石英華

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SCATS信號(hào)機(jī)使用地磁檢測(cè)器的解決方案

石英華

摘 要：根據(jù)SCATS信號(hào)控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器占有時(shí)間輸出特性，通過(guò)對(duì)地磁檢測(cè)器的占有時(shí)間輸出進(jìn)行等效處理，可使地磁檢測(cè)器的輸出特性與環(huán)形線(xiàn)圈的輸出相同或趨近，同時(shí)為方便使用，使地磁檢測(cè)器的輸出接口具有模擬線(xiàn)圈輸出功能，使得其與SCATS系統(tǒng)連接時(shí)等同于使用環(huán)形線(xiàn)圈，可方便替代線(xiàn)圈使用。其處理方法對(duì)于其它類(lèi)型車(chē)輛檢測(cè)器在SCATS系統(tǒng)中替代環(huán)形線(xiàn)圈使用具有參考意義。

關(guān)鍵詞：檢測(cè)線(xiàn)圈；地磁檢測(cè)器；輸出特性；輸出接口

0 引言

上海應(yīng)用的SCATS（Sydney Coordinated Adaptive Traffic System）自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)布設(shè)在路口進(jìn)口車(chē)道上的車(chē)輛檢測(cè)器測(cè)量交通參數(shù)，經(jīng)實(shí)時(shí)處理后生成相應(yīng)的信號(hào)控制方案，使路口紅綠燈信號(hào)時(shí)間根據(jù)車(chē)流量的變化而實(shí)時(shí)調(diào)整，提高路口車(chē)輛的通行效率。因此，接入車(chē)輛檢測(cè)器是SCATS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)自適應(yīng)控制的必需條件。

SCATS系統(tǒng)的控制方案是基于利用環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器測(cè)量得到的車(chē)輛占有時(shí)間參數(shù)計(jì)算而成，但是其控制器也保留有使用其它檢測(cè)器所需的擴(kuò)展接口，使得其它類(lèi)型的車(chē)輛檢測(cè)器也可接入該系統(tǒng)中使用。本文所述在SCATS信號(hào)機(jī)中使用地磁檢測(cè)器時(shí)，通過(guò)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行等效處理，使地磁檢測(cè)器的輸出特性與環(huán)形線(xiàn)圈的輸出相同或趨近，同時(shí)為方便使用，使地磁檢測(cè)器的輸出具有模擬線(xiàn)圈輸出功能，使得與SCATS系統(tǒng)的接口與原環(huán)形線(xiàn)圈相同，可方便替代線(xiàn)圈使用。其處理方法對(duì)于其它類(lèi)型車(chē)輛檢測(cè)器在SCATS系統(tǒng)中替代環(huán)形線(xiàn)圈使用也具有參考意義。

1 環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器的占有時(shí)間輸出特性

SCATS系統(tǒng)使用的環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器輸出形式為存在型檢測(cè)，即在車(chē)輛進(jìn)入線(xiàn)圈時(shí)開(kāi)始輸出占有狀態(tài)，車(chē)輛離開(kāi)線(xiàn)圈時(shí)結(jié)束占有輸出。輸出時(shí)間對(duì)應(yīng)車(chē)輛在環(huán)形線(xiàn)圈上的占有時(shí)間，而車(chē)流量計(jì)數(shù)值就是車(chē)輛通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)占有狀態(tài)輸出的次數(shù)，如圖1所示：

圖中，車(chē)輛長(zhǎng)度為L(zhǎng)v，線(xiàn)圈長(zhǎng)度為L(zhǎng)p，如果把線(xiàn)圈等效為車(chē)道中的一個(gè)點(diǎn)，則車(chē)輛通過(guò)線(xiàn)圈的占有時(shí)間 T1可等效為長(zhǎng)度（Lv+Lp）的車(chē)輛以相同速度通過(guò)一點(diǎn)時(shí)的時(shí)間，后續(xù)分析中，如果地磁檢測(cè)器的輸出占有時(shí)間等同于此，則2者的占有狀態(tài)輸出結(jié)果將相同，如圖1所示：

