高速路出入口车辆检测统计系统

功能概述：
我国的高速公路发展比西方发达国家晚近半个世纪的时间，从80年代末开始起步，到2004年年底已经超过3万公里。

根据交通部最新公布的《国家高速公路网规划》，从2005年起到2030年，国家将斥资两万亿元，新建5.1万公里高速公路，使我国高速公路里程达到8.5万公里。

随着我国经济水平的提高，高速公路在人们生活中扮演者越来越重要的角色，然而各种违章现象对驾驶者的生命安全造成了极大威胁，同时也对高速公路的使用寿命造成了危害。

这其中又以超速和超重最为严重，为此，我们设想一套设备，能够记录车辆信息及车速车重数据，以便进行道路管理并为未来的道路系统设计提供样本数据。

该系统设置在高速进出入口和收费站，主要功能是记录车辆数据信息，如车牌号，进入/出去街道（高速）时间，瞬时速度，车重等。

为了达到这一目标，需要使用的设备主要有摄像头，压力传感器，速度测量装置等。

除此之外还应该设计一个完整工作链条，以便达到数据自动采集，分析乃至超标数据报警的联动功能。

经过思考讨论，我们将整个系统分为以下几个功能模块：
车牌记录模块：该模块功能在于记录车辆车牌号，外形特征，即对车辆进行身份认证。

测速模块：测量车辆行驶速度。

车重测量模块：测量整车重量并记录。

系统协调模块:功能之一为协调各个模块的工作行为，控制系统工作状态，检查系统故障并报错；功能之二为将以上个模块的数据整理为一个数据单元，并进行数据处理，对违章车辆进行记录上报。

车牌记录模块：
本模块产生作用的是一个告诉摄像机，用以拍下高速运动物体的图像，其主要作用有如下几点：
1、车辆捕获
采用视频触发方式，能按用户需求对监测车头或车尾进行调整；监测被检测车道的过往机动车辆，通过智能算法抓拍机动车的头部或尾部图片，用于车牌照及车标信息的识别，检测区域的宽度完全能够满足覆盖被检测车道和检测断面的宽度要求。

2、图像记录
在车辆通过时，机动车辆牌号自动识别监控摄像机系统能准确拍摄车辆特征图像,并将图像存储到磁盘相应目录下，车辆通过的信息写入相关数据库，并在图像中标明车辆通行数据，如时间、地点、车速、方向等情况。

3、号牌识别
系统从视频流中判断出车辆，并对车辆进行识别，从中判断出车辆全部特征，包括车辆行驶方向、经过时间、地点、车速、车身颜色、车辆类型、车牌号码等，并根据所拍摄的车辆特征图片进行车辆号码和车牌颜色自动识别。

4、远程控制
系统具备网络接入功能，可以通过网络访问智能视频服务器，能通过网络实现数据传输、远程访问和进行远程系统维护。

5、故障容错和报警
在视频处理计算机中配备专门的设备管理程序，能够准确反映各部件运行状况和计算机资源占用情况。

当设备出现故障时能自动报警，将报警信息按照上传到数据库，并显示故障类型。

同时，数据库中对检测方式有标记，设立日志文件，详细记录程序运行情况。

6、系统安全性处理
系统操作人员较多，包括：数据录入人员、高层管理人员、系统维护人员等。

为了保证系统的安全性，在设计上为以上人员进行分级，规定了各自的操作“身份”，每个“身份”都只能有相应的权限，不允许任何越级操作。

7、自动日志记录
记录系统设备运行情况和操作员登陆情况。

测速模块：24GHz雷达传感器
简介：它能通过发射与接收频率为RFbeam
24GHz雷达传感器RFbeam 24GHz雷达传感
器24.125GHz左右的微波来感应物体的存
在，运动速度，静止距离，物体所处角度等，采用平面微带天线技术，具有体积小.集成化程度高.感应灵敏等特点。

