1

VERKEERSTELLINGEN : DE TELSLANG SLAAT TERUG

ING STIJN GOOSSENS

Vlaamse Overheid

ING PHILIPPE SAEY

Vakgroep Elektriciteit en Automatisering (KaHo St-L ieven)

IR GILBERT VERHIEST

Vakgroep Elektriciteit en Automatisering (KaHo St-L ieven)

ING PIERRE BONAMEAU

Digiconcept

Samenvatting

Uit onderzoek en ontwikkeling uitgevoerd

door de cel Verkeersparameters (Vlaamse

Overheid), de vakgroep Elektriciteit en

Automatisering van de Katholieke

Hogeschool Sint-Lieven en de firma

Digiconcept blijkt dat de “klassieke”

telslang voor het uitvoeren van

verkeerstellingen hoge performanties kan

bereiken. In combinatie met

dataverwerkingsmethodes gebaseerd op

het gebruik van dynamische

parametersets en casegebaseerde

buffers, wordt de robuuste en relatief

goedkope telslang een uiterst kwaliteitsvol

meetsysteem dat niet enkel

voertuigaantallen weergeeft, maar

eveneens een asclassificatie naar een

twintigtal types voertuigen mogelijk maakt.

Résumé

Les recherches et développements

entrepris par la cellule

Verkeersparameters (Vlaamse Overheid),

l'unité d'enseignement et de recherche

Elektriciteit en Automatisering de la

Katholieke Hogeschool Sint-Lieven et la

firme Digiconcept montrent que la

réalisation de comptage de trafic à l'aide

des tubes routiers 'classiques' peut donner

d'excellentes performances. En combinant

des méthodes de traitement des données

basées sur l'utilisation d'un paramétrage

dynamique avec une bufferisation par cas,

on peut faire du compteur à tubes robuste

et relativement bon marché, un système

de mesure de qualité extrème qui non

seulement restitue les quantités de

véhicules, mais qui rend également

possible une classification à base des

essieux, d’une vingtaine de types de

véhicules.

2

1. Inleiding Bij de beoordeling van het verkeersgebeuren zijn subjectieve factoren nooit ver weg. Wat

voor de ene een hoge snelheid is kan voor de andere een normale of lage snelheid zijn. Ook

omgevingsomstandigheden zoals de plaatsgesteldheid, de aan- of afwezigheid van

bebouwing, bomen, fietspaden, parkeerstroken, … kunnen de beoordeling op een onjuiste

manier beïnvloeden.

Daarnaast speelt de classificatie van de voertuigen een belangrijke rol in de

verkeersafwikkeling. Deze is o.a. noodzakelijk ten einde een goede afregeling van

verkeerslichten te realiseren, een correcte inschatting te kunnen maken van de veroudering

van het weglichaam, het juiste aantal voertuigen en hun respectievelijke

personenwagenequivalenten te kunnen bepalen, … .

Om het steeds drukker wordende verkeer, en in het bijzonder de steeds meer voorkomende

zones met congestieve problemen, juist te beoordelen moet men zich bijgevolg kunnen

baseren op objectieve en kwaliteitsvolle meetgegevens. Enkel op basis daarvan kunnen

daarna correcte, gefundeerde beslissingen genomen worden.

In dit artikel wordt eerst een overzicht gegeven van de eigenschappen van verschillende

meetmethoden, en wordt de basisfysica van telslangen geïllustreerd. De problematiek van

telslangen – die tot nu toe minder performant zijn bij lage snelheden en dynamische

verkeersstromen – wordt aangegeven, en de gerealiseerde verbeteringen worden

uiteengezet.

