[发明专利]高速公路音频车辆检测装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种以麦克风阵列为拾音设备的音频车辆检测装置及其方法。

背景技术

高速公路上交通信息的采集，尤其是车辆数目、速度、类型的获取，在智能交通技术领域中扮演着重要的角色。作为智能化交通的重要组成部分，相关的技术被广泛用于收费系统、交通数据统计、车流实时调度等相关工作中。车辆数目、速度、类型等信息的准确获取，对于衡量高速公路运营效率，收费站设定收费标准等，具有重要意义。

由于智能交通技术的发展，要求在高速公路上设置大量的车辆检测器，以便获取车辆运行的相关信息，而目前所采用的主流检测方法，如电磁感应线圈车辆检测方法，微波雷达检测方法，超声波车辆检测方法，红外线检测方法以及视频车辆检测方法等等，或是成本偏高、或是维护困难，尚很难满足沿道路大量设置的要求。

采用电磁感应检测技术是根据不同车辆通过埋设于道路下的环形感应线圈时，引起其电感量不同的变化来检测车辆的到达和离开，并进行车型分类。系统的关键部分为埋设于路面下的感应线圈，当没有车辆通过时，电路振荡器频率为f1，当车辆以一定的速度通过时，线圈的电感参数发生变化，从而使得震荡频率发生微弱变化，假定为f2，不同种类的车辆由于通过的速度、底盘的大小、高低不同，造成f2与f1的差值不同，从而可以判断来车的速度与类型。该方法的主要缺点在于设备的维护困难，埋设在地下的线圈容易受天气、道路环境影响产生形变，降低检测精度，而且由于埋于地下，更换起来也较为困难。

采用微波雷达的检测方法，主要利用的是多普勒效应，微波雷达以一定范围带宽的频率发射微波信号，被行进中的车辆反射回来，检测器检测出由于车辆的移动而引起的频移，即产生一个车辆感应输出信号。它的缺点一是车速缓慢的时候微波雷达检测会失效，二是微波雷达设备复杂，价格昂贵。

采用脉冲超声波检测，一般是将设备安装在路面高处，利用发射器发出的声波到达路面后返回的时间与到达通过车辆的车顶后返回的时间差来确定车辆的类型。主要缺点在于测量精度不高，并且超声波对人体有潜在的危害，不能够大规模使用。

红外线检测的方法分为主动和被动两种，主动的方法是将红外线光束指向测量车道，车辆经过时将红外光反射回检测器处，被动的方法同热成像仪类似，只是发射频率更高，主要缺点在于天气环境的变化对测量结果有较大的影响。

视频车辆检测主要是通过闭路电视系统或者数码照相机、摄像机来做现场的数据采集，采用计算机视觉和图像处理技术相结合的方法来分析交通数据。主要的缺点在于系统处理的数据量非常大，车辆的清晰摄像受光照和气候的影响较大，另外需要高性能的计算机和图像处理软件，价格较昂贵。

上述的几种方法目前的应用虽然已经很成熟，但是存在着设备复杂，价格昂贵，对人体有害，施工维护不便等问题，于是，音频车辆检测的出现，无疑为解决这一系列的问题提供了可能。利用车辆运动的音频信号来检测车辆、识别车型和监控车速，设备简单，成本低廉，提取相关信息更加方便，能够在一定程度上弥补传统方法的不足。当然，这并不意味着仅仅通过车辆的音频就能得到非常好的效果，在实际的应用环境中，综合考虑工程的检测质量、效率与成本，合理配置各种车辆检测器，以求达到符合各方面指标考量的最优系统。

但目前，音频车辆检测属于一个新兴的领域，国内的研究尚处于起步阶段，国外的产品设备复杂价格昂贵，如何设计出一款检测性能出色、全天候抗干扰能力强，便于施工、维护、价格低廉对人体无害的音频车辆检测装置成为了当务之急。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对高速公路环境的应用场景，提供一款检测性能出色、全天候抗干扰能力强，便于施工、维护、价格低廉对人体无害的音频车辆检测装置。本发明提出了一种高速公路音频车辆检测装置及其方法，利用麦克风阵列作为拾音设备，实现对各车道通行车辆计数、车型分类和车速检测。

本发明的一种高速公路音频车辆检测装置，包括：

麦克风阵列信号采集模块，用于对待监测路段的声音信号进行采集，它包括三个子模块，依次为麦克风阵列、麦克风放大器、数据采集卡(A/D转换)；麦克风阵列安装于横跨车道上方的龙门架上，将采集的龙门架周围的声音模拟信号，经麦克风放大器放大输出给数据采集卡，数据采集卡将声音模拟信号经采样和量化转化为声音数字信号；