可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置的製作方法

2023-10-07 01:57:49 1

專利名稱：可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於車型分類檢測和車輛計重的光幕裝置，主要用來識別車輛的行進方向、軸數、車高、底盤高度、側面幾何輪廓等，可用於車型自動識別、車輛分離和交通
量統計等。
背景技術：
為了準確進行車輛類型自動判別、車輛的重量自動檢測和高精度車流量計數，必須能準確將每個通過車輛的各種需要的特徵進行檢測，如車輛經過檢測區的開始檢測時亥IJ、結束時刻，車輛的行駛方向、車輛的車軸數、底盤高度、側面幾何輪廓、懸軸和車窗等特徵，必須能將每個通過檢測區車輛的對應各種特徵依次放入隊列中，保證在檢測區下遊足夠遠的距離(使最長的車輛都能通過監測區)位置，每臺車都可獲得它所對應的各種特徵(如車型或重量等)；必須能對經過檢測區後又倒出檢測區的車輛(從隊列中刪除該輛車信息)、進入檢測區後又倒出的車輛(不該將輛車信息放入隊列中)等異常情況進行判斷，保證隊列的正確性，使車輛計數精度大於99. 99 %。如果在高速公路入口自助取卡車道和自動計重收費車道，出現隊列問題(車輛計數不準)，就可能將ー輛車的車型或重量誤認為是另外ー輛車的，如果在高峰期，在無人職守車道就可能造成幾個小時車型或車輛重量不符。在高速公路入口自助取卡車道和自動計重收費車道，目前都採用對射式光幕進行車輛分離。對射式光幕由發射單元和接收單元組成，發射単元由多個紅外發射傳感器、按照一定間距安裝在一條光幕型材內，接收 單元由多個紅外接收傳感器、按照紅外發射傳感器間距排布安裝在另一條光幕型材內，如美國STI的WS6400系列、BANNER的MIN1-ARRAY系列，德國SICK的ELG系列等。當光幕發射器和接收器之間有車輛擋住紅外線時，光幕就有ー個信號輸出，表明有車輛在檢測區內，到未擋時刻，表明該車輛已通過檢測區，完成了對該車輛的檢測。如果判斷出在遮擋時段內每ー時刻哪些紅外光線被擋，則可測量車輛的ニ維形狀。對射式光幕是目前車輛計數精度最高的檢測器，但不能測量行車方向。目前檢測行車方向一般採用兩對光電開關或環形線圈檢測器和光幕或兩套光幕等方式，通過兩個光電開關被擋時間順序，可很容易實現行車方向檢測，價格也比較便宜，但容易被雨水和灰塵等幹擾，檢測精度很難達到高水平(99. 9% )要求；環形線圈檢測器在車輛排隊時容易將兩臺緊鄰車判為ー輛車，易將底盤高的貨車、長的拖掛車判為兩輛車，因此靠環形線圈檢測器和光幕的輸出信號判斷行車方向很難達到實際要求；而目前用於車輛分離的光幕沒有防互相干擾功能，不能貼近安裝，光幕之間會互相干擾，即使加光隔板，也很難保證杜絕對車輛行車方向的誤判。如果兩套光幕間距較大，又可能出現兩臺車同時處於兩套光幕中間的特殊情況。另外，兩套光幕的方案成本也很高。

發明內容
本發明的目的是克服現有用於車型分類檢測和車輛測重的光幕裝置的不足，提供ー種防幹擾、可精確檢測車輛行車方向及軸數、車高、底盤高度、側面幾何輪廓等車輛特徵參數的光幕裝置。本發明的目的通過下述技術方案實現可測量車輛的行進方向、軸數和車輛ニ維形狀的光幕裝置，包括發射單元、接收單元和控制部分；發射單元包括第一光幕裝置単元、第二光幕裝置単元和連接器；所述第一光幕裝置単元和第二光幕裝置単元由連接器連接合成光幕發射單元；第一光幕裝置単元和第二光幕裝置單元為安裝在電路板上按照間距為0. Olm 0.1m排布成一條直線的紅外發射傳感器組成；第二光幕裝置單元的高度小於第一光幕裝置單元的高度，且第二光幕裝置単元的高度小於車輛高度；第一光幕裝置単元和第二光幕裝置単元的安裝後前後間距為0. 