Detectori de Trafic

DETECIA VEHICULELOR

Detectori de trafic – Generalităi

Detecia    vehiculelor    are    o    importană    deosebită    în    cadrul    sistemelor    de    reglare    a    traficului,

deoarece furnizează informaia de bază necesară pentru configurarea sistemului de semnalizare rutieră.

Informaia    poate    fi    obinută    static,    în    sensul    culegerii    datelor    de    trafic    pe    o    anumită    perioadă și    apoi

includerea acestora în calculele necesare pentru determinarea timpilor de semaforizare. Datele sunt, de

obicei,    culese    pe    parcursul    unei    perioade    de    cel    puin    o    săptămână,    24h/zi,    pentru    a    putea    obine

planuri de semaforizare care să gestioneze cât mai bine fluxurile de vehicule din diferite perioade ale

zilei.

Informaia    obinută    dinamic,    reflectând    în    orice    moment    numărul    de    vehicule    care    utilizează

reeaua    rutieră,    este    utilizată    în    cadrul    sistemelor    adaptive    de    management    al    traficului,    în    care

semaforizarea nu se mai bazează pe valori prestabilite, ci timpii de semaforizare se modifică continuu

în funcie de volumele reale de trafic înregistrate.

Detecia    vehiculelor    și    a    condiiilor    de    trafic    se    poate    realiza    prin    dispozitive    plasate    pe

suprafaa drumului, în pavaj sau sub pavaj, sau montate în lungul drumului.

Senzori pe suprafaa drumului

Există mai multe tipuri de dispozitive care pot fi amplasate pe suprafaa drumului, pentru a fi

utilizate în detectarea vehiculelor, printre care: plăcile cu buclă, plăcile de presiune și magnetometrele.

•                    Plăcile cu buclă sunt similare buclelelor inductive convenionale – prezentate mai jos,

generând    un    câmp    electromagnetic, care    este    perturbat    la    trecerea unui    vehicul. Diferena dintre cele

două tipuri de senzori este aceea că plăcile cu buclă nu sunt încastrate în pavaj.

•                    Plăcile    de    presiune    detectează    vehiculele    pe    baza    altui    principiu.    La    trecerea    roilor

peste    ele    se    produce    un    contact    electric    Acest    dispozitiv    se    limitează    la    detectarea    osiilor,    nu    a

vehiculelor, și    în    consecină    nu    poate    fi    folosit    pentru    măsurarea    unei    mari    pări    a    parametrilor    de

trafic.    O    aplicaie    uzuală    pentru    acest    tip    de    senzor    este    reprezentată    de    cântărirea    din    mers    a

autovehiculelor. Pe măsură ce vehiculele trec peste aceste plăci (a se vedea figura următoare) sistemul

de    măsurare    înregistrează    efortul    măsurat    de    mărci    tensometrice    și    calculează    sarcina    dinamică.

Sarcina statică este estimată din aceasta utilizându-se parametrii de calibrare (viteza vehiculului, tipul

de pavaj, dinamica suspensiilor etc.).

•

unui vehicul.

Plăci de presiune

Magnetometrele    măsoară    modificarea    câmpului    magnetic    al    Pământului,    la    trecerea

– 1-

Senzori în pavaj

Exemple    de    dispozitive    încastrate    în    pavaj,    utilizate    pentru    detectarea    vehiculelor    sunt:    bucle

magnetice    inductive,      sonde    magnetice,      cabluri      senzitive.      Fiind      încastrate    în      pavaj,      acest      tip      de

dispozitive prezintă o serie de dezavantaje, cum ar fi: blocarea traficului pentru lucrările de montare și

întreinere, posibile probleme în funcionare în momentul deteriorării pavajului.

•                      Buclele    magnetice    inductive    reprezintă    tipul    de    detector    cel    mai    des    utilizat.    Ele

generează    un    câmp    electromagnetic,    care    este    perturbat    la    trecerea    vehiculelor    a    căror    prezenă    o

detectează în acest mod. Forma și mărimea acestora diferă de la caz la caz, dimensiunea uzuală fiind

de 1×1,5m. Componentele principale ale detectoarelor de tip buclă inductivă sunt una sau mai multe

spire    dintr-un    conductor    izolat    amplasat    într-un    locaș    din    drum,    un    cablu    de    alimentare    care    face

legătura    cu    o    cutie    de    jonciune    situată    pe    marginea    drumului,    un    dulap    de    echipamente    si    unitatea

electronică din interior care este conectată la sursa de alimentare.

