用雷射來檢測和記錄違反道路交通規則的系統的製作方法

2023-05-27 11:51:01

專利名稱：用雷射來檢測和記錄違反道路交通規則的系統的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種高效、高精度、便於操作的用於檢測和記錄違反道路交道規則的系統，其記錄功能是用來辨認肇事者。本系統的有關內容及其優點通過閱讀下文就能清楚地了解了。
本系統是一種光學檢測系統，配有(intercepted)至少一臺照相機及數據處理裝置。
根據本發明，為形成檢測，本系統由同軸安裝的複合雷射發射器和雷射接收器組成。光敏二極體接收器與放大器及信號處理裝置相連接，接收到的信號是反射雷射束強度的突然變化。
供電線路給雷射信號發生器供電、使雷射發生器產生脈衝式雷射，其脈衝寬度與相鄰兩脈衝之間的間隔相比是很窄的，這樣有利於實現較少的能量吸收及限制危險性。
雷射發射器裝在光學屏蔽筒內，利用聚光器、聚焦器以獲得所要求的反射距離，與其同一軸線安裝的還有另一聚光系統，用來使光敏二極體接收器表面上分布的光線足夠均勻。
光敏二極體接收器是裝在金屬屏蔽罩內，在這裡是用鐵屏蔽罩，以防止外界的幹擾。其中包括給雷射器供電時電壓上升及下降時產生的幹擾等。
放大器和信號處理裝置，可包括有增益控制的低噪聲前置放大器、放大器、信號檢測器、接收信號和本底噪聲的差分放大器、控制平均信號增益的組件、以及一個能根據比較參考值和時間數值而發生信號的觸發器。
為了能可靠地工作並防止產生誤差，本系統包括三個檢測器，用於通過處理三個檢測器的信號的裝置，分別得到信號的傳輸時間、信號的持續時間、及速度值;比較裝置，用於比較同類數值的大小、並剔除偏差大的數值，及用於把獲得的數據與預定的值作比較的裝置，該預定值至少是那些與限制速度有關的值。
用於輸入兩種不同的預定值的裝置，分別用於長車身車輛及小汽車的速度限制。轉換裝置根據接收到的信號鑑別車輛種類，再把檢測出的信號轉換到相應的預定速度限制值進行比較。這些轉換裝置的轉換是根據車身長度來決定的，而車身長度是由其中一個檢測器對被檢車輛一個部位檢測的時間以及車速決定的。這些數值是要受到兩不同的檢測器或不同組的檢測器得到的數據是否一致的鑑定。
這個系統還可進一步包括和結合一臺照相機，它能從後面對剛駛過車輛的尾部拍照;一用於準充拍照的裝置，該裝置把測得的車速值與預定和予選擇的，作為計算的車長函數速度值比較;一控制裝置，用於控制照相機延遲拍照的執行、即它接收和處理汽車在運行中有關速度和車長的數據，可在予定的和理想的位置，即當車輛尾部與相機之間的距離達到預定值時獲得相機拍照。照相機可以裝在小汽車上或者用於監測由跟蹤者操作。
在一種可能的實施例中，該系統裝在小汽車上，三個檢測器裝在架子上、按車子長度方向間隔排列，架子固定在駕駛室的頂上。當然架子也可固定在地面上。
此系統還可再增加一臺照相機，以作為附加相機或代替前面講過的那臺照相機，這臺相機放在檢測器的前方(按車行駛方向)以對駛過汽車的予先拍照。在此情況當處理後的數據表示駛過的汽車已違反交通規則了，則把有關車速和對車輛開始檢測的時刻的數據由處理裝置作處理、並通過無線電去控制相機，當車輛頭部相對於照相機到達預定位置時，相機拍照。
本系統還可配裝監視器，接收信提供給遙控者。
給監視器的信號和或給拍車輛頭部照片相機的指令是靠無線電傳送的。為防止指令的誤傳送、採取使用下述裝置預防。個別的可與監視器和或遙控相機一起還裝有中央處理裝置，用來比較重複傳輸的數據鑑別接收到的信號，只有當依次接收到的多次重複且一致時，才把命令傳給監視器和相機。
