張錚 楊弈棟 杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院 浙江杭州 310018

目前我國(guó)不少城市存在著機(jī)動(dòng)車和自行車混行現(xiàn)象，增加了交通事故隱患，降低了道路通行能力。及時(shí)獲取可靠的混合交通流數(shù)據(jù),在城市交通管理規(guī)劃中起著關(guān)鍵作用。而現(xiàn)有的交通流采集方法，大部分是以機(jī)動(dòng)車交通流為主，不太適應(yīng)這種混合的交通環(huán)境。

目前常用的交通檢測(cè)技術(shù)有視頻、超聲波、微波、環(huán)形線圈、地磁影像以及橡膠氣壓管檢測(cè)技術(shù)。其中，橡膠氣壓管是基于氣壓脈沖原理的，車輛分型較為精確而成本較低的檢測(cè)技術(shù)，可以較好地區(qū)分車型及行人。本設(shè)計(jì)采用該項(xiàng)技術(shù)采集機(jī)動(dòng)車和自行車混合交通流參數(shù)。

2．系統(tǒng)組成框圖

本系統(tǒng)硬件主要由橡膠氣壓管、壓力傳感器、信號(hào)處理單元、存儲(chǔ)單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元、主控單元、無線通信單元、監(jiān)控中心組成。

3．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 信號(hào)采集單元

信號(hào)采集單元主要是壓力變送器，完成車輛軋過氣壓管時(shí)對(duì)壓力信號(hào)的轉(zhuǎn)換,把采集的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),然后通過A/D轉(zhuǎn)換器把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào),傳送給主控單元處理。

壓力變送器由壓力傳感器、放大電路、信號(hào)調(diào)理變換電路等組成，其選型的合適與否影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。

因壓力變送器常遇到遇到塵土掩埋，雨水浸泡，外力破壞等，因此要求其有較高的靈敏度、精度、堅(jiān)固耐用、抗腐蝕性好并盡可能無源等特性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，本文選擇具有此優(yōu)點(diǎn)，量程為20KPa的擴(kuò)散硅壓力變送器，并采用寶塔嘴接口，可有效防止與橡膠氣壓管接口處漏氣并方便更換新的橡膠管。

壓力變送器連接主控芯片S3C44BOX，由其自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以精簡(jiǎn)電路。

3.2 單片機(jī)主控單元

主控芯片采用基于ARM7內(nèi)核、自帶10位A/D轉(zhuǎn)換器的S3C44BOX。其功能強(qiáng)大，功耗低，為應(yīng)用提供了高性價(jià)比和高性能的微控制器解決方案。

3.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元

本系統(tǒng)采用時(shí)鐘芯片DS1302來進(jìn)行時(shí)間管理。其性能高、功耗低，只需一紐扣電池供電，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能；采用串行數(shù)據(jù)傳輸，占用口線少，遇閏年自動(dòng)修正，適合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

3.4 無線通信單元

S3C44BOX 控制 CDMA 碼分多址無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)鏈接和數(shù)據(jù)發(fā)送。首先 CDMA 與監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)鏈路，當(dāng)監(jiān)控中心收到鏈路信息后就能接收主控單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)經(jīng)過中心處理，將反饋的信息發(fā)送到主控單片機(jī)。

3.5 信息儲(chǔ)存單元

本系統(tǒng)采用SD卡存儲(chǔ)流量數(shù)據(jù)，使用CLK、CMD、DATA0~DATA3與主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

3.7 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和交通數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)兩部分。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通過大量實(shí)驗(yàn)分析自行車和機(jī)動(dòng)車分別軋過氣壓管時(shí)產(chǎn)生的壓力信號(hào)波形,本系統(tǒng)主要有兩種干擾,一種是不規(guī)則的小鋸齒波干擾,一種是突然凸起的尖峰干擾。鋸齒形干擾與信號(hào)波形相比要小得多,且很均勻地分布在采集信號(hào)的每個(gè)時(shí)刻。為了防止小信號(hào)與其他干擾充當(dāng)有用數(shù)據(jù),進(jìn)行了必要的軟件濾波。

軟件濾波中,對(duì)于第一種不規(guī)則的小鋸齒波干擾,需要設(shè)定一個(gè)門限值,當(dāng)采集數(shù)據(jù)小于這個(gè)門限值時(shí),都粗略認(rèn)為是干擾引起的,通過程序?yàn)V除。對(duì)于第二種尖峰干擾,設(shè)定了采集常數(shù),只有當(dāng)采集的壓力信號(hào)大于門限值并且達(dá)到一定次數(shù)時(shí),才認(rèn)為不是尖峰干擾而是有車輛通過。對(duì)于門限值的確定,采用了加權(quán)求平均的方法。另外由于大氣壓會(huì)隨著溫度的變化而變化,封閉的橡膠管中氣壓也會(huì)受大氣壓的影響而變化,所以門限值不能是一個(gè)固定值。通過實(shí)驗(yàn)得出了實(shí)際橡膠管內(nèi)氣壓隨日常大氣壓變化的規(guī)律,根據(jù)這種規(guī)律系統(tǒng)自動(dòng)定時(shí)更新門限值。

在交通數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)后,無線上傳至監(jiān)控中心,此時(shí)數(shù)據(jù)為文本格式（也同時(shí)兼容excel格式）,內(nèi)容為車輛車軸時(shí)間標(biāo)和車軸壓力值。在導(dǎo)入原始數(shù)據(jù)后,系統(tǒng)將原始數(shù)據(jù)處理為車輛數(shù)據(jù)。具體的處理程序流程如下：

（1）根據(jù)壓力大小,將氣壓管上的車軸數(shù)據(jù)分為非機(jī)動(dòng)車數(shù)據(jù)與機(jī)動(dòng)車數(shù)據(jù),并依據(jù)時(shí)間排序。

（2）針對(duì)機(jī)動(dòng)車,假設(shè)鋪設(shè)在路上的兩根氣壓管之間距離為L(zhǎng),當(dāng)車輛第一軸通過傳感器M1時(shí)，記錄計(jì)時(shí)時(shí)間T1，在第一軸經(jīng)過傳感器M2時(shí)，記錄計(jì)時(shí)時(shí)間T2，依次類推,可以得到后軸通過M1和M2的時(shí)間T3和T4。這樣可以方便地算出車輛的速度V和1、2軸之間的軸距D。從而根據(jù)國(guó)家建設(shè)部或交通部的標(biāo)準(zhǔn),判斷車輛的車型。計(jì)算公式如下：

4．總結(jié)

針對(duì)目前我國(guó)城市道路交通中存在的混合交通現(xiàn)狀，本文提出了一種基于壓力傳感器的混合交通流采集方法，開發(fā)了檢測(cè)混合交通流參數(shù)的交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)在檢測(cè)原理及數(shù)據(jù)處理算法上均做了相應(yīng)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了一種低成本、便攜式的單車道混合交通流參數(shù)采集系統(tǒng)。