《ITS主要技术》PPT课件.ppt
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1、ITS主要技术主要技术学习重点:学习重点:l l传感技术、通信技术传感技术、通信技术要求:要求:l l基本概念、基本原理、典型方法、在基本概念、基本原理、典型方法、在ITS中中的应用的应用ITS主要技术主要技术信息采集技术(传感技术)信息采集技术(传感技术)本部分学习重点本部分学习重点环形线圈检测器、雷达检测器、超声波检测器、环形线圈检测器、雷达检测器、超声波检测器、环形线圈检测器、雷达检测器、超声波检测器、环形线圈检测器、雷达检测器、超声波检测器、红外检测器等工作原理和适用性红外检测器等工作原理和适用性红外检测器等工作原理和适用性红外检测器等工作原理和适用性 学习目的:学习目的:1、了解传感
2、器的一般组成、了解传感器的一般组成2、了解了解ITS中常用的传感器类别中常用的传感器类别3、了解在了解在ITS中常用的传感技术及其检测、控中常用的传感技术及其检测、控制原理制原理1.传感器的含义传感器的含义指能将各种非电量转化成电信号的部件。指能将各种非电量转化成电信号的部件。指能将各种非电量转化成电信号的部件。指能将各种非电量转化成电信号的部件。广义的广义的广义的广义的传感器传感器传感器传感器指能感知某一物理量(或化学量,生物指能感知某一物理量(或化学量,生物指能感知某一物理量(或化学量,生物指能感知某一物理量(或化学量,生物量,量,量,量,.)的信息,并能将它转化为有)的信息,并能将它转化
3、为有)的信息,并能将它转化为有)的信息,并能将它转化为有用的信息的装置。用的信息的装置。用的信息的装置。用的信息的装置。狭义的狭义的狭义的狭义的传感器传感器传感器传感器在大多数情况下,传感器是指狭义的传感器。在大多数情况下,传感器是指狭义的传感器。2.传感器的组成传感器的组成l l传感器传感器传感器传感器一般是利用物理、化学和生物等学科的某一般是利用物理、化学和生物等学科的某一般是利用物理、化学和生物等学科的某一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或原理按照一定的制造工艺研制出来的。些效应或原理按照一定的制造工艺研制出来的。些效应或原理按照一定的制造工艺研制出来的。些效应或原理按照一定的制
4、造工艺研制出来的。因此,传感器的组成将随不同的情况而有较大差因此,传感器的组成将随不同的情况而有较大差因此,传感器的组成将随不同的情况而有较大差因此,传感器的组成将随不同的情况而有较大差异。但是,总的来说,传感器是由敏感元件、传异。但是,总的来说,传感器是由敏感元件、传异。但是,总的来说,传感器是由敏感元件、传异。但是,总的来说,传感器是由敏感元件、传感元件和其他辅助部件组成,如下图。感元件和其他辅助部件组成,如下图。感元件和其他辅助部件组成,如下图。感元件和其他辅助部件组成,如下图。3.传感器分类传感器分类按输入物理量按输入物理量按工作原理按工作原理按能量的关系按能量的关系按输出的信号性质按
5、输出的信号性质按输入物理量的性质进行分类,如速度按输入物理量的性质进行分类,如速度传感器、温度传感器、位移传感器等传感器、温度传感器、位移传感器等分类方法是以工作原理作为分类依据,分类方法是以工作原理作为分类依据,如电压式、电阻式、光电式、电感式等如电压式、电阻式、光电式、电感式等根据能量的观点分类,可将传感器分为根据能量的观点分类,可将传感器分为有源传感器和无源传感器有源传感器和无源传感器分为模拟式和数字式传感器,即传感器分为模拟式和数字式传感器,即传感器的输出量为模拟量或数字量的输出量为模拟量或数字量4.ITS中常用的传感器中常用的传感器l l(1)磁性传感器)磁性传感器磁性传感器主要根据
