智能交通系統(tǒng) （Intelligent Transport System,簡稱ITS） 智能交通系統(tǒng)將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計算機處理技術(shù)等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)目前世界上應用為廣泛的地區(qū)是日本，如日本的VICS系統(tǒng)相當完畢和成熟，其次美國、歐洲等地區(qū)也普遍應用。在中國，北京、上海等地也已廣泛使用。

　　壓電傳感器特點

　　基于壓電效應的傳感器。是一種自發(fā)電式和機電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等（見壓電式壓力傳感器、加速度計）。它的優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和重量輕等。缺點是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。配套儀表和低噪聲、小電容、高絕緣電阻電纜的出現(xiàn)，使壓電傳感器的使用更為方便。它廣泛應用于工程力學、生物醫(yī)學、電聲學等技術(shù)領域

　　無源傳感器：可在前置放大器前長距離傳送而不需要供電。

　　壽命長： 超過4千萬次ESAL（等效單軸負載）安裝質(zhì)量好可達一億次（ESAL）。

　　大信號： 200公斤輪載，在55英里速度行駛時，輸出250mV信號。

　　動態(tài)特性好： 可測自行車，摩托車，小汽車及重型貨車。

　　高信噪比：傳感器的扁平結(jié)構(gòu)即寬厚比為6:1使非受力方向的躁聲。包括路面躁聲和相鄰車道車輛的躁聲。

　　的路面破壞：安裝切口僅為19mmx19mm。并可與路面輪廓一致。

　　易搬運：盤卷在600mmx600mm的紙盒內(nèi)， 卷曲直徑不小于300mm就不會損壞。

　　安裝獲取多種信號：如軸數(shù)，重量，車速，軸距，與電感線圈配合，從而實現(xiàn)行駛中稱重（WIM），車輛分類統(tǒng)計，車速監(jiān)測，闖紅燈拍照。

　　一。 行駛中稱重（WIM）

　　WIM是英文Microsoft Windows Imaging Format（WIM）的簡稱，它是Windows基于文件的映像格式。WIM 映像格式并非現(xiàn)在相當常見的基于扇區(qū)的映像格式，它是基于文件的。Windows Vista采用這種格式在新計算機上進行快速安裝。WIM 文件存儲一個或多個操作系統(tǒng)（如 Windows Vista 或 Windows PE）的副本（稱為映像）。使用 WIM 文件維護操作系統(tǒng)很容易，因為您可以在未啟動操作系統(tǒng)的情況下，離線添加和刪除驅(qū)動程序、更新內(nèi)容以及 Windows 組件。利用 WIM 文件維護 Windows PE 映像與維護 Windows Vista 映像非常相似。

　　在美國、巴西、德國、日本和韓國有大量應用，其主要用途是高速公路車輛超重超載監(jiān)測的預選和橋梁超載警告系統(tǒng)，既判斷正在高速行駛中的車輛，尤其是駛過橋梁的車輛是否超載，由視頻系統(tǒng)拍下車牌號記錄在案，然后再由執(zhí)法機構(gòu)用較高的低速稱重系統(tǒng)判斷超載量并根據(jù)超載量罰款。

　　性能符合ASTME1318-94動態(tài)稱重標準，傳感器長度方向上的輸出一致性小于±7％，埋設在路面下性安裝時，總重在±10％以內(nèi)，適用于ASTM—E1318-94標準I類動態(tài)稱重系統(tǒng)；臨時安裝在路面時，總重在±15％以內(nèi)，適用于ASTMEl318-94標準II類動態(tài)稱重系統(tǒng)。

　　傳感器與車輛振動和跳動有關(guān)，與輪胎壓在傳感器上的面積有關(guān)，與溫度有關(guān)，需要溫度補償。尤其是道路質(zhì)量對系統(tǒng)影響很大，用在水泥路面較好，壽命長于瀝青路面，用于動態(tài)稱重的道路質(zhì)量應符合ASTM的有關(guān)規(guī)定。通常可以保證的是±10％，個別成功的系統(tǒng)可達1-2％。

