一體式雷射掃描交通情況調查裝置及方法
2023-06-30 00:14:11 1
專利名稱：一體式雷射掃描交通情況調查裝置及方法
技術領域：
本發明涉及雷射應用技術領域，尤其涉及一體式雷射掃描交通情況調查裝置及方法。
背景技術：
作為公路交通重要信息資源，交通情況調查是交通運輸行業宏觀管理和決策的基礎，是實現公路交通加快轉變發展的信息支撐。智能交通領域涉及到交通情況調查，需要對公路上車輛進行車速測量以及車型識別。目前用於公路上車輛進行車速測量以及車型識別的方法，按工作原理的不同可分為視頻檢測技術、超聲波檢測技術、紅外線檢測技術、感應線圈檢測技術、壓電薄膜與線圈組合技術、和雷射檢測技術等方法。視頻檢測技術圖像、車型識別的技術還很不成熟；超聲波檢測技術反射信號不穩定，易受風雨等惡劣自然條件影響；紅外線檢測技術對環境適應能力差、故障率高；感應線圈檢測技術只能提供車輛計數、車輛速度等有限信息，並且線圈壽命較短；壓電薄膜與線圈組合技術在安裝過程中需要破壞路面，且在車輛異常行駛時車型分類以及檢測精度都會降低。近幾年來，雷射測距技術廣泛應用於交通情況調查領域。目前市面上基於雷射測距原理的交調裝置，能夠在車輛行駛斷面上形成一個掃描檢測斷面，車輛通過時，通過檢測該斷面各點信息，得到車輛的寬高信息，為了得到車輛的車長和車速信息，則需兩臺裝置，形成兩個掃描檢測斷面，利用所述兩個斷面的計時差值計算得出所需信息。同時匹配車輛模型智能算法，實現車速測量和車型識別。但是，使用兩臺雷射掃描測距裝置，成本高，施工量大，不利於廣泛推廣。
發明內容
本發明實施例提供一種一體式雷射掃描交通情況調查裝置，用以節省成本，減少施工量，有利於一體式雷射掃描交通情況調查裝置的廣泛推廣，該裝置包括雷射發射單元，用於產生一束脈衝式雷射；分光單元，用於將所述脈衝式雷射分光，在被測車輛行駛斷面上形成至少兩個掃描檢測斷面；聚光接收單元，用於接收被測車輛在通過所述掃描檢測斷面的過程中所述脈衝式雷射漫反射產生的回波光線，對所述回波光線進行聚焦，增強光信號；數據轉換單元，用於將所述聚焦後的光信號轉換為電信號；數據分析處理單元，用於根據所述電信號，獲得被測車輛的行車信息。一個實施例中，所述分光單元包括光學元器件與運動控制件的組合。一個實施例中，所述光學元器件包括反光鏡和/或分光鏡。一個實施例中，所述運動控制件包括電機。一個實施例中，所述雷射發射單元採用驅動電路驅動雷射二極體，並匹配準直透鏡。一個實施例中，所述聚光接收單元包括與所述雷射二極體同軸的聚焦透鏡。一個實施例中，所述數據轉換單元包括光電二極體。一個實施例中，所述數據分析處理單元包括電距離轉換子單元，用於根據所述電信號獲得被測車輛通過所述掃描檢測斷面的時間、角度和距離信息；車速計算子單元，用於根據所述時間、角度和距離信息，計算被測車輛的行車速度；和/或，車型識別子單元，用於根據所述時間、角度和距離信息，計算被測車輛的長度、寬度和高度；根據所述長度、寬度和高度，重構被測車輛的三維輪廓，進行被測車輛的車型識別。一個實施例中，所述電距離轉換子單元包括計時器。一個實施例中，所述數據分析處理單元還包括如下子單元之一或組合行車信息分析子單元，用於根據被測車輛的行車信息，分析獲得機動車交通量、車頭時距、跟車百分比、車頭間距、時間佔有率之一或組合；數據處理子單元，用於保存、顯示和/或輸出被測車輛的行車信息。本發明實施例還提供一種一體式雷射掃描交通情況調查方法，用以節省成本，減少施工量，有利於一體式雷射掃描交通情況調查方法的廣泛推廣，該方法包括將單個雷射光源產生的一束脈衝式雷射分光，在被測車輛行駛斷面上形成至少兩個掃描檢測斷面；接收被測車輛在通過所述掃描檢測斷面的過程中所述脈衝式雷射漫反射產生的回波光線，對所述回波光線進行聚焦，增強光信號；將所述聚焦後的光信號轉換為電信號；根據所述電信號，獲得被測車輛的行車信息。一個實施例中，所述至少兩個掃描檢測斷面內掃描點交錯分布。—個實施例中，根據所述電信號，獲得被測車輛的行車信息，包括根據所述電信號獲得被測車輛通過所述掃描檢測斷面的時間、角度和距離信息；根據所述時間、角度和距離信息，計算被測車輛的行車速度；和/或，根據所述時間、角度和距離信息，計算被測車輛的長度、寬度和高度；根據所述長度、寬度和高度，重構被測車輛的三維輪廓，進行被測車輛的車型識別。