基于红外矩阵的交通流量和车速采集的装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于红外矩阵的交通流量和车速采集的装置。

背景技术：

目前有多种方法检测车流量的方法，例如：电磁感应装置法、声学检测系统法、激光雷达达检测法和车流信息的超声波检测法等。由于道路上前进中的车辆速度、种类始终变化，传统流量统计方法存在反射信号不稳定，测量误差大，亦或是功能多但造价昂贵，仪器扩展性和通用性不高的特点。现有技术主要缺点是性价比不高，为了得到较丰富的车辆调查数据往往是以较大的造价为代价的，结构和原理都很复杂。并且功能强大的汽车流量调查系统比如采用磁感应技术的调查系统，由于其主要的调查端全部埋在地下，故该仪器的重复利用性较差，扩展性也差，施工开挖面积大，对道路交通影响周期长，可维修性底。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用较低的造价，获得准确的汽车流量数据并实现丰富的调查功能，提高设备的可循环用性能以及设备的扩展性并提高数据传输的安全和可靠性的基于红外矩阵的交通流量和车速采集的装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：基于红外矩阵的交通流量和车速采集的装置，它包括可伸缩支架、红外线采集装置、红外线反射装置、现场微型计算机、控制中心；所述红外线采集装置设置在可伸缩支架上并位于待测量车道上方，车道上设置有与红外线采集装置配合使用的红外线反射装置，红外线采集装置和红外线反射装置采用3×n的矩阵形式进行布置，n为车道数；红外线采集装置通过支架内置线路连接现场微型计算机，现场微型计算机通过有线或者无线网络连接控制中心；

所述的现场微型计算机的功能模块主要包括汽车流量及车速计算模块、信号时程记录模块以及数据库模块，微型计算机通过内置的通讯组件以有线或无线网络为传输介质与控制中心进行通信；

所述的控制中心包括计算处理服务器、显示屏、数据存储服务器以及PC终端，计算处理服务器分别连接显示屏、数据存储服务器和PC终端，PC终端与显示器连接，计算处理服务器通过通讯组件以有线或者无线网络为传输介质与现场微型计算机进行通信。

作为优选方式，所述的可伸缩支架为合金钢架，可伸缩支架包括左支架和右支架，左支架包括相互垂直的第一竖向管和第一横向管，第一竖向管和第一横向管内部连通，右支架包括相互垂直的第二竖向管和第二横向管，第二竖向管和第二横向管内部连通，第一横向管可以在第二横向管内部滑动，第二横向管上设置有螺纹孔，第一横向管的一端通过与螺纹孔配合的螺栓固定在第二横向管内；第一竖向管和/或第二竖向管包括至少两节套管，套管之间通过螺栓固定以调节尺寸达到高度变换的功能。

作为优选方式，所述的每个车道上布置的红外线采集装置之间或者红外线反射装置之间的距离为0.3m到1.2m之间的任意数值，可以取端点0.3m或1.2m。

作为优选方式，所述的每个车道上布置的红外线采集装置之间或者红外线反射装置之间的距离为0.5m。

作为优选方式，所述的红外线反射装置包括反射片和反射容器，反射片设置在反射容器内，反射容器的上方设置高强度透光材料盖板；反射容器安置在道路铺装层预留或设置的小型孔道内亦或是在施工道路铺装层时临时定位安装即可。

作为优选方式，所述红外线反射装置为液体重力式自水平装置，液体重力式自水平装置包括透光材料盖板、底座和内部设置有反射片和液体的透明球体，底座上安装透明球体；所述的透光材料盖板组成一个5cm×5cm×5cm的长方体盒子，所述底座和内部设置有反射片和液体的透明球体封装在该长方体盒子中，通过透明球体内的液体实现反射片的时刻水平。

