Verkeersmonitoring met inductielussen

Werkingsprincipe

Een inductielus bestaat uit een lus van koperdraad die in of onder het wegdek is aangebracht. Bij asfalt- en betonwegen wordt een sleuf in het wegdek gefreesd, waarin de inductielus en de communicatie hardware wordt aangebracht. Bij elementverharding wordt de inductielus onder de verharding aangebracht. De inductielus is verbonden met een elektronische schakeling en bevat een spoel waarin een magnetisch veld wordt opgewekt met een frequentie van 40 tot 100 kHz.

De passage van een hoeveelheid metaal, zoals in een (vracht)auto, verandert de zelfinductiespanning in de inductielus, de coëfficiënt van de zelfinductie en de frequentie. Door deze verstoring van het magnetisch veld kan een voertuigpassage worden waargenomen. De gevoeligheid van de inductielus kan per lus worden afgesteld door de vorm van de lus aan te passen of het aantal windingen in de spoel te veranderen. Het afstellen van de gevoeligheid van de inductielussen luistert nauw. De inductielus dient zo te worden afgesteld dat voorkomen wordt dat voertuigen op de naastgelegen rijstrook worden gedetecteerd en dat (lichte) motorfietsen niet worden gedetecteerd.

Het inductielus detectiesysteem bestaat uit één of meer detectielussen, een lokale verwerkingsunit en eventueel een communicatiemodule om gegevens naar een centrale te sturen. Per rijstrook wordt een enkele lus of een luspaar aangebracht. De detectielussen registreren de voertuigbewegingen en geven deze door aan de lokale verwerkingsunit, ook wel het detectorstation genoemd. Deze unit kan de gegevens interpreteren en omvormen tot de gewenste variabelen zoals voertuigpassages en snelheden.

Een enkele lus kan een passage van een voertuig meten, waardoor het aantal voertuig passages, de passage tijden en de bezettingsgraad kunnen worden geregistreerd. Van die gegevens kunnen vervolgens de intensiteit, de dichtheid en de harmonisch snelheid worden afgeleid. Door twee lussen op korte afstand van elkaar te leggen (een luspaar) kunnen nog een aantal extra zaken worden gemeten, waaronder individuele snelheden, rekenkundige gemiddelde snelheden, harmonische gemiddelde snelheden, individuele voertuiglengte en gemiddelde voertuiglengte. Behalve intensiteiten kunnen dus ook (gemiddelde) snelheden en voertuigcategorieën worden waargenomen. In onderstaande figuur is een schematische weergave van een dubbele inductielus opgenomen.

Bron: van Lint

Toepassing

Bij de meeste systemen worden de meetgegevens door de lokale verwerkingsunit geaggregeerd tot 1, 5, 15 of 60 minuten. De gegevens zijn dan verwerkt tot intensiteiten per voertuigklasse (op basis van de lengte van het voertuig) en gemiddelde snelheden per tijdsinterval. Doordat gewerkt wordt met een rekenkundig gemiddelde worden de snelheden bemeten met de inductielussen overschat. Dit is verder uitgewerkt in het verkeerskundige artikel over rekenkundige gemiddelde snelheden. Indien het systeem een communicatiemodule bevat, kunnen de geaggregeerde gegevens per tijdseenheid direct naar de centrale worden gestuurd en daar verwerkt worden. Een ander mogelijkheid is om de gegevens lokaal uit te lezen, bijvoorbeeld eens per week of maand met behulp van een laptop.

Het Nederlandse (hoofd)wegennet is uitgerust met een uitgebreid monitoringssysteem, dat is gebaseerd op detectielussen. Dit systeem, MoniCa genoemd (Monitoring Casco), zorgt voor de verzameling, verwerking en verstrekking van dynamische en statische verkeersgegevens. Het zijn gegevens over intensiteiten, gemiddelde snelheden, voertuigcategorieën, files, spitsdrukte en spookrijdermeldingen. Via verschillende informatieketens ligt MoniCa aan de basis van de meeste DVM-maatregelen, zoals waarschuwen voor langzaam rijdende of stilstaande voertuigen (automatische incidentdetectie), snelheidsmaatregelen (snelheidsdeken), weergave filelengtes op DRIP's etc.