本系統還可裝配一個或多個安全保護裝置，防止雷射束對人員的危險。一種是雷達或類似雷達的裝置，可用來估測高速行駛的車輛，只有認為車子超速時才開動雷射器。另一種安全裝置是超聲波發射器或具有相當性能的設備，當雷射發射器前為有障礙物(人員)時能中斷雷射發射。另一種相類似的安全裝置是由接收到的反射雷射束能量極限值(apowerthreshold)來控制的。當障礙物很靠近檢測器時接到的反射信號超過極限值時中斷雷射發射。
本系統還可裝上偏振濾光片來濾掉或減少外界光線的影響，尤其是反射的自然光，或許還可裝上紅外線(或類似的)濾光片以區別閃光燈。
以下的描述及附圖能更好地理解本發明，附圖中是一個實際例子，本發明並非只限於此。


圖1示出了雷射發射器和接收器的截面圖。
圖2示出了移動或安置的平面圖。
圖3A、3B示出了兩種可能工作情況的正面圖。
圖4是本系統的電路圖。
根據本發明構成檢測器的雷射發射器和接收器表示在圖1中(1)是外殼，內裝有光接收系統，(3)是光接收系統的鏡頭;它可以是一個鏡片或一組鏡片，用於聚集反射雷射束到雷射接收器(5)的表面上;用光學系統(3)表示的聚光和聚焦裝置使光線基本均勻地分布在光敏二極體(5)的接收表面上。在光敏二極體(5)前面有一個用於擋掉周圍光線照到二極體上的濾光片(6)。光敏二極體(5)和與其相連接的前置放大器(7)都裝在鐵或其它能起電磁屏蔽的屏蔽罩(9)內，保護接收器免受雷射器電源及其它外部所產生的幹擾。雷射發射器(10)一般裝在光學系統鏡頭(3)內。(12)是雷射束髮生器，接著(14)是聚光器，(16)的外側面有光學屏蔽作用的屏蔽。聚焦鏡片(18)和光學部件(14)一起把雷射聚焦在一個合適的距離上以供使用，通常為10～15米、以用於通路上檢測車輛。供電線路(20)用導線(22)與雷射束髮生器(12)相連接，它們也是屏蔽起來以防止產生幹擾，屏蔽罩(9)保護光敏二極體免受幹擾。
雷射束髮生器(12)產生持續時間短、間歇時間長的脈衝式雷射，在所有情況下工作頻率都高於5000赫(用於檢測道路交通)。脈衝發射能有利地限制能量的吸收減少對人員的危險。高頻率是為了保證測量的精確度。
發射器和接收器的光學系統的結構能實現要求的聚焦、在光敏二極體與接收表面上做到光線均勻分布(矽或其它材料的光敏二極體)，這樣光敏二極體的激發不會太集中而飽和。這可用球形象差或其它方法來實現。在圖1中用(5、7)表示的接收器、連同檢測器和比較器的線路詳細示在圖4上。雷射檢測器的設計是當發射器發射的雷射束碰到具有不同反射能力的反射面被反射回來，光敏二極體接收到的信號確定為當反射光突然變化時，這樣根據本發明構成的雷射檢測器能安裝在道路旁照射固定靶、按圖4所示的檢測系統，回到光敏二極體(5)的反射光信號是恆定的或變化緩慢的。當有車輛駛過時，產生變化很突然的反射信號，檢測器進入檢測，突然變化的信號與發射器對準的反射靶反射回來的信號相比可能是增加的、也可能是減小的。突然變化的信號由電子線路(如圖4所示或者等效的線路)作處理、以得到反映車輛駛過的信號，這是因為車輛有不同的反射能力及能引起突然變化的信號。這些信號再去控制計算系統，有關計算系統下面會討論的。車輛的通過改變了反射光的量值，當車輛的頭部駛過時引起的變化導致信號的產生，這個信號是計算時需要的。當車身駛過時，信號的變化繼續維持，且檢測過程一直到車輛的尾部駛過後才停止，從信號變化的狀態恢復到原來平靜的狀態(車輛的尾部駛過)引起產生代表車輛已通過的第二個信號，這個信號也是計算時需要的。
在圖4中，光敏二極體(5)與低噪聲、可控增益的前置放大器(7)相連接，如前所述它們是仔細地裝在屏蔽罩(9)之內(圖1)。與前置放大器相連的還有放大器(26)及信號檢測器(28)。信號檢測器28與增益控制系統、即方框迴路(30)相連，同時與差分放大器(32)相連、當信號從導線(36)輸入時抵消從線(34)輸入的本底噪聲。迴路(38)是由觸發器(40、42)組成，通過比較接收到的信號及參考值、通過計算得到恢復平靜所需的時間觸發器在輸出端(44)發出一個信號。