作为优选方式，所述反射片为镀银片或金箔片。

作为优选方式，所述的红外线采集装置集成了反射式红外线传感器，滤波模块和信号放大模块，滤波模块过滤掉异常信号，放大模块将信号放大到微型计算机处理器能够识别的范围。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用红外线发射和接收方向性较强的特点，根据反射强度变化的红外信号生成交变的电信号实现对车辆流量及速度等信息的统计。本实用新型将反射式红外信号传感器挂置于道路上方，避免了将主要采集设备布置于地下，而只是将体积小巧的红外线反射片在道路面层施工时或是在道路使用过程中安置在道路铺装层开凿的小型凹坑里，施工快，减少所了因为道路大面积施工对交通所产生的影响。此外采用可调节尺寸的门式合金钢架和自由组装的挂载框架可以实现对不同车道测量时的装置扩展问题，拆卸方便，可以实现对红外线采集系统的快速重复利用。本实用新型创新地采用3×n阶矩阵布置红外线发射器和接收器，利用较少的红外线装置实现了对交通总流量，分车道流量，多种车型的流量，车辆滞留状态，汽车车速，车辆行驶方向等信息进行综合统计，采集数据全面，准确性高。

附图说明

图1为本实用新型现场安装的主视结构示意图；

图2为本实用新型现场安装的附视结构示意图；

图3为本实用新型现场安装的侧视结构示意图；

图4为本实用新型的反射装置结构示意图之一；

图5为本实用新型的反射装置结构示意图之二；

图6为本实用新型的硬件系统结构示意图；

图7为本实用新型的采集分析流程示意图；

图8为本实用新型的信号时程曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1～图8所示，基于红外矩阵的交通流量和车速采集的装置，它包括可伸缩支架、红外线采集装置、红外线反射装置、现场微型计算机、控制中心；所述红外线采集装置设置在可伸缩支架上并位于待测量车道上方，车道上设置有与红外线采集装置配合使用的红外线反射装置，红外线采集装置和红外线反射装置采用3×n的矩阵形式进行布置，n为车道数；红外线采集装置通过支架内置线路连接现场微型计算机，现场微型计算机通过有线或者无线网络连接控制中心；

所述的现场微型计算机的功能模块主要包括汽车流量及车速计算模块、信号时程记录模块以及数据库模块，微型计算机通过内置的通讯组件以有线或无线网络为传输介质与控制中心进行通信；

所述的控制中心包括计算处理服务器、显示屏、数据存储服务器以及PC终端，计算处理服务器分别连接显示屏、数据存储服务器和PC终端，PC终端与显示器连接，计算处理服务器通过通讯组件以有线或者无线网络为传输介质与现场微型计算机进行通信；

反射型红外线传感器发射部分将发射出红外线，然后由安装在道路上的反射装置反射后再由传感器光敏元件接收。如果没有车辆通过，那么传感器光敏元件将接收到由反射装置传回来的信号较强的红外反射信号；然而当有车辆通过时，反射型红外传感器发射部分发射的红外线被车辆顶部反射，那么反射型红外线传感器光敏元件将接收到的红外信号相对较弱。故本实用新型能够采用较低的造价，获得准确的汽车流量数据并实现丰富的调查功能；提高设备的可循环用性能以及设备的扩展性；提高数据传输的安全和可靠性。

优选地，所述的可伸缩支架为合金钢架，可伸缩支架包括左支架和右支架，左支架包括相互垂直的第一竖向管和第一横向管，第一竖向管和第一横向管内部连通，右支架包括相互垂直的第二竖向管和第二横向管，第二竖向管和第二横向管内部连通，第一横向管可以在第二横向管内部滑动，第二横向管上设置有螺纹孔，第一横向管的一端通过与螺纹孔配合的螺栓固定在第二横向管内；第一竖向管和/或第二竖向管包括至少两节套管，套管之间通过螺栓固定以调节尺寸达到高度变换的功能。

优选地，所述的每个车道上布置的红外线采集装置之间或者红外线反射装置之间的距离为0.3m到1.2m之间的任意数值，可以取端点0.3m或1.2m。

优选地，所述的每个车道上布置的红外线采集装置之间或者红外线反射装置之间的距离为0.5m。

优选地，所述的红外线反射装置包括反射片和反射容器，反射片设置在反射容器内，反射容器的上方设置高强度透光材料盖板；反射容器安置在道路铺装层预留或设置的小型孔道内亦或是在施工道路铺装层时临时定位安装即可。

