移动物体的超声波测量

　　目前已有的车流检测器主要有两大类：一类是利用埋入道路下面的线圈检测车流信息，另一类是利用超声波检测车流信息，这些检测器耐用性差，检测精度也难于达到要求。针对这种情况，研制了多探头超声波车流检测系统。该系统采用了多探头结构的间断脉冲回波检测方式，可用于检测行使中的机动车的车速、车长、大中小分型以及大中小分型累计车流量、车队长度、车流密度、红灯时路口的等车队长度等信息，这些都是交通流量的调查统计及路口交通信号的自动控制以及各种与机动车辆经过或到达有关的自动控制系统，如路、桥自动收费系统等所需要的重要参数。系统结构如所示。目前，在交通车辆信息检测中，有些使用了超声波检测，但现有的超声波检测设备普遍存在的问题就是信号不稳」接收信号一地址镀存程序存储器数实时钟电路定，因而测量误差较大。在研制的“多探头超声波车流检测器”中采用了多种抗干扰技术，较好地解决了这个问题D 2多探头超声波车流检测器的特点bookmark2系统由信息融合单元和信息检测单元组成，信息融合单元包括CPU、存储器、实时钟、光电耦合、看门狗及键盘、显示、通讯接口，它完成超声波发射及被测物反射信号的接收、放大、滤波、整形及模糊识别、信息融合等综合处理，处理结果存入数据库，并随时显示各种数据；信息检测单元由振荡、分时、发射、时基控制、信号接收、放大、滤波、整形等部分组成，它接受信息融合单元的控制并将接收的回波信号做初步处理后转换成所需的信号提供给信息融合单元组成。

　　该检测系统有以下几个突出特点。

　　（1）检测单元设计为多探头结构。多个探头相互之间有一定距离和交织发射角度，对准同一个被测物体的反射面，同步发射同一频率的探测波，并分别接收同一被测物体的反射面反射回的回波信号，或一部分探头发射而另一部分探头接收；包含有这种多探头结构的检测单元以各探头中早收到的那个回波信号为本检测单元的检测信号；这种包含有多探头结构的检测单元，可以使检测范围内的每一个固定点上反射面的可测方位个数较单探头结构的检测单元有所增加。如所示，具有双探头结构的检测单元在检测范围空间内每一点上都能检测到A，B，C三个方位反射面的反射波，从而使在检测范围内每一点上被测物体反射面的可检测方位个数较单探头结构的检测单元增多三倍，大大降低了回波漏检率。这种包含有多个探头和多探头结构的检测单元的多个探头相互之间有一定距离和交织发射角度，对准同一个被测物体的反射面，可以是对称的，也可以是不对称的。有时采用不对称多探头结构比采用对称多探头结构更能增加检测范围内的每一个固定点上反射面的可测方位个数。

　　用一个行走中的微型平顶面包车所做（设车长为4m）。由表1可知，在这个范围内，车辆表1车辆速度数据车辆速度/kmh，车辆本身通过所需周期数车辆间距/m车辆间距所需周期数本身通过探头至少需要4个检测周期，而车辆通过两车之间隔至少需要60个检测周期，实际测试结果与表中的理论推导值相同。在信息处理过程中，利用车辆反射的回波信号可以计算车辆的高度，从而进行车辆分型；利用地面反射的回波信号来记录车辆首尾的通过时间，从而进行车辆记数。在忽略干扰信号的理想状态下，检测单元的探头应只能接收到车辆反射回波和地面反射回波，信号波形将是整整齐齐的一段车辆信号脉冲串，一段地面信号脉冲串；但实际上，由于环境因素，不论是车辆信号脉冲串还是地面信号脉冲串，都有可能受到干扰，正确的信号脉冲可能接收不到，也可能出现相移。为了克服干扰产生的误判，采用了这样的模糊识别原则：车辆反射面不可能突变，而地面更是相对平整，若在某一脉冲串中缺少几个脉冲或出现脉冲相移，则必定是干扰所致，在程序中则将几个相临的脉冲作为一组，以前一个判断结果为依据，结合本脉冲串中数量多的那种脉冲进行判断得出正确结果，例如若前一组脉冲串的判断结果是车辆间距，则本组脉冲串一定是车辆之车长，反之亦然。这样就可以有效地排除干扰。