所描述的雷射檢測器的結構，說明它的安裝是非常方便的，沒有什麼特殊要求，同時說明它是很精確的，因為它能排除外界幹擾引起的不是突然的變化，只有當車輛的某一部位駛過時，開始和結束檢測時產生兩個信號。
用這種方法構成的檢測器可以應用於相當精確的監視系統中，這個系統在這裡及下面描述，它能可靠地辨認車輛及是否違章，這個系統使用三個按預定距離依次排列的檢測器。
參看圖2及圖3，(S)表示道路，即被監視的路段。在檢測車V上裝有檢測系統，在車頂上沿縱向裝上一個長約1到1.5米的架子(50)，架子上相互平行，相隔距離為D排列三個檢測器、發生雷射束(52、54)和(56)。作為另一種方式，架子(50)也可用合適的支柱安裝在地面上。車輛V上還裝有部件C用於計算和處理接收到的信號，同時車上還可方便地裝上一架照相機(58)，相機可以直接裝在車上、或者在行駛時監視和記錄肇事者，即跟蹤肇事者時用。相機(58)還能裝上在相片上列印數據的裝置(如印上檢測地點、日期、時間等)。圖2和圖3表示了由三個雷射檢測器發射三束雷射(52、54)和(56)。在圖2中另一個特徵參數是距離DT，當車輛按箭頭f行駛到DT距離時，相機(58)聚焦點在車輛尾部T上並進行拍照。距離DF則是車輛V與駛過車輛頭部F間的距離，在這個位置上位於前方的另一架相機(60)正好聚焦在車輛頭部，相機(60)安放在離車頭距離為D60的地方。也就是講相機(60)離檢測車V的距離為D60+DF。而系統的其餘各部分都可裝在車輛V上面。如果在系統的配備中不考慮相機(60)它不是系統中必需的部件，那麼安裝一個可移動的檢測點是非常簡便的迅速的。當為了辨別駛駕者而必須對車輛頭部F拍照時，就需要相機(60)。相機(60)也可認為是相機(58)的替代件，這時就能拍汽車前面號碼牌的相片，事實上前面的號碼牌與後面的號碼牌是一樣大小的，都是足夠大的。
圖2中的C是用於計算及處理數據的系統，用適當的方式裝在警察的檢測車V上，用來接收檢測車上各檢測器(52、54、56)對被測車輛某一部位檢測的有關數據，檢測的情況，經兩個相隔距離為D的檢測器檢測的時間及結束檢測的時間，這樣當處理系統已知那些特定的數據，其中包括兩檢測器間的距離baseD及由系統的決定的值DT、DF和D60，再得到相鄰兩檢測器的檢測時間，就所算出車輛行駛速度。利用兩組檢測器(52、54)組和(54、56)組的數據;或用更好的方法，從兩個檢測器(52)和(54)之間、(54)和(56)之間，以及更可靠地利用(52)和(56)間的數據，可以得到兩個或更多的時間值和車速值，特別是後一種方法可以做雙重比較，在系統中還裝有能對兩種計算方法得到的車速數值作比較的裝置，並剔除那些在車輛駛過時出現的不相符合的值，採用這種原則的目的是當用兩種不同計算方法得到的數據符合得不夠好時，防止由信號傳輸中引起的誤差。系統還能把測得的車速與允許的車速度極限值作比較，以判定車輛是否超過系統特定的最大速。按車速極限值，車輛分為兩大類車身較短的小汽車及車身相當長的載重汽車，所以把測得的車速與各自的車速限制值相比較。車輛的分類是這樣實現的，根據某一檢測器對車輛開始檢測及結束檢測間的時間，即車輛駛過時間就能算出車速，及車身長度，按車身長度選取相應等級的速度限制值。等級是按車身長度劃分的，小於額定長度速度限制值較高，大於額定長度則速度限制值較低。對車身長度的檢測也可利用兩個檢測器，對測量進行監視，同時可能出現的、有偏差的檢測數據，這些數據是用來確定車長、車速、選擇限速等級及與實際測得的車速作對比。