　　速度范圍可以從5公里／小時到200公里／小時，較成功的系統(tǒng)在低速端達到10米／分鐘（0.6公里／小時）。重量下限是自行車，上限經(jīng)受了50萬次60KN單輪胎實驗，等效于70噸（美國標準的9類車輛），實測中水泥實驗路段被壓壞。

　　二、 車輛分類統(tǒng)計

　　壓電傳感器的主要用途是車型分類，車速數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)換為可靠的分類數(shù)據(jù)。不同的國家使用不同的分類表對車輛分類。在美國，F(xiàn)HWA把車輛定義為從摩托車到多用途拖車的13種類型（見高速公路動態(tài)稱重（WIM）系統(tǒng)的標準規(guī)范及用戶要求與試驗方法ASTMl318-94）。車輛的類型是根據(jù)軸數(shù)和軸距確定的。

　　軸距，是通過車輛同一側(cè)兩車輪的中點，并垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面的二垂線之間的距離。簡單的說，就是汽車（或輪式拖拉機）前軸中心到后軸中心的距離。軸距是指通過車輛同一側(cè)相鄰兩車輪的中點，并垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面的二垂線之間的距離。

　　軸數(shù)：由于傳感器是檢測壓過輪胎的力，因此即使在車量靠得很近時也很容易測出軸數(shù)，但在車流密集、低速及車型相似時，不能區(qū)分所計軸數(shù)是同一輛車還是兩輛車，而電感線圈不能計軸數(shù)，因而用電感線圈+壓電傳感器的方案既可測得軸數(shù)又可測得車數(shù)。配置方案既可以是傳感器+線圈+傳感器，也可以是線圈十傳感器十線圈，為獲取車速信號芹進行其它計算，兩個方案都可以，但前一個配置較好。

　　車輪在車輛支承平面（一般就是地面）上留下的軌跡的中心線之間的距離。如果車軸的兩端是雙車輪時，輪距是雙車輪兩個中心平面之間的距離。汽車的輪距有前輪距和后輪距之分，前輪距是前面兩個輪中心平面之間的距離，后輪距是后面兩個輪中心平面之間的距離，兩者可以相同，也可以有所差別。一般來說，輪距越寬，駕駛舒適性越高，但是有些國產(chǎn)轎車沒有方向助力的，如果前輪距過寬其方向盤就會很“重”，影響駕駛的舒適性。

　　輪胎數(shù)：其他國家車輛分類的標準，如巴西是以雙輪胎作為等級劃分標準的。為了探測雙輪胎，通常在與車流方向成一定角度（一般是30度到45度）再加裝一個傳感器。當雙輪胎經(jīng)過斜埋的傳感器時，會產(chǎn)生一個雙峰脈沖，通過電路的處理可識別雙輪胎信號。垂直車流安裝的傳感器仍用來正常探測車速，軸數(shù)，并與斜埋傳感器計數(shù)進行比較。根據(jù)交通部發(fā)布的“超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定”，動態(tài)稱重系統(tǒng)應具備識別單、雙輪胎的能力，通過斜埋壓電軸傳感器就可解決這個問題。

　　由于車流量的快速增長，ETC（電子不停車收費系統(tǒng)）成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點。我國一直采用的是按噸位和按客車座位數(shù)分類，現(xiàn)在國內(nèi)行駛的車輛種類復雜，按這種分類法在ETC系統(tǒng)中引入自動分類十分困難。按軸距和軸數(shù)分類，再考慮載重，應是比較合理的方法。建立合理的分類標準是解決ETC問題的關(guān)鍵。

　　制定標準的基礎是檢測手段。應結(jié)合視頻技術(shù)，壓電軸傳感器及網(wǎng)絡技術(shù)針對車輛的軸數(shù)、軸距、輪數(shù)、長、寬、高等物理特性設計車型識別系統(tǒng)。這需要管理部門，系統(tǒng)集成商及器件供應商的有機組合才能實現(xiàn)。