05m Im ；所述接收単元包括第三光幕裝置単元、第四光幕裝置単元和連接器；所述第三光幕裝置単元和第四光幕裝置単元由連接器連接合成光幕接收單元；第三光幕裝置単元和第四光幕裝置単元的紅外接收傳感器數量及排列的間距與第一光幕裝置単元和第二光幕裝置単元的紅外發射收傳感器數量及排列的間距相同；第一光幕裝置単元和第二光幕裝置單元的傳感器為紅外發射傳感器；第三光幕裝置単元和第四光幕裝置単元的傳感器為紅外接收傳感器；所述發射単元和接收單元放置在收費站入口收費車道兩側，第一光幕裝置単元對著第三光幕裝置単元，第二光幕裝置單元對著第四光幕裝置単元；所述控制部分包括控制器、接線埠和多芯電纜；控制器主要由單片機構成，控制器通過接線端ロ，用ニ條多芯電纜將發射單元的接線端ロ與接收單元的接線端ロ將光幕發射單元與接收單元相接在一起；所述連接器為多芯電纜或排線或電路板。為進ー步實現本發明目的，所述第一光幕裝置単元的高度優選為1. 2m 4. 5m。所述第一光幕裝置 単元的高度進ー步優選為1.56m。所述第二光幕裝置單元的高度優選為0. 2m 1. 5m。述第二光幕裝置單元的高度進ー步優選為0. 3m。所述第一光幕裝置単元和第二光幕裝置単元的前後間距優選為0. 15m。本發明與現有技術相比，具有如下優點和效果(I)本發明通過對行進車輛對ニ組光幕紅外線造成不同的阻擋狀態導致光幕裝置輸出的不同信號組合狀態進行分析，從而判別車輛的行進方向、軸數、和ニ維形狀。本發明可消除利用兩套光幕進行車型分類檢測時兩套光幕之間的幹擾現象。(2)本發明可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置可準確區分同時位於其檢測區內的相臨車輛。(3)本發明可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置可測量車輛ニ維形狀。(4)本發明可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置可精確判斷車輛的軸數。(5)本發明可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置可精確檢測車輛的前進、倒車等行進方向信息。(6)本發明可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置可測量車輛的輪胎的外徑。


圖1是可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置的結構示意圖。圖2是圖1的發射單元的結構示意圖。圖3是圖1的接收單元的結構示意圖。圖4是可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置的接線示意圖。圖5是同時位於可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置檢測區內相臨車輛的位置示意圖。圖中只顯示發射単元，未顯示接收單元。圖6是可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置的掃描效果示意圖。圖7是車輪外徑的計算示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施方式對本發明作進ー步的說明，但本發明要求保護的範圍並不局限於實施方式表述的範圍，凡是根據本發明進行技術方案等同的變換，都屬於本發明保護的範圍。 本發明將傳統安裝在一條型材內按照一定間隔排布成一條直線的紅外發射傳感器及內部控制電路和配件分別安裝在ニ條型材內，由連接器(如電纜)將ニ部分電路連接在一起，組成兩個光幕發射單元；而接收單元則按照發射單元的紅外發射傳感器排布規律將紅外接收傳感器及內部控制電路和 配件分別安裝在ニ條型材內，由連接器(如電纜)將二部分電路連接在一起，組成兩個光幕接收單元，使得每ー個發射傳感器都對應有ー個接收傳感器；兩個光幕發射單元和接收單元則由ー個安裝在接收單元內的控制器協調控制。