本系統根據上述的方式，用該數據判定已違反交通規則後，就控制相機對超速行駛車輛的尾部T拍照。相機(58)對車尾部拍照的時間是掌握得很精確的當汽車行駛到其尾部T與相機間的距離為DT時，相機拍照以保證清晰的攝影。距離DT是已知的，這樣在知道車速後拍照的時刻就很容易確定了。也就是講處理裝置根據車速及某一檢測器終了檢測的時刻，即車尾部T駛過檢測器的瞬間，並把此時刻作為計算相機拍照延時的起點算出車駛過DT所需的時間。
當需要用位於檢測器前方的相機(60)對車頭部F拍照時，距離DF和D60是已知的，車速也已測得，這樣就能確定延遲多少時間後相機(60)拍照。由於要求在拍照時車頭F離相機(60)的距離為D60，所以計算拍照延遲時間的起點為某一檢測器開始檢測的時刻，即車頭F駛過檢測器的瞬間。
本系統還可裝備至少一個監視器或其它裝置，用於提供數據給操作人員或遙控者，監視器也可裝入系統中代替照相機。
無線電碼被用來傳輸數據和遙控指令，去控制相機(如圖中所示的60)及提供數據給操作人員的監視器。為了防止信號傳輸過程中出差錯，很方便地採取預防措施。也就是重複地發送信號，同時中央處理單元C1作為信號的接收裝置把接收到的信號作對比，只有當收到傳輸的(和處理的)重複信號及各重複信號都完好地相互一致才執行指令，這樣可排除信號傳輸過程中因幹擾引起的差錯。同樣中央處理單元C1也能用於控制相機(60)及監視器(68)。
為了避免產生幹擾，比如相機拍照時用的閃光燈，可以合理地選擇相機，檢測器的位置，及安放各種濾光片，以防止汽車上的反光部件和珠光式車號牌的幹擾。實際上，相機的安裝方位是與照到珠光式或反射式車號牌上的閃光燈的方向是偏斜的，這樣從凸起的車號牌上反射回來的光線就不會進入相機。對非可見光，例如紅外線也可進行過濾，這樣閃光燈光線及相機收到的光線都是濾光後合適的光線，減少閃光燈對駕駛員的危害及車頭燈對膠片的幹擾。
排除反射來的太陽光的幹涉是偏振濾光片。
在系統中還可方便地裝備安全保護裝置，防止發射的雷射對人員的傷害(儘管雷射束是脈衝的且功率是有限的)。
一個可採用的保護裝置是雷達系統，當汽車高速駛來時，雷達發出指令起動雷射器，且只在檢測及處理信號所需的時間內發射雷射。
另一種保護裝置是發射器，可用超聲波或其餘類型的，當在雷射器前面有障礙物時，就中斷雷射發射。
再一種保護裝置是用接收的反射雷射強度來控制。當雷射器前的障礙物太靠近時，反射雷射的強度超過預定的極限值，就中斷雷射發射。
兩種或兩種以上的安全保護裝置裝上並同時一起使用，而不要只交替使用一種。
必須知道附圖所示的僅僅是反映本發明實際情況的一個例子。對本發明而言是可能有不同的形式和安排而沒有超出構成本發明基本原理的概念。
權利要求
1.一個檢測和記錄違反道路交通規則的系統；記錄是為了辨認肇事者，此系統包括三個光學檢測器(52，54，56)，至少一個照相機(58，60)、和(或)一個監視器(68)、及數據處理裝置(C)，其特徵在於所述的光學檢測器包括複合式的同一軸線安裝的雷射發射器(10)和接收器(3、5、6)，光敏二極體接收器和放大器及信號處理裝置(7、26、28、30、32、38)連接在一起，接收的信號是反射雷射的突然變化。
2.根據上述權利要求(1)的系統，其特徵在於所述的雷射發射器的供電線路(20)提供產生脈衝式雷射的電源，其脈衝寬度與兩相鄰脈衝之間的間隔相比是很窄的，脈衝頻率是高的、以達到要求的測量精度。
3.根據上述權利要求(1，2)的系統，其特徵在於所描述的雷射發射器是裝在光學屏蔽筒(16)內，並與聚光和聚焦裝置(14，18)一起以實現要求的反射距離，同一軸線上還裝有另一聚光系統(3)，以使光敏二極體(5)接收表面上分布的光線足夠均勻。
4.根據上述權利要求(1，2，3)的系統，其特徵在於描述的光敏二極體是裝在金屬屏蔽罩內，在這裡是鐵屏蔽罩，以防止外部的幹擾，其中包括雷射器電源等產生的幹擾。