Cu    ajutorul    buclelor    inductive    se    realizează    detecia    trecerii    vehiculelor,    a    prezenei    acestora,

numărării sau determinării gabaritului. Determinarea vitezei unui vehicul se poate realiza cu ajutorul

unei    perechi    de    bucle    situate    la    o    anumită    distană,    cunoscută,    în    acelasi    ax    al    drumului    sau    cu    o

singură    buclă    inductivă    care    utilizează    un    algoritm    de    măsurare    care ine    cont    de    lungimea    buclei,

lungimea    medie    a    vehiculului,    timpul    de    staionare    în    zona    activă    a    detectorului    și    numărul    de

vehicule      numărate.      Noile      versiuni      de      detectoare      buclă      suportă    și      clasificarea      vehiculelor,      prin

utilizarea unor frecvene superioare de lucru.

Pentru monitorizarea întregii direcii de circulaie (a tuturor benzilor), se poate utiliza un

montaj cum este cel prezentat în figura de mai jos.

Sistem de monitorizare a unei artere rutiere pe baza buclelor inductive

Dispunerea buclelor inductive în carosabil

– 2-

Bucla    este    excitată    cu    semnale    care    au    frecvena    între    10kHz și    50    kHz și    funcionează    ca

element    inductiv    cuplat    cu    o    unitate    electronică.    Atunci    când    un    vehicul    trece    sau    oprește    deasupra

detectorului,    inductana    scade.    Scăderea    inductanei    duce    la    o    creștere    a    frecvenei    oscilatorului,    fapt

sesizat    de    unitatea    electronică    ce    trimite    un    impuls    controlerului,    indicând    prezena    unui    vehicul.

Inductanele uzuale sunt cuprinse între 20 și 200H.

Fluxul    magnetic    generat    este    uniform    de-a    lungul    buclei,    cu    excepia    poriunilor    din    capete.

Intensitatea câmpului magnetic generat este:

H

unde:      H = intensitatea câmpului magnetic [A/m]

N = numărul de spire

I = intensitatea curentului electric (A)

l = lungimea conductorului [m].

NI

l

Deoarece câmpul magnetic generat este uniform, fluxul magnetic este:

 BA

unde:      ф = fluxul magnetic [Wb]

B = densitatea de flux magnetic [T]

A = aria seciunii buclei [m ]

Fluxul magnetic depinde de permeabilitatea magnetică, astfel:

B 0 r H

unde:

0 =

-7

4 10        [H/m]

r

= permeabilitatea relativă a materialului (1 pentru aer) [H/m]

2

Inductana buclei este:

L

N

I



NBA

I



N 0 r HA

I

2

 0 r N      A

l

•

Cei mai importani parametri care rezultă din informaiile furnizate de buclele inductive sunt:

Volumul:

Q=N/T,

unde:      Q = numărul de vehicule/oră care sunt detectate

N = numărul de vehicule detectate în perioada de timp, T

T = perioada de timp, în ore

•          Gradul de ocupare:

N

(      it  D)

i1



100

T

unde:      = gradul de ocupare, în %

T = perioada de timp, în ore

ti

= perioada totală a impulsului detectorului

•

D = perioada pantei descendente – perioada pantei ascendente

Viteza:

6

V

3 6, ⋅10    d

5    ,280(    1t  t 0 )

– 3-

unde:

V = viteza vehiculului, în km/h

– în cazul determinării cu un singur detector:

d = lungimea medie a vehiculelor + lungimea detectorului, în metri

t0

t1

= momentul declanșării deteciei, în ms

= momentul terminării deteciei, în ms

– în cazul determinării cu doi detectori:

d = distana dintre detectori

t0

t1

= momentul declanșării detectorului din amonte, în ms

= momentul declanșării detectorului din aval, în ms

Pe baza formulei anterioare se poate determina lungimea exactă a vehiculului:

L

v

 1 

       t tt

 2 

11

10

 5,280V 





 3 6

,⋅10

6 





21 t 20

unde:      V = viteza stabilită anterior

ti0

ti1

= momentul ănceperii deteciei pentru detectorul i, în ms

= momentul terminării deteciei pentru detectorul i, în ms

Un alt mod de calcul al vitezei, din volum și gradul de ocupare este:

V C

Q



unde:      C = coeficient de calibrare, determinat experimental.

