测速原理

测速原理 雷射的英文为Laser，这个字是由Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一个字母缩写而成，意思是指，经由激发放射来达到光的放大作用。雷射所激发出来的光，其光子大小与运动方向皆相同，因此每个波束的频率都相等，再加上它们一束束紧密地排列着，彼此间分毫不差地互相平行，使整个光束发射至极远处也不会散开来。在一九六二年的实验中发现，从地球发射的雷射光在经过近四十万公里的太空之旅后，只在月球表面上投射出一片约三公里直径大小的圆而已～此特性使得雷射在焊接、切割、雕刻、穿洞等加工与医学(眼科、牙科、肿瘤)之应用更为广泛。 测速雷射种类于固态雷射中的半导体雷射。雷射测速设备采用红外线半导体雷射二极管。雷射二极管有几个特点使它极适合用来量测速度: 1. 雷射二极管自微小范围中发射出极窄的光束，此一狭窄光束才能精确地瞄准目标。 2. 雷射二极管以小于十亿分之一秒的瞬间切换开关，大大提高精确度。 3. 雷射二极管发射率很窄，其侦测器极易接收到精确的波长;因此在日间有强烈阳光时，仍能正常操作。 4. 雷射二极管只发射电磁光谱中的红外线部分;而红外线系眼睛看不见的，不会影响驾驶人的注意力。 雷射测速枪以量测红外线光波传送时间来决定速度。由于光速是固定，激光脉冲传送到目标再折返的时间会与距离成正比。以固定间隔发射两个脉冲，即可测得两个距离;将此二距离之差除以发射时间间隔即可得到目标的速度。理论上，发射两次脉冲即可量测速度;实务上，为避免错误，一般雷射测速器(枪)在瞬间发射高达七组的脉冲波，自以最小平方法求其平均值，去计算目标速度。 三、与雷达之比较 超速告发最易受到的挑战即是如何确认违规车辆，例如在多车道公路上两车以上并行时，警员以雷达测得超速现象却无法明确认定那一部车辆违规(参见图一)。原因在于雷达波发射锥角度约在十至二十度间，而雷射波发射锥角度只有不到十分之一度;因此以雷射测速可以明确认定受测目标据以告发。雷射狭窄光束使得两车被同时侦测到的机会等于零;对于市面上普遍销售之雷达侦测器(或称超速侦测器)不啻一大克星。 短跑计时的背后 在早期的奥运会上，短跑比赛的测量都不是很精确。第一场被计时的百米比赛是在1912年奥运会。秒表只精确到0.5秒，而且人在掐表上还存在着很大的误差。因此，该届的短跑金牌得主美国人 Donald. Lippincott的百米纪录10.6秒与实际时间存在着很大误差。1932年,秒表已经可以精确到0.1秒，但仍是无法避免人工误差的存在。直到1948年终点摄像技术的采用才解决了终点到达顺序的争论。1968年奥运会上推出的电子记时器，首次可以把发令枪与终点摄像器连接在一起。时至今日,在最新科技的切缝照相机帮助下，短跑比赛计时已经可以精确到令人吃惊的0.001秒。这种设备被首次应用于1992年奥运会，以每秒2000张的频率对终点进行缝隙摄像，从而确保了每个参赛运动员到达终点的确切时间。 1912年斯德哥尔摩奥运会，首次在田径赛场使用电子计时器和终点摄影装置 在不同时代的奥运会中所使用的不同计时仪器，经历了手动计时、电子机械计时、石英电子计时以至实时赛果广播等阶段，1912年第五届斯德哥尔摩奥运会首次在田径赛场使用电子计时器和终点摄影装置，使计量时间精确到1/10秒。刘翔保持的12秒88的110米栏世界纪录，古巴小将罗伯斯以12秒87，百分之一秒的差别，在这个年代还测不出来。 1932年 第十届洛杉矶奥运会首次采用了百分之一秒的秒表附加终点摄影设备 貌似文弱书生的托兰成为此届奥运会的英雄。他和对手同获10秒28的成绩，1%的秒表附加终点摄影设备最终确定了他的冠军地位，它也是奥运史上100米赛跑的第一个黑人冠军。 此后，1%秒的附加终点摄影设备成为奥运会的惯例。 1972年 第二十届慕尼黑奥运会千分之一秒计时器、光电测距兴起，设立“奥林匹克科学大会” 慕尼黑奥运会使用跑表和皮尺才测运动员成绩的时代被宣告终结。在这次比赛中，男子400米个人混合泳第一名瑞典的贡•拉尔松，仅比第二名美国大的蒂•麦基快千分之二秒，能得到如此结果得力于成绩检验使用了先进的电子计时器，特点是准确、快速和自动化。 本届奥运会上首次采用了的光电测距仪，被称为“投掷运动员魔镜”。自动测试和显示时间、速度和距离的电子装置，逐步代替了人的眼和手。 高速摄影摄像设备、激光装置、计算机等，已经成为奥运赛场和裁判员们不可缺少的工具和伙伴。依靠它们的帮助，使计时更精确、计分更方便、判断更准确。 1992年 第二十五届巴塞罗纳奥运会首次推出可满足一切项目的计时测速和计分需要的“全能运动操作系统” 巴塞罗那奥运会上首次推出了可满足一切项目计时测速和计分需要的全能运动操作系统，使原本分散在各个赛场的电子计时器、光电测距仪和自动计分装置等，并通过网络联结起来。 