圖1 環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器占有時(shí)間輸出

2 地磁檢測(cè)器的占有時(shí)間輸出特性

地磁檢測(cè)器使用磁傳感器檢測(cè)車(chē)輛通過(guò)時(shí)地球磁場(chǎng)的變化來(lái)測(cè)量車(chē)輛的存在和通過(guò)，其傳感器電路通常密封在結(jié)構(gòu)尺寸大約為直徑10cm左右的圓柱體內(nèi)，使用時(shí)埋設(shè)安裝在車(chē)道中央，磁感應(yīng)的作用范圍是以檢測(cè)器為中心、半徑0.5m左右的半球形區(qū)域，與環(huán)形線(xiàn)圈的輸出相比，相當(dāng)于是一個(gè)1m長(zhǎng)度的線(xiàn)圈。

地磁檢測(cè)器由內(nèi)部微處理器對(duì)磁感應(yīng)信號(hào)處理并得到測(cè)量結(jié)果，通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)把測(cè)量輸出發(fā)送到路口接收主機(jī)中。對(duì)磁感應(yīng)信號(hào)的處理，除測(cè)量車(chē)輛的占有時(shí)間外，還可獲得被測(cè)車(chē)輛的特征信息，通過(guò)對(duì)車(chē)輛特征信息處理可計(jì)算車(chē)輛的長(zhǎng)度參數(shù)。

與環(huán)形線(xiàn)圈類(lèi)似，地磁檢測(cè)器占有時(shí)間輸出 T2 等效為長(zhǎng)度（Lv+1）的車(chē)輛以相同速度通過(guò)一點(diǎn)的時(shí)間。如圖2所示：

圖2 地磁檢測(cè)器占有時(shí)間輸出

3 地磁檢測(cè)器與環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器輸出占有時(shí)間的異同

對(duì)比地磁檢測(cè)器和環(huán)形線(xiàn)圈的占有時(shí)間輸出特性可知，兩者對(duì)流量檢測(cè)的結(jié)果輸出是相同的，即車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)器時(shí)對(duì)應(yīng)一次車(chē)流量的計(jì)數(shù)輸出；不同之處是對(duì)同一車(chē)輛測(cè)量的占有時(shí)間輸出可能不同，這是由2種檢測(cè)器的作用范圍不同造成的。

在以上分析中，如果車(chē)長(zhǎng)為L(zhǎng)v，環(huán)形線(xiàn)圈的長(zhǎng)度為L(zhǎng)p，地磁檢測(cè)器的作用范圍為L(zhǎng)m，以車(chē)輛通過(guò)一點(diǎn)時(shí)為參考，則環(huán)形線(xiàn)圈測(cè)量車(chē)輛占有時(shí)間對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為 L1=Lv+Lp，地磁檢測(cè)器測(cè)量占有時(shí)間對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為 L2=Lv+Lm，2種檢測(cè)器占有時(shí)間對(duì)應(yīng)檢測(cè)長(zhǎng)度的差值為 ⊿L= L1-L2 =Lp-Lm。

通常情況下，地磁檢測(cè)器的作用范圍比環(huán)形線(xiàn)圈小，如果在地磁檢測(cè)器占有時(shí)間輸出中能夠增加 ⊿L 長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的占有時(shí)間輸出，則2種檢測(cè)器的占有狀態(tài)結(jié)果輸出趨于相同或相近。通過(guò)對(duì)地磁檢測(cè)器的輸出做延時(shí)增益處理，適當(dāng)延長(zhǎng)占有時(shí)間，可達(dá)到相同時(shí)間輸出。

4 地磁檢測(cè)器占有時(shí)間的增益處理

為使地磁檢測(cè)器與環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器占有時(shí)間輸出相同，在地磁檢測(cè)器中對(duì)車(chē)輛檢測(cè)數(shù)據(jù)分析處理時(shí)，可利用根據(jù)參數(shù)計(jì)算，判斷車(chē)輛類(lèi)型得到的車(chē)輛長(zhǎng)度信息做延時(shí)輸出處理。車(chē)輛通過(guò)地磁檢測(cè)器后，測(cè)量得到占有時(shí)間T1，同時(shí)經(jīng)檢測(cè)器分析計(jì)算，得到車(chē)輛長(zhǎng)度Lv，則單位長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)地磁檢測(cè)器輸出的占有時(shí)間T0為，T0 =T1/（ Lv+Lm）。在以上分析中，地磁檢測(cè)和環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)占有時(shí)間輸出相差⊿T時(shí)間，只要延長(zhǎng)輸出⊿L對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的占有時(shí)間，則可達(dá)到與長(zhǎng)度為L(zhǎng)p的線(xiàn)圈等效的占有時(shí)間輸出。延長(zhǎng)時(shí)間輸出后，等效占有時(shí)間輸出為