如圖1所示，可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置包括發射單元、接收單元和控制器及控制部分；如圖2所示，發射單元包括第一光幕裝置単元1、第二光幕裝置単元2和連接器5 ;所述第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2 ;其中第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2為光幕發射部分，二者內部結構相同，只是高度和包含的紅外發射傳感器數目不同；第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2為安裝在電路板上按照間距為0. Olm 0.1m排布成一條直線的紅外發射傳感器組成。第二光幕裝置單元2的高度小於第一光幕裝置單元I的高度，且第二光幕裝置單元2的高度小於車輛高度；第一光幕裝置単元I的高度在1. 2m 4. 5m,形成的光幕能將相鄰ニ車分離和獲得車輛高度信息，優選1. 56m ;第二光幕裝置単元2的高度在0. 2m 1. 5m,至少能檢測出車輪形狀，優選0. 3m ;第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2的前後間距應在0. 05m Im之間，能測出車輪行徑方向，優選0. 15m。如圖3所示，接收單元包括第三光幕裝置単元3、第四光幕裝置単元4和連接器5 ;第三光幕裝置単元3和第四光幕裝置単元4的結構分別與第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2結構基本相同，不同之處在於第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2的傳感器為紅外發射傳感器；而第三光幕裝置単元3和第四光幕裝置単元4的傳感器為紅外接收傳感器。第三光幕裝置単元3和第四光幕裝置単元4的紅外接收傳感器數量及排列的間距與第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2的紅外發射收傳感器數量及排列的間距相同。
連接器5為分別將物理分開的第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2組成電路上只有ー個光幕發射部分，將第三光幕裝置単元3和第四光幕裝置単元4連接起來，組成電路上只有一個光幕接受部分。連接器5是能將兩個電路連接在一起的器件，為多芯電纜或排線或電路板。如圖4所示，控制部分包括控制器、接線端ロ 6和多芯電纜；控制器主要由單片機構成，可以裝在第三光幕裝置単元3或第四光幕裝置単元4中，也可裝在第一光幕裝置単元
I和第二光幕裝置単元2，還可裝在發射單元和接收單元之間；控制器通過接線端ロ，用ニ條多芯電纜將發射單元的接線端ロ與接收單元的接線端ロ將光幕發射單元與接收單元相接在一起，接線端ロ 6除提供同步信號、串ロ通信外，還可通過與電源以及報警器連接，給光幕發射單元與接收單元提供電源、報警信號等。ニ條多芯電纜優選埋在發射單元和接收単元之間的路下。如圖1、5所示，該光幕垂直放置在收費站入口收費車道兩側，第一光幕裝置単元I對著第三光幕裝置単元3，第二光幕裝置単元2對著第四光幕裝置単元4，其對應位置的紅外發射傳感器與接收傳感器形成的光軸與行車方向垂直，連接器5將第一光幕単元I和第ニ光幕單元組2成光幕發射單元，另ー連接器5將第三光幕単元3和第四光幕単元4組成光幕接收單元。在車輛通過時，如果發射單元發射第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2紅外發射傳感器發射的紅外線被通過的車輛遮擋，相應第三光幕裝置単元3和第四光幕裝置単元對應位置的紅外接收傳感器沒有接收到紅外線，該位置傳感器的狀態為I (或0)，否則輸出為0(或I)。通過採集車輛通過時不同時刻光束的遮擋情況，則可得到車輛的ニ維形狀點陣圖，效果圖如圖6所示。本發明同一端的光幕裝置高度不同，ー長ー短，兩套獨立的光幕控制器和ー套光幕控制器，因而降低了設備成 本。因對物理分開的光幕一起採用順序掃描技木，即在ー個確定的時刻光幕只有一對紅外發射傳感器和接收傳感器工作，避免了兩套獨立光幕紅外線信號互相干擾，從而很好地消除了幹擾現象。