雷達(dá)、線圈與視頻檢測技術(shù)在智能交通與道路預(yù)警中的利弊對比

目前已有多種智能交通管理與道路安全預(yù)警技術(shù)在實(shí)際中應(yīng)用，如最先開始發(fā)展的路面接觸式線圈檢測技術(shù)，以及新發(fā)展起來的路面非接觸式視頻檢測技術(shù)與雷達(dá)檢測技術(shù)等。

線圈檢測技術(shù)基于電磁感應(yīng)原理，它的傳感器是一個埋在路面之下、通過一定工作電流的環(huán)形線圈。當(dāng)汽車經(jīng)過采集裝置上方時(shí)會引起相應(yīng)的壓力、電場或磁場的變化，最后采集裝置將這些力和場的變化轉(zhuǎn)換為所需要的交通信息。經(jīng)過多年的發(fā)展，路面接觸式的線圈檢測技術(shù)已經(jīng)很成熟，其測量精度高，易于掌握，一直在智能交通管理與道路安全預(yù)警領(lǐng)域中占有主要地位。但是這種路面接觸式的交通采集裝置有著不可避免的缺點(diǎn)：安裝或維護(hù)需暫時(shí)阻礙交通，安裝施工量大；切縫軟化了路面，容易使路面受損，特別是橋梁、立交、高架路等路面嚴(yán)禁切割施工的地方采用環(huán)形線圈，否則會造成嚴(yán)重安全隱患；使用效果及壽命受路面質(zhì)量和自然環(huán)境影響較大，環(huán)形感應(yīng)線圈壽命一般僅2年；由于自身測量原理限制，當(dāng)車流擁堵，車間距小于3m的時(shí)候，其檢測精度大幅降低，甚至無法正常檢測。

視頻檢測技術(shù)是利用車輛進(jìn)入檢測區(qū)域（虛擬線圈）導(dǎo)致背景灰度變化的原理來進(jìn)行車輛檢測，直觀可靠，安裝無須破壞路面。但缺點(diǎn)是對移動車輛的鑒別有一定的困難，在拍攝高速移動車輛時(shí)需要有足夠快的快門（至少是1/3000PX）、足夠數(shù)量的像素以及可靠的圖像算法。另外，受光度、氣候條件的影響很大，且需要進(jìn)行鏡頭清潔等日常維護(hù)。此外，由于視頻檢測技術(shù)的局限性，通常需要配置其他技術(shù)設(shè)備進(jìn)行交通信息輔助采集，線圈與雷達(dá)成為首選，甚至還包括激光、紅外與超聲波檢測技術(shù)等，但由于激光使用與維護(hù)成本高；超聲波準(zhǔn)確度易受車型、車高變化以及環(huán)境影響；紅外準(zhǔn)確度易受現(xiàn)場灰塵、冰霧等環(huán)境影響，并未獲得廣泛應(yīng)用。

雷達(dá)檢測技術(shù)是利用車輛經(jīng)過檢測區(qū)域時(shí)引起雷達(dá)電磁波返回時(shí)間或頻率的變化進(jìn)行車輛檢測，安裝維護(hù)方便、使用壽命長、幾乎不受光照度、灰塵以及風(fēng)、雨、霧、雪等天氣氣候影響。因此，相較于視頻檢測技術(shù)，雷達(dá)檢測技術(shù)作為新一代路面非接觸式交通信息采集技術(shù)更具應(yīng)用與發(fā)展前景。而將雷達(dá)檢測技術(shù)應(yīng)用于交通信息采集關(guān)鍵是要解決從微波雷達(dá)回波信號中提取車輛信息問題，如有無車輛/行人、車速、車流量、車道占有率、車型、車頭時(shí)距等。簡單來說，就是利用雷達(dá)技術(shù)所具有的測速和測距功能實(shí)現(xiàn)所需交通信息的實(shí)時(shí)檢測，為智能交通管理與道路安全預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)來源。

雷達(dá)，是英文Radar的音譯，源于radio detection and ranging的縮寫，意思為"無線電探測和測距"，即用無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定它們的空間位置。因此，雷達(dá)也被稱為“無線電定位”。微波雷達(dá)是利用工作頻率在0.3~300GHz，波長1mm~10cm之間的電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備。雷達(dá)發(fā)射電磁波對目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。微波雷達(dá)系統(tǒng)方框圖如下：

微波雷達(dá)早期被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，微波雷達(dá)傳感器開始應(yīng)用于智能交通管理、道路安全預(yù)警、汽車電子等民用領(lǐng)域，物位與物液檢測等工業(yè)領(lǐng)域。在智能交通管理與道路安全預(yù)警應(yīng)用中具體具有如下優(yōu)勢：

1、高精度高分辨

距離分辨率指雷達(dá)區(qū)分兩個相鄰物體的能力，分辨率越高，能識別的最小距離就越小。距離分辨率隨帶寬增加而提高。24GHz下的ISM頻段有200MHz帶寬，77GHz下的SRR頻段可提供高達(dá)4GHz的掃描帶寬。因此與24GHz雷達(dá)相比，77GHz雷達(dá)有更高的測距精度，能更好地應(yīng)用于高精度的場景中。

2、多車道多目標(biāo)

采用陣列雷達(dá)天線實(shí)現(xiàn)對多個目標(biāo)實(shí)時(shí)檢測和跟蹤，可以同時(shí)檢測車輛的位置、速度、運(yùn)動方向，結(jié)合先進(jìn)的雷達(dá)目標(biāo)跟蹤算法，可同時(shí)對多個目標(biāo)進(jìn)行測速、測距、測角，并對其運(yùn)動軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄跟蹤。

3、抗干擾低誤報(bào)

雷達(dá)通過天線發(fā)射和接收目標(biāo)信號，相較光學(xué)器件受干擾的可能性大大降低。此外，有多種措施能盡量減少干擾信號進(jìn)入接收機(jī)。如提高天線增益，可提高雷達(dá)接收信號的信噪比；控制天線波束的覆蓋與掃描區(qū)域可以減少雷達(dá)照射干擾機(jī)；采用窄波束天線不僅可以獲得高的天線增益，還能增大雷達(dá)的自衛(wèi)距離、提高能量密度，還可以減少地面反射的影響，減小多徑的誤差，提高跟蹤精度；當(dāng)采用陣列接收天線時(shí)，可通過調(diào)整各個陣列單元信號的幅度與相位，在多個干擾方向上構(gòu)成天線波瓣的零點(diǎn)，從而減少接收干擾信號的強(qiáng)度。

4、全天候全天時(shí)

受制于光學(xué)的物理特性，激光雷達(dá)、紅外與視頻等在雨雪、沙塵等極端天氣環(huán)境下，工作可靠性會受到影響。微波雷達(dá)能全天候全天時(shí)工作，在暴雨、大雪、漆黑及空氣污染等惡劣環(huán)境條件下也能提供高可靠性的探測。此外，微波雷達(dá)能夠“看穿”墻壁等其他固體物體，這是激光雷達(dá)、紅外與視頻所不具備的能力。