优选地，所述红外线反射装置为液体重力式自水平装置，液体重力式自水平装置包括透光材料盖板、底座和内部设置有反射片和液体的透明球体，底座上安装透明球体；所述的透光材料盖板组成一个5cm×5cm×5cm的长方体盒子，所述底座和内部设置有反射片和液体的透明球体封装在该长方体盒子中，通过透明球体内的液体实现反射片的时刻水平。

优选地，所述反射片为镀银片或金箔片。

优选地，所述的红外线采集装置集成了反射式红外线传感器，滤波模块和信号放大模块，滤波模块过滤掉异常信号，放大模块将信号放大到微型计算机处理器能够识别的范围，再通过信号传输线路(安置在合金钢架内部)将电信号传输到合金钢架旁边的微型计算机(封装在现场配电箱)中。

基于红外矩阵的交通流量和车速采集的方法，它包括如下步骤：

S1：红外线采集装置实时采集反射信号，装置中的红外线感光元件根据强弱变化的红外信号产生交变的电压信号；

S2：交变的电压信号经过滤波模块滤波处理后，再由放大模块进行放大最终达到微型计算机处理器能够识别的电压范围内；

S3：现场微型计算机的处理器根据红外线采集装置传输回来的信号判断反射信号是反射片反射的信号还是车辆反射的信号，如当信号小于规定的阈值时，确定为车辆反射信号，输出“1”；当信号大于规定阈值时，确定为反射片反射信号，输出“0”；

S4：如果信号时程记录模块接收到微型计算机的处理器值为“1”的指令则生成值为“非0”的信号曲线，否则生成值为“0”的信号曲线；

S5：信号时程记录模块会校准并识别各个“非0”值信号的特征时间t1至t6并通过数据库模块进行存储管理，特征时间t1，t2，t3分别对应为1，2，3号传感器“非0”值信号的开始时间；t4，t5，t6对应为1，2，3号传感器“非0”值信号的结束时间；

S6：现场微型计算机的处理器根据以下几种特征参数推断出对应的分析结果：

(1)t1<t2<t3，表示车辆是从1号采集仪向3号采集仪方向行驶，否则方向相反，红外线采集装置检测到有车辆经过以后对车流量计数一次；

(2)当车辆通过红外信号区域的时间大于20s时，判定该车辆为滞留车辆，当t6-t1<20s时，车辆行驶进入红外线探测区域速度为离开红外线探测区域的速度为那么车辆的速度可采用平均速度此时车辆长度L＝[v×(t6-t1)-1]；

提前根据调查可以将车辆根据车的长度大致分为大型汽车，中型汽车，小型汽车，微型汽车等4类，这样就可以将记录的长度数据识别为对应类型的车辆并对该类型车辆的数量进行计数和存储。

(3)当t6-t1>20s，则判断该车车辆滞留，可以判断出该路段该车道正在堵车，当车辆被判别为滞留车辆时不能将计算的车辆长度作为车辆的真实长度，此时车辆长度无效，

通过以上参数可以统计分析出交通总流量，分车道流量，各类型车辆数量，车辆行驶方向，车速，车辆滞留状态和道路拥堵情况。

优选地，采集现场微型计算机实时地将红外线采集装置采集到的信号进行处理后传送给计算处理服务器，计算处理服务器对各个路段传回来的采集数据进一步加工，进行大数据分析汇总，将得到的分析结果诸如汽车流量分布图，汽车流量时程曲线，城市拥堵情况等显示在显示屏上，并存储在数据存储服务器中。