　　信号触发锁定和时基控制电路。信号触发锁定电路由每个检测周期中早收到的那个回波信号触发，并将信号保持到本检测周期结束，而由时基控制电路使该信号终止。这就有效保证了多探头结构的检测单元能够有效地实现以各探头中早收到的那个回波信号为本检测单元检测信号，也能有效保证接有多个检测单元的系统不致因有数个检测单元同时检测到信号造成信息丢失。时基控制电路有三个基本控制作用：①使各级放大器在超声波发射和测量盲区不再放大；②使比较器的门槛电压适当提高，从而有效地滤除干扰信号；③使信号触发锁定电路在每一周期的超声波发射期间和测量盲区期间恢复复位状态，并保持至接收到个回波信号为止，从而使系统保持良好的工作状态，有效提高信噪比。

　　在系统初始化阶段可利用路面反射的回波信号自动标定检测单元高度；还可由按键设定测速用的两个检测单元之间的距离。通常视超声波为一个常数，用其乘以各检测单元测得的路面反射回波到达时间即可标定各检测单元的架设高度。系统的这一特点的意义是非常明显的，它可以大大提高系统的批量生产能力，降低生产成本。因为系统的各检测单元都是架设在路面上空，有的还可能与路面上空其它标志共同使用同一个架设横杆，故其架设高度不可能完全一致。如若不能自动标定各检测单元的架设高度，则势必要根据不同的高度设计生产特定的产品，否则必将造成车高测量误差或限制产品的使用范围。同理，设定测速用的两个检测单元之间的长度，可以使安装简单方便，尽可能利用原有的架设横杆，节省人力物力，降低生产成本。

　　在信息融合单元的控制下，由各检测单元竖直向下周期性地间断发射一个个超声波束，超声波束发射必须保证在路面与检测单元之间无任何遮挡物时能由检测单元检测出经路面反射的回波；系统每在下一次发射超声波之前能根据检测到的回波到达时间确认本周期内有无收到路面反射的回波信号，系统根据有无路面回波信号确认并在存储器中记录在路面与检测单元之间有无遮挡物，再由信息融合单元按融合方案和模糊识别技术确认所测遮挡物是否为机动车。

　　可通过计算获得机动车车速、车长、车辆大中小分型等复合信息。①运动物体的速度；②运动物体的长度；③根据运动物体速度和长度，判断是否为机动车。

　　根据遮挡物的高度和长度，与信息融合单元中预存的机动车特征数相比较即可进行机动车大中小分型，亦可融合机动车的分型累计车流量、行进中的车队长度以及路口红灯时的等车队长度。

　　检测车速、车长、车辆大中小分型和分型累计年息检测单元设在路口上游一定的距离处，并把路口红灯信号起始时间告知本检测器，使其根据所测车速，估算红灯信号起始时的可能受阻车辆数及累计后续到达车辆数，从而得出红灯时路口等车队长度。

　　系统信息融合单元可累计机动车通过的数量作为本车道的累计车流量；可把有车时间与无车时间相比得出本车道的车流密度；可把相临车头距离小于给定值的一队机动车视为一个车队，并计算其时间长度、空间长度或总车辆数。该单元可连接多个车道上的多个检测单元，融合记录各车道、各方向的机动车车流量、车流密度、车队长度。

　　数据库和通讯接口电路。数据库可以存储近一个时期内分时段累计的超声波车流检测数据，如一日内每15分钟的分型车流量，一周内每天的车流量，一年内每月的车流量。数据库中不同时期的时间分段格式可根据实际需要通过按键人工设置或修改，比如也可改为累计一日内每小时的分型车流量。

　　通讯接口电路则可在任意时刻把数据库内的数据信息打包送给其他微机、上位机或与微机联网传送实时检测信息。使用组合序列功能键还可慎重地清除数据库：前期按动的“清零”键，可使系统的LED显示组合显示若在一定时间内再次按动组合“清零”键，则系统所有检测数据将被清除；而若再次按3结束语总之，系统检测单元悬挂在车道上方一定高度处，能够随道路拓宽或车道渠划变更而自由移动架设位置，特别经济实用，对经济可能拓宽道路或变更车道渠划的发展中的城市和经常可能自由移动各检测单元架设位置的科学研究尤其适用，可广泛用于交通调查、交通管理、交通信号控制以及路桥收费系统等与车辆经过或到达有关的控制系统，或组成理想的交通流量检测系统。因而具有测量精度高、分型准确、安全可靠、结构简单、安装方便、维修容易、成本低、耗电少的优点。

　　张晓峰等。超声波车辆检测中的抗干扰技术。电子技术应段里仁。城市交通自动控制。中国人民大学出版社，1991.