1、消除幹擾現象可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置採用順序掃描技木。順序掃描技術就是在每ー個循環周期中，各對紅外發射傳感器和紅外接收傳感器用掃描的方式順序輪流工作，亦即對每對紅外傳感器和紅外接收傳感器給定ー個確定的分時信號，從而實現時間相關。採用該技木，使得某一確定時刻只有對應位置的ー對紅外發射傳感器和紅外接收傳感器工作，因而能很好消除相鄰各對紅外發射管和接收管之間的幹擾。2、分離車輛車輛排隊時，可能出現圖5所示的情況同時位於檢測區內的兩輛車間距小於第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2之間的距離，該距離也就是第三光幕裝置単元3和第四光幕裝置単元4之間的距離。進行車型分類檢測時，只要光幕被遮擋就認為車輛的車型分類信息還沒有檢測完畢。如果利用採用兩對紅外光幕的車型分類測量裝置對車輛進行檢測，則此時相臨的兩輛車就會被判斷成一輛車。由於可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置的第二光幕裝置単元2高度低於第一光幕裝置単元1，如圖5所示，則第二光幕裝置単元2和第一光幕裝置単元I所掃描出來的ニ維形狀不同，本裝置以第一光幕裝置単元I為標準，當第一光幕裝置単元I對車輛掃描完成吋，則認為前面ー輛車的車型分類信息已經檢測完畢。由此可以準確區分同時位於可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置檢測區內的相臨車輛。3、檢測車輛ニ維形狀當車輛行駛經過可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置的檢測區時，系統記錄下不同時刻第一光幕裝置単元I被遮擋的各個位置的狀態，由各個時刻不同位置的狀態按時間順序組合成車輛的ニ維形狀掃描圖，如圖6所示。這樣利用車輛自身的運動，當車輛經過檢測區後，就得到了車輛各個位置的高度，完成了對車輛各點高度的測量，實現了對車輛ニ維形狀的描述。4、檢測軸數當車輛駛過可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置的檢測區時，一個軸上的車輪先是遮擋第二光幕裝置単元2，然後同時遮擋第二光幕裝置単元2和第一光幕裝置単元I，最後只遮擋第一光幕裝置単元I。判斷車輛軸數吋，首先判斷該車輛是否正常行駛。若車輛為正常行駛，則根據所檢測出來車輛的ニ維圖形中車輛的車輪數目，即為車輛的軸數；若車輛非正常行駛(前進後又倒車)，則還需要刪除該狀態下所檢測出來的軸數，從而得到車輛的軸數。由於長短光幕都能檢測出車輪數，故可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置的軸數檢測精度高。5、判斷行車方向由於第二光幕裝置単元`2高度低於第一光幕裝置単元1，當車輛經過用於車型分類檢測的光幕裝置時，只有車輪能擋住第一光幕裝置単元I的下半部分和第二光幕裝置單元2。當車輛行駛經過檢測區時，第一個軸上的車輪先是遮擋第二光幕裝置単元2，然後同時遮擋第二光幕裝置単元2和第一光幕裝置単元1，最後只遮擋第一光幕裝置単元I。最後一個軸上的車輪先是遮擋第二光幕裝置単元2，然後同時遮擋第二光幕裝置単元2和第一光幕裝置単元I，最後只遮擋第一光幕裝置単元I。由此當對ー輛車進行車型分類檢測完畢後，若圖6中A的位置領先於B的位置或C的位置領先於D的位置(在圖6中表現為A在B的右邊或C在D的右邊)，則可以判斷該車在前進。當車輛已經駛過可測量車輛的行進方向、軸數和ニ維形狀的光幕裝置的檢測區向後倒車時，最後一個軸上的車輪先是遮擋第一光幕裝置単元1，然後同時遮擋第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2，最後只遮擋第二光幕裝置単元2。第一個軸上的車輪先是遮擋第一光幕裝置単元1，然後同時遮擋第一光幕裝置単元I和第二光幕裝置単元2，最後只遮擋第二光幕裝置単元2。由此當對一輛車進行車型分類檢測完畢後，若圖6中A的位置滯後於B的位置或C的位置滯後於D的位置(在圖6中表現為A在B的左邊或C在D的左邊)，則可以判斷該車輛倒車。其它異常情況可以用同樣的方法進行判斷，在此不做贅述。6、檢測車輪的大小當車輛的車輪經過第二光幕裝置単元2吋，測出該車輪a點經過第二光幕裝置單元2的時間h，由圖7所示，並測出車輪與地面的切點分別經過光幕裝置第一光幕裝置単元1和或第二光幕裝置単元2的時間t2，同一端兩光幕裝置之間的距離S為已知，則可以算出車輛的速度:
權利要求
1.可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置，其特徵在於該光幕裝置包括發射單元、接收單元和控制部分；發射單元包括第一光幕裝置單元、第二光幕裝置單元和連接器；所述第一光幕裝置單元和第二光幕裝置單元由連接器連接合成光幕發射單元；第一光幕裝置單元和第二光幕裝置單元為安裝在電路板上按照間距為O. Olm O.1m排布成一條直線的紅外發射傳感器組成；第二光幕裝置單元的高度小於第一光幕裝置單元的高度，且第二光幕裝置單元的高度小於車輛高度；第一光幕裝置單元和第二光幕裝置單元的安裝後前後間距為O. 05m Im ； 所述接收單元包括第三光幕裝置單元、第四光幕裝置單元和連接器；所述第三光幕裝置單元和第四光幕裝置單元由連接器連接合成光幕接收單元；第三光幕裝置單元和第四光幕裝置單元的紅外接收傳感器數量及排列的間距與第一光幕裝置單元和第二光幕裝置單元的紅外發射收傳感器數量及排列的間距相同；第一光幕裝置單元和第二光幕裝置單元的傳感器為紅外發射傳感器；第三光幕裝置單元和第四光幕裝置單元的傳感器為紅外接收傳感器；所述發射單元和接收單元放置在收費站入口收費車道兩側，第一光幕裝置單元對著第三光幕裝置單元，第二光幕裝置單元對著第四光幕裝置單元； 所述控制部分包括控制器、接線埠和多芯電纜；控制器主要由單片機構成，控制器通過接線埠，用二條多芯電纜將發射單元的接線埠與接收單元的接線埠將光幕發射單元與接收單元相接在一起； 所述連接器為多芯電纜或排線或電路板。
2.根據權利要求1所述的可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置，其特徵在於所述第一光幕裝置單元的高度為1. 2m 4. 5m。
3.根據權利要求2所述的可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置，其特徵在於所述第一光幕裝置單元的高度為1. 56m。
4.根據權利要求2所述的可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置，其特徵在於所述第二光幕裝置單元的高度為O. 2m 1. 5m。
5.根據權利要求4所述的可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置，其特徵在於所述第二光幕裝置單元的高度為O. 3m。
6.根據權利要求4所述的可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置，其特徵在於所述第一光幕裝置單元和第二光幕裝置單元的前後間距為O. 15m。
全文摘要
本發明公開了可測量車輛的行進方向、軸數和車輛二維形狀的光幕裝置，包括發射單元、接收單元和控制部分；發射單元包括第一光幕裝置單元、第二光幕裝置單元和連接器；第一光幕裝置單元和第二光幕裝置單元為安裝在電路板上按照間距為0.01m～0.1m排布成一條直線的紅外發射傳感器組成；第二光幕裝置單元的高度小於第一光幕裝置單元的高度；本發明消除利用兩套獨立光幕貼近安裝進行車型分類檢測時光幕之間的幹擾現象，同時可以精確分離相臨車輛，可以精確檢測車輛的前進、倒車等行進方向，可以精確判斷車輛的軸數及車輛的二維形狀，進一步就可利用車輛的二維形狀進行車型分類。
文檔編號G01P13/02GK103048697SQ201210548649
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者劉偉銘 申請人:華南理工大學