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中國交通采集技術發展曆史與現狀

2019年12月26日

1.前言

在2014年8月份北京道路交通安全展覽上,一些交通信號控製行業廠家問到我,想了解地磁車輛檢測器產品的技術和市場情況,對地磁車輛檢測器的使用存有比較多的疑問。於是我連同Tranbbs市場研究部的同事,從最終用戶、設計院、研究所、集成商、產品商等幾個方向對這一產品的使用狀況進行了調研。帶著用戶眾多的疑問,以懷疑的眼光去調研產品的適用性,發現造成目前最終用戶“遠離或觀望”地磁車輛檢測器的主要原因一個是:在產品不成熟時過快的隨著物聯網的火熱進行了市場推廣,安裝了大量的目前看存在缺陷的產品;另外一個原因是停車應用場景中,產品技術成本和客戶成本意願沒有形成平衡,以至於一些低端產品被使用,有了諸多失敗案例。

 

智能交通技術框架主要包括交通采集、信息傳輸、信息處理和信息發布四個部分,交通采集技術是智能交通發展的重要的共性基礎技術。根據公安部交通管理研究所統計,“十一五”期間,交通流信息固定采集點由1.6萬個增加到7.3萬個,交通監控點由9250個增加到5.1萬個。根據Tranbbs市場研究成果,2014年與2010年城市智能交通整體市場規模將會翻倍增長,因此初步預測交通流固定采集點也將會有翻倍的增長,達到15萬個點左右。

 

從技術類型上來劃分,目前市場中比較常見的交通采集技術包括磁頻的車輛檢測技術、射頻的車輛檢測技術、視頻的車輛檢測技術、波頻的車輛檢測技術、移動型交通數據采集技術等,有的技術類型中又包括幾種采集方式。歸納起來目前市場中常用的交通采集方式主要有線圈、視頻、地磁、超聲波、雷達、紅外線、手機移動終端、浮動車、激光等。

 

2. 主要交通采集技術的發展曆程

2.1 感應線圈

1928年,出現了世界上第一台公認的車輛檢測器,安裝於道路附近的麥克風,需要通過的司機鳴笛來觸發設備以檢測車輛的經過。這種檢測器主要應用於十字路口的信號控製。同一時期,開始使用的另一設備是壓感的車輛檢測器。直到20世紀60年代,感應線圈被用作為車輛檢測器,成為到目前為止使用最廣泛的檢測係統。

 

2.2 視頻

視頻交通檢測最初由美國加州在1976年提出,國外早在70年代已經開始視覺提取交通參數研究。20世紀90年代起進入商業化階段。國內從20世紀90年代開始視頻車輛檢測技術的研究。

我國智能交通市場最早是使用國外進口產品,主要廠家包括比利時的Traficon、美國ISS公司的autoscope、法國Citilog公司,這些企業仍然活躍在國內市場。國內生產企業主要有成都威路特和動視元等。

 

2.3 地磁

2003年,美國先思有限公司(SENSYS)成立,該公司是全球領先的無線流量檢測和綜合交通數據係統供應商。2008-2010三年間公司流量采集產品市場得到快速發展,三年同比增長3000%。

我國最早使用地磁車輛檢測產品是2007年左右的北京快速路二期出入口信號控製項目,大約安裝有700個點位左右,由上海中交智能係統工程有限公司提供產品(原技術屬秦皇島保全電子研究所,後通過資本運作獲得該項技術產品)。當時的產品外形是圓柱體,每兩個為一組。該產品比較多的應用在電子警察、卡口、流量采集和信號控製場景中。2009年前後,國內幾家地磁廠商從眾多參與者中脫穎而出,包括無錫感知技術有限公司、邁銳數據(北京)有限公司、天津市順通電子有限公司陸續推出地磁車輛檢測器產品。

 

