激光技術(shù)在交通安全上的應(yīng)用原理

1、激光技術(shù)在交通安全上的應(yīng)用原理一、前言在交通工程上，速度是計(jì)量與評(píng)估道路績(jī)效和交通狀況的基本重要數(shù)據(jù)之一。速度資料之搜集方法有許多種，包括人工測(cè)量固定距離行駛時(shí)間、壓力皮管法、線圈法、影像處理法、雷達(dá)測(cè)速法與激光測(cè)速法等。其中后兩者屬于攜帶容易而且精確度高的方法，因此廣受采用。超速行車在交通違規(guī)中占有極大比例，此一現(xiàn)象可從高速公路過(guò)去四年間違規(guī)告發(fā)項(xiàng)目中，超速案件比例均在三分之二左右看出端倪，而超速行車一直被認(rèn)為是肇事之重要因素之一；因此從交通執(zhí)法觀點(diǎn)而言，取締超速系比較具體的維護(hù)交通安全之手段。國(guó)內(nèi)取締違規(guī)超速一向以雷達(dá)測(cè)速槍當(dāng)工具，徑行舉發(fā)案件則輔以照相設(shè)備；唯近年來(lái)，雷達(dá)偵測(cè)器盛行，價(jià)格

2、普及化之后，即使法規(guī)明令禁止使用，一般民眾仍趨之若騖，蓋以其價(jià)格只需逃避一至兩次取締的機(jī)會(huì)即可完全回收成本。以交通工程觀點(diǎn)來(lái)看，駕駛?cè)巳粞b有雷達(dá)偵測(cè)器，則路邊定點(diǎn)所測(cè)得之車速即會(huì)因駕駛?cè)烁兄軠y(cè)速，誤以為警察人員執(zhí)行取締而有普遍減速現(xiàn)象；除造成資料失真外，并因而有引起事故之可能。二、基本原理雷達(dá)為利用無(wú)線電回波以探測(cè)目標(biāo)方向和距離的一種裝置。雷達(dá)為英文radar 一字之譯音，該字系由radiodetectionandranging一語(yǔ)中諸字前綴縮寫而成，為無(wú)線電探向與測(cè)距之意。全世界開始熟悉雷達(dá)是在1940 年的不列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達(dá)的英國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)，擊敗兩千架來(lái)襲的德國(guó)轟炸機(jī)，因而改寫了歷

3、史。二次大戰(zhàn)后，雷達(dá)開始有許多和平用途。在天氣預(yù)測(cè)方面，它能用來(lái)偵測(cè)暴風(fēng)雨；在飛機(jī)輪船航行安全方面，它可幫助領(lǐng)港人員及機(jī)場(chǎng)航管人員更有效地完成他們的任務(wù)。雷達(dá)工作原理與聲波之反射情形極類似，差別只在于其所使用之波為一頻率極高之無(wú)線電波，而非聲波。雷達(dá)之發(fā)射機(jī)相當(dāng)于喊叫聲之聲帶，發(fā)出類似喊叫聲之電脈沖（ pulse），雷達(dá)之指向天線猶如喊話筒，使電脈沖之能量，能集中某一方向發(fā)射。接收機(jī)之作用則與人耳相仿，用以接收雷達(dá)發(fā)射機(jī)所發(fā)出電脈沖之回波。測(cè)速雷達(dá)主要系利用都卜勒效應(yīng)（dopplereffect ）原理：當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號(hào)

4、頻率將低于發(fā)射機(jī)率。如此即可借由頻率的改變數(shù)值，計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度。激光的英文為laser ，這個(gè)字是由lightamplificationbystimulatedemissionofradiation的第一個(gè)字母縮寫而成，意思是指，經(jīng)由激發(fā)放射來(lái)達(dá)到光的放大作用。激光所激發(fā)出來(lái)的光，其光子大小與運(yùn)動(dòng)方向皆相同，因此每個(gè)波束的頻率都相等，再加上它們一束束緊密地排列著，彼此間分毫不差地互相平行，使整個(gè)光束發(fā)射至極遠(yuǎn)處也不會(huì)散開來(lái)。在一九六二年的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，從地球發(fā)射的激光在經(jīng)過(guò)近四十萬(wàn)公里的太空之旅后，只在月球表面上投射出一片約三公里直徑大小的圓而已！此特性使得激光在焊接、切割、雕刻、穿