6、磁性物理量的变化磁性传感器主要根据磁性物理量的变化情况,通过对磁性标记的反应,来测量有情况,通过对磁性标记的反应,来测量有关的物理量。如通过埋设在路表的磁钉与关的物理量。如通过埋设在路表的磁钉与镶嵌在汽车底盘的磁性传感器相互作用力镶嵌在汽车底盘的磁性传感器相互作用力大小的测量可以检测出车辆对于车道中心大小的测量可以检测出车辆对于车道中心的偏移。的偏移。(2)图像传感器)图像传感器图像传感器主要是指有关的图像处理设备,用以图像传感器主要是指有关的图像处理设备,用以辨别道路的标线、检测前后的车辆和检测道路上的障辨别道路的标线、检测前后的车辆和检测道路上的障碍物等。如碍物等。如CCD摄像机就是一种图
7、像传感器,它将拍摄像机就是一种图像传感器,它将拍摄到的图像传输到图像处理中心,经过处理后,可得摄到的图像传输到图像处理中心,经过处理后,可得到车辆偏离程度和与前面车辆的距离等数据。到车辆偏离程度和与前面车辆的距离等数据。(3)雷达)雷达雷达是根据多普勒效应原理工作的。如安装在车雷达是根据多普勒效应原理工作的。如安装在车上或道路上的雷达检测器发射一微波束,当遇到车辆上或道路上的雷达检测器发射一微波束,当遇到车辆或其他障碍时,波束反射回天线,利用车辆进入检测或其他障碍时,波束反射回天线,利用车辆进入检测区和离开检测区时所产生的两个脉冲,即可换算成所区和离开检测区时所产生的两个脉冲,即可换算成所需的
8、交通参数,如车速、交通量等。需的交通参数,如车速、交通量等。(4)超声波传感器)超声波传感器超声波传感器的工作原理是这样的,首先由传感超声波传感器的工作原理是这样的,首先由传感器发射一束能量到检测区,然后接受反射回来的能器发射一束能量到检测区,然后接受反射回来的能量束,通过有关的换能装置,将能量束转换成所需量束,通过有关的换能装置,将能量束转换成所需的数据,依据此数据判别被检测物是否存在或与传的数据,依据此数据判别被检测物是否存在或与传感器的相对位置等。感器的相对位置等。(5)红外传感器)红外传感器红外传感器使用发射、接收器,发射光束并接红外传感器使用发射、接收器,发射光束并接收反射光束,通过
9、反射频率的变化进行对所需数据收反射光束,通过反射频率的变化进行对所需数据的检测。的检测。5.传感器在传感器在ITS中主要应用中主要应用l l(1)车辆检测)车辆检测 车辆检测传感器用来检测车辆的存在或通过。车辆检测传感器用来检测车辆的存在或通过。车辆检测传感器用来检测车辆的存在或通过。车辆检测传感器用来检测车辆的存在或通过。包括感应(环形)线圈检测器、磁性检包括感应(环形)线圈检测器、磁性检测器、地磁检测器、微型线圈检测器、测器、地磁检测器、微型线圈检测器、磁成像检测器和摩擦电检测器等磁成像检测器和摩擦电检测器等包括雷达(微波)检测器、超声波检测包括雷达(微波)检测器、超声波检测器、光电检测器
10、和红外检测器等器、光电检测器和红外检测器等由车辆检测技术、摄像机和计算机图像由车辆检测技术、摄像机和计算机图像处理技术结合构成的视频车辆检测系统处理技术结合构成的视频车辆检测系统磁频车辆磁频车辆检测器检测器波频车辆波频车辆检测器检测器视频车辆视频车辆检测器检测器常用车辆检测器简介:l l环形线圈检测器环形线圈检测器 是磁性检测器的一种变形是磁性检测器的一种变形是磁性检测器的一种变形是磁性检测器的一种变形应用,将一个或一组感应应用,将一个或一组感应应用,将一个或一组感应应用,将一个或一组感应线圈埋在路面层内,线圈线圈埋在路面层内,线圈线圈埋在路面层内,线圈线圈埋在路面层内,线圈内的电流产生磁场,