2.4 雷達

從1991年起,RTMS(遠程交通微波檢測器)開始在北美、歐洲和亞洲廣泛應用,應用到路口控製係統、高速公路事故檢測係統和流量統計中。國內市場中,中國航空技術國際工程公司在開展對外工程承包中,開發引進了RTMS,並對RTMS全套設置和分析軟件進行了漢華和配套工作,在2002-2003年北京市二、三環改造過程中得到安裝使用。

目前在我國智能交通市場活躍的雷達產品廠商主要有美國Wavetronix、RTMS、奧利維亞Olvia、Smartsensor;國內廠商主要有大華、藍盾光電子、川速微波、合肥文康、上海慧昌等。

 

3. 各種車輛檢測器的比較

在眾多的交通采集技術中,並沒有哪種技術能適用各種交通環境,各自都存在有點和缺點。

 

車輛檢測技術

主要檢測指標

主要特點

應用場景

優點

缺點

線圈

n車速

n車長

n車流量

n占有率

n行車時距

n行車方向

n精度高

n技術成熟

n易於掌握

n大小可調整,不受安裝空間限製

n成本較低

n環境適應能力強

n檢測數據全麵

n功耗低

n需封閉車道進行安裝

n需破路施工

n損壞不易迅速恢複

n維護成本大

n動態交通信息采集

n卡口

n闖紅燈、超速等違法抓拍

n停車場

n交通信號控製

視頻

n車速

n車長

n車流量

n占有率

n車牌號

n停車情況

n交通堵塞情況

n等候車隊長度

n檢測地點易於改變,

n安裝方便

n可一次檢測較大區域

n檢測數據種類多

n軟件控製,便於升級

n車輛互相遮擋漏檢

n受天氣、積水、亮度影響大

n動態交通信息采集

n卡口

n闖紅燈、超速等違法抓拍

n交通信號控製

n交通安全

地磁

n車速

n車長

n車流量

n占有率

n行車時距

n行車方向

n停車情況

n交通堵塞情況

n等候車隊長度

n檢測精度高

n使用壽命長

n環境適應能力強

n成本較低

n需封閉車道進行安裝

n動態交通信息采集

n卡口

n闖紅燈、超速等違法抓拍

n交通信號控製

n停車場

雷達

n車流量

n車速

n占有率

n路側檢測

n環境適應能力強

n一台設備可同時檢測幾條車道

n能測到靜止車輛

n需有經驗的人員建設與維護

n動態交通信息采集

n道路測速

n卡口抓拍

 

4.地磁傳感器技術介紹

地磁傳感器在中國主要是隨著物聯網的發展得到廣泛應用,近幾年發展比較快。由於早期產品在並不成熟的情況下就被過快的進行了市場推廣,因此目前智能交通行業對地磁傳感器產品的使用存在比較多的疑慮。

地磁傳感器技術原理是利用車輛本身含有鐵質物質,駛過檢測區域,會影響區域的地球磁力曲線發生變化,傳感器就能夠靈敏感知到磁力的變化,並收集相關數據。

一套基本的地磁車輛傳感器產品主要包括車輛檢測器、車輛中繼器、車輛控製器三個部分。目前市場中有產品將傳輸天線內置於車輛檢測器中,但也有部分產品是需要單獨設置天線,外置天線。

車輛檢測器:用於檢測前端磁場的變化,檢測車道車輛的數據;

車輛中繼器:當距離過遠時,需要增加中繼器來增強和轉發無線信號;

車輛控製器:用於接收前端檢測器的數據,管理多個檢測器,能將數據傳輸到數據服務器。

 

地磁傳感器產品技術門檻相對不高,這也是目前市場出現眾多生產廠家的原因之一。但是從產品的檢測精度,使用壽命方麵對比,各廠家技術產品差距還是比較大。就目前市場使用中疑問比較多的問題調研結論:

 