2. Overzicht van courante meetmethoden

Verkeerstellingen kunnen op verschillende manieren uitgevoerd worden: naast manuele

tellingen wordt er o.a. gebruik gemaakt van inductieve lussen, telslangen, teltegels, radars,

lasers, camera’s en GPS-georiënteerde systemen. Deze systemen hebben elk hun voor- en

nadelen; een aantal aspecten wordt behandeld in [1] en [2], en worden volgens CROW [3]

gekarakteriseerd in onderstaande tabel:

Tabel 1: Overzicht van een aantal typische meetmethodes

Mens Mechanische, elektronische of optische waarneming

Onderzoeksmethode

Man

ueel

Tel

- of

indu

ctie

lus

Tel

slan

g

Tel

tege

l

Rad

ar

Lase

r

Cam

era

GP

S

Kruispunttelling X - - - - - X -

Doorsnedetelling X X X X X - X -

Rotondetelling X - - - - - X -

Kentekenonderzoek X - - - - - X X

Snelheidsmeting - X X X X X X X

3

Wachtrijmeting X X - - - - - -

Wachttijdmeting X - - - - - X -

Reistijdmeting X - - - - - X X

Oversteekbaarheidsmeting X - - - - - X -

Parkeerdrukmeting X X X X - - X -

Parkeerduur / Motief X - - - - - X -

Uit intern onderzoek, uitgevoerd door de Federale Overheid (Dir. Van den Bossche), de

Vlaamse Overheid (Verkeerskunde - Cel Verkeersparameters) en de Vlaamse Overheid

(Verkeerscentrum), blijkt o.a. dat:

• de enkelvoudige lus problemen heeft met de snelheid en de lengteclassificatie

van voertuigen

• toestellen gebaseerd op radar veel last hebben van reflecties, betonstaal,

bebording, spray achter de voertuigen, …

• lasers niet nauwkeurig genoeg kunnen meten en ook onderhevig zijn aan

weersomstandigheden

• camera’s heel veel last hebben van weersomstandigheden (schaduwen, zware

regen, sneeuwval, beweging van de paal van de camera, spinnenwebben voor

de camera, …)

• de telslang veel meer mogelijkheden biedt dan eerst gedacht, zowel naar

mogelijke toepassingen als naar kwaliteit. Met de telslang is ook asclassificatie

mogelijk i.p.v. lengteclassificatie. (De voordelen hiervan zijn nergens

aangegeven, desnoods in een voetnoot.)

Daarom is in Vlaanderen beslist om voor de permanente metingen te opteren voor de

dubbele inductieve lus. Voor projectmatige metingen is gekozen voor de telslang omwille van

haar lage kosten, de gemakkelijke inzet en de grote impact op de mogelijke parameters

(misschien verduidelijken wat met dit laatste bedoeld wordt?). Ten einde de betrouwbaarheid

en de mogelijkheden van de telslang te verhogen is sinds 2001 heel wat onderzoek verricht

door de cel Verkeersparameters, in samenwerking met de firma Digiconcept

(www.digiconcept.be) en vanaf 2005 ook met het Labo Regeltechniek en Automatisering van

het Department Industrieel Ingenieur van KaHo Sint-Lieven (Gent).

3. Fysische basisprincipes

De wiskundige beschrijving van de transmissie van pneumatische drukgolven in een relatief

stijve en dikwandige darm – in dit geval een telslang – is wiskundig gelijkaardig aan bv.

elektrische transmissielijnen. De afleiding en toepassing van de golfvergelijking is o.a.

beschreven in [4]. Voor impulsverschijnselen – waar we hier typisch mee te maken hebben –

wordt meestal het bounce-diagramma gebruikt [5]. De “transmissielijn” wordt gewoonlijk

“afgesloten”, in het geval van een telslang meestal met een gewone knoop; dit reduceert niet

alleen de amplitude van de reflecties op het uiteinde, maar verhindert vooral ook het

4

binnendringen van vocht. Dit laatste verhoogt de verliezen (en dus de demping) in de

transmissielijn zodanig dat er – zeker bij grotere lengte van de slang – geen

noemenswaardige pulsen meer tot bij de sensor raken.

