背景
隨著社會經濟的發展，交通量增長的需要越來越強烈，交通擁擠和堵塞現象已經成為經濟持續發展的瓶頸。許多已開發國家和我國一些發達地區已經基本建成了現代化公路交通網。而在城市交通中，增建或擴建道路所需的成本非常高昂。解決擁擠現象的一個替代方案是發展智慧型交通系統（ITS）。ITS 是通過集成運用先進的電子技術、信息技術、感測器技術和系統工程技術而建立的信息化、智慧型化、社會化的新型運輸系統。車輛探測器是IT S 獲得道路實時使用狀況的主要設備。通過車輛探測器可以收集許多信息，如車輛的通過、停留存在、行車速度、車長與型號、車列長度、道路占有率等。要實現先進的交通控制和管理, 研究先進和實用的探測器是很有必要的。
種類
車輛探測器按照原理來分，主要有以下幾種：
感應線圈探測器
感應線圈探測器是目前使用最為廣泛的探測器。感應線圈探測器由兩部分構成，即檢測電路部分和感應線圈感測器。感應線圈感測器是探測車輛存在或不存在的主要部件，它由一定長度的絕緣銅線構成感應器，埋於路面下。當車輛經過線圈上方時，線圈產生感應電流，檢測電路得知有車輛經過，通過進一步處理便可以得到道路使用信息。
感應線圈的優點在子可靠，廉價。缺點在於施工時需要破壞路面，干擾交通，不能使用在高架道路上；同時只能測得車輛通過信息，功能單一，如要測得車速等其他信息，需要加倍添置探測器；探測率不高，只有百分之十幾。
由於金屬銅線有熱脹冷縮的性質，所以容易引起路面龜裂。使用中發現, 在極冷天氣下, 感應線圈可能有失靈的隱患, 所以在北方的冬天,感應線圈不能使用。
超音波探測器
超音波探測器是通過測量發射波來給出車輛的存在和通過信息的。探測器定向發射頻率為25 k H z 、5 l0’ H z 的超音波。其中一部分發射能量會從路面或者車輛表面反射到接收端, 通過處理後即可給出車輛的存在和通過信息。典型的超音波探測器採用脈衝方式發射能量, 脈衝從發射到返回探測器所需的時間正比於探測器到地面的距離。當車輛進入超音波發射區域時, 能量會從車頂表面反射回到接收端。如果,探測器到車頂的距離與到地面的距離不一致,它就會產生一個表示檢測到車輛的信號。
超音波探測器結構緊湊, 易於安裝。但是對溫度敏感, 且容易受到空氣的干擾。同時,普通的超音波探測器只能檢測車輛的通過和存在。如果要求測量車速, 成本會提高許多。
微波雷達探測器
微波雷達探測器分兩種, 一種是通過都卜勒原理來實現車速測量的, 另一種是採用連續波頻率調製來實現檢測的。
都卜勒雷達不斷發射固定頻率的雷達波,然後雷達波在正向行駛而來的車輛表面反射後返回到雷達接收裝置。根據都卜勒原理, 返回波與發射波的頻移正比於車輛的速度。而一個頻移則代表著一輛車子通過。這種探測器不能探測靜止的車輛, 而且對於低速車輛, 它的測速精度較差。因此適合在高速公路上使用, 而在城市交通和十字路口則不能使用。
連續波雷達發射連續的調頻波。通過測量探測器到車輛之間的距離可以檢測到靜止的車輛。同樣道理, 通過測量車輛通過兩個標誌桿之間的時間可以確定車速。對於探測器來說, 標誌桿相對於探測器的距離和兩個標誌桿之間的距離是已.知的。通過某種算法, 可以得到車速。但是雷達探測器本身價格不菲,尤其是可以探測靜止和移動車輛的探測器需要有兩個發射源和接收器, 因此成本相對比較高昂。
雷達探測器技術的優點突出, 它的信號抗干擾能力很強。但是它也有明顯的不足, 需要有發射源才能工作。因此, 不能提供外接電源的道路不方便採用雷達探測器。
主動紅外探測器