　　三、車速監(jiān)測

　　通常在每條車道上安裝兩條傳感器，這便于分別地采集每條車道的數(shù)據(jù)。使用兩個傳感器可計算出車輛的速度。當輪胎經(jīng)過傳感器A時，啟動電子時鐘，當輪胎經(jīng)過傳感器B時，時鐘停止。兩個傳感器之間的距離一般是3米，或比3米短一些（可根據(jù)需要確定）。傳感器之間的距離已知，將兩個傳感器之間的距離除以兩個傳感器信號的時間周期，就可得出車速。根據(jù)德國PTB的，在汽車以200公里／小時的勻速行駛時，測量可達到1％。

　　壓電傳感器可以區(qū)分差別很小的車輛，這一點使其可與速度相機觸發(fā)器在固定地點一同使用。通常都安裝2條傳感器作為一組，有的國家也安裝3條（增加了校驗）。當輪胎經(jīng)過傳感器時，根據(jù)從A到B，再從B到C，終從A到C的時間，計算出車速。然后對這幾個車速進行對比，它們都應在規(guī)定的范圍內(nèi)，通常不超過2％。如果車輛超過了規(guī)定的時速，前輪經(jīng)過一個傳感器時，立刻給車輛拍照，并計算出車速。在張照片拍攝后的固定時間進行第二次拍照，這樣觀測儀可以校驗車速。即使在車流量很高的情況下，也可得到各個車道的信息。傳感器可以交錯安裝，以便照相機有穩(wěn)定的焦點，從而使得照片清晰可讀。

　　通過車速監(jiān)測既可以對超速車輛罰款，又可以根據(jù)車流量建立可變限速標志和可變情報板。在車流量較高時，設置較低的限速；流量較低時，設置較高的限速，建立動態(tài)的管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)路面管理智能化。

　　四。收費站地磅

　　設置在地面上的大磅秤，通常用來稱卡車的載貨噸數(shù)。地磅也被稱為汽車衡，英文為： scale 。是廠礦、商家等用于大宗貨物計量的主要稱重設備。地磅按秤體結(jié)構(gòu)可分為：u型鋼地磅、槽鋼地磅、工字鋼地磅、鋼筋混凝土地磅；按傳感 器可分為數(shù)字式地磅、模擬式地磅、全地磅；地磅俗稱地磅。他們的基本配置是一樣的。 都需要傳感器、接線盒、打印機、稱重儀表，現(xiàn)如今的地磅可以配上電腦和稱重軟件。

　　壓電軸傳感器的一個應用就是收費站地磅。傳感器可以記錄高速行駛中車輛的數(shù)據(jù)。車速較低時，軸傳感器與電路的接口很關(guān)鍵，壓電傳感器對低頻信號會衰減，低頻衰減由傳感器的電容和電路輸入阻抗決定。壓電軸傳感器電路部分的另一個改進就是允許傳感器在10米／分鐘（0.6公里／小時）的速度時應用。

　　盡管壓電軸傳感器能探測出壓上傳感器然后從傳感器上移開的輪胎，但它不能檢測靜止在傳感器上的車輛。在一個非常小的距離內(nèi)可以同時應用多個傳感器。以防止錯誤的計數(shù)，芹改善計數(shù)的校驗。壓電傳感器十分適合在收費站自動分類車道上使用，因為在那里車速的變化很大。

　　壓電軸傳感器為收費站地磅提供了一個非常有效的優(yōu)勢，壓電軸傳感器的壽命比普通的電阻式地磅要長得多。由于傳感器的固態(tài)結(jié)構(gòu)，壓電軸傳感器沒有可移動部分。傳感器中可見的變形在微米（um）范圍內(nèi)，而電阻式地磅通常在橡膠套中有幾毫米的變形，因此而引入了一個疲勞元件。電阻式傳感器壽命為100-500萬軸次，而壓電傳感器卻超過1億軸次。

　　五。闖紅燈拍照

　　壓電軸傳感器也可作為闖紅燈照相機的觸發(fā)器。在交叉路口的紅燈線前安裝兩個傳感器，傳感器與紅燈線的距離一般為2米。兩條傳感器的間距為1米或小于1米，可安裝在地感線圈的上方，所有數(shù)據(jù)由前輪采集，在車輛移動6‘‘（150mm）以前完成信號采集，信號采集與速度無關(guān)，與車輛類型無關(guān)，可在高密度交通流量時使用，照相機控制器與紅綠燈控制器相連，以便只在紅燈時完成動作。