De sensor die gebruikt wordt in o.a. de Digiway (van de firma Digiconcept) is een piëzo-

elektrische sensor, in dit geval een sensor van het “diafragma”-type. Piëzo-elektrische

sensoren worden “actieve” sensoren genoemd, omdat ze voor hun werking geen behoefte

hebben aan een externe energiebron. De sensor is ingebouwd in een sensorblok (Figuur 1),

waarvan een los exemplaar gebruikt is voor fysische metingen met een

geheugenoscilloscoop. Een uitgebreide lijst van relevante Internet-links is gegeven in [6]; in

[7] vindt men een uitstekende beschrijving van piëzo-elektrische elementen. De sensor is

samen met de elektronica voor o.a. interfacing, verwerking en communicatie ingebouwd in

een compacte behuizing (Figuur 2).

Een typische meting [8] van de overschrijding van een telslang door een auto (snelheid =

26,5 km/h, wielbasis = 2.47 m) is weergegeven in Figuur 3. Het betreft hier 2 telslangen op

een afstand van 20 cm van elkaar verankerd (weergegeven op de kanalen 1 en 2 van de

oscilloscoop); in de figuur is zowel het overschrijden van de voor- als de achterwielen

weergegeven. De combinate van rechtstreekse en op het uiteinde van de telslang

gereflecteerde pulsen, en van het indrukken en weer lossen van de telslang, geeft

onmiddellijk een vrij gecompliceerd beeld. De pulsenreeksen zijn in tijd verschoven van

kanaal 1 (1e telslang die overreden wordt) t.o.v. kanaal 2 (2e telslang die overreden wordt),

en uiteraard van de voorwielen (links) t.o.v. de achterwielen. De meeste

verwerkingstechnieken gebruiken een “debounce”-algoritme, dat gedurende een zekere tijd

Figuur 2: Telapparaat

“Digiway”.

Figuur 1: Sensorblok zoals ingebouwd in het

telapparaat van Figuur 2; de piëzo-elektrische sensor

zelf zit ingebouwd in de witte kunststof, enkel de print

met de aansluitklemmen is zichtbaar.

5

de pulsen volgend op de initiële puls onderdrukt. Bij meervakstellingen kan dit echter wel

leiden tot een gemiste gebeurtenis, wat “shadowing” genoemd wordt.

De verschillen in moeilijkheidsgraad voor de interpretatie en verwerking worden ook

geïllustreerd in Figuur 4 (metingen op de N47 in Grembergen (Dendermonde)). De slang is

gelegd tot halverwege de rijweg, inclusief het fietspad; links ziet men een overschrijding door

een Honda Accord bij 42 km/h, rechts door een groep fietsers (2 fietsers naast elkaar,

gevolgd door een 3e) aan 20 km/h.

Figuur 3: Volledige opname van de overschrijding van 2 telslangen (kanalen 1 en 2)

door de voor- en achterwielen van een voertuig.

Figuur 4: Meting met een slang tot halverwege de rijweg; links een Honda Accord bij 42

km/h, rechts een groep fietsers aan 20 km/h. (2 fietsers naast elkaar, gevolgd door een 3e.)

6

Algemeen wordt het tijdsverschil tussen de overschrijding van de 2 telslangen gebruikt voor

de snelheidsmeting (en voor de waarde van de verschillende parameters in het classificatie-

algoritme, zie verder), en leidt een algoritme voor asclassificatie tot een indeling in

categorieën. Een typisch voorbeeld van gelogde meetresultaten is te vinden in Figuur 5,

enkele categorieën zijn voorgesteld in Figuur 6.

Figuur 5: Typische data opgeslagen door de Digiway.

Figuur 6: Voorbeeld van enkele types voertuigen.

7

4. Problematiek bij lage snelheden en dynamische ve rkeersstromen

Figuur 7: Meetopstelling met actueel gebruikt slangentype en modern verankerings-

concept (links); rechts een testopstelling voor verschillende meetopstellingen.

Telslangen genereren kwaliteitsvolle data maar hebben last van een aantal problemen. De

problematiek van de geluidsoverlast bij overschrijding van de slangen is al jaren gekend

maar zeer weinig bestudeerd op het terrein. Uit onderzoek van de cel Verkeersparameters,

in samenwerking met rubberfabrikanten Saint-Gobain, Hercorub en Rustin, blijkt dat de

slangdiameter en de rubbersamenstelling een grote invloed hebben op de geluidsoverlast.

