.如权利要求10到12中任一项所述的车辆探测系统，其中，提供用于存放热电堆的外壳箱，所述外壳箱具有对准单元，用于将红外透明透镜的方向角调节到朝着物体的方向。
14.如权利要求1到13中任一项所述的车辆探测系统，其中，提供无线电通信装置，用于通过无线电发送由车辆存在判断装置提供的结果。
15.如权利要求14所述的车辆探测系统，其中，提供电源控制单元，用于间歇地向所述无线电通信装置供应电力。
16.一种如权利要求14或15所述的车辆探测系统的维护方法，其中，通过使用无线电发送维护数据到所述无线电通信装置来执行维护。
17.如权利要求16所述的车辆探测系统的维护方法，其中，与所述无线电通信装置一起提供维护判断单元，用于确定所述维护数据的接收，从而当所述无线电通信装置电源处于开状态时，维护判断单元确定所述维护数据的接收，并且仅当接收到所述维护数据时才执行所述车辆探测系统的维护。
全文摘要
提供一种少损害安装系统的地方的美观的机动车探测系统，其具有高识别精度、低误识别车辆和低耗电特点。探测从要被探测的物体辐射的红外线的传感器测量输入电平值，而感测/处理部分利用从传感器获得的输入电平值确定机动车辆的存在/不存在。确定按如下方式做出基于由从除了车辆之外的物体辐射出的红外辐射给出的输入电平值，来计算背景电平，将基于输入电平值和背景电平值之间的差的值(比较值)与一阈值比较，并基于比较值的数量关系来作出确定。通过使用被动地探测红外辐射的传感器，使得系统消耗更少的电力，并且即使从车辆的侧方执行红外线感测也能保持其探测精度不降低。
文档编号G08G1/01GK1781033SQ20048000461
公开日2006年5月31日 申请日期2004年2月13日 优先权日2003年2月19日
发明者谷口裕一, 白永英晃 申请人:住友电气工业株式会社