•          Densitatea de vehicule:

K               

i1 

 1 

 T 

N

    1 



Vi 



unde:      K = densitatea de vehicule

N = numărul de vehicule detectate în perioada de timp, T

T = perioada de timp, în ore

Vi

= viteza vehiculului detectat i

(Lungimea

finalului

vehiculelor lungimea

Viteza K *

(Momentul

impulsului) (Momentul

buclei)

începerii

impulsului)

Detecia vitezei cu o singură buclă inductivă

– 4-

Viteza K *

(Momentul

începerii

D

impulsului) (Momentul

Detector2

începerii

Detector1

impulsului)

Detecia vitezei cu două bucle inductive

•

Senzorii magnetici sunt detectori pasivi, care detectează obiecte metalice care perturbă

câmpul magnetic terestru. În figura următoare este evideniat modul în care un dipol magnetic al unui

vehicul care intră în câmpul de detecie al magnetometrului produce o anomalie magnetică.

Influena vehiculelor asupra câmpului magnetic terestru

Variaia semnalului de ieșire al senzorului la detectarea prezenei unui vehicul

Pentru    măsurarea    traficului    rutier    sunt    utilizate    două    tipuri    de    senzori    magnetici.    Primul    tip,

magnetometrul    cu    două    fluxuri,    detectează    schimbările    componentelor    orizontale    și    verticale    ale

câmpului    magnetic    terestru    produse    de    vehiculele    rutiere.    Acest    magnetometru    are    o    înfășurare

– 5-

primară    și      două      secundare      realizate      în      jurul      unui      miez      cu      permeabilitate      magnetică      mare.      La

perturbarea câmpului magnetic, circuitele electronice asociate măsoară tensiunea de ieșire generată de

înfășurările    secundare.    Pentru    a    fi    considerată    prezena    unui    vehicul,    această    tensiune    trebuie    să

depășească    un    prag    minim.    După    detectarea    vehiculului,    indicaia    de    prezenă    este    meninută    până

când vehiculul părăsește zona de detecie.

Variaia liniilor de câmp la înaintarea unui vehicul

Al doilea tip de senzor este magnetometrul de inducie. Acesta detectează modificările produse

de un vehicul în mișcare în liniile de flux magnetic. Și în cazul acestui detector, se produce o tensiune

de ieșire care indică trecerea unui vehicul. Deoarece principiul este de detecie a variaiilor liniilor de

câmp magnetic, acest magnetometru nu poate indica prezena vehiculelor staionate.

•                    Senzorii pneumatici se bazează pe emiterea unui impuls de presiune a aerului dintr-un

tub care închide un contact, transmiând astfel un semnal electric către un numărător sau software de

analiză.    Acest    senzor    este    portabil,    utilizând    acumulatori    cu    acid,    gel    sau    alte    tipuri    de    baterii

reîncărcabile ca sursă de tensiune.

Tuburile    sunt    amplasate    perpendicular    pe    drum,    în    general    fiind    utilizate    pentru    măsurări    de

scurtă durată referitoare la: numărul vehiculelor, categoria acestora sau distana dintre ele, întârzierea

provocată    de    oprirea    la    semafor,    rata    de    saturaie    a    fluxului    de    vehicule    (în    funcie    de    modelul    de

senzor utilizat).

– 6-

•

Diverse modalităi de amplasare pentru senzorii pneumatici

Cablurile    senzitive:    la    trecerea    vehiculelor    peste    un    cablu    senzitiv,    roile    produc

comprimarea cablului piezoelectric, care generează în acel moment un semnal electric. Nu pot măsura

unii parametri de trafic, limitându-se la detectarea osiilor.