Verschillende combinaties werden/worden uitvoerig getest op dezelfde testsite, waaruit werd

besloten om in Vlaanderen door te gaan met een rubberslang van natuurrubber met een

buitendiameter van 12 mm en een binnendiameter van 6 mm. Deze heeft naast een

levensduur van +/- 1.500.000 – 2.000.000 asovergangen ook een geringe geluidsproductie.

Zo zal het motorgeluid van een vrachtwagen het geluid bij overschrijding overstemmen. Dit

maakt de telslang veel gemakkelijker inzetbaar in dichtbewoonde gebieden.

Een tweede probleem is de verankering en de tussenafstand tussen de telslangen. De

verankeringsmethode mag slechts weinig tijd in beslag nemen (cf. veiligheid personeel en

verkeersdeelnemers) en moet garanderen dat de laterale verplaatsing van de telslangen

voldoende snel uitgedempt wordt. Hiertoe werd door ing. Stijn Goossens een speciale

verankeringsklem ontwikkeld zodat de telslangen terug hun originele positie innemen op het

moment dat de wielen van de volgende as de telslangen overschrijden (Figuur 7).

8

Een fundamenteel probleem ontstaat bij lagere snelheden en/of bij sterk dynamische

bewegingen in de verkeersstroom. Zo zal het optrekken van voertuigen ervoor zorgen dat

meerdere personenvoertuigen gecombineerd worden tot één of ander type vrachtwagen

waardoor de nauwkeurigheid van de asclassificatie daalt tot +/- 50%. Een gelijkaardige

vaststelling wordt gemaakt wanneer de voertuigen sterk afremmen: hierdoor worden een

groot aantal vrachtwagens in meerdere delen verdeeld, met opnieuw een daling van

nauwkeurigheid van de asclassificatie tot gevolg.

Deze problemen kunnen gedeeltelijk opgevangen worden door de locatie van de te plaatsen

telslangen aan te passen. Dit is echter niet of nauwelijks mogelijk bij metingen in files, op

afslagstroken of aan verkeerslichten. Deze laatste zones stonden tot voor kort bekend als

“moeilijk” of “onmeetbaar” voor apparatuur gebaseerd op telslangen.

Een kortere tussenafstand tussen de slangen verhoogt de nauwkeurigheid maar kan enkel

toegepast worden indien de laterale verplaatsing goed gedempt is. Indien dit niet het geval is

zal de snelheidsmeting foutief gebeuren met wellicht een foutieve asclassificatie als gevolg.

Onderzoek heeft uitgewezen dat een optimalisering van de te programmeren parameters de

nauwkeurigheid in belangrijke mate kan verhogen in de “moeilijke” zones. Diverse testen op

verschillende parameters hebben aangetoond dat elke parameter slechts binnen bepaalde

snelheidsgrenzen een correcte meting genereert. Bij te lage of te hoge snelheid ontstaat een

veel grotere fout dan de aangenomen standaardwaarde. Eén en ander leidt tot de conclusie

dat een dynamische parameterset uitkomst zou kunnen bieden.

5. Dynamische parameterset

Uit terreinproeven (zie Figuur 8) is een dataset bekomen van meer dan 10.000 voertuigen op

afslagstroken en in files [6] [9]. Van deze gefilmde passerende voertuigen is eveneens de

volledige set asgebeurtenissen gelogd in een bestand, wat via postprocessing op PC toelaat

de dataset te (her-)gebruiken voor experimenteel ontwerp en verificatie van algoritmes.

Uit deze metingen zijn, per relevante parameter, zinvolle snelheidszones bepaald met

bijhorende parameterwaardes. Door analyse in Matlab [10] zijn functies bepaald die door een

na verwerking van de vorige aanpassingen kijken voor dit lege stuk!