现场微型计算机和配电系统被封装在合金钢架旁边的配电箱中，如图3所示。处理器将处理得到的数据通过无线或有线通讯方式与控制中心相连接。现场微型计算机与控制中心信息传输采用握手协议，保证信息传输安全可靠。其原理如下：在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。首先A向B发SYN(同步请求)，然后B回复SYN+ACK(同步请求应答)，最后A回复ACK确认，这样TCP的一次连接(三次握手)的过程就建立了，完成三次握手，现场微型计算机与控制中心计算服务器开始传送数据。

本实用新型的工作原理是：本实用新型现场微型计算机中的时间将和控制中心的时间保持同步校准，采用反射式红外线传感器，传感器内部有红外线发射器和红外线感光元件，分别负责红外线的发射与接收。车辆通过时会阻断高红外线反射片反射回来的红外信号，红外感光元件将根据强弱变化的红外信号产生交变的电压信号，经过红外线采集装置中的滤波模块滤波处理后，再由信号放大模块进行放大，最终达到微型计算机处理器能够识别的电压范围。微型计算机处理器对采集装置传回来的信号进行判断处理，如当数据小于规定的阈值时，确定为有车辆，输出“1”；当数据大于规定阈值时，没有车，输出“0”。然后处理器能够通过相关算法和预编程序实现的相关功能模块对信号进行时程分析，生成信号时程曲线，并对车辆流量和速度信息进行运算和统计，将处理得到的数据通过数据库进行储存管理。最后现场微型计算机通过通讯组件以有线或无线的方式将数据汇总到控制中心(信息传输采用了握手协议，提高信息传输的可靠性)。

本实用新型利用红外线发射和接收方向性较强的特点，在没有遮挡的情况下红外线采集装置产生低电压信号，反之产生高电压信号。根据交变的电压信号判断是否有车辆通过，然后进行计数。本实用新型根据连续的红外信号生成高低变化的电信号实现对车辆流量及速度等信息的统计。本实用新型将反射式红外信号传感器挂置于道路上方，避免了将主要采集设备布置于地下，而只是将体积小巧的红外线反射片在道路面层施工时或是在道路使用过程中安置在道路铺装层开凿的小型凹坑里，尺寸大约为5cm×5cm×5cm工期短，施工快，减少了因为道路大面积施工对交通所产生的影响。此外采用可调节尺寸的门式合金钢架和自由组装的挂载框架可以实现对不同车道测量时的装置扩展问题，拆卸方便，可以实现对红外线采集系统的快速重复利用。本实用新型创新地采用3×n阶矩阵布置红外线发射器和接收器，利用较少的红外线装置实现了对交通总流量，分车道流量，多种车型的流量，车辆滞留状态，汽车车速，车辆行驶方向等信息进行综合统计，采集数据全面，准确性高。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型采用可自由调节的合金门式钢架在车道顶部固定悬挂反射型红外线传感器，利用红外线反射原理实现数据采集，不需要再道路中埋设安置大型信号采集设备和相关的传输线路，减少了对道路交通的影响；实现了对每个车道分别进行流量统计和车速采集，精确度高；门式合金构架和对应的传感器构成的体系便于扩展和拆卸，可重复利用性高，安装效率高。

2.红外线发射器和接收器采用3×n的矩阵形式进行布置，实现了比如总流量，分车道流量，不同类型车辆流量，车速，车辆行驶方向，车辆滞留状况等信息的采集和统计。

3.路面反射镜片封装好，采用了自水平技术，封装实现了将反射镜良好保护起来的效果，防水防破坏。自水平技术避免在车辆荷载作用下铺装层变形所引起的反射镜偏斜，保证了红外线良好的反射效果。

与现有的红外线汽车流量采集技术相比，本实用新型不需要在道路中铺设复杂的传输线路和采集仪器，安装时对道路交通影响较小，造价更低。红外传感器集成化和模块化更高更明确，结构更具系统性，仪器安装和拆卸方便，合金钢架具有调节尺寸的功能，便于应对不同车道数进行扩展。本实用新型实现了对分车道车流量的分别采集，采集数据更加准确，实现的数据采集内容更加丰富。采集端与上位机的数据通信更加安全可靠，保证数据不丢失。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。