激光傳感器在道路交通流檢測(cè)中的應(yīng)用

1、一:三交發(fā)表專家一L 山國(guó)學(xué)術(shù)反毒網(wǎng) www,激光傳感器在道路交通流檢測(cè)中的應(yīng)用摘 要：激光技術(shù)已經(jīng)非常成熟，激光傳感器在機(jī)械制造中應(yīng) 用廣泛，但是在車輛檢測(cè)方面的應(yīng)用則相當(dāng)稀少。利用激光特點(diǎn)設(shè) 計(jì)一種測(cè)量方法，該方法利用以車輛邊緣觸發(fā)作為檢測(cè)的主要特 征，用來檢測(cè)車輛車速和車長(zhǎng)，分析了激光和方法的優(yōu)缺點(diǎn)、誤差 產(chǎn)生的原因和解決方法，提高了車輛檢測(cè)的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵字：激光；車輛檢測(cè)；激光傳感器；車速；車身長(zhǎng)度由于激光相干性好、空間控制性與時(shí)間控制性優(yōu)異1,使得激光在工農(nóng)生產(chǎn)、國(guó)防軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且激光技術(shù) 的發(fā)展也相當(dāng)迅速。而且由于激光的這些特點(diǎn)，在車輛檢測(cè)中也可 以有廣泛的應(yīng)用。

2、車輛檢測(cè)是智能交通系統(tǒng)(intelligent transportationsystem,簡(jiǎn)稱its )中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其目的是準(zhǔn)確地獲取路段 車輛并且檢測(cè)相關(guān)的參數(shù)(包括交通流量、車速、行程時(shí)間、車道 占有率以及車流密度等)，得到的結(jié)果通過分析，提供到主動(dòng)安全 系統(tǒng)。車輛檢測(cè)技術(shù)中的關(guān)鍵部分是傳感器，目前應(yīng)用于車輛檢測(cè)的傳 感器有感應(yīng)線圈傳感器、紅外線傳感器、視頻檢測(cè)器、磁力傳感器、 超聲波傳感器等，這些傳感器通過檢測(cè)車輛通過固定的地點(diǎn)來得到 車輛的交通流信息。而激光傳感器作為一種新興的傳感器，具有檢 測(cè)靈敏度高、抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。一:三交發(fā)表專家一L 山國(guó)學(xué)術(shù)反毒網(wǎng) www,1.激光的特點(diǎn)

3、激光屬于光的一種，其本身有很多不同于普通光的特點(diǎn)。主要有：(1)單色性：激光的單色性使得激光的頻率范圍窄，因?yàn)橄喔?性好而且其單色性，激光都會(huì)有一個(gè)中心頻率，大部分的激光處在 中心頻率附近，這使得激光接收器的接收頻率非常明確，其單色性 在一定程度上減少了其他光源的干擾。(2)相干性：又稱同調(diào)性，描述波在傳播時(shí)，其物理量在不同 地點(diǎn)或不同時(shí)間的相關(guān)特性2。激光由于受激輻射的光子在相位 上是相同的，使得激光的時(shí)間相干性好，并且加上諧振腔的選模作 用，使激光光束橫截面上的相位關(guān)系固定，空間相干性好3。這兩點(diǎn)使得激光有很好的單色性并且頻率范圍相當(dāng)集中。(3)方向性：激光與普通光相比相干性好，但并非完全

4、非相干 光，所以激光還是有一定的散射角的，不過在車輛檢測(cè)中的距離通 常不超過30米，其散射光線微乎其微，可以忽略不計(jì)。(4)光強(qiáng)度：由于其方向性和相干性優(yōu)良，相同光強(qiáng)的激光和 普通光相比，在傳輸一段距離之后普通光已經(jīng)發(fā)生了很大的散射， 但是激光仍然能保持較高的光強(qiáng)。目前激光可以做成最亮的光源， 一臺(tái)巨脈沖紅寶石激光器的亮度可達(dá)。由于激光以上的特性，就可以設(shè)計(jì)出一種傳感器，通過檢測(cè)某區(qū) 域車輛的通過情況來記錄并分析車輛的各種情況。.設(shè)計(jì)原理:一:三交發(fā)表專家一 E國(guó)學(xué)術(shù)反毒網(wǎng) www,激光與普通光源同樣具有可以被遮擋的特點(diǎn)，如果不透明的物體 存在于激光傳輸路徑上，激光就會(huì)被遮擋，但是激光又有其相