9

Figuur 8: Enkele van de gebruikte meetopstellingen.

microcontroller vlot te gebruiken zijn. Aldus kan voor elke snelheid de best passende

parameter afgeleid worden (Figuur 9). Reprocessing op PC van de dataset van ongeveer

10.000 voertuigen [6] [9] leverde overtuigende verbeteringen op van de nauwkeurigheid van

de classificatie, zodat de firma Digiconcept één en ander geïmplementeerd heeft in de

software van de meettoestellen. Dit heeft geleid tot een toename van de

classificatienauwkeurigheid in ”moeilijke” zones van +/- 50% naar +/-95%, en dit met een

onderverdeling naar 16 voertuigtypes; deze methodiek is ondertussen gepatenteerd [11].

Figuur 9: Voorbeeld van een parameter die dynamisch ingesteld wordt;

omwille van de confidentialiteit zijn de getalwaarden weggelaten.

10

6. Dynamisch casegebaseerd buffer

Na de integratie van de dynamische parameterset in de meettoestellen heeft verder

onderzoek [9] geleid tot de vaststelling dat een aantal resterende fouten systematisch

optreden in relatie met de snelheidsklasse. Deze informatie, gecombineerd met de

tussenafstand tussen de verschillende assen, heeft geresulteerd in de invoering van een

dynamisch “casegebaseerd” buffer. De laatst gemeten assen en classificaties worden

gebufferd, en in het meettoestel zelf gebeurt indien nodig een reprocessing op iets grotere

reeksen meetdata. Wanneer bepaalde combinaties niet mogelijk zijn of wanneer er

bijvoorbeeld 1 as aan het einde van een reeks overblijft, wordt het buffer opnieuw

geanalyseerd en worden de oude (vermoedelijk foutieve) asclassificaties opnieuw verwerkt

(Figuur 10).

Figuur 10: Principiële voorstelling van een intern buffer in het meettoestel.

Door het buffer softwarematig te implementeren kan uiteindelijk een hogere kwaliteit (98% of

hoger) gehaald worden, zelfs bij classificatie naar een twintigtal verschillende types van

voertuigen. Figuur 6 geeft een voorbeeld van enkele types voertuigen. Wanneer de

meetgegevens geclassificeerd worden naar de types Licht – Medium – Zwaar dan komt men

op een nauwkeurigheid van 99% of meer.

7. Conclusies

De implementatie van hoger genoemde aanpassingen maakt het nu mogelijk om

slangtellingen van zeer hoge kwaliteit uit te voeren in “moeilijke” zones tegen een relatief

lage uitvoerings- en onderhoudsprijs.

Met de aangepaste meettoestellen kunnen nu kwalitatieve metingen uitgevoerd worden in

volgende omstandigheden (vergelijk met de originele gegevens uit Tabel 1):

• Kruispunttellingen

Alle rijstroken kunnen ofwel gemeten ofwel berekend worden aan de hand van

tellingen op andere locaties. Het grote voordeel is dat men niet langer met

11

manuele steekproeven moet werken, maar kan werken met gemiddelden over

een langere periode, wat resulteert in ?een zeer hoge nauwkeurigheid.

• Doorsnedetellingen

Dit zijn de standaardtellingen voor slangtellingen die nu met zeer hoge

nauwkeurigheden (> 98 % naar asclassificatie) kunnen uitgevoerd worden.

• Rotondetellingen

Naast het opmeten van alle in- en uitgaande rijstroken is er door de cel

Verkeersparameters ook een methode ontwikkeld om tussen de af- en oprit van

een tak te kunnen meten. Hierdoor zijn het aantal storende bewegingen voor een

oprit gekend en kan men in combinatie met alle “tak”tellingen, alle ontbrekende

secties berekenen.

• Snelheidsmetingen

Door gebruik te maken van de lateraal beter dempende verankeringsklemmen

kan de snelheid met hoge nauwkeurigheid bepaald worden, ook bij beperkte

tussenafstand van de slangen.

• Wachtrijmetingen

Indien een wachtrij nauwkeurig dient opgemeten te worden, kan dit door gebruik

te maken van verschillende toestellen waarbij de snelheid en volgafstand heel

nauwkeurig bepaald worden in functie van de tijd.