Rijkswaterstaat heeft tevens een systeem met inductielussen ontwikkeld voor het bewaken van verkeersstromen. Dit verkeerssignaleringssysteem wordt aangeduid met MTM (Motorway Traffic Management) en is op verschillende autosnelwegen in Nederland geïnstalleerd. MTM is een volledig geautomatiseerd netwerkmanagementsysteem voor het hoofdwegennet. Dit wordt gebruikt voor de automatische incidentdetectie (AID), bij werk in uitvoering, bij beveiliging van defecte infrastructuur situaties, voor snelheidsmaatregelen en voor de aansturing van onder meer toeritdosering en DRIP's (via MoniCa). Op wegvlakken met MTM liggen om de 300 tot 500 meter detectielussen, op delen zonder MTM kent het MoniCa-systeem een lagere dichtheid van de meetlocaties.

Met behulp van de gegevens uit weggebonden meetsystemen (waaronder de inductielussen) kunnen de reistijden over een traject worden geschat. Voordat de reistijd gegevens echter beschikbaar zijn moeten de ingewonnen gegevens worden bewerkt met behulp van een algoritme. De werking van het reistijd algoritme is toegelicht in het artikel over de bewerking van de gegevens.

Daarnaast worden de inductielussen toegepast bij VRI's. De werkwijze van de inductielussen bij VRI's wordt verder toegelicht bij het monitoringssysteem verkeersregelinstallaties (VRI's). In de stedelijke omgeving wordt het systeem ook gebruikt bij de toegang tot parkeergarages en bij dynamische afsluitingen.

Onderzoek heeft aangetoond dat er meer mogelijk is met het inductielus detectiesysteem dan de toepassingen die momenteel worden gebruikt. De verstoring van het magnetisch veld blijkt per voertuig verschillend te zijn waardoor een soort handtekening wordt achtergelaten. Er is door verschillende instanties onderzoek uitgevoerd naar de mogelijkheid om met behulp van deze ‘handtekening’ voertuigen te herkennen ten behoeve van reistijdmetingen. Onderzoeken zijn onder andere uitgevoerd door Coifman en Cassidy van de University of California, door Kwon van de universiteit van Minnesota en door Sio-Song van een Franse overheidsinstelling. Doordat een match wordt gevonden tussen de gepasseerde voertuigen bij een eerste meting en de voertuigen bij een meetpunt verder stoomafwaarts kan de werkelijke reistijd en de trajectsnelheid bepaald worden.

Kenmerken

Nauwkeurigheid

Het inductielus detectiesysteem is een nauwkeurig systeem voor het meten van voertuigsnelheden en intensiteiten. Voor wat betreft het meten van voertuiglengtes is het syteem niet nauwkeurig omdat niet de werkelijke voertuiglengte wordt gemeten, maar de lengte van het door de detector gemeten magnetisch profiel. Dit wordt vaak het elektrisch voertuigprofiel genoemd. Dit gemeten elektrische voertuigprofiel wordt door veel detectoren met een formule aangepast om te komen tot een geschatte werkelijke voertuiglengte. De formule is meestal zodanig gekozen dat bij een verzameling van een groot aantal gemeten voertuigen, de statistiche verdeling van de voertuiglengtes overeenkomt met die van de statistische verzameling van werkelijke voertuiglengtes van de gepasseerde voertuigen. Gezien de problematiek met het meten van de voertuiglengtes wordt door Rijkswaterstaat niet een absolute nauwkeurigheid van de lengtemeting vereist, maar een eis die betrekking heeft op de reproduceerbaarheid van de lengtemeting

Een voordel van lusdetectiesystemen is dat deze ongevoelig zijn voor extreme weersomstandigheden zoals overvloedige regenval en mist. Zware vorst kan de inductielussen echter beschadigen en de metingen beïnvloeden..

Bij hoge voertuigsnelheden wordt de nauwkeurigheid van het systeem minder.

Hoewel de huidge generatie lusdetectoren geen problemen hebben met het detecteren van motorfietsen, kunnen deze toch worden gemist doordat de lus smaller is dan de rijstrook. Daardoor kunnen motorfietsen langs de inductielussen rijden niet worden gemeten. Een ander probleem is dat voertuigen die ter hoogte van de inductielussen van rijstrook wisselen vaak worden gerapporteed als zijnde voertuigen met een korte voertuiglengte. Deze worden dan ten onrechte geklassificeerd als een motorfiets.

De werking van de inductielussen kan worden verstoord door niet goed afgeschermde elektrische installaties of zendmasten in de nabijheid. Daarnaast kan het lastig zijn om inductielussen toe te passen op plaatsen waar veel metaal aanwezig is, zoals bijvoorbeeld bij viaducten, nabij rails of bij betonnen constructies die zijn voorzien van wapening. Het aanwezige metaal heeft invloed op de grootte het signaal van de meting. In dat geval dient de detector op een gevoeliger stand te worden ingesteld (Soms "de betonstand" genoemd).