5、洞等加工與醫(yī)學(xué)（眼科、牙科、腫瘤）之應(yīng)用更為廣泛。測(cè)速激光種類于固態(tài)激光中的半導(dǎo)體激光。激光測(cè)速設(shè)備采用紅外線半導(dǎo)體激光二極管。激光二極管有幾個(gè)特點(diǎn)使它極適合用來(lái)量測(cè)速度：激光二極管自微小范圍中發(fā)射出極窄的光束，此一狹窄光束才能精確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)。激光二極管以小于十億分之一秒的瞬間切換開關(guān)，大大提高精確度。激光二極管發(fā)射率很窄，其偵測(cè)器極易接收到精確的波長(zhǎng)；因此在日間有強(qiáng)烈陽(yáng)光時(shí)，仍能正常操作。激光二極管只發(fā)射電磁光譜中的紅外線部分；而紅外線系眼睛看不見(jiàn)的，不會(huì)影響駕駛?cè)说淖⒁饬?。激光測(cè)速槍以量測(cè)紅外線光波傳送時(shí)間來(lái)決定速度。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標(biāo)再折返的時(shí)間會(huì)與距離成正比。以固定間隔

6、發(fā)射兩個(gè)脈沖，即可測(cè)得兩個(gè)距離；將此二距離之差除以發(fā)射時(shí)間間隔即可得到目標(biāo)的速度。理論上，發(fā)射兩次脈沖即可量測(cè)速度；實(shí)務(wù)上，為避免錯(cuò)誤，一般激光測(cè)速器 （槍）在瞬間發(fā)射高達(dá)七組的脈沖波，自以最小平方法求其平均值，去計(jì)算目標(biāo)速度。三、與雷達(dá)之比較超速告發(fā)最易受到的挑戰(zhàn)即是如何確認(rèn)違規(guī)車輛，例如在多車道公路上兩車以上并行時(shí)，警員以雷達(dá)測(cè)得超速現(xiàn)象卻無(wú)法明確認(rèn)定那一部車輛違規(guī)。原因在于雷達(dá)波發(fā)射錐角度約在十至二十度間，而激光波發(fā)射錐角度只有不到十分之一度；因此以激光測(cè)速可以明確認(rèn)定受測(cè)目標(biāo)據(jù)以告發(fā)。激光狹窄光束使得兩車被同時(shí)偵測(cè)到的機(jī)會(huì)等于零；對(duì)于市面上普遍銷售之雷達(dá)偵測(cè)器（或稱超速偵測(cè)器）不啻一大

7、克星。雷達(dá)與激光之最遠(yuǎn)測(cè)速距離均在二千余英尺，可以加強(qiáng)設(shè)備發(fā)射功率而增長(zhǎng)，惟并不具實(shí)際效益。雷達(dá)測(cè)速器需經(jīng)常以固定頻率之音叉加以校正，而激光測(cè)速器則無(wú)此必要。另一重要差別在測(cè)速的時(shí)間，以雷達(dá)測(cè)速約高要二至三秒鐘，而使用激光則只需要約零點(diǎn)三秒。按此操作速度，廠商甚至開發(fā)出配合照相之激光測(cè)速器以不到一秒的間隔連續(xù)記錄違規(guī)超速車輛。圖一顯示激光測(cè)速器配合數(shù)字相機(jī)所拍攝到之照片。電射測(cè)速槍之缺點(diǎn)系無(wú)法于移動(dòng)狀態(tài)下使用；如裝于警車上或由坐在行進(jìn)車輛上乘員持用，均無(wú)法正常操作。至于成本方面，頻雷達(dá)測(cè)速槍每具時(shí)價(jià)約新臺(tái)幣拾萬(wàn)元，激光測(cè)速槍每具約新臺(tái)幣參拾萬(wàn)元。四、結(jié)語(yǔ)由于激光束狹窄具有正確認(rèn)定目標(biāo)的特點(diǎn)，許多文獻(xiàn)指出其其至可以用來(lái)測(cè)量行人的步行或跑步速度；對(duì)為數(shù)眾多之機(jī)車速度量測(cè)更是變成可行而且簡(jiǎn)易。作者曾利用 lti20-20 激光測(cè)速槍對(duì)行人、單車與機(jī)車目標(biāo)進(jìn)行量測(cè)，均能迅速獲得速度（公里小時(shí)）與距離（十分之一公尺）