5、干性 和方向性好的特點(diǎn)，使其傳輸過程中不會(huì)出現(xiàn)普通光所出現(xiàn)的散射 現(xiàn)象。利用這一點(diǎn)，本文提出一種簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)方向，對(duì)各種車道的 可能行進(jìn)行了不同的設(shè)計(jì)。車道概況分析車道分為單向車道和雙向車道兩種，城市道路中雙向四車道比較 常見，高速公路通常為兩車道加緊急停車道，目前通常為雙向六車 道4,部分交通流量大的地方可能會(huì)達(dá)到八車道或者更多。不同 的車道所占用的道路寬度不同，高速公路中雙向六車道的車道總寬 度大約28米，常見最寬的車道也不超過40米，以激光的特性來說， 40米的距離不會(huì)造成傳感器精度下降。傳感器模型本設(shè)計(jì)的基本原理是，在道路兩旁設(shè)置激光發(fā)射器和接收器，如 圖1,車輛經(jīng)過時(shí)阻擋激光照射，從而

6、得到響應(yīng)，用兩組不同位置 的激光發(fā)射器和接收器可以檢測(cè)車輛經(jīng)過改兩點(diǎn)時(shí)的時(shí)間差，經(jīng)過 計(jì)算可以得出車輛的車長(zhǎng)和車速。圖1激光傳感器設(shè)計(jì)模型假設(shè)兩組傳感器的間隔為，經(jīng)過兩組傳感器的時(shí)間間隔，傳感器1由阻塞狀態(tài)到聯(lián)通狀態(tài)為一:三交發(fā)表專家一L 山國(guó)學(xué)術(shù)反毒網(wǎng) www,感器2阻塞狀態(tài)到聯(lián)通狀態(tài)為，則其車長(zhǎng)表示為：車速表水為：該方法的計(jì)算公式簡(jiǎn)單，可以比較準(zhǔn)確的測(cè)量單獨(dú)車輛的車身長(zhǎng) 度和車速。但是實(shí)際情況是，外界的復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)致測(cè)量精度和難度 變高，這是所有的傳感器類設(shè)備所遇到的問題。接下來主要針對(duì)激 光傳感器所遇到的問題盡行總結(jié)誤差分析(1)天氣干擾由于激光屬于可見光，會(huì)被不透明的物體遮擋或者液體折射

7、，所 以不同的天氣情況有可能會(huì)導(dǎo)致激光接收器接收到的信號(hào)不穩(wěn)，更 有甚者，如果設(shè)備沒有做好防水措置，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。天氣對(duì)激光傳感器的最大影響是阻礙光的傳輸，雨天或者雪天會(huì) 導(dǎo)致激光的折射或阻礙，導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)“閃斷”，霧天則會(huì)使激光 衰減5。目前針對(duì)閃斷，采用雙傳感器核對(duì)法，采用激光傳感器 需要兩組傳感器相距一段距離，車輛經(jīng)過時(shí)會(huì)依次阻擋傳感器光 線。假設(shè)車輛穿過傳感器是勻速的，那么這兩個(gè)傳感器被遮擋的時(shí) 間也是相似的，假設(shè)車長(zhǎng)車速已知，其阻擋時(shí)間，車輛阻擋第一個(gè) 傳感器到阻擋第二個(gè)傳感器的時(shí)間。也就是說，當(dāng)傳感器接收到這 樣的信號(hào)時(shí)才會(huì)判斷為有車輛經(jīng)過，這樣就會(huì)大幅降低雨或雪帶來 的干擾