In de onderstaande tabel is een inschatting gegeven van de nauwkeurigheid van de diverse meetgegevens, deze eisen aan de nauwkeurigheid van de gegevens zijn afkomstig uit het rapport van Polman.

Nauwkeurigheid
Intensiteit	95-98%
Snelheid	96%
Reproduceerbaarheid lengte	95%
Voertuigclassificatie	95%

Beschikbaarheid

De beschikbaarheid van het inductielussysteem is sterk afhankelijk van de kwaliteit van de wegverharding. Als er werking zit in de wegverharding kan door schuring en oprekking schade ontstaan aan de kabels. De kabels kunnen breken of kunnen bloot komen te liggen, waardoor water de werking kan verstoren. Vooral bij hoge percentages vrachtverkeer of op locaties met veel rembewegingen zijn inductielussen kwetsbaar. Daarnaast worden in veel situaties de problemen veroorzaakt door de verwerkingsunit of de communicatiemodule. In het rapport van Polman wordt gesteld dat het systeem tussen de 97 en 100% van de tijd beschikbaar is. Het rapport van van Lint wordt aangegeven dat bij MoniCa bijvoorbeeld 12% van alle ruwe minuutgegevens (tijdgemiddelde snelheden en intensiteiten) ofwel onbetrouwbaar zijn of volledig missen. Daarnaast wordt door van Lint aangegeven dat er regelmatig uitschieters van 25% of meer zijn, deze uitschieters worden vaak veroorzaakt door achterstallige onderhoudswerkzaamheden.

Actualiteit

Vanaf een fractie van een seconde na een voertuigpassage zijn de gegevens beschikbaar in het systeem. De verwerking van de gegevens tot bruikbare informatie neemt vervolgens enkele minuten in beslag afhankelijk van de informatiebehoefte en de toepassing.

Flexibiliteit

De inductielussen zijn niet flexibel, omdat ze in het wegdek worden gefreesd. De infrastructuur wordt echter steeds dynamischer gebruikt, zoals bij [[Begrippenlijst#spitsstroken|spitsstroken] en dynamische rijbaanmarkering. Maar bijvoorbeeld ook bij wegverleggingen tijdens werk in uitvoering kunnen detectielussen het verkeer niet goed monitoren.

Gegevenstype

Per rijstrook kunnen de volgende gegevens worden gemeten met de detectielussen (lusparen):

• intensiteit;
• snelheid;
• lengte van het voertuig, waarmee de voertuigcategorie kan worden bepaald;
• passage, waarmee de volgafstanden en de volgtijden kunnen worden bepaald.

(MoniCa) inductielussen berekenen de rekenkundig gemiddelde snelheid op een locatie, deze rekenkundige gemiddelde snelheden geven echter een overschatting van de werkelijke snelheden over een traject. In de begrippenlijst is meer informatie te vinden over de rekenkundig gemiddelde snelheid.

Realisatie

Bij de implementatie van het systeem moet rekening worden gehouden met een doorlooptijd van enkele maanden, in verband met de levertijd, het frezen van de inductielussen in het asfalt en het in werking stellen van het systeem.

Onderhoud

Inductielussen liggen enkele decimeters diep in het wegdek. Er wordt daardoor slechts indirect invloed uitgeoefend op de inductielus. De inductielus is daardoor zeer betrouwbaar gebleken en storingen blijken achteraf vaak onterecht te worden toegekend aan de lus zelf. Vaak zijn deze storingen een gevolg van andere problemen zoals falende aansluitingen in luskoppelkasten. Dit is dan vaak weer een gevolg van achterstallig onderhoud dan wel het beschadigd raken van de luskoppelkasten bij maaiwerkzaamheden. Toch kan bij een zware wegbelasting (vrachtverkeer) en zware vorst het voorkomen dat de lussen fysiek belast worden en na verloop van tijd het begeven.