• Wachttijdmetingen – Reistijdmetingen

Door een nauwkeurige opmeting van de voertuigtypes kan men op gesloten

secties op 2 of meer plaatsen tellingen uitvoeren. Door vergelijking van de

voertuigtreinen kan de duur van een traject nagerekend worden; de nieuwste

generatie meettoestellen slaat immers alle asgegevens op (zie Figuur 5), zodat

deze achteraf geraadpleegd kunnen worden.

• Oversteekbaarheidsmeting

De oversteekbaarheid wordt gekenmerkt door de volgafstand van de voertuigen

en hun snelheden. Deze parameters kunnen perfect opgemeten worden waarna

een berekening de oversteekbaarheid aangeeft.

• Parkeerdrukmeting

Door alle in- en uitgangen af te dekken met telslangen kan via een berekening op

elk moment de parkeerdruk bepaald worden.

12

• Fietstellingen

Door een door de cel Verkeersparameters ontwikkelde meetmethodiek kunnen

afgescheiden fietspaden zeer nauwkeurig opgemeten worden, zelfs wanneer de

fietsers met 2 of 3 of 4 naast elkaar rijden. Voor fietsers in gemengd verkeer is

verder onderzoek noodzakelijk om nauwkeurigheden van 95% en meer te

bereiken.

Hoewel één en ander geleid heeft tot een opmerkelijke kwaliteitsverbetering van metingen

met telslangen, is verder en gedetailleerder onderzoek – bv. naar meer geavanceerde

strategieën voor tellingen van fietsers in gemengd verkeer – wenselijk, zodat de cel

Verkeerstellingen nog meer accurate data kan ter beschikking stellen aan haar klanten.

Dank De auteurs danken directeur A. Rouffaert van de cel Verkeersparameters voor de

experimenteermogelijkheden, en Bram De Smet, Peter Maes en Thijs Bruneel – allen (ex-)

studenten Industrieel Ingenieur Elektrotechniek-Automatisering – voor hun inzet bij het

maken van hun masterproef.

Literatuur [1] “Detector Technology Evaluation”, P.T. Martin, Y. Feng, W. Xiadong. Department of

Civil and Environmental Engineering, University of Utah, November 2003.

[2] “The Collection of Classified Vehicle Counts in an Urban Area – Accuracy Issues and

Results”, L. Mendigorin. Transport Data Centre Department of Infrastructure,

Planning and Natural Resources, 2003.

[3] “Handboek Verkeersonderzoek”, CROW. CROW publicatie, artikelnummer 248.

[4] “Vibrations and Waves in Physics”, I. G. Main. ISBN 0-521-29220-4.

[5] “Telecommunicatie”, L. De Strycker en R. Verhoestraete. Cursus Dep. Ind. Ing. –

Opleiding Elektronica, KaHo Sint-Lieven, Gent, 2007-2008.

[6] “Verkeerstellingen met slangdetectie”, Peter Maes. Masterproef Elektrotechniek –

Afstudeerrichting Automatisering, Dep. Industrieel Ingenieur, KaHo Sint-Lieven, Gent,

2006-2007.

[7] “Measurements Systems”, E.O. Doebelin. McGraw-Hill, New York, 4th Ed., 1990.

[8] “Verkeerstellingen met slangdetectie”, Bram De Smet. Masterproef Elektrotechniek –

Afstudeerrichting Automatisering, Dep. Industrieel Ingenieur, KaHo Sint-Lieven, Gent,

2005-2006.

[9] “Verkeerstellingen met slangdetectie: onderzoek naar nieuwe meet- en

classificatiemethodes”, Thijs Bruneel. Masterproef Elektrotechniek – Afstudeerrichting

Automatisering, Dep. Industrieel Ingenieur, KaHo Sint-Lieven, Gent, 2007-2008.

[10] http://www.mathworks.com

[11] Uitvindingsoctrooi Koninkrijk België, publicatienummer 1017494A6, datum van

verlening: 07/10/2008.