[发明专利]一种路面自供能的交通监控装置及方法

权利要求书

1.一种路面自供能的交通监控方法，其特征在于，该方法利用一种路面自供能的交通监控装置，该交通监控装置包括压电俘能单元、整流供能电路单元、信号转换单元及信息显示单元，压电俘能单元包括压电俘能器件和压电俘能器件的保护装置，整流供能电路单元包括电能输出端、电能输入端以及整流器件，电能输入端接受压电俘能器件所产生的电信号，通过整流器件的整流，由电能输出端输出至信号传输及信息显示单元，信号转换单元包括信号收集分析设备和传感器，信息显示单元包括摄像头和信号显示屏，信号收集分析设备基于压电俘能单元所产生的电信号反演出包括车重、车速和车流量在内的路面交通信息，信息显示单元能够显示信号收集分析设备所分析出的交通信息，无线传感器将信号收集分析设备所产生的交通信息发送至外部终端；

所述交通监控方法，包括以下步骤：

(1)压电俘能单元感受路面荷载并输出交流电压；

(2)整流供能电路将压电俘能单元所产生的交流电压转化为直流电，并分别输送至储能器和信号转换单元；

(3)信号转换单元根据直流电信号反演出包括车重、车速和车流量在内的路面交通信息，并发送至信号显示设备和外部终端；

信号转换单元的反演过程是：

(3.1)用电压幅值A表征施加的荷载值q₀，电压幅值A和荷载q₀以及俘能器件(16)埋深有关，对于固定的埋深，荷载越大，电压幅值越大，利用给定的一组荷载q₀对电压平均幅值进行标定，就可得到q₀关于的表达式，即

(3.2)以斜率k表征荷载移动速度v，车轮荷载移动速度越快，加卸载过程也就越快，斜率k就越大，利用给定的一组速度v对斜率k进行标定，就可以得到v关于k的表达式，即v＝g(k)，

(3.3)以连续的上一个荷载刚离开压电俘能器件的时间至下一个荷载刚到达的时间间隔——衰减期T_i表征相邻荷载的间距s，i为自然数，通过分析T_i/T_i+1的比值来确定车辆类型及通过车流量，

(3.4)针对同一辆车的同一车轮荷载，分析沿行车方向一系列压电俘能器件的输出信号，确定对应的最大荷载q_max，针对不同车辆，如果在某位置出现最大荷载的频率很高，则判定该位置存在路面不平顺，立即向管理终端发送信息；若没有，则判定荷载q_max即为实际的车轮荷载，

(3.5)根据车辆类型、车轴距、车轴数以及分别对应的荷载q_max和速度v，即可得到该车辆实际的车重和车速，从而判断车辆的超速和超载情况，

(3.6)若某一路段内其中部分区域的压电俘能器件长时间没有信号输出，而其余压电俘能器件有信号输出，即可判定该没有信号输出的区域存在突发状况，没有任何车辆经过；

(4)信号显示设备接受信号转换单元的反演信息进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种路面自供能的交通监控方法，其特征在于，压电俘能器件埋设于道路面层的上面层和下面层之间。

3.根据权利要求1所述的一种路面自供能的交通监控方法，其特征在于，压电俘能器件的保护装置包括外部封装层和内部保护层，外部封装层为高强度的压塑性聚合物复合材料，内部保护层为PVC薄板，PVC薄板周围嵌套防腐防水的PVC保护层。

4.根据权利要求1所述的一种路面自供能的交通监控方法，其特征在于，该交通监控装置还包括储能器，储能器连接至整流供能电路并存储富余的电能。

5.根据权利要求1所述的一种路面自供能的交通监控方法，其特征在于，在步骤(2)中，整流供能电路优先为信号转换单元供电，富余电能传输至储能器进行存储。

6.根据权利要求1所述的一种路面自供能的交通监控方法，其特征在于，荷载值q₀为一定重量的车辆向压电俘能器件作用的荷载，不同的荷载对应不同的车重，根据荷载值可以直接判断车重。