Doordat een wegafzetting benodigd is bij onderhoud aan de inductielussen is een inductielus een duur meetsysteem om te onderhouden. Dit is echter ook het geval indien onderhoud nodig is aan (radar)detectoren die boven rijstroken zijn opgehangen De jaarlijkse kosten voor afschrijving en onderhoud voor de inductielussen liggen in de orde grootte van 10.000 euro per lus en 20.000 euro voor de centrale verwerkingsapparatuur en de communicatie infrastructuur. Naast de directe kosten voor een wegafzetting heeft het afsluiten van een rijstrook ook negatieve effecten op de doorstroming van het verkeer, wat voor economische schade zorgt. Deze schade wordt echter veelal voorkomen door dit ondehoud in de avonduren dan wel 's nachts uit te voeren. Uit oogpunt van de kosten en de verkeersoverlast wordt bij een defecte inductielus vaak gewacht met de herstelwerkzaamheden totdat er meerdere lussen hersteld moeten worden.

Kosten

De kosten van een inductielus detectiesysteem zijn afhankelijk van het aantal detectielussen, het aantal rijstroken en de gebruikte communicatie-infrastructuur. In het algemeen geldt dat inductielussen relatief goedkoop zijn in onderhoud, aanschaf en installatie. De kosten voor de detectielussen en de lokale verwerkingsunit liggen in de ordegrootte van 8.000 tot 12.000 euro per locatie met één tot vier rijstroken (Bron:Gemeente Rotterdam).

Een nadeel van inductielussen is dat tijdens de installatie de rijstroken moeten worden afgesloten, aangezien de inductielussen in het wegdek gefreesd moeten worden. De kosten voor het systeem zitten voornamelijk in de aanleg, inclusief wegafzetting. Daarnaast zitten de kosten voornamelijk in de verwerkingsunit, de kosten voor de verwerkingsunit zijn maar beperkt afhankelijk van het aantal rijstroken.

Een detectielus heeft in principe een lange levensduur, circa dertig jaar. De levensduur is echter gekoppeld aan de levensduur van de wegverharding waarin of waaronder de inductielus is aangebracht. Bij vervanging of onderhoud van het wegvak gaat de inductielus namelijk ook verloren. Een levensduur van 30 jaar wordt hierdoor nooit behaald.

Referentieprojecten

• RegioLab Delft
• OLSIM - realtime verkeersvoorspellingen in Nordrhein-Westfalen
• Verkeersmanagement in en rond Barcelona
• MoRo - Verkeersmonitoring Rotterdam
• Haaglanden Mobiel

Bronnen

Bukkems en Folles, Alternatieven voor lusdetectie, ministerie van Verkeer en Waterstaat/Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer, september 2002

Coifman en Cassidy, Vehicle Reidentification and Travel Time Measurement onCongested Freeways, Transportation Research Part A: Policy and Practice, 2002

Bukkems en Folles, Alternatieven voor lusdetectie, ministerie van Verkeer en Waterstaat/Rijkswaterstaat

Gemeente Rotterdam, Monitoring Rotterdam DP3: Vergelijking potentiële meetsystemen, Gemeente Rotterdam dS+V afdeling Verkeer en Vervoer, maart 2006

Hillen, Monitoring ten behoeve van reistijdinformatie, AGV in opdracht van het ministerie van Verkeer en Waterstaat/Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer, september 2006

Kwon, Blind Deconvolution of Vehicle Inductance Signatures for Travel-Time Estimation, University Minnesota Department of Transportation, februari 2006

van Lint, Evaluatie en analyse van reisinformatie, Technische Universiteit Delft in opdracht van het ministerie van Verkeer en Waterstaat/Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer, maart-juni 2006

van Lint, Datafusie en toestand schatten: het maximale halen uit onbetrouwbare en heterogene verkeersgegevens, PAO Cursus Regionale Verkeersmonitoring, november 2006

Polman, Voertuigdetectie: wensen en mogelijkheden, Goudappel Coffeng in opdracht van het ministerie van Verkeer en Waterstaat/Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer, november 2001

Sio-Song, Inductive-Loop-Based Vehicle Signature Features Analysis and Anonymous Vehicle Reidentification for Travel Time Estimation, Transportation research 86th board annual meeting, 2007

Wilson, Handboek verkeerslichtenregelingen, CROW, januari 2006

Openstaande vragen / opmerkingen

• Wat zijn de exacte kosten voor een meetsysteem met inductielussen? Hoe zijn deze kosten opgebouwd?
• Bij kenmerken staat dat de metingen beïnvloed kunnen worden doordat de soortelijkeweerstand van de grond aanzienlijk kan toenemen.Echter de soortelijke weerstand van de grond vormt geen deel van het elektrisch circuit van de lus en kan de meting dus ook niet beïnvloeden

-> Terug naar weggebonden meetsystemen