基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法，包括以下步骤：S1、在选定道路的每个车道上沿车道纵向铺设光栅阵列传感光纤；S2、将光栅阵列传感光纤感知的路面分成多个路面单元，一个路面单元对应一个光栅传感单元，光栅传感单元纵向间距不超过5m，对每个光栅传感单元进行编码，建立路面单元与光栅传感单元之间的对应关系；S3、车辆经过时，光栅传感单元采集车辆作用于路面单元产生的振动信号；S4、对提取的振动信号进行解析，基于光栅传感单元与路面单元关系的编码对应信息，解析每个路面单元是否有车、所占有时间戳，并计算道路交通流参数，包含流量、速度、密度等信息。密度等信息。密度等信息。

【技术实现步骤摘要】
基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法及系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法及系统。

技术介绍

[0002]车辆行驶在道路上时，其运行状态随道路条件，环境条件等因素而不断变化。尽管这种变化很复杂，但具有一定特征性倾向。交通流运行状态的定性、定理特征称为交通流特性，用来描述和反映交通流特性的物理量称为交通流参数。这些交通流参数在道路交通的规划、设计和管理中都具有重要的意义。
[0003]而传统的检测道路交通流参数的方式显然不能满足智慧道路发展的需求。例如地磁线圈仅能检测车辆存在及通过磁感应判断车型；红外线传感器检测和视频检测易受环境干扰；雷达检测成本较高；且上述方法均无法做到道路全域覆盖。一些研究也试图通过多种检测方式融合来实现好的交通流检测效果，但在检测成本、检测精度以及覆盖范围间难以均衡。
[0004]当前，在交通强国背景下，智能交通技术成为研究的热点。而智慧公路结构化交通参数仍然依赖断面感知数据，缺乏全域感知数据，其中路侧端的信息检测存在短板，路侧信息不足在一定程度上限制了智能交通的发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要目的在于针对现有交通流检测方式存在的缺陷，基于大容量、长距离、多参数的光栅阵列传感光纤采集道路车流行驶产生的振动信号，作为信号输入，并通过对信号进行分析处理，转化为道路交通流参数信息，该交通流参数检测方法具有检测成本较低、检测精度高、检测范围广、能获取全时全域的交通流参数等特点。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]提供一种基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、在选定道路的每个车道上沿车道纵向铺设光栅阵列传感光纤；
[0009]S2、将光栅阵列传感光纤感知的路面分成多个路面单元，一个路面单元对应一个光栅传感单元，光栅传感单元纵向间距不超过5m，对每个光栅传感单元进行编码，建立路面单元与光栅传感单元之间的对应关系；
[0010]S3、车辆经过时，光栅传感单元采集车辆作用于路面单元产生的振动信号；
[0011]S4、对提取的振动信号进行解析，基于光栅传感单元与路面单元关系的编码对应信息，解析每个路面单元是否有车、所占有时间戳，并计算道路交通流参数，包含流量、速度、密度和车型比等信息。
[0012]接上述技术方案，每个光栅传感单元的编码包括四部分：
[0013]第一部分为道路编号信息，用于与路网中其它道路进行区分；
[0014]第二部分为光栅传感单元所在车道信息；
[0015]第三部分为编码单元在车道上的次序信息，令起点处光栅传感单元编码为1，车道下游的传感单元编码依次递增；
[0016]第四部分为道路桩号信息，每个光栅传感单元匹配到上游最近的一个精确到米的道路桩号。
[0017]接上述技术方案，步骤S4具体包括：
[0018]同时选取道路的多个断面或区域进行交通量统计，根据是否检测到车辆存在，及存在车辆时对应的时间戳统计单位时间内通过的车辆数，得到车流量信息；
[0019]根据检测到的载荷值信息进行车型判断，进而确定流量中的车型比情况；
[0020]设定空间分辨率，统计选定任意一段或者多段道路区域内的车辆密度信息，根据光栅传感单元编码信息计算选定的道路区域的长度，并获取车道数信息，车辆密度K计算方法为：
[0021][0022]式中，m为振动信号输入统计的车辆存在数，Kα与Kβ分别为选定的道路区域起点和终点处编码单元匹配的道路桩号，Kβ
‑
Kα为选定区域长度，单位为m，λ为该道路单向的车道数，计算得到的车辆密度K的单位为pcu/km；
[0023]基于光栅传感单元采集振动信号的时序信息，计算车辆通过两连续光栅传感单元的车速：
[0024][0025]式中，s为两个连续光栅传感单元的间距，T
O
和T
D
选取的是两连续光栅传感单元首次检测到同一车辆存在的时刻，单位为秒；
[0026]计算道路上选定断面车流的时间平均车速以及区间平均车速信息。
[0027]接上述技术方案，断面车流的时间平均车速计算方法为：
[0028][0029]式中，V
i
为通过计算得到的单位时间内第i辆车通过道路选定断面的车辆的瞬时车速，为选定断面的车辆平均车速；T
Oi
和T
Di
为第i辆车辆通过断面的光栅传感单元与上游相邻光栅传感单元的时刻；n为统计单位时间内通过的车辆数。
[0030]接上述技术方案，区间平均车速计算方法为：
[0031][0032]式中，L为选定道路区间的长度，t
i
为单位时间内第i辆通行的车辆通过道路区间的所用时间。