T=T1+T0 x⊿L =T1+T0 x（Lp-Lm）=T1+ T1/（ Lv+Lm）x（Lp-Lm）。

5 地磁檢測(cè)器占有時(shí)間輸出校準(zhǔn)

實(shí)際使用時(shí)，可對(duì)地磁檢測(cè)器與環(huán)形線(xiàn)圈的輸出做對(duì)比測(cè)試，即在同一車(chē)道布設(shè)環(huán)形線(xiàn)圈和地磁檢測(cè)器，分別記錄同一車(chē)輛通過(guò)時(shí)的輸出占有時(shí)間值，獲得地磁檢測(cè)器等效處理后的輸出與環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器輸出之間的差值⊿t=t1-t2進(jìn)行修正，使輸出結(jié)果更接近環(huán)形線(xiàn)圈的輸出。如圖所示。

以上分析處理方法對(duì)于其它類(lèi)型檢測(cè)器在SCATS系統(tǒng)中應(yīng)用具有參考作用。如圖3所示：

圖3 地磁檢測(cè)器占有時(shí)間輸出的校準(zhǔn)

6 地磁檢測(cè)器輸出與信號(hào)機(jī)的接口

使用環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)器時(shí)，SCATS信號(hào)機(jī)中的線(xiàn)圈檢測(cè)電路是根據(jù)線(xiàn)圈電感量的變化判斷車(chē)輛有無(wú)，在不改變信號(hào)機(jī)配置的前提下，通過(guò)設(shè)計(jì)輸出接口，可使地磁檢測(cè)器的輸出模擬線(xiàn)圈輸出，直接使用線(xiàn)圈接線(xiàn)端與信號(hào)機(jī)相連。

圖4a是信號(hào)機(jī)使用環(huán)形線(xiàn)圈時(shí)的接線(xiàn)示意圖，圖4b是地磁檢測(cè)器模擬線(xiàn)圈輸出接口示意圖。

使用環(huán)形線(xiàn)圈檢測(cè)時(shí)，相對(duì)于信號(hào)機(jī)線(xiàn)圈檢測(cè)電路輸入端，線(xiàn)圈相當(dāng)于一個(gè)可變電感。無(wú)車(chē)時(shí)，電感量為一固定值，有車(chē)在環(huán)形線(xiàn)圈上時(shí)，線(xiàn)圈電感量會(huì)減小，通過(guò)電感量的變化，即判斷車(chē)輛的存在和通過(guò)。

把地磁檢測(cè)器的輸出端設(shè)計(jì)成可變電感輸出，則可以模擬環(huán)形線(xiàn)圈的輸出特性，直接與信號(hào)機(jī)線(xiàn)圈檢測(cè)電路相連。如圖4所示：

圖4 b 是地磁檢測(cè)器模擬線(xiàn)圈輸出接口示意圖

在模擬線(xiàn)圈輸出接口中，使用大小2個(gè)電感串聯(lián)，其中小電感用電子開(kāi)關(guān)控制，無(wú)車(chē)時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，對(duì)于信號(hào)機(jī)線(xiàn)圈檢測(cè)電路的輸入端等效為一個(gè)固定電感（L1+L2），等同于環(huán)形線(xiàn)圈無(wú)車(chē)時(shí)狀態(tài)。當(dāng)需要輸出有車(chē)狀態(tài)時(shí)，小電感開(kāi)關(guān)k閉合，原有的輸出電感值將減小為L(zhǎng)1，等效為有車(chē)狀態(tài)。根據(jù)環(huán)形線(xiàn)圈有車(chē)無(wú)車(chē)時(shí)的實(shí)際變化量，模擬線(xiàn)圈接口中的電感變化量設(shè)計(jì)成5%～10%即可滿(mǎn)足使用要求。

