一種激光大光斑的精確測速方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光測控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光大光斑的精確測速方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超速行駛被稱之為道路交通的第一殺手，其危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他交通違法行為。由于超速行駛的嚴(yán)重危害性，世界各國都通過不同形式的立法嚴(yán)禁超速行駛，采取各種有效手段努力控制超速行駛，并對其施以重罰，以期減少因超速而引發(fā)的交通事故。但由于車輛行駛的不規(guī)則性，測量方式方法的局限性導(dǎo)致測量精度不夠準(zhǔn)確，執(zhí)法部門需要根據(jù)各自的實際情況，選擇合適測速設(shè)備，以達(dá)到最好的測速效果。
[0003]車輛測速方式目前有地感線圈測速、雷達(dá)測速、視頻測速、激光測速四種測速方法。
[0004]地感線圈測速:線圈施工的過程對可靠性和壽命影響很大，需要對路面進(jìn)行切割，影響路面壽命。在線圈安裝和修復(fù)時需要中斷交通，地感線圈易被重型車輛、路面修理等損壞。另外高瑋度開凍期和低瑋度夏季路面以及路面質(zhì)量不好的地方對線圈的維護(hù)工作量比較大的，一般使用2-3年就需要更換線圈，實際維修養(yǎng)護(hù)費用高于其它測速設(shè)備。
[0005]雷達(dá)測速:系統(tǒng)不能同時檢測多個車道的多個車輛，和車牌識別的配合較為困難，系統(tǒng)捕獲率較低。由于夾角問題，系統(tǒng)安裝要求較高。兩輛車并行時，無法判斷是哪輛車超速。
[0006]視頻測速:測速精度誤差比較大，測速本身容易受到車輛遮擋、樹蔭、車輛自身的陰影、散落物以及各種不良天氣的影響。測速的穩(wěn)定性需要進(jìn)一步加強，同時夜晚需要強光補光，否則測速精度差距就會更大。
[0007]激光測速:檢測精度高、測量范圍大、檢測時間短:車輛捕獲率達(dá)到99%以上，車輛觸發(fā)位置精度可達(dá)±0.25m，測速誤差±3Km/h ;非機械接觸測量，避免了車輛輪軸擠壓而造成的線材損傷，也保證了傳感器的精度。
[0008]相比其他測速方式，激光測速最大的特點是精確度非常高，同時能夠在惡劣天氣條件下工作?，F(xiàn)在國外交通部門已經(jīng)開始大規(guī)模采用激光測速系統(tǒng)，但在國內(nèi)各單位采用的激光測速系統(tǒng)都是通過國外進(jìn)口，高昂的價格成為大批量使用激光測速系統(tǒng)的一個瓶頸，如果能研制出價格適中的激光測速傳感器，將會對各個行業(yè)的測距測速工作提供有力保證。而且，傳統(tǒng)的脈沖激光由于無法確保兩次激光光束打到車上的位置相同，所以存在一定誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于此，提供一種激光大光斑的精確測速方法和系統(tǒng)，其采用大光斑激光測速，可確保激光打到車輛上是同一個位置，算出的行車距離更精準(zhǔn)，測速值更準(zhǔn)確。
[0010]一種激光大光斑的精確測速方法，用于給車輛測速，該方法包括以下步驟: 控制激光傳感器往車輛運動路線上發(fā)出脈沖激光，使脈沖激光在無車輛時的運動路線上形成直徑I米以上的光斑；
監(jiān)測車頭駛?cè)牍獍吆驮诠獍咧幸苿忧闆r，使脈沖激光斜打在車頭上，測出車頭在光斑中移動的時間段內(nèi)每個時間點的激光返回距離值Ln，形成車頭距離-時間脈沖波形圖；根據(jù)所述車頭距離-時間脈沖波形圖以及激光傳感器位置參數(shù)、光斑尺寸參數(shù)進(jìn)行分析計算，得出車輛經(jīng)過光斑時速度。