[0033]本专利技术还提供一种基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的系统，包括：
[0034]路面单元模块，用于将光栅阵列传感光纤感知的路面分成多个路面单元，一个路面单元对应一个光栅传感单元，光栅传感单元纵向间距不超过5m，对每个光栅传感单元进行编码，建立路面单元与光栅传感单元之间的对应关系；光栅阵列传感光纤沿车道纵向铺设在选定道路的每个车道上；
[0035]采集单元，用于在车辆经过时，采集车辆作用于路面单元产生的振动信号；
[0036]解析单元，用于对提取的振动信号进行解析，基于光栅传感单元与路面单元关系的编码对应信息，解析每个路面单元是否有车、所占有时间戳，并计算道路交通流参数，包含流量、速度、密度和车型比。
[0037]接上述技术方案，每个光栅传感单元的编码包括四部分：
[0038]第一部分为道路编号信息，用于与路网中其它道路进行区分；
[0039]第二部分为光栅传感单元所在车道信息；
[0040]第三部分为编码单元在车道上的次序信息，令起点处光栅传感单元编码为1，车道下游的传感单元编码依次递增；
[0041]第四部分为道路桩号信息，每个光栅传感单元匹配到上游最近的一个精确到米的道路桩号。
[0042]接上述技术方案，解析单元具体用于：
[0043]同时选取道路的多个断面或区域进行交通量统计，根据是否检测到车辆存在，及存在车辆时对应的时间戳统计单位时间内通过的车辆数，得到车流量信息；
[0044]根据检测到的载荷值信息进行车型判断，进而确定车流量中的车型比；
[0045]设定空间分辨率，统计选定任意一段或者多段道路区域内的车辆密度信息，根据光栅传感单元编码信息计算选定的道路区域的长度，并获取车道数信息，车辆密度K计算方法为：
[0046][0047]式中，m为振动信号输入统计的车辆存在数，Kα与Kβ分别为选定的道路区域起点和终点处编码单元匹配的道路桩号，Kβ
‑
Kα为选定区域长度，单位为m，λ为该道路单向的车道数，计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在选定道路的每个车道上沿车道纵向铺设光栅阵列传感光纤；S2、将光栅阵列传感光纤感知的路面分成多个路面单元，一个路面单元对应一个光栅传感单元，光栅传感单元纵向间距不超过5m，对每个光栅传感单元进行编码，建立路面单元与光栅传感单元之间的对应关系；S3、车辆经过时，光栅传感单元采集车辆作用于路面单元产生的振动信号；S4、对提取的振动信号进行解析，基于光栅传感单元与路面单元关系的编码对应信息，解析每个路面单元是否有车、所占有时间戳，并计算道路交通流参数，包含流量、速度、密度和车型比。2.根据权利要求1所述的基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法，其特征在于，每个光栅传感单元的编码包括四部分：第一部分为道路编号信息，用于与路网中其它道路进行区分；第二部分为光栅传感单元所在车道信息；第三部分为编码单元在车道上的次序信息，令起点处光栅传感单元编码为1，车道下游的传感单元编码依次递增；第四部分为道路桩号信息，每个光栅传感单元匹配到上游最近的一个精确到米的道路桩号。3.根据权利要求1所述的基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法，其特征在于，步骤S4具体包括：同时选取道路的多个断面或区域进行交通量统计，根据是否检测到车辆存在，及存在车辆时对应的时间戳统计单位时间内通过的车辆数，得到车流量信息；根据检测到的载荷值信息进行车型判断，进而确定车流量中的车型比；设定空间分辨率，统计选定任意一段或者多段道路区域内的车辆密度信息，根据光栅传感单元编码信息计算选定的道路区域的长度，并获取车道数信息，车辆密度K计算方法为：式中，m为振动信号输入统计的车辆存在数，Kα与Kβ分别为选定的道路区域起点和终点处编码单元匹配的道路桩号，Kβ
‑
Kα为选定区域长度，单位为m，λ为该道路单向的车道数，计算得到的车辆密度K的单位为pcu/km；基于光栅传感单元采集振动信号的时序信息，计算车辆通过两连续光栅传感单元的车速：式中，s为两个连续光栅传感单元的间距，T
O
和T
D
选取的是两连续光栅传感单元首次检测到同一车辆存在的时刻，单位为秒；计算道路上选定断面车流的时间平均车速以及区间平均车速信息。4.根据权利要求3所述的基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法，其
特征在于，断面车流的时间平均车速计算方法为：式中，V
i
为通过计算得到的单位时间内第i辆车通过道路选定断面的车辆的瞬时车速，为选定断面的车辆平均车速；T
Oi
和T
Di
为第i辆车辆通过断面的光栅传感单元与上游相邻光栅传感单元的时刻；n为统计单位时间内通过的车辆数。5.根据权利要求4所述的基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的方法，其特征在于，区间平均车速计算方法为：式中，L为选定道路区间的长度，t
i
为单位时间内第i辆通行的车辆通过道路区间的所用时间。6.一种基于光栅阵列传感光纤网络进行交通流信息检测的系统，其特征在于，包括：路...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕能超，刘超，吴超仲，文家强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：