摘 要：随着城市交通的不断发展，对智能交通系统的需求也日益增加。电子警察系统的应用可以提高机动车驾驶员的自觉性，增强安全意识，保证道路畅通。基于对电子警察系统的研究，报告了电子警察系统的现状，介绍了电子警察系统的构成和功能，详细介绍了环型线圈检测器的工作原理及其在电子警察系统中的应用，说明环型线圈检测器的工作过程以及在工作过程中应注意的问题，对电子警察系统的应用有一定的指导意义。
关键词：智能交通系统; 电子警察; 车辆检测器; 环型线圈
中图分类号：TP29 文献标识码：B
文章编号：1004373X(2008)0118403
Application of Circle Loop Vehicle Detector in the System of Electronic Police
MA Ying1,WANG Yu1,JIANG Kun1,ZHANG Zhiyuan2
(1.School of Information Engineering,Wuhan University of Technology，Wuhan,430072,China,
2.Wuhan Skyhign Electronic System Engineering Corporation,Wuhan,430072,China)
Abstract：With the development of urban transportation,the demand of Intelligent Transportation System (ITS) becomes high increasingly.With the use of electronic police,the driver′s self-conscious and safe conscious are improved,and the rode unclogged are guarantee.The compositions and the functions of the electronic police are introduced in the paper.The work principle circle loop detect which is used in the system of electronic police is vital introduced.The work process of the circle loop detect and what problems we should pay attention in the work process are also explained.There is a guiding significance to the electronic police.
Keywords：intelligent transportation system;electronic police;vehicle detector;circle loop
1 引 言
随着城市交通的迅速发展，道路机动车流量急剧增加，使得交通管理面临着新的挑战。 由于一些驾驶员交通法律意识淡薄，为达目的闯红灯行驶，特别是在无交通警察值守的夜间，问题更为严重。国内外对此问题均很重视，积极开发闯红灯违章自动监控系统。闯红灯违章自动监控系统(即电子警察系统)安装于城市交通路口，24小时全天候对闯红灯的机动车辆进行自动识别与抓拍，并对闯红灯违法车辆进行记录。公安交通管理部门以抓拍的违章照片为依据，对违章者进行处罚和教育，可以大大提高机动车驾驶员的自觉性，增强安全意识，保证道路畅通。该系统的社会效益非常明显，他所形成强大的威慑力，促使广大驾驶员不敢随意违法，从而既保障了交通安全，又减轻了民警的劳动强度。
在国外，智能交通系统的发展以美日欧为代表，有很好的发展势头。我国在电子警察系统实施方面，虽然较国外起步晚，但发展迅速。目前，无论在发达国家，还是在发展中国家，为了解决城市交通管理问题，都在建设自己的电子警察系统[1,2]。
2 电子警察系统构成和功能
2.1 系统构成
电子警察系统由指挥中心管理部分、通信网络部分和路口控制部分3部分组成来实施，建立以指挥中心为核心，从路口到处罚中心为基础，并以有线和无线通信相结合的立体网络数据交换体系。
2.2 系统功能
(1) 指挥中心管理部分主要实现对路口设备、网络的监控和抓拍图像、数据的处理，并充分考虑与现有电子警察管理软件系统的接口兼容问题；
(2) 通信网络部分实现路口控制部分和指挥中心管理部分的数据和图像信息的传输。如果目前不具备网络传输条件，则可暂时使用活动硬盘传输数据。
(3) 路口控制部分通过视频摄像机抓拍机动车辆违章闯红灯的图像信息，并将图片信息传送回中心管理部分。
3 系统所采用的关键技术
3.1 交通检测器的分类
车辆检测器根据其工作原理可分为4类[3-7]：
机械压电检测器 机械压电检测器的优势在于他可以动态称重，可以检测到车辆对检测器的机械作用。
磁频检测器 磁频检测器(如环形线圈检测器)可以被动地测量到车辆的磁场或磁性介质的空间分布。
波频检测器 利用红外线、超声波或雷达波主动探测车速或车的外形特征。
视频检测器 利用车辆的光学特性测量交通参数。
按基本功能可概括为两大类：一类为检测车辆存在的存在型检测器；另一类为检测车辆通过的通过型检测器。任何交通检测器至少应具有上述两个基本功能之一。有些检测器只能检测静态的存在或动态的通过中的一种；有些则既能检测静态的存在，又能检测动态的通过，称为复合型检测器[8]。
3.2 环形线圈检测器
环形线圈检测器是传统的交通流检测器，是目前世界上应用最广泛的检测设备。他的主要特点是工作稳定、检测精度高。他由3部分组成：埋设在路面下的环形线圈传感器、信号检测处理单元(包括检测信号放大单元、数据处理单元和通信接口) 及馈线。