24GHz雷达传感器是一种可以将微波回波信号转换为一种电信号的装换装置，是雷达测速仪，水位计，汽车ACC辅助巡航系统，自动门感应器等的核心芯片。

原理：
一：CW多普勒雷达传感器
将24GHz选为发射频率，利用发送与接收信号的频率差，通过公式计算出物体运动的速度。

经过参考信号与回波信号的混频，双通道传感器输出两个频率幅度相同，相位差为90°的中频信号IF1和IF2,根据90°相位引导的信号类型，24GHZ雷达传感器24GHZ雷达传感器识别物体的运动方向（远离或靠近）
二：FMCW 雷达传感器
如果要测量一个参数【距离】，如静态物体到传感器的距离，那么选用线性升坡或降坡作为发射频率的时间相关函数就足够了，并定期重复
这些坡，以期得到可能的平均值。

根据延迟效应
的计算公式可以得到物体的距离。

在通过红外感应模块接收到车辆驶入信号时
雷达感应器便开始工作，发出一束电磁波，该电
磁波碰到行驶车辆时反弹并被雷达感应器接受，
同时雷达感应器接收到相关电磁信号并通过相
关电路运算得到反射新号频率，利用多普勒效应
（Doppler Effect）原理：当目标向雷达天线靠
近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，
当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发
射机频率。

如此即可借由频率的改变数值，计算
出目标与雷达的相对速度。

下图即为一些现有应用的雷达测速模块。

车重测量模块：压力传感器
简介：压力传感器是使用最为广泛的一种传感器。

传统的平膜压变平膜压变压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，但这种结构
尺寸大、质量重，不能提供电学输出。

随着半导体技术的发展，半导体压力传感器也应运而生。

其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。

特别是随着MEMS技术的发展，半导体传感器向着微型化发展，而且其功耗小、可靠性高。

原理：金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。

金属导体的电阻值可用下式表示：
R=ρ
式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω· /m） S——导体的截面
积（cm2 ） L——导体的长度（m）
我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和
截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发
生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。

当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。

只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情。

故当车辆通过时，随着车前轮到整个车身行驶到压力感应部位时，通过相关电路会产生一系列的电压值变化，经过转化可以转化为相对应的压力数据，采用相关采集软件进行采集取得该数值曲线中的顶点值即为所测的车辆的重力，进而换算为车辆自重。

系统协调模块:红外线传感器
简介：红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。

光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。

检测元件按工作原理可分为热敏检测元件
和光电检测元件。

热敏元件应用最多的是热敏电阻。

热敏电
阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化（这种变化可
能是变大也可能是变小，因为热敏电阻可分为正温度系数热
敏电阻和负温度系数热敏电阻），通过转换电路变成电信号输
出。

光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化
铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料
制成。

原理：将红外辐射能转换成电能的光敏元件称为红外传感器，也常称为红外探测器。

红外传感器是利用物体产生红外辐射的特性，实现自动检测的传感器。

在物理学中，我们已经知道可见光、不可见光、红外光及无线电等都是电磁波，其中红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。

任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。

红外传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。

红外光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。

它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路，如图3所示：
图3红外光电传感器组成
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

三角反射板是结构牢固的发射装置。

它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。

它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射
后，还是从这根反射线返回。

如图所示，当红外光电传感
器接收到红外信号时，光电开
关闭合从而短路照车牌摄像
机使其不工作；在红外接收器
感应不到信号的时候，光电开
关断开，测速模块，车牌记录
模块开始工作。

前景分析：
我国当前在高速公路监测系统领域内的技术还不成熟，而测重系统的发展又远远不如测速系统。

因而这一套设备可以弥补目前市场上缺乏测速侧重报错一体系统设备短缺的问题，将来会拥有比较良好的市场前景。

该系统处于设想阶段，主要原因有两个，一个是测重技术的局限性，目前我国在动态测量车重技术方面还不成熟，只能在交警目测超重情况下进行指定车辆的超重检测，无法做到车车实时动态检测。

另一方面，搭建这样一个系统无疑需要一笔较大前期投入和长期维护费用。

当下，我国高速公路系统还没有发展到这个阶段。

此外，这套系统如若能在人机交互方面做出一些改进，比如与道路管理部门联网，向违章车辆发送违章信息，一定会具有更好的用户体验和市场前景。