7 地磁檢測(cè)器在SCATS信號(hào)機(jī)使用時(shí)的設(shè)備組成

地磁檢測(cè)器在使用SCATS系統(tǒng)使用時(shí)，包含數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)、數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換單元。地磁檢測(cè)器埋設(shè)于測(cè)量車(chē)道的中央，測(cè)量機(jī)動(dòng)車(chē)通過(guò)傳感器時(shí)地球磁場(chǎng)的變化，判斷車(chē)輛的存在和通過(guò)。當(dāng)檢測(cè)到車(chē)輛通過(guò)后，由地磁檢測(cè)器中的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)把測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到路邊的數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)，再傳送到交通信號(hào)機(jī)箱中，通過(guò)數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換單元與信號(hào)機(jī)中的車(chē)輛檢測(cè)器連接。系統(tǒng)組成框圖如圖5所示：

圖5 交通信號(hào)機(jī)無(wú)線(xiàn)車(chē)輛檢測(cè)器系統(tǒng)組成示意圖

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，每個(gè)路口使用一套數(shù)據(jù)接收處理主機(jī)及數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換單元，但在大路口使用時(shí)，可能需增加接收機(jī)接力轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

8 地磁檢測(cè)器檢測(cè)數(shù)據(jù)的輸出轉(zhuǎn)換

地磁檢測(cè)器檢測(cè)結(jié)果輸出過(guò)程，由數(shù)字到模擬線(xiàn)圈輸出轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖6所示：

圖6 地磁檢測(cè)器測(cè)量結(jié)果輸出

9 地磁檢測(cè)器在大路口的使用

使用地磁檢測(cè)器時(shí)，基本配置包括與車(chē)道數(shù)量相同的檢測(cè)傳感器、一個(gè)接收處理主機(jī)、一個(gè)接口轉(zhuǎn)換單元。在大路口使用時(shí)，為提高數(shù)據(jù)接收效果，需配置數(shù)據(jù)接力轉(zhuǎn)發(fā)器，配置數(shù)量參考如下：

1）4個(gè)方向都是不超過(guò)2車(chē)道的路口，使用基本配置。

2）4個(gè)方向都是3車(chē)道及超過(guò)3車(chē)道的路口時(shí)，在基本配置中可增加1個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，使每個(gè)方向的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)都能有效接收，如圖7所示：

圖7 大路口使用時(shí)可增加中繼接收機(jī)

使用時(shí)，路口可安裝的無(wú)線(xiàn)檢測(cè)傳感器數(shù)量不受限制，且任何大小的路口都可使用無(wú)線(xiàn)檢測(cè)器。

10 地磁檢測(cè)器設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)安裝

實(shí)際使用時(shí)，地磁檢測(cè)器、接收主機(jī)及轉(zhuǎn)換單元設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)照片如圖8-圖10所示：

圖8 接收主機(jī)設(shè)備安裝全景照片

圖9 地磁檢測(cè)器路面安裝照片

圖10 接口轉(zhuǎn)換單元在SCATS信號(hào)機(jī)箱中的安裝照片

11 總結(jié)

通過(guò)SCATS信號(hào)機(jī)中使用地磁檢測(cè)器時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行等效處理，操作方便，其處理方法對(duì)各類(lèi)車(chē)輛檢測(cè)器在SCATS系統(tǒng)中替代環(huán)形線(xiàn)圈的使用具有參考作用。

參考文獻(xiàn)

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Solution to SCATS Signal M achine Using Geomagnetic Vehicle Detector

Shi Yinghua
（Traffic Police of The Shanghai Police Bureau， Pudong Branch， Shanghai 201135， China）

Abstract:This paper presents a solution to replace the detecting loop w ith the geomagnetic vehicle detector. Based on the output characteristic of the loop‘s occupation time in Shanghai traffic control system， the solution treats the geomagnetic detector w ith the equivalent treatment， makes the output as the same or be similar to the loop‘s characteristic. And the both detectors have the same output interface of the solution， so then can be interchanged easily. The solution has the guiding meaning to use the other dectectors. Key words: Detecting Loop； Geomagnetic Vehicle Detector； Output Characteristic； Output Interface

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-757X（2016）05-0077-04

作者簡(jiǎn)介：石英華（1982-），上海市公安局浦東分局交通警察支隊(duì)，同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，碩士，研究方向：智能交通，上海，201135