Senzori montai în lungul drumului

Detecia    prin    senzori    montai    în    pavaj    este    cea    mai    folosită    tehnologie    din    prezent    datorită    în

principal    costurilor    reduse    ale    dispozitivelor    utilizate.    Totuși,    alte    tipuri    de    dispozitive,    montate    în

lungul    drumului,    încep    să-și    facă    apariia și    să    ocupe    o    pondere    tot    mai    mare.    Exemple    de    astfel    de

tehnologii    sunt:    detectorii    radar,    laser,    ultrasonici,    video,    sisteme    pentru    identificarea    automată    a

vehiculelor. Senzorii montai în lungul drumului sunt plasai de obicei pe structuri suspendate deasupra

dramului sau pe lateralul acestuia, și, în consecină, lucrările de instalare și întreinere a lor nu ridică

probleme mari pentru trafic.

•                    Senzorii radar Doppler realizează măsurători foarte precise ale vitezei de deplasare și

pot    face    diferena    între    vehiculele    care    se    apropie și    cele    care    se    depărtează    de    senzor.    Principalul

dezavantaj al acestei tehnologii îl reprezintă faptul că nu pot sesiza prezena unui vehicul staionar și,

în    consecină,    nu    pot    oferi    informaii    referitoare    la    densitatea    traficului.    Cu    toate    acestea,    multe

autorităi rutiere folosesc acești senzori atunci când colectarea datelor legate de viteză este prioritară,

cum    ar    fi    în    cazul    monitorizării    traficului    în    timp    real.    Tehnologia    radar    Doppler    este    robustă și    dă

rezultate bune în orice condiii de mediu.

•                    Radarul    cu    microunde    de    detectare    a    prezenei    folosește    unde    continue    modulate    în

frecvenă    pentru    detectarea    volumului,    prezenei și    calcularea    vitezei.    Spre    deosebire    de    senzorii    cu

radar    cu    microunde    Doppler,    radarul    cu    unde    modulate    în    frecvenă    poate    fi    montat    în    lateralul

drumului. Avantajele    radarelor    de    acest    tip    sunt    ușurina    instalării și    integrării    în    sistemele    existente,

precizia deosebită și costul redus.

•                    Un    avantaj    al    sistemului    cu    detecie    laser    este    faptul    că    utilizează    un    fascicul    foarte

îngust    ceea ce ermite poziionarea spaială a vehiculului    pe drum și    determinarea formei    vehiculului,

– 7-

cu o precizie de ±10cm. Tehnologiile care se bazează pe senzori cu fascicul laser oferă o mare precizie,

care    depinde    însă    de    înălimea    la    care    este    plasat    senzorul și    de    poziia    lui.    deasupra    drumului.    Un

dezavantaj îl reprezintă necesitatea obinerii unui raport semnal/zgomot mare, indiferent de condiiile

meteo, pentru a se putea procesa corect unda reflectată din vehiculul intă. Senzorii cu laser pot obine

date despre viteza de circulaie pe bandă, volumul traficului și gradul de ocupare a drumului, pot opera

cu baterii    sau panouri    solare și    pot    folosi    o legătură radio de spectru larg pentru transmiterea datelor

despre trafic de la locul unde sunt amplasate, la un centru de colectare și transmisie a datelor de trafic

aflat la distană.

•

Detecia LASER

Senzorul    ultrasonic    emite și    recepionează    o    undă    acustică,    ce    este    analizată    pentru

determinarea volumului    vehiculelor.    Un microprocesor local    poate procesa datele    pentru    a determina

viteza      vehiculului,      gradul      de      ocupare      al      drumului    și      pentru      a      realiza      o      clasificare      (limitată)      a

vehiculelor. Rezultatele raportate indică faptul că senzorii ultrasonici oferă o precizie destul de bună.

•                    Senzorii    cu    procesare    a    imaginii    video    utilizează    banda    luminii    vizibile și    o    bandă

apropiată      de      lumina      infraroșie,      pentru      sesizarea      mai      multor      parametri      de      trafic.      în      funcie      de

configuraia    implementată    de    utilizatori.    Senzorii    cu    procesare    a    imaginii    video    permit    obinerea    de

informaii    de    trafic    pentru    zone    complexe,    cu    mai    multe    benzi.    Totuși,    necesitatea    de    digitizare    a

imaginilor video și de folosire a unor rutine de recunoaștere a modelului necesită utilizarea în teren a

unei cantităi mari de energie. Un astfel de senzor poate oferi informaii referitoare la viteză și volumul

traficului și. în plus. poate fi folosit pentru detectarea incidentelor și controlul semafoarelor Senzorii cu

imagine video reprezintă o tehnologie viitoare foarte promiătoare pentru detectarea fluxului de trafic,

datorită performanelor din ce în ce mai bune, a flexibilităii ridicate, a caracteristicilor și a preurilor

tot mai mici.

