Analiza właściwości metrologicznych układów do detekcji osi pojazdów z wykorzystaniem czujników indukcyjnych pętlowych

mgr inż. Zbigniew Marszałek

Promotor: dr hab. inż. Ryszard Sroka, prof. nadzw. AGH
Dyscyplina: Elektrotechnika


W rozprawie przedstawiono wyniki badań autora nad zastosowaniem czujników indukcyjnych pętlowych do detekcji osi pojazdów samochodowych. Czujniki indukcyjne pętlowe są tańsze i trwalsze, niż inne czujniki stosowane do detekcji osi pojazdów. Istotne jest również to, że jako jedyne umożliwiają detekcję osi podniesionych. Można wyróżnić trzy obszary, w których detektor osi pojazdów, zbudowany w oparciu o czujnik indukcyjny pętlowy, może mieć zastosowanie. Są to zagadnienia związane z pomiarem prędkości, odległości pomiędzy osiami i z klasyfikacją pojazdów ze względu na liczbę i ułożenie osi w pojeździe. Problem jest istotny, gdyż jakość detekcji osi w systemie niskiego poziomu, tj. w systemie pomiaru parametrów pojedynczego pojazdu, warunkuje jakość wyników ich dalszego przetwarzania na wyższej warstwie inteligentnych systemów transportowych (ITS), bardzo dynamicznie rozwijających się obecnie w Polsce.
Celem pracy jest określenie możliwości detekcyjnych czujników indukcyjnych pętlowych pod kątem wykrywania osi pojazdów samochodowych będących w ruchu oraz wyznaczenie skuteczności tej detekcji i porównanie ze skutecznością czujników nacisku. Przeprowadzone badania wstępne pozwoliły autorowi na postawienie następującej tezy pracy:

Analiza sygnałów, reprezentujących rozdzielone składowe impedancji, odpowiednio zaprojektowanego czujnika indukcyjnego pętlowego, umożliwia wykrywanie i zliczanie osi pojazdów przejeżdżających przez pole działania czujnika ze skutecznością pozwalającą zastępować aktualnie stosowane, mniej trwałe czujniki osi pojazdów.
Przeprowadzona w pracy analiza właściwości metrologicznych czujników indukcyjnych pętlowych oraz układów kondycjonowania umożliwi prawidłowy dobór parametrów czujnika, układu kondycjonowania oraz algorytmów przetwarzania sygnałów z punktu widzenia maksymalizacji skuteczności detekcji osi pojazdów jak również detekcji osi podniesionych, niewykrywanych przez detektory mechaniczne.

Autor poświęcił dużo uwagi czujnikom indukcyjnym pętlowym, układom kondycjonowania różnej budowy oraz zaproponował nową metodę pomiaru parametrów impedancji, która zastosowana w układzie kondycjonowania sygnału czujnika indukcyjnego pętlowego, pozwala otrzymywać profile R i X, służące do detekcji osi pojazdów. Autor przedstawił wyniki swoich prac z algorytmami detekcji osi pojazdów przy użyciu profili R i X, uzyskanych z wąskiego czujnika indukcyjnego pętlowego i określił skuteczność detekcji osi w poszczególnych klasach pojazdów. W zależności od klasy, do której należy pojazd, (osobowy, ciężarowy), zależy waga, z jaką wykorzystywana jest informacja zawarta w profilu R, dotychczas w ogóle niestosowanym. Algorytm testowano na profilach 4000 pojazdów samochodowych. Zaproponowany algorytm osiągnął wysoką skuteczność detekcji osi, która w zależności od klasy pojazdu wynosi od 98,8 do 100%. Natomiast w przypadku pojazdów jadących z podniesioną osią - 71,8%. Należy podkreślić, że inne detektory w ogóle nie umożliwiają detekcji osi podniesionych.

W kontekście uzyskanych rezultatów, wydaje się, że postawione cele, zarówno poznawcze, jak i aplikacyjne, zostały osiągnięte, a słuszność tezy została wykazana.

Pełna wersja doktoratu: PDF

1. Marszałek Z.: Sposób pomiaru składowych impedancji czujnika indukcyjnego i układ pomiarowy składowych impedancji czujnika indukcyjnego. Nr zgłoszenia P-391 744 A1, Biuletyn Urzędu Patentowego; ISSN 0137-8015 — 2012 nr 2 s. 35.
2. Marszałek Z., Sroka R., Stencel M.: A new method of inductive sensor impedance measurement applied to the identification of vehicle parameters. Metrology and Measurement Systems, 2011, vol. 18, No. 1, s. 69 – 76.
3. Burnos P., Gajda J., Marszałek Z., Piwowar P., Sroka R., Stencel M., Żegleń T.: Road traffic parameters measuring system with variable structure. Metrology and Measurement Systems, 2011 vol. 18 no. 4 s. 659 – 666.
4. Marszałek Z., Sroka R.: Metoda pomiaru składowych impedancji czujnika indukcyjnego. Materiały V Kongresu Metrologii 2010, Łódź, s. 130 – 131.
5. Marszałek Z.: Detekcja osi pojazdów przy użyciu czujników indukcyjnych pętlowych. VI Kongres Metrologii pod hasłem Metrologia królową badań stosowanych: Kielce–Sandomierz 19–22 czerwca, 2013, s. 163 – 170.
6. Marszałek Z.: Model polowy czujnika indukcyjnego pętlowego. Materiały XVIII Sympozjum Modelowanie i Symulacja Systemów Pomiarowych, 2011, Krynica, s. 19 – 26.
7. Marszałek Z.: Detekcja osi pojazdów z użyciem pętli indukcyjnej. Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, Aktualne Problemy w Metrologii, 2013 nr 34, s. 43 – 47.
8. Marszałek Z.: Interfejs użytkownika w systemach wbudowanych. Pomiary, Automatyka, Kontrola, PAK vol. 55, nr 12/2009, s. 997 – 1000.
9. Marszałek Z., Sroka R.: Wirtualny przyrząd do pomiaru profili bocznych pojazdów z wykorzystaniem czujnika laserowego. Pomiary, Automatyka, Kontrola, PAK vol. 56, nr 9/2010, s. 1035 - 1038.
10. Marszałek Z., Mielczarek M.: Model systemu oraz otwarte technologie internetowe w zdalnym systemie do automatycznej rejestracji profili magnetycznych pojazdów. Materiały XVIII Sympozjum Modelowanie i Symulacja Systemów Pomiarowych, 2011, Krynica, s. 175 – 180.