基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置的製作方法

2023-05-17 11:59:16 3

專利名稱：基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及交通信息採集設備，特別涉及用於交通信息採集的雷射設備，具體是指一種基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置。
背景技術：
雷射距離傳感器(又稱雷射測距儀)是利用雷射對目標的距離進行準確測定的儀器。雷射距離傳感器依靠目標的反射來識別傳感器向目標射出脈衝雷射，由光電元件接收目標反射的雷射脈衝，時間鑑別測定雷射束從發射到接收的脈衝飛行時間，就可以得出從傳感器到目標的距離。在雷射距離傳感器基礎上發展起來的雷射雷達不僅能測距，而且還可以測量目標方位、運動速度和加速度等。雷射距離傳感器是雷射、精密機械、嵌入式技術及光電子學等多學科技術的綜合應用。由於雷射具有高方向性、高單色性和高功率等優點，雷射距離傳感器由於測距較遠、方便判定目標方位、精確度和解析度高、抗幹擾能力強等優 點，應用領域不斷擴大、行業需求眾多。智能交通之所以有巨大的發展潛力而成為物聯網發展的重點領域，是與我國的國情密不可分的。隨著我國經濟建設的蓬勃發展，城市規模不斷擴大，汽車數量的持續快速增長，交通擁堵現象日趨嚴重，交通事故時有發生。交通問題已成為城市管理工作中的重大社會問題。利用先進的電子、通信等技術發展我國的智能交通系統，加強現有道路交通的運輸管理，提高路網的通行能力和交通服務質量非常重要。目前我國公路交通信息採集主要有地感線圈、微波探測、超聲波探測、視頻圖像識別和壓電稱重等監測方式，以上這些方式都有其各自的局限性。例如效果單一，一套儀器只能檢測單一的交通信息特徵；檢測準確率不高，在有車輛距離較近或者相互遮擋的情況時，部分車速和流量信息會產生丟失或誤判；成本較高，施工麻煩，如地感線圈需要預先進行路面埋設，視頻分析伺服器成本一直居高不下。在將雷射技術用於交通信息採集的相關應用領域中，中國專利申請200810079778. O公開了一種採用紅外光傳感器配合路面鋪設反光帶，並沿反光帶長度方向逐點掃描方式發射和接收的雷射信息收集裝置，兩組這樣的紅外光傳感器相距d的位置，可以對車輛的長度、行駛速度等進行測量。但這種類型的信息採集有很多缺點，例如需要用到兩套光傳感器系統；需要在路面上設置反光帶；如果要達到此專利所想達到的效果，傳感器來回掃描的速度需要達到幾百甚至上千赫茲，如此掃描範圍的機械掃描結構是難以做到的。中國專利申請200910092596. I介紹了一種利用垂直路面放置的雷射測距或者超聲波測距儀對路面車輛進行監控，能夠達到對道路車輛類型進行識別的目的，識別時候對距離變化點進行監測，但這個專利方法對車輛進行識別的採樣率偏低，不能對車輛做到細緻甄別；這個專利的另一個缺點是由於這個專利沒有考慮車輛的速度對車輛高度點採樣率的影響，因此對車輛車型的識別率非常低，應用效果較差
發明內容
本發明的目的是 克服了上述現有技術中的缺點，提供一種能夠實現車輛速度測量、車輛行為觸發、車輛輪廓描繪、車流量統計等諸多功能的，結構簡單，布設及應用簡便，成本低廉，應用效果佳，且應用範圍廣泛的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置。為了實現上述的目的，本發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置具有如下構成該節點裝置包括雷射距離傳感器以及內置於所述的雷射距離傳感器中的數據處理器，所述的節點裝置架設於道路一個車道的上方，所述的雷射測距傳感器為大角度雷射收發測距傳感器，所述的數據處理器具有車輛信息識別模塊，所述的雷射距離傳感器的信號輸出端連接所述的車輛信息識別模塊的信號輸入端。該基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置中，所述的大角度雷射收發測距傳感器包括控制電路、脈衝雷射發射電路和雷射接收電路，所述的脈衝雷射發射電路和雷射接收電路均連接所述的控制電路，所述的控制電路還連接所述的數據處理器。該基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置中，所述的脈衝雷射發射電路的雷射發射方向迎向所在車道的來車方向，且所述的雷射發射方向與車道間夾角的角度在20°至60°之間。該基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置中，所述的大角度雷射收發測距傳感器的接收孔徑角度角度在20毫弧度至100毫弧度之間。該基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置中，所述的脈衝雷射發射電路發射的雷射的在所述的車道上形成光斑。