11、当有内的电流产生磁场,当有内的电流产生磁场,当有内的电流产生磁场,当有车辆通过时,车辆的金属车辆通过时,车辆的金属车辆通过时,车辆的金属车辆通过时,车辆的金属部件干扰磁场,由检测器部件干扰磁场,由检测器部件干扰磁场,由检测器部件干扰磁场,由检测器的电子装置进行检测。通的电子装置进行检测。通的电子装置进行检测。通的电子装置进行检测。通过多组环形线圈检测器的过多组环形线圈检测器的过多组环形线圈检测器的过多组环形线圈检测器的输出信号,就可以确定车输出信号,就可以确定车输出信号,就可以确定车输出信号,就可以确定车道的占有率、车速、交通道的占有率、车速、交通道的占有率、车速、交通道的占有率、车速、交通量
12、。量。量。量。根据传感器原理的不同可以分为以下两种根据传感器原理的不同可以分为以下两种:l l谐振电路感应线圈谐振电路感应线圈l l相移式感应线圈检测器相移式感应线圈检测器雷达检测器雷达检测器雷达检测器是根据多普勒效应原理来工作的,将雷达检测器是根据多普勒效应原理来工作的,将雷达检测器是根据多普勒效应原理来工作的,将雷达检测器是根据多普勒效应原理来工作的,将激光束以不同的形式照到流体或固体上,由于流激光束以不同的形式照到流体或固体上,由于流激光束以不同的形式照到流体或固体上,由于流激光束以不同的形式照到流体或固体上,由于流体或固体的运动产生多普勒效应,用光电检测器体或固体的运动产生多普勒效应,
13、用光电检测器体或固体的运动产生多普勒效应,用光电检测器体或固体的运动产生多普勒效应,用光电检测器测出多普勒频移,即可测出流体或固体的速度。测出多普勒频移,即可测出流体或固体的速度。测出多普勒频移,即可测出流体或固体的速度。测出多普勒频移,即可测出流体或固体的速度。当用雷达测车辆的速度时,发射激光并且遇到车当用雷达测车辆的速度时,发射激光并且遇到车当用雷达测车辆的速度时,发射激光并且遇到车当用雷达测车辆的速度时,发射激光并且遇到车辆后反射回来,发射波和反射波的频率差和车辆辆后反射回来,发射波和反射波的频率差和车辆辆后反射回来,发射波和反射波的频率差和车辆辆后反射回来,发射波和反射波的频率差和车辆
14、行驶的速度成正比,从而测得车辆的速度。行驶的速度成正比,从而测得车辆的速度。行驶的速度成正比,从而测得车辆的速度。行驶的速度成正比,从而测得车辆的速度。l l雷达发射电磁波和反射波的频率分别为雷达发射电磁波和反射波的频率分别为f和和f,车辆的速度为,车辆的速度为v,电磁波传播速度为,电磁波传播速度为c,电磁波和车辆运行方向之间的交角为电磁波和车辆运行方向之间的交角为,则,则频率差为:频率差为:测到这个频差后,从仪表上直接读到速度的值。测到这个频差后,从仪表上直接读到速度的值。测到这个频差后,从仪表上直接读到速度的值。测到这个频差后,从仪表上直接读到速度的值。分类:分类:l l 连续波雷达检测器
15、连续波雷达检测器连续波雷达检测器连续波雷达检测器原理是利用悬挂在车道上方一定距离的检测器,原理是利用悬挂在车道上方一定距离的检测器,原理是利用悬挂在车道上方一定距离的检测器,原理是利用悬挂在车道上方一定距离的检测器,向下方车道发射已知频率的无线电波并且接受反向下方车道发射已知频率的无线电波并且接受反向下方车道发射已知频率的无线电波并且接受反向下方车道发射已知频率的无线电波并且接受反射波,通过反射波和接受频率差异来检测通过的射波,通过反射波和接受频率差异来检测通过的射波,通过反射波和接受频率差异来检测通过的射波,通过反射波和接受频率差异来检测通过的车辆。车辆。车辆。车辆。l l导向型雷达检测器导
