第一篇：KC04040102-m03-學(xué)習(xí)輔導(dǎo)-機(jī)動(dòng)車(chē)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)速原理(精)

《傳感器及應(yīng)用》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)

機(jī)動(dòng)車(chē)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)速原理

近年來(lái)，隨著我國(guó)道路交通的快速發(fā)展，特別是城市機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的猛漲，帶來(lái)了很多交通問(wèn)題和安全隱患。為此，公安交通管理部門(mén)在近兩年加大了對(duì)非現(xiàn)場(chǎng)處罰設(shè)施的投入，而機(jī)動(dòng)車(chē)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（俗稱(chēng)“電子警察”）就是其中之一。

機(jī)動(dòng)車(chē)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即機(jī)動(dòng)車(chē)超速違法行為監(jiān)控與圖像取證系統(tǒng)，是測(cè)速技術(shù)與圖像采集技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)車(chē)道內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)行駛速度的實(shí)時(shí)、自動(dòng)測(cè)量，對(duì)超速違法的機(jī)動(dòng)車(chē)輛圖像（含車(chē)輛牌號(hào)、車(chē)型等）進(jìn)行拍攝，自動(dòng)記錄車(chē)輛行駛時(shí)的速度值、車(chē)輛圖像、日期、時(shí)間、地點(diǎn)等相關(guān)信息作為執(zhí)法證明。它的出現(xiàn)，極大地緩解了交通管理中警力調(diào)配不足的問(wèn)題，在一定程度上遏制了超速事故的發(fā)生。

機(jī)動(dòng)車(chē)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較常用的測(cè)速原理主要有雷達(dá)、激光、地感線(xiàn)圈以及視頻等，再輔以適當(dāng)?shù)呐恼沼涗泜鬏斚到y(tǒng)就構(gòu)成了各種原理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了方便大家了解和認(rèn)識(shí)，現(xiàn)對(duì)這幾種不同原理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行原理介紹和性能比較。

一、測(cè)速多普勒原理

雷達(dá)為英文Radar一詞的譯音，該詞是由Radio Detection And Ranging一語(yǔ)中諸字前綴縮寫(xiě)而成一語(yǔ)中諸字前綴縮寫(xiě)而成，為無(wú)線(xiàn)電探向與測(cè)距之意。雷達(dá)用于測(cè)速主要是應(yīng)用了多普勒原理，當(dāng)一定發(fā)射頻率的雷達(dá)波束射到移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，其反射頻率攜帶的目標(biāo)速度信息與發(fā)射頻率不同，兩者之差稱(chēng)為多普勒頻率，多普勒頻率與目標(biāo)的移動(dòng)速度成正比。當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線(xiàn)靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線(xiàn)方向而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射機(jī)頻率。使用雷達(dá)測(cè)速對(duì)角度的要求較高，測(cè)速系統(tǒng)應(yīng)正對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的移動(dòng)方向，當(dāng)測(cè)速角度小于5°時(shí)，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響不大于1km/h，通?？梢院雎圆?/p>

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計(jì)；否則，應(yīng)對(duì)角度帶來(lái)的Cosine效應(yīng)進(jìn)行修正，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

以一種常見(jiàn)的雷達(dá)原理超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，對(duì)于固定安裝在道路上方，以一定角度俯視單一機(jī)動(dòng)車(chē)道的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮安裝角度帶來(lái)的影響，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。這種懸掛設(shè)計(jì)在車(chē)流量較小的公路上可以對(duì)單車(chē)道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，安裝時(shí)需要搭設(shè)龍門(mén)架。

雷達(dá)原理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，具有技術(shù)成熟、價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，容易推廣。目前，使用較多的是一種窄波束高性能雷達(dá)，它的波瓣角約在4°-6°，測(cè)速時(shí)間可以達(dá)到幾十個(gè)毫秒。窄波束高性能雷達(dá)與早期寬波束雷達(dá)相比較更適于對(duì)單車(chē)道超速情況進(jìn)行監(jiān)控。寬波速雷達(dá)的雷達(dá)波發(fā)射錐角度一般在10°-30°間，掃描面比較廣，監(jiān)測(cè)區(qū)域大，當(dāng)相鄰車(chē)道兩車(chē)并排進(jìn)入超速監(jiān)測(cè)區(qū)域或同車(chē)道兩車(chē)連續(xù)進(jìn)入超速監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法明確認(rèn)定哪一部車(chē)輛違規(guī)，很容易造成錯(cuò)抓誤判。寬波束雷達(dá)的測(cè)速時(shí)間一般為幾百毫秒，因此，車(chē)速過(guò)高的車(chē)輛經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域一段距離后才能測(cè)出它的速度，這時(shí)可能已來(lái)不及捕捉其圖像信息，從而造成漏抓或誤抓的情況。因此，寬波束雷達(dá)不適用于單車(chē)道的車(chē)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