8、。一:三交發(fā)表專家一 E國(guó)學(xué)術(shù)反毒網(wǎng) www,(2)設(shè)備誤差用于一般行駛的車輛車身長(zhǎng)度通常為 5米到10米，高速公路規(guī) 定車輛行駛速度為6,則傳感器遮蓋時(shí)間在0.15秒到0.6秒的范 圍內(nèi)，設(shè)備誤差通常在毫秒以下，其誤差率小于3%使用激光進(jìn)行測(cè)量，其誤差主要反映在設(shè)備上，因?yàn)檫M(jìn)行檢測(cè)時(shí) 激光接收器只有兩個(gè)狀態(tài)，而觸發(fā)該狀態(tài)的物體為檢測(cè)物體本身， 所以外界帶來的誤差非常小。大部分的誤差為設(shè)備內(nèi)部誤差，這部 分的誤差可以用測(cè)量補(bǔ)償?shù)姆绞綇浹a(bǔ)，即使用同一種光束測(cè)量接收 器數(shù)次，分別記下兩個(gè)傳感器出現(xiàn)的誤差。取平均值當(dāng)作檢測(cè)偏移 值，在之后的檢測(cè)中，測(cè)量值與偏移值進(jìn)行計(jì)算，得出需要的數(shù)據(jù)。 其實(shí)誤差與

9、被測(cè)數(shù)據(jù)相差的數(shù)量級(jí)非常的大，可以忽略不計(jì)。激光傳感器的特點(diǎn)與其他傳感器相比，激光傳感器有如下特點(diǎn)：1部署簡(jiǎn)單。與電磁類傳感器相比，激光傳感器的安裝部署比較 簡(jiǎn)單，不需要對(duì)路面進(jìn)行改造，而是在道路兩旁設(shè)置檢測(cè)設(shè)備，不 會(huì)造成交通的中斷。2檢測(cè)結(jié)果處理簡(jiǎn)單。不同于其他傳感器，該傳感器不需要對(duì)檢 測(cè)載體進(jìn)行分析，比如聲學(xué)傳感器需要對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行去噪音處 理。3靈敏度高等。而激光傳感器也有一些缺點(diǎn)，如過高的靈敏度會(huì) 在天氣變化時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，必須使用一定的算法進(jìn)行糾正；本傳感器一:三交發(fā)表專家一L 山國(guó)學(xué)術(shù)反毒網(wǎng) www, 為線檢測(cè)，所以其安裝位置是需要一定的測(cè)量的，而且也造成了不 能檢測(cè)橫向重合的車輛

10、等。.總結(jié)本文介紹了激光的特點(diǎn)，并且根據(jù)此特點(diǎn)提出了一種檢測(cè)車輛車 速和車長(zhǎng)的傳感器方案，并分析了誤差產(chǎn)生的原因，闡述了該傳感 器的特點(diǎn)以及缺點(diǎn)?？偟膩碚f，激光傳感器的發(fā)展?jié)摿ο喈?dāng)巨大， 加之目前多傳感器聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)也逐漸成為研究熱點(diǎn)7,可以彌補(bǔ)激光傳感器的不足。希望本文能對(duì)我國(guó)的車輛檢測(cè)以及激光傳感 器應(yīng)用提供一定的參考。參考文獻(xiàn)：1,彭春華，劉建業(yè)，劉月峰，晏磊，鄭江華.車輛傳感器綜述j.傳感器與微系統(tǒng)，2007,第26卷:4-7.2.周金茍.時(shí)間相干性和空間相干性的討論j,吉安師專學(xué)報(bào).1998, 第 19 卷：11-15.3,宋峰，劉淑靜,激光基石知識(shí)j,清洗世界，2005,第21卷：31-34.4,魏俊峰,準(zhǔn)六車道高速公路通行能力研究j,交通工程，2011,第 14 期：161-163. hao dongshan, xie hongjun. photon acceleration of laser-plasma based on compton scatteringj, semiconductor photonics a