所述的光斑為2. 5米X I米的矩形光斑。該光斑與所述的雷射距離傳感器之間的距離為25米。該基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置中，所述的雷射接收電路的接收範圍為一直徑2. 7米的圓形範圍。該基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置中，所述的數據處理器還包括時間信號接收端和信號處理模塊，所述的雷射距離傳感器的輸出端通過所述的信號接收端和信號處理模塊連接所述的車輛信息識別模塊。該基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置中，所述的車輛信息識別模塊包括觸發判斷單元、車速判斷單元和車型識別單元，所述的觸發判斷單元、車速判斷單元和車型識別單元的輸出端均連接外部道路控制系統或伺服器。採用了該發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其包括雷射距離傳感器以及內置於所述的雷射距離傳感器中的數據處理器，該節點裝置架設於道路上一個車道的上方，所述的雷射距離傳感器採用大角度雷射收發測距傳感器，所述的數據處理器具有車輛信息識別模塊，所述的車輛信息識別模塊連接所述的雷射距離傳感器，能夠利用通過雷射距離傳感器獲得的測距數據，從而實現車輛速度測量、車輛行為觸發、車輛輪廓描繪、車流量統計等諸多功能，且本發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置的結構簡單，布設及應用簡便，成本低廉，應用效果佳，應用擴展性好，應用範圍也較為廣泛。


圖I為本發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置的應用方式示意圖。圖2為本發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置的原理示意圖。
圖3為利用發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置對小型轎車進行掃描識別的效果圖。圖4為利用發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置對計程車進行掃描識別的效果圖。
圖5為利用發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置對貨櫃車進行掃描識別的效果圖。圖6為利用發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置對卡車進行掃描識別的效果圖。圖7為利用發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置對攪拌車進行掃描識別的效果圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖I所示，為本發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置的應用方式示意圖。本發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置I架設於道路6上一個車道的上方龍門架2上，並通過線纜5連接外部道路控制系統的伺服器4。在一種實施方式中，所述的節點裝置I包括雷射距離傳感器以及內置於所述的雷射距離傳感器中的數據處理器。所述的雷射測距傳感器為大角度雷射收發測距傳感器，如圖2所示，該大角度雷射收發測距傳感器包括控制電路、脈衝雷射發射電路和雷射接收電路，所述的脈衝雷射發射電路和雷射接收電路均連接所述的控制電路，所述的控制電路還連接所述的數據處理器。所述的數據處理器具有車輛信息識別模塊，所述的雷射距離傳感器的信號輸出端連接所述的車輛信息識別模塊的信號輸入端。在一種較優選的實施方式中，所述的脈衝雷射發射電路的雷射發射方向迎向所在車道的來車方向(如圖I中箭頭所示)，且所述的雷射發射方向與車道間夾角的角度在20°至60°之間。該脈衝雷射發射電路發射的雷射在所述的車道上形成2. 5米X I米的矩形光斑3。該光斑3與所述的雷射距離傳感器之間的距離為25米。在另一種較優選的實施方式中，所述的大角度雷射收發測距傳感器的接收孔徑角度在20毫弧度至100毫弧度之間。所述的雷射接收電路的接收範圍為一直徑2. 7米的圓形範圍。在更優選的實施方式中，所述的數據處理器還包括時間信號接收端和信號處理模塊，所述的雷射距離傳感器的輸出端通過所述的信號接收端和信號處理模塊連接所述的車輛信息識別模塊。該車輛信息識別模塊包括觸發判斷單元、車速判斷單元和車型識別單元，所述的觸發判斷單元、車速判斷單元和車型識別單元的輸出端均連接外部道路控制系統或伺服器。