其工作機理類似於微波雷達探測器。它使用一個雷射二極體發射近紅外的能量, 一部分能量從車輛上反射到探測器的接受器。雷射雷達能夠提供車輛的通過、存在和速度信息。通過測量車輛穿過兩個紅外光束的時間間隔, 可以計算出車輛的速度(兩個紅外光束之間的距離已知)。另外, 它還可以通過測量來辨認它們的輪廓。其他主動紅外檢測器也有用發光二極體作為信號源的。
被動紅外探測器
被動紅外工作機理是用熱電堆感測器或熱釋電感測器接收汽車發動機發出的熱輻射並將其轉變成電信號的。在汽車停止時, 通過探測汽車發動機熱輻射與外界環境輻射的差異, 熱電堆感測器可以得到車輛的存在信息。在行駛過程中, 幾個熱釋電探測器分別掃描幾個區域。當車輛通過某一區域時, 探測器獲得一個熱能信號的變化, 由此得到一個脈衝。區域之間的距離已知。通過測量脈衝產生之間的時間差可以得到車輛的速度信息。
被動紅外探測器是比較理想的探測器之一。它的優勢在於不需要發射源, 探測精度也較高, 可以同時探測車輛的靜態和動態狀態,有較高的使用價值。由於紅外探測器的性能限制, 在車輛處於高速度的情況下, 測速精度會有比較明顯的下降, 不適合在高速公路上使用。霧天情況下的性能較好, 但在大雨天和雪地天氣下效果不甚理想。
被動聲音探測器
在車輛的行駛過程中, 車輛內部以及輪胎與地面之間的摩擦會產生各種聲源, 發出聲音能量。聲音探測器是通過麥克風陣列來採集所選車道特定區域中的聲音能量的。當車輛通過探測區域時, 信號處理程式探測到聲音能量的增長, 這樣便可得到一個車輛存在信號。
這種探測器只能測量車輛的停留, 不能測速, 功能比較單一。同時在多車道的交通道路上, 外界的聲音干擾源很多, 有些干擾源發出的能量比車輛發出的能量要大, 使得探測器的精度受到很大的影響。所以被動聲音探測器使用得不多。
視頻圖像處理器
圖像探測器連續拍攝道路的某一特定區域的視頻圖像, 傳輸到微機上。微機中的圖像處理軟體對交通圖像進行數位化。通過一系列的算法來分辨圖像背景的變化。採用不同手段的圖像處理技術, 可以得到車輛的通過、存在、速度、長度和車道變換等信息。某些圖像處理器是通過把車輛探測區域插入到視場中來檢測這些區域因為車輛的經過而產生的像素的灰度變化的; 另外一些則是在整個視場中通過分辨和跟蹤像素點對比度變化的軌跡來追蹤車輛的。
視頻圖像處理方法在檢測交通參數時能夠同時處理包含多個車道的圖像, 在管理多車道或者管理同一車道的多段區域時有很好的套用。但是它涉及一系列的圖像處理技術, 研發成本很高。而且微機處理器在進行實時處理時,需要用大容量存儲器來存儲圖像。在野外環境下, 使用壽命有限制。另外, 在雨天人行道有反光的情況下或晴天有樹蔭的地方, 圖像對比效果有很大影響, 探測效率大大降低。
發展趨勢
為了彌補各種探測器之間的缺陷, 形成比較完善的探測器, 國際上現在開發的交通探測器以複合型探測器居多。
如ASIM 公司的DT281 , 是把都卜勒雷達技術與被動紅外技術相結合的。在高速時, 它以雷達檢測結果為主, 紅外檢測作為修正, 因此精度大大提高; 在低速時, 主要採用被動紅外技術檢測, 也能達到較高的探測率。因此在使用範圍上大大增強。
另外也有採用超音波與被動紅外技術結合的探測器。被動紅外探測頭主要用在各種情況下檢測固定的車輛, 而通過超音波探測能夠精確探測車的高度。兩種技術的混和使用可以降低噪聲源的干擾, 降低控制被動紅外探測頭的重複探測頻率, 從而降低功耗。
更有甚者, 國外某公司將雷達、超音波和紅外技術三合一集成在一個探測器上, 從而進一步提高了探測器的探測精度和可靠性。
這些合成技術探測器的生命力在於運用廣泛, 且集成度好, 對外界條件依賴小。但是由於其造價相對昂貴, 在某些特定環境下, 性價比不如普通探測器高。