16、向型雷达检测器导向型雷达检测器导向型雷达检测器原理是把无线电波以一定的频率输送到埋置在车原理是把无线电波以一定的频率输送到埋置在车原理是把无线电波以一定的频率输送到埋置在车原理是把无线电波以一定的频率输送到埋置在车道下的传送线中,当上面有汽车通行时,检测器道下的传送线中,当上面有汽车通行时,检测器道下的传送线中,当上面有汽车通行时,检测器道下的传送线中,当上面有汽车通行时,检测器测出变化并且计数。测出变化并且计数。测出变化并且计数。测出变化并且计数。l l超声波检测器超声波检测器l l原理:原理:首先由传感器发射一束能量到检测区,然后接首先由传感器发射一束能量到检测区,然后接首先由传感器发射一
17、束能量到检测区,然后接首先由传感器发射一束能量到检测区,然后接受反射回来的能量束,通过有关的换能装置,受反射回来的能量束,通过有关的换能装置,受反射回来的能量束,通过有关的换能装置,受反射回来的能量束,通过有关的换能装置,将能量转换成所需要的数据,依据此数据判别将能量转换成所需要的数据,依据此数据判别将能量转换成所需要的数据,依据此数据判别将能量转换成所需要的数据,依据此数据判别被检测物是否存在或与传感器的位置。被检测物是否存在或与传感器的位置。被检测物是否存在或与传感器的位置。被检测物是否存在或与传感器的位置。l l有有有有脉冲型脉冲型脉冲型脉冲型、谐振型谐振型谐振型谐振型和和和和连续波型连
18、续波型连续波型连续波型超声检测器。超声检测器。超声检测器。超声检测器。脉冲式检测器脉冲式检测器谐振波型检测器谐振波型检测器连续波型超声检测器连续波型超声检测器悬挂在车道的上方,向车道下方发射悬挂在车道的上方,向车道下方发射超声波能的脉冲,并且接受回波。当超声波能的脉冲,并且接受回波。当有车辆从下方通过时,从车顶反射回有车辆从下方通过时,从车顶反射回波而不是从路面反射回波。波而不是从路面反射回波。在车道两边分别安装相向对立的发射在车道两边分别安装相向对立的发射器和接受器,从发射器发射谐振型超器和接受器,从发射器发射谐振型超声波,此超声波横越车道被车道对面声波,此超声波横越车道被车道对面的接受器接
19、受,当车辆通过时就截断的接受器接受,当车辆通过时就截断了波束,从而检测出车辆。了波束,从而检测出车辆。检测器发射一个连续的超声波能的波束检测器发射一个连续的超声波能的波束射向驶近的车辆,由于多普勒效应引起射向驶近的车辆,由于多普勒效应引起来车反射能频率的变化,于是就能检测来车反射能频率的变化,于是就能检测车辆的存在。车辆的存在。微波检测器的功能和作用微波检测器的功能和作用l l可精确检测各车道的交通流量、道路占用率、平可精确检测各车道的交通流量、道路占用率、平可精确检测各车道的交通流量、道路占用率、平可精确检测各车道的交通流量、道路占用率、平均速度和车流量以及排队状况等信息。均速度和车流量以及
20、排队状况等信息。均速度和车流量以及排队状况等信息。均速度和车流量以及排队状况等信息。l l检测器的输出信号与一般常见的检测器兼容,可检测器的输出信号与一般常见的检测器兼容,可检测器的输出信号与一般常见的检测器兼容,可检测器的输出信号与一般常见的检测器兼容,可通过数据接口与控制系统相连或直接代替传统的通过数据接口与控制系统相连或直接代替传统的通过数据接口与控制系统相连或直接代替传统的通过数据接口与控制系统相连或直接代替传统的多个感应线圈检测器。多个感应线圈检测器。多个感应线圈检测器。多个感应线圈检测器。l l监测器工作在微波波段,不中断交通安装、维护,监测器工作在微波波段,不中断交通安装、维护,