在實際應用中，不同於以往專利或者產品只能對單一交通信息進行採集，本發明提供一種基於物聯網的小型化，節點化的解決方案。一個雷射測距節點能實現包括車輛速度測量、車輛行為觸發、車輛輪廓描繪、車流量統計等諸多功能的雷射智能交通信息採集節點。此智能交通節點可以輸出車輛到來的觸發信號，為拍照取證或視頻處理提供時間觸發信號；並且能實時輸出路面車輛的速度，車型輪廓等。一個卡口上布置多個節點組成一套系統能夠對此道路的車輛信息如擁堵情況，流量情況，車型分布等有一個全面的了解。所述的技術方案如下在使用時，於卡口立杆上方或者龍門架上以一定角度迎著單條車道的來車方向發射雷射，此角度能保證傳感節點即能測量車輛速度，又不至於使車輛的車型掃描輪廓太過模糊(建議設置與地面間的傾角在20度到60度之間)。這樣得到的掃描輪廓結合車輛的 速度信息能夠對車型有一個準確的判斷。此雷射採用大角度發射接收方式，使測距裝置在龍門架或立杆上方以一定角度的光束到達路面上能基本覆蓋一個車道，這樣可以有效防止車輛檢測漏報誤報的情況發生。所述的智能交通信息採集節點，是一個採用小型化高精度高重複頻率雷射距離傳感器，能實時輸出距離數據流以及一些數據處理結果如車型，觸發信號、車速度等信息。該測距儀的雷射採取大角度發射接收並對光斑的形狀做了適當的修正，使在25米距離時候發射雷射為2. 5米X I米左右的光斑。測距儀精度小於1cm，脈衝重複頻率大於IkHz。所述的多個智能交通信息採集節點構成對一個路面的完整覆蓋，這些傳感節點的數據通過傳輸線接到數據分析伺服器上，為智能交通網絡提供數據和服務支持。在車輛到來時，此傳感節得到的前面一組數據首先檢測到距離的改變並判斷是車輛還是幹擾信號，然後向後臺的攝像頭或者主機發射一個車輛到來的觸發信號。根據測量的距離信號的改變計算出此車輛的速度，並存儲一個完整的車輛輪廓信息，結合車輛速度對此車輛的類型進行比對識別，得到車輛的車型信息。一個卡口或者一個完整車道的傳感節點的觸發信號、車輛速度與車型信息傳到後臺的卡口控制箱或伺服器，綜合出整條道路的交通信息。具體而言，如圖I所示在道路的每個車道上放設置測距節點，以20度到60度的角度迎著車到來的方向架設；所述的測距節點按照一定頻率(> IKHz)向路面(距離25米左右)發射測距雷射脈衝對通過該車道處的車輛進行監測，這樣能夠使200Km/h速度的車輛車身每5cm測一個點，能保障對車輛輪廓的有效描繪；所述的測距節點雷射為大角度發射接收方式，在路面處形成一個大概2. 5mX Im的光斑，這是我們的信息採集探測區域；當車輛到來時，探測節點首先根據一組距離變化判斷車輛到來，發射信號給其他的聯動傳感裝置如攝像頭等發射一個觸發脈衝，這個車輛到來時刻的響應時間很短，在10個毫秒左右；當車輛車牌進入探測區域時，根據車牌距離的改變綜合一個車輛行進速度在雷射方向的分量考慮通過公式V = ^
AtcosO其中Θ為雷射方向與路面的夾角，由此可以計算出車輛行進的速度V;當車輛完整通過後，根據測距節點測量的距離變化綜合測量角度Θ和車輛速度V還原出車輛輪廓，車輛高度可以還原成h = H-Dsin Θ其中H為測距節點架設距離地面的高度，由此h值配合速度V可以描繪出車輛的輪廓特徵，通過得到的車輛輪廓特徵與樣本車輛外型特徵進行比對識別，從而得到所通過車輛的類型。如圖3至圖7所示，依次為利用發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置對小型轎車、計程車、貨櫃車、卡車和攪拌車進行掃描識別後產生的車輛輪廓特徵效果圖，圖中橫坐標50點/格，縱坐標為O. 6m/格。利用該車輛輪廓特徵圖與節點裝置內預置的車型庫資料進行比對，即可獲得確定的車輛類型信息。全部卡口傳感節點的車輛通過信息觸發計數、車輛速度、車輛類型等信息傳到後臺進行數據分析可以得到整體路面的車流量、擁堵情況、車輛分布等信息，配合如攝像機等其他信息採集手段，可以對路面狀況有更加全面直觀的了解，為交通疏導、車輛監管、信息發布等提供依據。本發明包括以下特點1、其可採用紅外光作為探測媒介，可不受環境光線的影響對交通信息進行全天候的米集；2、無需對路面進行施工或者鋪設合作目標，且與地感線圈相比，對車輛的到來時刻判別更加準確；3、能實現單條車道車輛速度測量，減少了不同車道間車輛的幹擾，避免了車輛信息的誤報與漏報，便於對車道的抓拍取證與辨別，且由於車輛速度作為參考量，對車型識別提供有效依據；4、只需要一個單一傳感節點，就能夠對眾多的交通信息進行探測，總體成本低廉，可適合高密度檢測點布設；5、前端交通信息節點具有智能化處理特點，能夠檢測出車輛速度、車型等基本信息，前端功能節點優勢的基礎上，實現多節點聯網，從而能夠對整個道路的信息做出綜合分析。