二、激光測(cè)速原理

激光測(cè)速原理也被稱(chēng)作激光雷達(dá)原理（Ladar，Laser Detection And Ranging），即激光探向與測(cè)距之意。Ladar設(shè)備采用紅外線(xiàn)半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射出一定頻率極窄的光束精確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)，通過(guò)測(cè)量紅外線(xiàn)光波在Ladar設(shè)備與目標(biāo)之間的傳送時(shí)間來(lái)決定速度。由于光速是固定的，激光脈沖傳送到目標(biāo)再折返的時(shí)間會(huì)與距離成正比。以固定間隔發(fā)射兩個(gè)脈沖，即可測(cè)得兩個(gè)距離；將此兩距離之差除以發(fā)射時(shí)間間隔即可得到目標(biāo)的速度。在理論上，發(fā)射兩次脈沖即可測(cè)量速度。而實(shí)際上為避免錯(cuò)誤，一般Ladar設(shè)備在一秒鐘內(nèi)發(fā)射高

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達(dá)上千組的脈沖波，以最小平方法求其平均值計(jì)算目標(biāo)速度，就可以得到非常準(zhǔn)確的速度。測(cè)速時(shí)間可以達(dá)幾毫秒至幾十毫秒，相比雷達(dá)具有更高的測(cè)速準(zhǔn)確度；同時(shí)，Ladar的發(fā)射錐角度只有不到0.1°，其狹窄光束使兩車(chē)被同時(shí)偵測(cè)到的機(jī)會(huì)等于零，因此，以L(fǎng)adar測(cè)速可以明確認(rèn)定受測(cè)目標(biāo)。這些特性使Ladar監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在較高車(chē)流量的路況上能夠準(zhǔn)確地工作。

同雷達(dá)原理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一樣，對(duì)于固定安裝在道路的上方，以一定角度俯視機(jī)動(dòng)車(chē)道的Ladar監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮安裝角度帶來(lái)的影響，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正，這種懸掛設(shè)計(jì)只對(duì)單獨(dú)車(chē)道進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但與雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，激光測(cè)速具有測(cè)量速度快、監(jiān)測(cè)目標(biāo)準(zhǔn)確、測(cè)速準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，在兩車(chē)道車(chē)輛并行或車(chē)輛連續(xù)進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，可以有效地得到車(chē)速，而不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)抓誤判的情況。此外，由于激光二極管發(fā)射率很窄，其偵測(cè)器極易接收到精確的波長(zhǎng)，因此在日間有強(qiáng)烈陽(yáng)光時(shí)仍能正常操作。相對(duì)于雷達(dá)，激光測(cè)速產(chǎn)品價(jià)格較高。

三、地感線(xiàn)圈測(cè)速原理

地感線(xiàn)圈測(cè)速一般要用到兩個(gè)線(xiàn)圈，兩個(gè)線(xiàn)圈之間區(qū)域即為超速監(jiān)測(cè)區(qū)域。當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)進(jìn)入第一個(gè)線(xiàn)圈時(shí)會(huì)在電路中產(chǎn)生電磁感應(yīng)，同時(shí)觸發(fā)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；走出第二個(gè)線(xiàn)圈后，計(jì)時(shí)結(jié)束，根據(jù)兩個(gè)線(xiàn)圈之間的距離和產(chǎn)生感應(yīng)的時(shí)間差，以距離除以時(shí)間就可以算出車(chē)輛通過(guò)超速監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)的速度。有時(shí)為提高測(cè)速準(zhǔn)確度，可以加入第三個(gè)線(xiàn)圈，取得車(chē)輛經(jīng)過(guò)各線(xiàn)圈時(shí)的平均值，將其作為測(cè)量值。相對(duì)于其它測(cè)速方式，該系統(tǒng)因沒(méi)有更多精密高智能化的設(shè)備卻能獲得比較高的捕獲率，因此性?xún)r(jià)比較高。其不足之處是安裝施工時(shí)會(huì)破壞路面，影響路面壽命，且線(xiàn)圈在地下容易受環(huán)境影響而發(fā)生形狀改變，還受重型車(chē)輛擠壓、路面修