一個實施例中，所述一體式雷射掃描交通情況調查方法還包括根據被測車輛的行車信息，分析獲得機動車交通量、車頭時距、跟車百分比、車頭間距、時間佔有率之一或組合。一個實施例中，所述一體式雷射掃描交通情況調查方法還包括保存、顯示和/或輸出被測車輛的行車信息。本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置和方法基於雷射測距技術，無需與其它裝置和方法配合使用，也無需在路面上封路施工，實際安裝、調試、維護簡單方便，具有較大的現實意義；僅用一臺裝置，即可實現對於機動車車速的準確測量和車型的精確識別，從而實現交通情況調查；並且檢測精度高，成本低廉，易於推廣。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中圖1為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置的結構示意圖；圖2為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置的應用示意圖；圖3為本發明實施例中將一束脈衝式雷射分光在被測車輛行駛斷面上形成兩個掃描檢測斷面的示意圖；圖4為本發明實施例中分光單元102的一具體實施示意圖；圖5為本發明實施例中分光單元102的另一具體實施示意圖；圖6為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置的具體實例的示意圖；圖7為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置的具體實例的示意圖；圖8為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查方法的處理流程圖；圖9為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查方法的具體實例的示意圖；圖10為本發明實施例中計算行車信息的示意圖；圖11為本發明實施例中掃描檢測斷面內掃描點分布原理圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明實施例基於單點雷射測距原理，提供一種成本低、檢測精度和可靠性高、現場安裝調試簡單的一體式雷射掃描交通情況調查裝置。通過一臺裝置，在車輛行駛斷面上形成至少兩個掃描檢測斷面，實現交通情況調查。圖1為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置的結構示意圖。如圖1所示，本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置可以包括雷射發射單元101，用於產生一束脈衝式雷射；分光單元102，用於將脈衝式雷射分光，在被測車輛行駛斷面上形成至少兩個掃描檢測斷面；實施中掃描檢測斷面的數量可以根據需求設定，例如可以是2-8個，當然也可以選擇其它數量來實施。任意兩個掃描檢測斷面所形成的角度也可以根據需求設定，例如可以是0° -160°，當然也可以選擇其它角度值來實施。任意兩個掃描檢測斷面與地面的交線在車輛行駛方向的距離也可以根據需求設定，例如可以是lm-50m，當然也可以選擇其客觀存在距離值來實施；聚光接收單元103，用於接收被測車輛在通過掃描檢測斷面的過程中脈衝式雷射漫反射產生的回波光線，對回波光線進行聚焦，增強光信號；數據轉換單元104，用於將聚焦後的光信號轉換為電信號；數據分析處理單元105，用於根據電信號，獲得被測車輛的行車信息。
具體實施時，雷射發射單元101可以由能夠實現其功能的裝置來實施，例如可以採用驅動電路驅動雷射二極體，並匹配準直透鏡，產生一束脈衝式雷射，直接或間接打到被測車輛上。圖2為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置的應用示意圖。圖3為本發明實施例中將一束脈衝式雷射分光在被測車輛行駛斷面上形成兩個掃描檢測斷面的示意圖。具體實施時，分光單元102可以由能夠實現其功能的裝置來實施，例如可以採用光學元器件與運動控制件的組合。分光單元102採用光學元器件與運動控制件組合，可以將一束雷射光源形成至少兩個掃描檢測斷面。