5.根據上述權利要求的系統，其特徵在於描述的放大器和信號處理裝置由可控增益、低噪聲前置放大器(7)，放大器(26)、信號檢測器(28)、接收信號和本底噪聲的差分放大器(32)、控制平均信號增益的組件(30)和由參考值及時間數值控制的觸發器(38)所組成。
6.根據上述權利要求的系統，其特徵在於描述的系統有三個依次排列的檢測器(52，54，56)，用於處理這三個檢測器的信號的裝置，由此得到不同的檢測時間，信號持續時間，及速度值，把同一類數值作比較的裝置，至少是兩對不同檢測器組得到的數值，剔除偏差大的數值，再與額定值作比較，至少是與速度限制有關的那些數值。
7.根據上述權利要求的系統，其特徵在於系統內先輸入兩個不同的設定值(分別對應長車身車輛及小汽車的速度限制)，轉換裝置根據本身長度從一個設定值轉換到另一設定值，轉換裝置是由汽車長度值控制的，而汽車長度是按速度及檢測信號時間來計算的，車速和檢測時間至少按其中之一檢測器的數據確定的，而且把兩個檢測器和兩對檢測器的數據處理後作一班性對比。
8.根據上述權利要求的系統，其特徵在於系統中還包括至少一架相機(58)，能在後面對駛過的汽車尾部拍照，一用於準充拍照的裝置，把測得的車速及按車身選擇的相應限速數值作對比，如要對超速車輛拍照，則按車速和車長處理後的數值控制相機延時拍照，以保證車尾部與相機之間的距離等於額定的距離。
9.根據權利要求8的系統，其特徵在於系統的相機是裝在小汽車V上的，相機也可用於監測由跟蹤者操作。
10.根據權利要求8和9的系統，其特徵在於系統是裝在小汽車V上，三個檢測器排列在架子(50)上，架子沿汽車縱向安置，在此情況是固定在駕駛室的頂上。
11.根據以上權利要求的系統，系統還有一架附加相機或是備用相機(60)，設置在檢測器(52，54，56)的前部，能拍汽車頭部的相片，其特徵在於當車輛違章時，用按車速及駛過時間處理後的數據去控制輔助相機，當車頭部與相機之間的距離與設定值相同時相機拍照。
12.根據上述權利要求的系統，其特徵在於系統裝有偏振濾光片，濾掉或減弱外來光線的影響，尤其是反射的自然光，還有經外線類似的濾光片，以選擇閃光燈的光線，同時閃光燈的方向或相機的方位和車號牌反射光方向是偏斜的。
13.根據權利要求11的系統，其特徵在於系統裝有監視器(68)，接收信號給遙控者。
14.根據權利要求11和13的系統，其特徵在於系統包括有無線電傳輸裝置，用於遙控發送信號給監視器或給用來拍車頭部相片的相機，還有中央處理單元以鑑別信號，只有當接收到重複信號，且依次重複的信號相互符合時才給監視器和相機發出指令。
15.根據上述權利要求的系統，其特徵在於系統包括一個或多個防止雷射危害人身的安全保護裝置。
16.根據權利要求15的系統，其特徵在於保護裝置是雷達或類似的設備，先識別予測出高速行駛的汽車的到來，然後啟動雷射器。
17.根據權利要求15的系統，其特徵在於保護裝置包括超聲波發射器或具有類似功能的設備，當雷射器前方有障礙物(人員)時，中斷雷射發射。
18.根據權利要求15的系統，其特徵在於保護裝置包括用接收到的反射雷射強度來控制的裝置，當障礙物太靠近雷射器而使反射雷射強度超過允許極限值時中斷雷射發射。
19.用雷射的檢測和記錄違反道路交通規則的系統包括上述全部描述及附圖中給出的例子。
全文摘要
三個檢測器均由在同一軸線方向布置的雷射發射器(10)及接收系統(5、6)組成。光敏二極體接收器(5)與放大器及信號處理裝置(7)相連接。接收的信號是被反射的雷射束強度的突然變化、線路(20)給雷射信號發生器供電，使雷射發射器產生脈衝式雷射其脈衝寬度與相鄰兩脈衝之間的間隔相比是很窄的。
文檔編號G08G1/017GK1031616SQ8810621
公開日1989年3月8日 申請日期1988年8月24日 優先權日1987年8月25日
發明者菲奧雷洛·索迪 申請人:菲奧雷洛·索迪