[0011]以及，一種激光大光斑的精確測速系統(tǒng)，用于給車輛測速，其包括激光傳感器和數(shù)據(jù)處理模塊，所述激光傳感器置于車輛運動路線斜上方或斜側(cè)方，用于斜打出脈沖激光于車頭，斜打出的脈沖激光在無車輛時的運動路線上形成I米以上的光斑，所述激光傳感器通過脈沖激光測出車頭于光斑中移動的時間段內(nèi)每個時間點相對激光傳感器的激光返回距離值Ln，形成車頭距離-時間脈沖波形圖，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)所述車頭距離-時間脈沖波形圖以及激光傳感器位置參數(shù)、光斑尺寸參數(shù)進(jìn)行分析計算，得出車輛經(jīng)過光斑時速度。
[0012]上述激光大光斑的精確測速方法采用大光斑激光測速，可確保激光打到車輛上是同一個位置，算出的行車距離更精準(zhǔn)，測速值更準(zhǔn)確。而且，通過數(shù)據(jù)處理分析，使車輛測速操作簡單快捷，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。該系統(tǒng)通過激光傳感器和數(shù)據(jù)處理模塊即可對行駛的車輛進(jìn)行精確測速，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便快捷。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例的激光大光斑的精確測速系統(tǒng)模塊示意圖。
[0014]圖2本發(fā)明實施例的激光大光斑的精確測速系統(tǒng)的激光傳感器安裝側(cè)視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0015]圖3為圖2的系統(tǒng)中激光傳感器和擴束鏡分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明實施例的激光大光斑的精確測速方法中測得的車頭距離-時間脈沖波形圖。
【具體實施方式】
[0017]以下將結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]請參閱圖1-2，顯示本發(fā)明實施例提供的激光大光斑的精確測速系統(tǒng)10。該系統(tǒng)10包括激光傳感器11和數(shù)據(jù)處理模塊12。具體地，數(shù)據(jù)處理模塊12包括數(shù)據(jù)去毛刺模塊121、平均計算模塊122和分能量等級模塊123。
[0019]如圖2所示，激光傳感器11置于車輛運動路線斜上方或斜側(cè)方，用于斜打出脈沖激光113于車頭，斜打出的脈沖激光113在無車輛時的運動路線上形成I米以上的光斑112。本實施例中，以高速公路上對來往車輛測速為例，因而運動路線即路面。具體地，測速區(qū)域上方設(shè)置有一個高腳架，高腳架比所有機動車的車頂高一定距離，激光傳感器11安裝于高腳架上，高腳架具有頂梁，激光傳感器11優(yōu)選為可滑動地安裝于高腳架的頂梁，可根據(jù)需要調(diào)整位置。本實施例以應(yīng)用于高速公路上為例，運動路線可以是高速公路任意路段，優(yōu)選為高速公路的出入口。激光傳感器11通過發(fā)出脈沖激光113打在車頭上，測出車頭于光斑112中移動的時間段內(nèi)每個時間點車輛相對激光傳感器11的激光返回距離值Ln，形成車頭距離-時間脈沖波形圖，即用激光傳感器11對車頭進(jìn)行測距。所述數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)所述車頭距離-時間脈沖波形圖以及激光傳感器11位置參數(shù)、光斑尺寸參數(shù)進(jìn)行分析計算，得出車輛經(jīng)過光斑時速度。
[0020]其中，數(shù)據(jù)去毛刺模塊121用于去除車頭距離-時間脈沖波形圖數(shù)據(jù)中的毛刺，即去掉明顯的干擾數(shù)據(jù)，以便于后續(xù)分析計算。平均計算模塊122用于根據(jù)車頭距離-時間脈沖波形圖計算平均車頭行駛距離以及平均速度。本實施例的激光傳感器11的頻率是14KHz，每采集一次數(shù)據(jù)的時間為0.07ms，在車輛經(jīng)過光斑112的期間，可測出大量的數(shù)據(jù)，平均計算模塊122通過對這些大量數(shù)據(jù)做多次平均，根據(jù)取平均后數(shù)據(jù)用來計算車速測量值更準(zhǔn)確。考慮到測量的環(huán)境因素影響，測量環(huán)境不同時，能量處于不同的等級，因此，本實施例通過分能量等級模塊123用于判斷實際測量環(huán)境中激光的能量級別，并根據(jù)能量級別對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以去除污染環(huán)境如雨霧等明顯干擾，通過分能量等級模塊123可去除這些干擾，還可去除噪聲。