採用了該發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其包括雷射距離傳感器以及內置於所述的雷射距離傳感器中的數據處理器，該節點裝置架設於道路上一個車道的上方，所述的雷射距離傳感器採用大角度雷射收發測距傳感器，所述的數據處理器具有車輛信息識別模塊，所述的車輛信息識別模塊連接所述的雷射距離傳感器，能夠利用通過雷射距離傳感器獲得的測距數據，從而實現車輛速度測量、車輛行為觸發、車輛輪廓描繪、車流量統計等諸多功能，且本發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置的結構簡單，布設及應用簡便，成本低廉，應用效果佳，應用擴展性好，應用範圍也較為廣泛。在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權利要求
1.一種基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在於，所述的節點裝置包括雷射距離傳感器以及內置於所述的雷射距離傳感器中的數據處理器，所述的節點裝置架設於道路一個車道的上方，所述的雷射測距傳感器為大角度雷射收發測距傳感器，所述的數據處理器具有車輛信息識別模塊，所述的雷射距離傳感器的信號輸出端連接所述的車輛信息識別模塊的信號輸入端。
2.根據權利要求I所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在幹，所述的大角度雷射收發測距傳感器包括控制電路、脈衝雷射發射電路和雷射接收電路，所述的脈衝雷射發射電路和雷射接收電路均連接所述的控制電路，所述的控制電路還連接所述的數據處理器。
3.根據權利要求2所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在幹，所述的脈衝雷射發射電路的雷射發射方向迎向所在車道的來車方向，且所述的雷射發射方向與車道間夾角的角度在20°至60°之間。
4.根據權利要求3所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在幹，所述的脈衝雷射發射電路發射的雷射的在所述的車道上形成光斑。
5.根據權利要求4所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在幹，所述的光斑為2. 5米X I米的矩形光斑。
6.根據權利要求4所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在幹，所述的光斑與所述的雷射距離傳感器之間的距離為25米。
7.根據權利要求2所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在幹，所述的大角度雷射收發測距傳感器的接收孔徑角度在20毫弧度至100毫弧度之間。
8.根據權利要求2所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在幹，所述的雷射接收電路的接收範圍為ー直徑2. 7米的圓形範圍。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在於，所述的數據處理器還包括時間信號接收端和信號處理模塊，所述的雷射距離傳感器的輸出端通過所述的信號接收端和信號處理模塊連接所述的車輛信息識別模塊。
10.根據權利要求9所述的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其特徵在幹，所述的車輛信息識別模塊包括觸發判斷単元、車速判斷単元和車型識別單元，所述的觸發判斷単元、車速判斷単元和車型識別單元的輸出端均連接外部道路控制系統或伺服器。
全文摘要
本發明涉及一種基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置，其包括雷射距離傳感器以及內置於該雷射距離傳感器中的數據處理器，該節點裝置架設於道路上一個車道的上方，雷射距離傳感器採用大角度雷射收發測距傳感器，數據處理器具有車輛信息識別模塊，車輛信息識別模塊連接所述的雷射距離傳感器及外部道路控制系統伺服器。利用本發明的節點裝置，所述的數據處理器能夠通過雷射距離傳感器獲得的測距數據，並基於測距數據的變化量實現車輛速度測量、車輛行為觸發、車輛輪廓描繪、車流量統計等諸多功能，且本發明的基於雷射測距的道路車輛信息採集節點裝置的結構簡單，布設及應用簡便，成本低廉，應用效果佳，應用擴展性好，應用範圍也較為廣泛。
文檔編號G01S17/88GK102622890SQ20121011156
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月16日 優先權日2012年4月16日
發明者吳軼軒, 李萬才, 李震宇, 梅林 , 江洪, 沈冬青, 陳建永 申請人:公安部第三研究所