　　用兩條傳感器確定停車線前的車速，如果紅燈亮并且車速大于預置值，就會自動拍下張照片。張照片證明紅燈已亮，而且車輛在紅燈亮時未超越停車線，并可證明車速及已亮紅燈的時間。第二張照片根據(jù)車速在這以后固定的時間內(nèi)拍出，一般來說為1至2秒。第二張照片證明事實上車輛越過了停車線進入交叉路口并闖了紅燈。

　　在美國，因為隱私的緣故，大部分照片都是在汽車尾部拍攝的，然后給車輛開罰單，方式與停車罰單類似。注冊的車主會收到罰單，其中包括兩張照片，并把車牌照號的部分放大。雖然數(shù)碼相機已被接受，但大部分系統(tǒng)還是采用35毫米或更大規(guī)格的濕膠片來拍攝的。初步證據(jù)在采用濕膠片或?qū)懭攵啻巫x取的數(shù)碼影像方式時對違章者是不利的。這樣就防止了對證據(jù)進行數(shù)碼串改。

　　六、觸發(fā)器

　　觸發(fā)器（trigger）是個特殊的存儲過程，它的執(zhí)行不是由程序調(diào)用，也不是手工啟動，而是由事件來觸發(fā)，比如當對一個表進行操作（ insert，delete， update）時就會激活它執(zhí)行。觸發(fā)器經(jīng)常用于加強數(shù)據(jù)的完整性約束和業(yè)務規(guī)則等。 觸發(fā)器可以從 DBA_TRIGGERS ，USER_TRIGGERS 數(shù)據(jù)字典中查到。

　　選擇壓電傳感器作闖紅燈照相機觸發(fā)器的原因與它們在速度照相機中的應用相同。在照片中可以看到車輛仍在傳感器的上方。傳感器以有線方式連接到照相機上，將信息具體到某一車道。即使在兩條相鄰車道上，兩輛車緊挨著，傳到照相機控制器的數(shù)據(jù)將是該傳感器所在車道的數(shù)據(jù)。傳感器不象固定的雷達裝置那樣很難區(qū)分相鄰車輛，因此，壓電傳感器適用于多車道。收到罰單的人被再確認他們確實是闖了紅燈或違反了車速規(guī)定，因為他們可以很清楚地看到展現(xiàn)在他們眼前的證據(jù)。

　　七、 交通信息采集和統(tǒng)計（道路監(jiān)控）

　　目前，由于我國的高速公路建設尚在起步階段，有些路段由于超載嚴重，在設計使用年限之前就過早損壞，造成養(yǎng)護費用上升，多數(shù)管理部門將主要精力集中在收費（尤其是不停車收費）標準的制定和系統(tǒng)的技術(shù)問題方面。這在目前是必需的，但是隨著車流量的增加，道路負荷的加重，交通事故將增加，道路的塞車時間將加長，對道路的破損修復期將縮短，次數(shù)將增加，對道路狀態(tài)的監(jiān)測將變得越來越重要。

　　如果將網(wǎng)絡技術(shù)、視頻技術(shù)及埋在路面下的地感線圈和壓電軸傳感器相結(jié)合，實現(xiàn)交通信息的短周期采集，將車流量、車軸數(shù)、車速、軸距、分類信息，載重量等信息收集并加以分析，由自動化交通信息調(diào)查系統(tǒng)對路面負荷給業(yè)主提供維護方案，同時也為公路規(guī)劃、設計、維護和決策提供可靠、全面的數(shù)據(jù)，加拿大多倫多401高速公路交通管理系統(tǒng)就是一個典型的例子。

　　在近五年里，壓電軸傳感器在性能方面顯著地提高，而價格卻不斷降低。以安裝價格來說，它只比感應線圈稍高一些，卻比感應線圈多提供許多有效信息，諸如改善了的速度信息，車輛分類等。另外增加了行駛中稱重能力以確定和監(jiān)控車輛的重量。它與感應線圈相結(jié)合，將使交通信息的采集更更全面。顯然，壓電軸傳感器作為一種技術(shù)，應該考慮將其廣泛應用于智能運輸系統(tǒng)（ITS）中。