[0021]光斑112經(jīng)過擴束后，光斑112的尺寸和位置設(shè)定為在所述光斑112范圍內(nèi)，根據(jù)光斑能量返回定律，所述激光傳感器11在車頭駛?cè)牍獍?12后測出的車頭最近距離值位置為車頭上一固定點。所述數(shù)據(jù)處理模塊用于車頭在光斑112中移動的時間段內(nèi)，根據(jù)四次回波技術(shù)和能量等級技術(shù)，計算出車頭相對激光傳感器11的平均最近點，車頭在所述光斑112范圍內(nèi)移動的時間段內(nèi)平均最近點為該固定點，從而使光斑112打到車輛上的位置判定為車輛同一點上。
[0022]本實施例中，激光傳感器11的激光收發(fā)端安裝有擴束鏡，通過擴束鏡來控制光斑尺寸，所述激光傳感器11發(fā)出的激光波長為905nm，所述擴束鏡采用K9材質(zhì)并進(jìn)行增加905nm增透處理，即通過增強接收905nm波長的光，而抑制其他波長的雜散光，以有效的彌補擴散所造成的光能量損耗。擴束后光斑112直徑為1-3米，優(yōu)選為1-1.5米。本實施例中，優(yōu)選地，斜打在無車輛時的運動路線上的光斑112距離激光傳感器11的水平位移為22米至24.5米，無物體進(jìn)入時，光斑112返回距離值(即基準(zhǔn)值)的位置在水平距離24米處，所述激光傳感器11相對車輛運動路線的距離H為6-8米(垂直距離)，激光斜打的角度Θ符合tan Θ =1/4-1/3，也就是說，激光傳感器11的高度H和光斑返回基準(zhǔn)點處與激光傳感器11的距離值Ltl之比為1/4-1/3。圖示的實施例中，擴束光斑112的直徑D為1.5米，光斑112遠(yuǎn)點距離激光傳感器11的水平位移D2為24.5米，光斑112近點距離激光傳感器11的水平位移Dl為23米，高度H為6米，tan Θ =1/4。
[0023]如圖3所示，顯示激光傳感器11和擴束鏡13的結(jié)構(gòu)，激光傳感器11收發(fā)端包括激光發(fā)射端124和激光接收端115，擴束鏡13對應(yīng)具有發(fā)射擴束器134和接收擴束器135。激光傳感器11在收發(fā)端設(shè)有多個固定螺孔116，擴束鏡13的周邊也具有多個固定螺孔136，通過緊固件貫穿固定螺孔116和136將擴束鏡13安裝于激光傳感器11的前面收發(fā)端。本發(fā)明實施例的大光斑擴束是通過調(diào)光軸使發(fā)射端的光斑發(fā)出，光斑112是豎直橢圓光斑，且光斑112上下直徑長于左右直徑。每個發(fā)射擴束器134、接收擴束器135分別可以是一體合成，也可以是多層透鏡組合而成，安裝方法類似。當(dāng)然擴束鏡的結(jié)構(gòu)并不限于此。能將激光傳感器11發(fā)出的光擴束以進(jìn)行機動車速度測量的擴束鏡，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0024]下面結(jié)合圖1和2，詳細(xì)描述本發(fā)明實施例的激光大光斑的精確測速方法，該方法包括以下步驟: SlO:控制激光傳感器11往車輛運動路線上發(fā)出脈沖激光113，使脈沖激光113在無車輛時的運動路線上形成直徑I米以上的光斑112 ;
S20:監(jiān)測車頭駛?cè)牍獍?12和在光斑112中的移動情況，使脈沖激光113斜打在車頭上測出車頭在光斑112中的移動的時間段內(nèi)每個時間點的激光返回距離值Ln，形成車頭距離-時間脈沖波形圖；
S30:根據(jù)所述車頭距離-時間脈沖波形圖以及激光傳感器11的位置參數(shù)、光斑尺寸參數(shù)進(jìn)行分析計算，得出車輛經(jīng)過光斑時速度。。
[0025]步驟10中，如圖2所示，激光傳感器11固定于車輛前側(cè)上方或斜側(cè)方，發(fā)射的脈沖激光113斜打在無車輛時的運動路線上，形成光斑112，如前所述，光斑112的直徑優(yōu)選為1-1.5米，本實施例為1.5米。
[0026]