21、监测器工作在微波波段,不中断交通安装、维护,监测器工作在微波波段,不中断交通安装、维护,不受天气影响。不受天气影响。不受天气影响。不受天气影响。微波检测器的特点:微波检测器的特点:l l多道性多道性l l真实再现真实再现l l侧向安装侧向安装l l全天候全天候l l低价格低价格l l准确性准确性l l使用方便使用方便交通微波检测器的应用领域:交通微波检测器的应用领域:l l高速公路路段多车道监测与管理高速公路路段多车道监测与管理l l高速公路匝道或高速公路匝道或T型路口信号管理型路口信号管理l l远程交通量管理远程交通量管理l l侧向安装应用于多车道十字路口侧向安装应用于多车道十字路口l l违
22、章自动监测系统违章自动监测系统红外检测器红外检测器l l红外光的最大特点是具有光热效应,能辐射热量,红外光的最大特点是具有光热效应,能辐射热量,红外光的最大特点是具有光热效应,能辐射热量,红外光的最大特点是具有光热效应,能辐射热量,它是光谱中最大光热效应区。红外光和所有的电它是光谱中最大光热效应区。红外光和所有的电它是光谱中最大光热效应区。红外光和所有的电它是光谱中最大光热效应区。红外光和所有的电磁波一样,具有反射、折射、散射、干涉和吸收磁波一样,具有反射、折射、散射、干涉和吸收磁波一样,具有反射、折射、散射、干涉和吸收磁波一样,具有反射、折射、散射、干涉和吸收等特性。红外光的热效应对不同的物
23、体是各不相等特性。红外光的热效应对不同的物体是各不相等特性。红外光的热效应对不同的物体是各不相等特性。红外光的热效应对不同的物体是各不相同的,热能强度也不一样。同的,热能强度也不一样。同的,热能强度也不一样。同的,热能强度也不一样。l l红外传感器是将红外辐射量变化转换成电量变化红外传感器是将红外辐射量变化转换成电量变化红外传感器是将红外辐射量变化转换成电量变化红外传感器是将红外辐射量变化转换成电量变化的装置,一般由光学系统、敏感元件、前置放大的装置,一般由光学系统、敏感元件、前置放大的装置,一般由光学系统、敏感元件、前置放大的装置,一般由光学系统、敏感元件、前置放大器和信号调节器组成。红外传
24、感器是根据热电效器和信号调节器组成。红外传感器是根据热电效器和信号调节器组成。红外传感器是根据热电效器和信号调节器组成。红外传感器是根据热电效应和光子效应制成的。应和光子效应制成的。应和光子效应制成的。应和光子效应制成的。在交通检测技术方面,一般分为主动式和被动式在交通检测技术方面,一般分为主动式和被动式:l l主动式主动式主动式主动式和光电检测器的原理相似,不过它使用半和光电检测器的原理相似,不过它使用半导体红外线发生器作为传感器。导体红外线发生器作为传感器。l l被动式被动式被动式被动式其原理是利用无车辆的路面的红外线能辐其原理是利用无车辆的路面的红外线能辐射强度与路上有汽车通过时的红外线
25、辐射射强度与路上有汽车通过时的红外线辐射强度的变化,由红外线接受器检测出来。强度的变化,由红外线接受器检测出来。光电检测器光电检测器l l物质在光的作用下释放电子的现象称为光物质在光的作用下释放电子的现象称为光电效应。被释放的电子称为光电子,光电电效应。被释放的电子称为光电子,光电子在外电场中运动所形成的电流称为光电子在外电场中运动所形成的电流称为光电流。流。l l光电传感器是一种将光量的变化转换为电光电传感器是一种将光量的变化转换为电量的变化的传感器,它的物理基础就是光量的变化的传感器,它的物理基础就是光电效应。电效应。应用在交通检测中的光电传感器可以分下面两种:应用在交通检测中的光电传感器
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