其中光學元器件可以包括反光鏡和/或分光鏡。運動控制件可以包括電機。如圖3所示，由單個雷射光源產生的一束脈衝式雷射通過一個被電機帶動旋轉的反光鏡，即可在車輛行駛斷面上形成兩個雷射掃描檢測斷面。車輛通過所述掃描檢測斷面過程中，可以通過接收到的光信號獲取到斷面各點時間、角度和距離信息，以此計算被測車輛的長度、寬度、高度、速度等行車信息，匹配智能算法則可重構三維輪廓，實現車型識別。圖4為本發明實施例中分光單元102的一具體實施示意圖；圖5為本發明實施例中分光單元102的另一具體實施示意圖。如圖4所示，利用電機帶動不同傾斜角度的兩片反光鏡旋轉即可在一體式雷射掃描交通情況調查裝置下方形成兩個掃描檢測斷面。如圖5所不，利用電機帶動一定傾斜角度的一片反光鏡旋轉也可在一體式雷射掃描交通情況調查裝置下方形成兩個掃描檢測斷面。具體實施時，聚光接收單元103可以由能夠實現其功能的裝置來實施，例如可以是與雷射發射單元101採用的雷射二極體同軸的聚焦透鏡。聚光接收單元103可以採用與雷射二極體同軸的聚焦透鏡，接收脈衝式雷射經由被測物漫反射產生的回波光線，並對光線聚焦，增強光信號。具體實施時，數據轉換單元104可以將聚焦後的光信號轉換為電信號，可以由能夠實現其功能的裝置來實施，例如可以採用光電二極體，如採用APD (Avalanche PhotoDiode，雪崩光電二極體)將光信號轉換為電信號。轉換後還可以將電信號放大至數據分析處理單元105可識別的範圍內，例如可以採用放大電路來實施該放大功能。具體實施時，被測車輛的行車信息可以包括被測車輛通過掃描檢測斷面的時間、角度和距離信息；也可以包括被測車輛的長度、寬度和高度，被測車輛的車型；還可以包括機動車交通量、車頭時距、跟車百分比、車頭間距、時間佔有率等信息。圖6為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置的具體實例的示意圖。如圖6所示,實施時數據分析處理單元105可以包括電距離轉換子單元601，用於根據電信號獲得被測車輛通過掃描檢測斷面的時間、角度和距離信息；車速計算子單元602，用於根據時間、角度和距離信息，計算被測車輛的行車速度；和/或，車型識別子單元603，用於根據時間、角度和距離信息，計算被測車輛的長度、寬度和高度；根據長度、寬度和高度，重構被測車輛的三維輪廓，進行被測車輛的車型識別。電距離轉換子單元601在根據電信號獲得被測車輛通過掃描檢測斷面的時間時，可以採用計時單元進行處理，例如採用計時器。對於不同的檢測區域可以採用同一片計時單元，實現信息共享，且實施起來同步性較好。各檢測區域之間的角度與相對距離可以通過上述光學元器件保證，光學元器件的加工精度好，且可靠性高。圖7為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查裝置的具體實例的示意圖。如圖7所示，實施時數據分析處理單元105可以包括如下子單元之一或組合行車信息分析子單元701，用於根據被測車輛的行車信息，分析獲得機動車交通量、車頭時距、跟車百分比、車頭間距、時間佔有率之一或組合；數據處理子單元702，用於保存、顯示和/或輸出被測車輛的行車信息。基於同一發明構思，本發明實施例中還提供了 一種一體式雷射掃描交通情況調查方法，如下面的實施例所述。因為一體式雷射掃描交通情況調查方法解決問題的原理與一體式雷射掃描交通情況調查裝置相似，所以一體式雷射掃描交通情況調查方法的實施可以參見一體式雷射掃描交通情況調查裝置的實施，重複之處不再贅述。圖8為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查方法的處理流程圖。如圖8所示，本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查方法可以包括步驟801、將單個雷射光源產生的一束脈衝式雷射分光，在被測車輛行駛斷面上形成至少兩個掃描檢測斷面；實施中掃描檢測斷面的數量可以根據需求設定，例如可以是2-8個，當然也可以選擇其它數量來實施。任意兩個掃描檢測斷面所形成的角度也可以根據需求設定，例如可以是0° -160°，當然也可以選擇其它角度值來實施。