幹擾現象

地磁的幹擾有兩方麵,一是指檢測功能,另外是通信功能。準確度取決於包含靈敏度的多方麵,比如傳感器的優劣、處理原始數據的算法、通信的可靠性。檢測方麵的幹擾調調靈敏度什麼的,幾乎完全可以規避(磁阻傳感)。通信方麵的幹擾有兩種情況,一是脈衝式,偶爾幹擾你一次,這個要靠可靠的通信機製來解決,另外一種是壓製式的幹擾,要調通信通道。目前來看,2.4頻段應用受到的壓製通信幹擾的情況很少。

 

電池使用壽命

在2006年北京快速路出入口信號控製項目中,地磁車輛感應器的電池使用壽命短是項目症結的主要原因之一。當時電池實際使用壽命不超過2年。地磁檢測器電池主要為車輛檢測器的車輛檢測和和中繼器的數據傳輸環節供電,目前市場中主流產品電池壽命理論上可以達到10年,實際使用中,廠家通過無車狀態下的“休眠”等技術,經過實測一線城市流量環境中廠家可以做到保證5年使用。

另外,目前還有一部分廠家的中繼器使用220V的有源電源,但在道路上尋找電源增加了係統正常使用的難度。

 

防水防塵

由於地磁檢測產品都安裝在地表之下,因此產品防水防塵就是一個關乎產品質量的關鍵問題。通過防塵防水的測試靠產品外殼就可以實現,但是實際的應用環境比測試環境更惡。,大量的車流和重型車輛的反複擠壓,長期可能導致外殼細微形變,從而降低產品的防水防塵效果。

目前市場上有產品采用矽膠進行密封,防水防塵效果更好。這類產品如果要修護隻能進行全部更換,但產品整體性能比較好,整體上使用壽命比較長,維護更換量在接受範圍內。

 

故障自動報警

由於地磁產品電池有使用壽命周期,防水防塵的效果影響產品的正常使用,因此電池電量的監測和故障自動報警就顯得十分重要。

目前市場上地磁車輛檢測器產品有數據處理、分析和係統監測平台的廠家不多,這也是地磁產品未來提升完善的空間。

 

5. 交通信號控製場景中地磁、雷達和視頻技術的選擇

配合交叉口交通信號控製係統的交通流量采集除了目前廣泛使用,但已被認為弊端比較多的環形線圈檢測技術外,地磁、雷達和視頻技術是目前比較多的被提出的取代技術。

 

視頻技術交通流量檢測與交通信號控製係統聯動,技術方案比較成熟。一台500萬攝像機負責一個斷麵,按照三條車道計算配備三台補光燈,合計成本大約在18000元(僅指產品,不含施工安裝費,下同),從成本角度考慮,在車道比較多的路口適用性更好。雖然目前業內不少的視頻類產品生產企業都有這種解決方案,但視頻也存在受環境影響比較明顯的不足,從市場實際使用量來說還不多。

 

雷達技術交通流量檢測與交通信號控製係統聯動,在合肥、蘇州、廣州等地都有應用。雷達產品一個斷麵國內品牌大約在10000元左右,一個點位的雷達檢測產品至少覆蓋3-5條車道可以保證檢測精度。雷達流量采集有車輛互相遮擋和低速狀態下檢測不準確的弊端,市場實際使用量來說也不多。

 

地磁技術交通流量檢測與交通信號控製係統聯動,近兩年逐漸受到業界關注,項目整體投入低於雷達和視頻技術。地磁檢測器產品行業各企業技術水平參差不齊,造成使用壽命短、準確率不高的問題比較多的困擾用戶。根據Tranbbs測算,2013年用於新建交通信號路口的地磁車輛檢測器產品,大約占到新建交通信號控製路口總數的10-15%,使用量逐年增大。

 

任何一項新技術在成熟應用之前,都需要經過一個辯證發展的過程。地磁技術一樣如此。站在行業的角度,我們更希望看到地磁產品供應商以負責的態度、嚴謹的技術、及時的服務,為智能交通行業提供方便、可靠的檢測方式。

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