•                    Tehnologia      de      identificare      automată      a      vehiculelor      (AVI      -      Automatic      Vehicle

Identification),    utilizată    iniial    pentru    sistemele    de    plată    electronice și    pentru    aplicaiile    cu    vehicule

comerciale, poate fi folosită și pentru a oferi date despre timpul de călătorie pe drumuri secundare sau

pe    autostrăzi,    date    care    sunt    foarte    utile    pentru    aplicaiile    ATIS    (Advanced    Traveler    Information

System).    În    plus,    tehnologia AVI    poate    oferi    informaii    referitoare    la    volumul    de    trafic,    dar    aceasta

depinde de nivelul de folosire al vehiculelor echipate cu antene AVI.

•                    Televiziunea    cu    circuit    închis    (CCTV    -    Closed-Circuit    Television)    este    un    element

esenial al supravegherii video pentru ITS. CCTV reprezintă un sistem format din diverse echipamente

din      industria    securităii,      printre    care    unităi      camere    CCTV/obiective,      echipamente    de      control    și

sistemul de comunicaii. Acesta din urmă conectează camera TV la un centru de control.

Obiectivul principal al camerelor CCTV este să asigure supravegherea unor segmente de drum

sau intersecii și să realizeze confirmarea vizuală a incidentelor, dar pot fi folosite și pentru detectarea

incidentelor.      Un      al      doilea      beneficiu      îl      reprezintă      urmărirea      condiiilor      de      mediu,      inclusiv      a

– 8-

precipitaiilor și    a    vizibilităii.    CCTV    ajută și    în    alte    aplicaii,    cum    ar    fi    clasificarea    vehiculelor    sau

aplicarea regulilor rutiere. Plasarea camerelor CCTV trebuie să se facă strategic, în funcie de o serie

de    factori,    cum    ar    fi    volumul    traficului,    numărul    de    coliziuni,    geometria    interseciei,    obstacolele

vizuale,    costul    comunicaiilor,    al    asigurării    alimentării,    ușurina    de    montare și    altele.    Performanele

CCTV pot fi afectate de viteza cu care își pot modifica unghiul de înclinare, direcia de vizibilitate și

deschiderea.

Procesarea      digitală      a      semnalelor      oferă      mai      multe      avantaje      faă      de      procesarea      analogică

convenională a semnalelor. Printre aceste avantaje, se numără:











control sporit;

ușurina instalării;

conexiuni simplificate pentru comunicaii;

capacităi sporite de modificare a deschiderii obiectivului;

operare mai ușoară la lumină slabă.

Sisteme de detecie a vehiculelor: avantaje și dezavantaje

Tehnologie

Buclă

inductivă

Avantaje

•    Design        flexibil        care        permite

implementarea    unei    varietăi    mari

de aplicaii

•    Tehnologie                      ajunsă

maturitate, bine cunoscută

•    Poate        furniza        parametrii

la

de

Dezavantaje

•        Instalarea    necesită    efectuarea    de    lucrări

în pavaj

•        Instalarea            necorespunzătoare            scade

durata de viaă a pavajului

•        Lucrările        de        instalare      și        întreinere

necesită închiderea benzilor de circulaie

•        Buclele de cablu sunt supuse diverselor

solicitări de trafic și temperatură

•        De    obicei    este    necesară    instalarea    mai

multor    detectori    pentru    monitorizarea    unei

zone

•        Acurateea      de      detecie      poate      fi      mai

scăzută        în        cazul        în        care        se        dorește

identificarea    unui    număr    mare    de    clase    de

vehicule

•        Instalarea    necesită    efectuarea    de    lucrări

în pavaj

•        Instalarea            necorespunzătoare            scade

durata de viaă a pavajului

•        Lucrările        de        instalare      și        întreinere

necesită închiderea benzilor de circulaie

•        Unele      modele      au      zone      restrânse      de

detecie

•        Instalarea necesită tăierea pavajului    sau

realizarea unor tunele sub acesta

•        Nu poate detecta vehiculele staionate

bază ai traficului (volum, prezenă,

gabarit,    viteză,    direcie și    interval

între vehicule)

