创意设计 基于廉价电极阵列的大范围道路探测系统
问题背景
现阶段对道路上超速，违规变线等违法行为的查处主要通过作用范围很有限的摄像头来完成，常常出现车辆只在通过摄像头的时候减一下速等问题。同时，日益发展的无人驾驶、智能城市交通等也对道路上车辆实时位置数据的获取能力提出了越来越高的要求。本项目旨在提出并初步验证一种较为廉价的方案，实现对一定区域内道路上所有车辆的实时位置探测，以满足未来智能城市对车辆运行情况进行监测的要求。
基本特点
本项目的主要设计思想是在路面下铺设如工程图那样的大型简易电极阵列，利用汽车这一导体在通过电极时产生的静电感应现象，产生可以被探测到的电流，再通过信号的放大、检测与处理确定汽车的位置。本设计的主体部分为电极阵列，由于没有载流需求，可以采用已经实现的导电水泥材料来实现，铺设时仅作为增加的一层融入到道路修筑的工程中。其材料廉价，铺设简单，可以满足较大范围铺设的要求。
实施步骤
其最基本的原理如原理图一：下方为一平板电极接上一定的电压，电极上为绝缘层，当有导体进入或离开电极上方时，导体与电极之间的静电感应会改变系统的电容，从而使有电流流入或流出电极从而被检流计探测到。我们在本项目中计划首先进行如原理图一的实验，以验证这一效应的确可以被较容易地检测到。目前经过实际的实验验证，已经证实此效应较易被检测出。
原理图二展示的是接近实际系统的工作原理：当有导体进入或离开某个极板上方的区域时，由于从左侧检流计和右侧检流计到达那个极板的距离不同，即其间的阻抗不同，因此通过左、右检流计流向那个极板的电流（电荷量）不同。进一步说，每一块极板都会对应一个独特的左侧通过电量与右侧通过电量的比值，从而确定导体的具体位置。我们已经实验验证了这一方案，计划通过对这个实验的完善进一步做出一个小型的探测装置工程验证机。
这个项目的最终预期设想如工程图，在路面下铺设上电极阵列，当有车辆通过时不同的电极将依次充、放电，通过信号检测系统整合多路输出信号，利用类似手机触摸屏幕确定触摸位置的原理，计算出道路上车辆的具体位置，进一步画出每辆车的行驶轨迹。
可能的问题
- Q：当车辆间距很小时，如何区分一辆车与两辆车？
- A: 本系统本身带有轨迹描绘功能，而车辆是不能合体或相互穿过的。所以配合一些软件的处理即可区分某一时间很近的两辆车。
- 2. Q：如果万一有电极/电极间线路损坏，维护是否方便？
- A：首先本装置延伸出去的阵列完全由特殊的水泥构成，是路面的一部分，故路面表层未损坏而里层损坏几率很小。即使万一有一块损坏，由于本系统是分布式阵列，可以直接对系统进行重新校准，舍弃那一小块而系统功能基本不受影响，只有在大量阵元损坏的时候才面临翻修问题，而此时路面——工况更恶劣的水泥、沥青——也该到了重修的时候。
预期应用方向
通过本设计获取到的车辆实时位置数据，可以在交通领域拓展出巨大的应用：一方面，该系统可以对大范围内车辆的违法行为进行监控；另一方面，对车辆位置的动态获取可以产生大量数据，既可以为更智能化的交通管理提供支撑，更可以对这些数据进行分析，挖掘出其中潜在的巨大价值。未来的道路必然是智能化的，而这个电极阵列探测系统就是为未来的智能道路提供一种思路。