环型线圈检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，他的传感器是一个埋在路面下，通有一定工作电流的环形线圈(一般为2 m×2 m)。在环型线圈检测器电路中，环形线圈是此电路的电感元件,电容则决定于检测单元中的电容器。当电流通过环形线圈时，在其周围形成一个电磁场，当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上时，车辆自身铁质切割磁通线，将导致环形线圈回路电感量的变化，线圈电感量的变化，引起车辆检测器的LC振荡电路的振荡频率和相位相应也发生变化。因此，检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在。
因为电感量的变化表现为频率的变化和相位的变化，所以，检测这个电感变化量一般来说有两种方式：一种是利用相位锁存器和鉴相器，对相位的变化进行检测，另一种方式则是利用由环形地埋线圈构成回路的涡合电路对其振荡频率进行检测。
第一种方法是采用锁相环技术和双振荡器方案[7]，即采用两个振荡器结构，主振荡器作为基准振荡器，通过锁相环技术提供稳定的基准电压，从而使振荡器反应车辆通过的信息。环形线圈通过馈线与检测器的变压器相连，在电路工作时，环形线圈周围就有主振频率电流通过，并在环的周围建立交变电磁场。在电路中还有一个由晶振产生的频率稳定的参考信号，把主振荡器的信号和参考信号一同送入鉴相器中，当主振信号与参考信号的频率不同时，鉴相器就会输出控制电压。因此，可以调整主振荡器的工作频率，使之逐步与参考信号的频率相一致，最后完全锁定在参考频率上。当有车辆通过环形线圈时，由于环的电感量的变化，使主振荡器的工作频率就有了变化的趋势，但在锁相环的作用下，主振频率仍然保持了与参考信号频率一致。此时，鉴相器的输出电压发生了变化，并且使从振频率也发生了变化。用单片机连续采集从振频率的信号，并计算他的工作频率，当从振频率的值大于一定的门槛值时，就可以判断出有车辆经过环形线圈。
第二种方法是对整个回路的振荡频率进行检测[3,9]。
该检测器的工作原理是检测单元同环形线圈与馈线线路组成一个耦合电路，当电流通过环形线圈时，在其周围形成一个电磁场。在正常情况下，在机动车辆没处在环形地埋线圈所在位置的时候，耦合电路振荡频率保持恒定，单片机在单位时间段测得的脉冲个数基本保持不变，当机动车辆经过环形地埋线圈所在位置时，在金属车体中感应出涡流电流,涡流电流又产生与环路相藕但方向相反的电磁场，即互感。由此导致涡合电路振荡频率的变化，使得单片机在单位时间段测得的脉冲个数也相应变化，只要检测到此变化的信号，就可检测出是否有车辆通过。但是机动车自身铁质是不均匀的，所以当他经过环形地埋线圈时单片机在单位时间段测得的脉冲个数又是变化的，因此软件设计可采用阈值比较法[10]。
4 环型线圈车辆检测器在电子警察系统中的应用
4.1 闯红灯抓拍工作原理
前面讲了环型线圈车辆检测器的工作原理，车辆(金属物体)经过埋设在路面的环形线圈时，将导致环形线圈的磁通量的变化，磁通量的变化又导致线圈的电感值变化。电感值的变化，使得车辆检测器的LC振荡电路变化。车检器通过精确检测LC振荡电路变化可以准确判断是否有车辆经过。一旦检测到车辆进出线圈，车辆检测器就会给控制器输出相应信号。
控制器同时和车检器、红绿灯信号相连。红绿灯信号通过光耦隔离转换成5 V电平输入。控制器时刻监控车检器给出的车辆进出情况和红绿灯信号的状态，一旦有闯红灯的车辆出现，控制器就会给工控机的并口输出信号。
4.2 环型线圈车辆检测器工作流程
(1) 无违法事件时，系统持续判断是否有车辆通过检测区域并监测信号灯状态。
(2) 红灯亮且有车辆通过时
① 车辆进入线圈1，系统开始监控，如果在此红灯周期内，此车辆并未继续前进，只是停在线圈1上而并未离开，则系统会判定车辆没有违法；
② 如果在此红灯周期内该车辆继续前进，当车辆离开线圈1车身压在停车线上时，系统判定违法事件发生，发出控制指令拍摄第1张过程视频照片。
③ 当车辆进入线圈2时，拍摄第2张违法过程视频照片，同时抓拍违法细节照片。系统记录车辆离开时刻，并启动违法过程录像功能，将车辆越过停车线前2 s，后3 s总共5 s时间段内的视频流进行数字压缩，以录像资料文件形式保存，可以动态完整地再现车辆违法的全过程，进一步减少争议。
④ 车辆离开线圈2时，摄像机抓拍第3张违法过程照片，从而形成完整的3张过程照片，包括车辆压到停车线、离开停车线、继续前进等3个不同位置的状态。
至此，电子警察系统获得了关于此次违法事件的所有图像证据，包括了3张违法过程视频照片，1张细节照片。
如果从相邻方向左转车辆和对向车辆触发线圈，由于是先触发线圈2再触发线圈1，系统可以判断不是违法车辆以避免误拍。
4.3 工作过程中需要注意的几个问题
(1) 当两个车道同时都有机动车闯红灯，前景摄像机要同时记录两个车道上机动车的违法行为，利用多线程技术，按照触发线圈时间的先后，建立不同的两个线程。每个线程单独控制全景摄像机完成视频图片的拍摄和违法过程的录像。
(2) 特写摄像机的触发拍摄方式：由于每台特写摄像机对应一个车道，每个车道都有自己对应的红灯信号灯状态，假设车道A对应的红灯信号灯红灯亮时记为状态1，其他则为0；机动车经过线圈1时，触发状态1，其他则为0；同理得到线圈2的状态。下面用一个数字逻辑表(表1)来说明[11]。
表1 数字逻辑表示例
5 结 语
环形线圈车辆检测器是目前国际上最通用、使用范围最广的车辆检测器,他以技术成熟、易于掌握、计数准确等优点成为最流行的车辆检测器。环形线圈检测器可测参数较多，其感应灵敏度可调，使用的适应性较大，安装不太复杂，所以在国内外得到广泛的应用。他的缺点是线圈跟随路面变形(沉降、裂缝、搓移等)，因此其使用效果及寿命受路面质量的影响甚大，路面质量较差时，一般寿命仅2 年。另外环境的变化和环形线圈的正常老化对检测器的工作性有较大的影响，可使检测器材谐振回路失谐而不能判断车辆存在产生的频率变化。因此，人工调谐的环形线圈检测器要定期进行手工调整，以便保持仪器的精度。
参 考 文 献
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注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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