•    Se    poate    realiza și    o    clasificare

a    vehiculelor    prin    utilizarea    unor

modele    care    lucrează    la    frecvene

ridicate

•    Nu              sunt              influenate              de

condiiile    de    vreme    (ploaie,    ceaă,

ninsoare)

•    Mai      puin      influenat      de      trafic

decât buclele inductive

•    Unele    modele    permit    transferul

datelor prin unde radio

•    Nu              sunt              influenate              de

condiiile    de    vreme    (ploaie,    ceaă,

ninsoare)

•    Poate fi instalat în locurile care

nu        permit        montarea        de        bucle

inductive (poduri)

•    Unele modele se pot monta fără

realizarea

pavajului

de

decupaje

ale

Magnetometru

(fluxmetru cu

două pori)

Magnetometru

(magnetometru

cu bobină de

inducie)

•    Mai      puin      influenat      de      trafic

decât buclele inductive

– 9-

Tehnologie

Avantaje

sunt              influenate

Dezavantaje

•    Nu

de

Radar cu

microunde

condiiile    de    vreme    (ploaie,    ceaă,

ninsoare)

•    Nu    este    influenat    de    condiiile

meteo

•    Permite

vitezei

•    Permite

măsurarea

directă        a

•        Lobul de radiaie al antenei și forma de

undă trebuie să fie adaptate aplicaiei

•        Senzorii    Doppler    nu    permit    detectarea

vehiculelor staionate

monitorizarea

simultană    a    mai    multor    benzi    de

circulaie

•    Senzorii

fascicule

determinarea

poziiei,

vehiculelor

activi

multiple

cu

transmit

pentru

Radiaie

infraroșie

acuratee

și

a

vitezei

clasei

•        Operarea    senzorilor    activi    este    afectată

de ceaă și zăpadă viscolită

•        Senzorii    pasivi    pot    avea    o    sensibilitate

redusă în condiii de ceaă sau ploaie

Ultrasunete

•    Senzorii    pasivi    multizonă    sunt

utilizai pentru măsurarea vitezei

•    Se      pot      monitoriza      mai      multe

benzi de circulaie

•    Se      pot      monitoriza      mai      multe

benzi de circulaie

•    Pot        detecta        vehiculele        care

depășesc limita de înălime

•        Performanele

pot

fi

afectate

de

condiiile    de    mediu,    cum    ar    fi    variaiile    de

temperatură    sau    turbulenele    în    aer.    Unele

modele      sunt      prevăzute      cu      compensare      a

temperaturii

•        Perioade mari de repetare a impulsurilor

pot influena negativ măsurările gradului de

ocupare a benzilor atunci când vehiculele se

deplasează cu viteze moderate spre mari

•        Temperaturile

precizia măsurărilor

scăzute

afectează

Acustică

•    Detecie pasivă

•    Influenat

precipitaii

negativ

de

Procesarea

imaginilor

video

•    Se      pot      monitoriza      mai      multe

benzi de circulaie

•    Se      pot      monitoriza      mai      multe

benzi    de    circulaie    și      mai    multe

zone pe fiecare bandă

•    Zonele    de    detecie    pot    fi    ușor

adăugate sau modificate

•    Există        o        gamă        bogată        de

informaii disponibile

•    Se    pot    furniza    date    de    pe    arii

extinse    în    cazul    în    care    camerele

video sunt interconectate

•        Anumite    modele    nu    sunt    recomandate

pentru zonele în care vehiculele se mișcă cu

viteză mică sau merg în coloană

•        Sensibilitate          la          orice          variaii          ale

condiiilor    de    mediu,    umbre    ale    vehiculelor

pe      benzile      adiacente,      tranziie      zi-noapte,

contrast      vehicul/drum,      picături      de      ploaie,

ceaă, fulgi de zăpadă etc.

•        Necesită    montarea    la    o    înălime    de    cel

puin    15-21    m    pentru    detectare    optimă    a

prezenei și măsurarea vitezei

•        Unele    modele    pot    fi    afectate    de    vânturi

puternice

•        Costul    este    satisfăcător    doar    dacă    sunt

utilizate      mai      multe      zone      de      detecie      în

câmpul vizual al camerei

– 10-