任意兩個掃描檢測斷面與地面的交線在車輛行駛方向的距離也可以根據需求設定，例如可以是lm-50m，當然也可以選擇其客觀存在距離值來實施；步驟802、接收被測車輛在通過掃描檢測斷面的過程中脈衝式雷射漫反射產生的回波光線，對回波光線進行聚焦，增強光信號；步驟803、將聚焦後的光信號轉換為電信號；步驟804、根據電信號，獲得被測車輛的行車信息。具體實施時，根據電信號，獲得被測車輛的行車信息，可以包括根據電信號獲得被測車輛通過掃描檢測斷面的時間、角度和距離信息；根據時間、角度和距離信息，計算被測車輛的行車速度；和/或，根據時間、角度和距離信息，計算被測車輛的長度、寬度和高度；根據長度、寬度和高度，重構被測車輛的三維輪廓，進行被測車輛的車型識別。實施中可以將被測車輛的三維輪廓結合車輛模型匹配智能算法，進行被測車輛的車型識別。具體實施時，本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查方法還可以包括根據被測車輛的行車信息，分析獲得機動車交通量、車頭時距、跟車百分比、車頭間距、時間佔有率之一或組合。具體實施時，本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查方法還可以包括保存、顯示和/或輸出被測車輛的行車信息。圖9為本發明實施例中一體式雷射掃描交通情況調查方法的具體實例的示意圖。如圖9所示，本例中一體式雷射掃描交通情況調查方法可以包括步驟901、由單個雷射光源產生的一束脈衝式雷射，在車輛行駛斷面上分光形成兩個掃描檢測斷面掃描檢測面A和掃描檢測面B ;根據車輛在通過掃描檢測面A和掃描檢測面B的過程中脈衝式雷射漫反射產生的回波光線，對回波光線進行聚焦，增強光信號；將聚焦後的光信號轉換為電信號；根據電信號執行如下步驟步驟902、車輛經過時，記錄車輛進入掃描檢測面A和B的時間差，並根據兩個面在行車方向上的固定距離計算車速；步驟903 :記錄車輛進入和離開掃描檢測面A的時間差，並結合車速計算車長；步驟904 :車輛經過掃描檢測斷面A過程中，記錄各點距離、角度信息，並計算車輛寬度和高度；步驟905 :重複步驟904，結合車速，計算車輛不同位置的寬度和高度；步驟906 :根據被測車輛的長度、寬度、高度、速度等行車信息，並匹配智能算法重構三維輪廓，實現車速測量和車型識別。圖10為本發明實施例中計算行車信息的示意圖。為方便進行實施例的進一步描述，結合圖10，定義以下參數，對計算車輛長度、寬度、高度、速度等行車信息的方法進行具體介紹D0 :一體式雷射掃描交通情況調查裝置的安裝高度；Δ S :雷射兩掃描檢測斷面與地面交線在車輛行駛方向的距離；Ta :當車輛進入掃描檢測面A時，記錄的觸發時間；Ta』 當車輛離開掃描檢測面A時，記錄的觸發時間；Tb :當車輛進入掃描檢測面B時,記錄的觸發時間；Dop :如圖10所示車輛經過掃描檢測面A時，掃描車輛邊界點P與一體式雷射掃描交通情況調查裝置光源O的距離；Doq :如圖10所示車輛經過掃描檢測面A時，掃描車輛邊界點Q與一體式雷射掃描交通情況調查裝置光源O的距離；a Qp :如圖10所示，OP與垂直方向的夾角；a QQ :如圖10所示，OQ與垂直方向的夾角；β :如圖10所示，OP與OQ的夾角；車速
權利要求
1.一種一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，包括雷射發射單元，用於產生一束脈衝式雷射；分光單元，用於將所述脈衝式雷射分光，在被測車輛行駛斷面上形成至少兩個掃描檢測斷面；聚光接收單元，用於接收被測車輛在通過所述掃描檢測斷面的過程中所述脈衝式雷射漫反射產生的回波光線，對所述回波光線進行聚焦，增強光信號；數據轉換單元，用於將所述聚焦後的光信號轉換為電信號；數據分析處理單元，用於根據所述電信號，獲得被測車輛的行車信息。
2.如權利要求1所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，所述分光單元包括光學元器件與運動控制件的組合。
3.如權利要求2所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，所述光學元器件包括反光鏡和/或分光鏡。