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理等損壞，使用2-3年就需要更換線(xiàn)圈，實(shí)際維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高于其它測(cè)速設(shè)備。

四、視頻測(cè)速原理

最早出現(xiàn)的視頻原理測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是虛擬線(xiàn)圈視頻測(cè)速系統(tǒng)，即在視頻圖像中的車(chē)道上，相距（30-50）m處設(shè)兩個(gè)虛擬線(xiàn)圈，由于攝像機(jī)采集圖象的速度是一定的（x秒/幀），通過(guò)計(jì)算圖片的幀數(shù)可以得到經(jīng)過(guò)的時(shí)間，利用車(chē)輛通過(guò)兩個(gè)虛擬線(xiàn)圈的時(shí)間差，就可得出車(chē)輛的運(yùn)行速度。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便、不破壞路面、不用更換線(xiàn)圈。該測(cè)速原理最主要的缺點(diǎn)是測(cè)速誤差大，容易受到光照等因素的影響；其次，凡經(jīng)過(guò)虛擬線(xiàn)圈的物體均被記錄下來(lái)，無(wú)效數(shù)據(jù)多、誤判車(chē)輛多；再次，一次只能對(duì)一個(gè)車(chē)道的一輛車(chē)進(jìn)行測(cè)速，兩輛車(chē)或數(shù)輛車(chē)同時(shí)經(jīng)過(guò)時(shí)無(wú)法測(cè)速，更無(wú)法判別其是否超速。由于誤判車(chē)輛較多及測(cè)速誤差太大，目前視頻測(cè)速基本已被淘汰。

現(xiàn)在比較準(zhǔn)確的是精確視頻機(jī)動(dòng)車(chē)測(cè)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要采用了目標(biāo)識(shí)別與目標(biāo)跟蹤技術(shù)。這些技術(shù)原來(lái)主要用于航天領(lǐng)域。目標(biāo)識(shí)別技術(shù)為圖象的特征模式識(shí)別，其基本原理是對(duì)所要識(shí)別的目標(biāo)特征進(jìn)行詳細(xì)的描述和建模。正確建模是該技術(shù)的關(guān)鍵。目標(biāo)跟蹤技術(shù)也可稱(chēng)為目標(biāo)鎖定跟蹤技術(shù)，就是在一定的區(qū)域范圍內(nèi)不丟失目標(biāo)。該系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車(chē)測(cè)速方面，應(yīng)保證在60m距離內(nèi)不丟失機(jī)動(dòng)車(chē)目標(biāo)。

具體方法是，通過(guò)多路采集卡將測(cè)速及車(chē)牌攝像機(jī)的圖像信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析計(jì)算。對(duì)圖像進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，在判別出真正的目標(biāo)后進(jìn)行目標(biāo)鎖定并對(duì)鎖定的目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，同時(shí)計(jì)算出車(chē)輛的精確位置并得出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的矢量軌跡曲線(xiàn)圖。圖像中車(chē)輛的位置都是可以準(zhǔn)確確定的，而每幅圖像的采集時(shí)間是40ms（PAL制標(biāo)準(zhǔn)）固定不變，所以，可得出非常精確的位移差ΔS和時(shí)間差Δt。從矢量曲線(xiàn)圖中取A、B兩點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)

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即可得出其位移差ΔS和時(shí)間差Δt，V=ΔS/Δt，式中：V—汽車(chē)運(yùn)動(dòng)速度，ΔS—A、B兩點(diǎn)之間的精確距離，Δt—汽車(chē)由A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)所需的準(zhǔn)確時(shí)間。攝像機(jī)由上向下，俯視看路面，路面上任何車(chē)輛的一舉一動(dòng)都會(huì)在系統(tǒng)的監(jiān)視之下。可以最大限度地獲取路面上的車(chē)輛信息，所以得到的速度非常精確。

總之，不同原理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的主要是地感線(xiàn)圈原理和雷達(dá)原理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這兩種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在滿(mǎn)足一定測(cè)速準(zhǔn)確度要求的條件下價(jià)格相對(duì)便宜，性?xún)r(jià)比較高。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，各種原理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)更加完善，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，還會(huì)涌現(xiàn)出更多新的產(chǎn)品，為更好地維護(hù)道路交通安全服務(wù)。

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