4.如權利要求2所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，所述運動控制件包括電機。
5.如權利要求1所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，所述雷射發射單元採用驅動電路驅動雷射二極體，並匹配準直透鏡。
6.如權利要求5所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，所述聚光接收單元包括與所述雷射二極體同軸的聚焦透鏡。
7.如權利要求1所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，所述數據轉換單元包括光電二極體。
8.如權利要求1至7任一項所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，所述數據分析處理單元包括電距離轉換子單元，用於根據所述電信號獲得被測車輛通過所述掃描檢測斷面的時間、角度和距離信息；車速計算子單元，用於根據所述時間、角度和距離信息，計算被測車輛的行車速度；和/或，車型識別子單元，用於根據所述時間、角度和距離信息，計算被測車輛的長度、 寬度和高度；根據所述長度、寬度和高度，重構被測車輛的三維輪廓，進行被測車輛的車型識別。
9.如權利要求8所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於，所述電距離轉換子單元包括計時器。
10.如權利要求1至7任一項所述的一體式雷射掃描交通情況調查裝置，其特徵在於， 所述數據分析處理單元還包括如下子單元之一或組合行車信息分析子單元，用於根據被測車輛的行車信息，分析獲得機動車交通量、車頭時距、跟車百分比、車頭間距、時間佔有率之一或組合；數據處理子單元，用於保存、顯示和/或輸出被測車輛的行車信息。
11.一種一體式雷射掃描交通情況調查方法，其特徵在於，包括將單個雷射光源產生的一束脈衝式雷射分光，在被測車輛行駛斷面上形成至少兩個掃描檢測斷面；接收被測車輛在通過所述掃描檢測斷面的過程中所述脈衝式雷射漫反射產生的回波光線，對所述回波光線進行聚焦，增強光信號；將所述聚焦後的光信號轉換為電信號；根據所述電信號，獲得被測車輛的行車信息。
12.如權利要求11所述的一體式雷射掃描交通情況調查方法，其特徵在於，所述至少兩個掃描檢測斷面內掃描點交錯分布。
13.如權利要求11所述的一體式雷射掃描交通情況調查方法，其特徵在於，根據所述電信號，獲得被測車輛的行車信息，包括根據所述電信號獲得被測車輛通過所述掃描檢測斷面的時間、角度和距離信息；根據所述時間、角度和距離信息，計算被測車輛的行車速度；和/或，根據所述時間、角度和距離信息，計算被測車輛的長度、寬度和高度；根據所述長度、寬度和高度，重構被測車輛的三維輪廓，進行被測車輛的車型識別。
14.如權利要求11至13任一項所述的一體式雷射掃描交通情況調查方法，其特徵在於，還包括根據被測車輛的行車信息，分析獲得機動車交通量、車頭時距、跟車百分比、車頭間距、 時間佔有率之一或組合。
15.如權利要求11至13任一項所述的一體式雷射掃描交通情況調查方法，其特徵在於，還包括保存、顯示和/或輸出被測車輛的行車信息。
全文摘要
本發明公開了一種一體式雷射掃描交通情況調查裝置及方法，其中裝置包括雷射發射單元，用於產生一束脈衝式雷射；分光單元，用於將所述脈衝式雷射分光，在被測車輛行駛斷面上形成至少兩個掃描檢測斷面；聚光接收單元，用於接收被測車輛在通過所述掃描檢測斷面的過程中所述脈衝式雷射漫反射產生的回波光線，對所述回波光線進行聚焦，增強光信號；數據轉換單元，用於將所述聚焦後的光信號轉換為電信號；數據分析處理單元，用於根據所述電信號，獲得被測車輛的行車信息。本發明實際安裝、調試、維護簡單方便；僅用一臺裝置，即可實現對於機動車車速的準確測量和車型的精確識別，從而實現交通情況調查；並且檢測精度高，成本低廉，易於推廣。
文檔編號G08G1/017GK103050010SQ20121059161
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者王慶飛, 李建軍, 鄧永強, 王泮義, 李宗洲, 熊若訥 申請人:北京萬集科技股份有限公司