二、激光测速原理 激光测速原理也被称作激光雷达原理(Ladar，Laser Detection And Ranging)，即激光探向与测距之意。Ladar设备采用红外线半导体激光二极管发射出一定频率极窄的光束精确地瞄准目标，通过测量红外线光波在Ladar设备与目标之间的传送时间来决定速度。由于光速是固定的，激光脉冲传送到目标再折返的时间会与距离成正比。以固定间隔发射两个脉冲，即可测得两个距离;将此两距离之差除以发射时间间隔即可得到目标的速度。在理论 上，发射两次脉冲即可测量速度。而实际上为避免错误，一般Ladar设备在一秒钟内发射高达上千组的脉冲波，以最小平方法求其平均值计算目标速度，就可以得到非常准确的速度。测速时间可以达几毫秒至几十毫秒，相比雷达具有更高的测速准确度;同时，Ladar的发射锥角度只有不到0.1?，其狭窄光束使两车被同时侦测到的机会等于零，因此，以Ladar测速可以明确认定受测目标。这些特性使Ladar监测系统在较高车流量的路况上能够准确地工作。 同雷达原理监测系统一样，对于固定安装在道路的上方，以一定角度俯视机动车道的Ladar监测系统，时需要考虑安装角度带来的影响，并对测量结果进行校正，这种悬挂设计只对单独车道进行监测。但与雷达监测系统相比，激光测速具有测量速度快、监测目确、测速准确度高等特点，在两车道车辆并行或车辆连续进入监测区域时，可以有效地得到车速，而不会出现错抓误判的情况。此外，由于激光二极管发射率很窄，其侦测器极易接收到精确的波长，因此在日间有强烈阳光时仍能正常操作。相对于雷达，激光测速产品价格较高。 三、地感线圈测速原理 地感线圈测速一般要用到两个线圈，两个线圈之间区域即为超速监测区域。当机动车进入第一个线圈时会在电路中产生电磁感应，同时触发计时器开始计时;走出第二个线圈后，计时结束，根据两个线圈之间的距离和产生感应的时间差，以距离除以时间就可以算出车辆通过超速监测区域时的速度。有时为提高测速准确度，可以加入第三个线圈，取得车辆经过各线圈时的平均值，将其作为测量值。相对于其它测速方式，该系统因没有更多精密高智能化的设备却能获得比较高的捕获率，因此性价比较高。其不足之处是安装时会破坏路面，影响路面寿命，且线圈在地下容易受环境影响而发生形状改变，还受重型车辆挤压、路面修理等损坏，使用2-3年就需要更换线圈，实际维修养护费用高于其它测速设备。 四、视频测速原理 最早出现的视频原理测速监测系统是虚拟线圈视频测速系统，即在视频图像中的车道上，相距(30-50)m处设两个虚拟线圈，由于摄像机采集图象的速度是一定的(x秒/帧)，通过计算图片的帧数可以得到经过的时间，利用车辆通过两个虚拟线圈的时间差，就可得出车辆的运行速度。其优点是简单方便、不破坏路面、不用更换线圈。该测速原理最主要的缺点是测速误差大，容易受到光照等因素的影响;其次，凡经过虚拟线圈的物体均被下来，无效数据多、误判车辆多;再次，一次只能对一个车道的一辆车进行测速，两辆车或数辆车同时经过时无法测速，更无法判别其是否超速。由于误判车辆较多及测速误差太大，目前视频测速基本已被淘汰。 现在比较准确的是精确视频机动车测速系统，该系统主要采用了目标识别与目标跟踪技术。这些技术原来主要用于航天领域。目标识别技术为图象的特征模式识别，其基本原理是对所要识别的目标特征进行详细的描述和建模。正确建模是该技术的关键。目标跟踪技术也可称为目标锁定跟踪技术，就是在一定的区域范围内不丢失目标。该系统应用在机动车测速方面，应保证在60m距离内不丢失机动车目标。 具体方法是，通过多路采集卡将测速及车牌摄像机的图像信号实时传送到计算机中，由计算机进行实时分析计算。对图像进行目标识别，在判别出真正的目标后进行目标锁定并对锁定的目标进行实时跟踪，同时计算出车辆的精确位置并得出目标运动的矢量轨迹曲线图。图像中车辆的位置都是可以准确确定的，而每幅图像的采集时间是40ms(PAL制标准)固定不变，所以，可得出非常精确的位移差ΔS和时间差Δt。从矢量曲线图中取A、B两点，即可得出其位移差ΔS和时间差Δt，V=ΔS/Δt，式中:V—汽车运动速度，ΔS—A、B两点之间的精确距离，Δt—汽车由A点到达B点所需的准确时间。摄像机由上向下，俯视看路面，路面上任何车辆的一举一动都会在系统的监视之下。可以最大限度地获取路面上的车辆信息，所以得到的速度非常精确。 总之，不同原理的监测系统有其各自的优缺点，目前在国内应用最广泛的主要是地感线圈原理和雷达原理的监测系统，这两种监测系统在满足一定测速准确度要求的条件下价格相对便宜，性价比较高。相信随着科学技术的进步与发展，各种原理的监测系统会更加完善，发挥各自的长处，还会涌现出更多新的产品，为更好地维护道路交通安全服务。 几种雷达探测系统的优劣比较 很TX多有闯红灯或超速被电子眼拍到而被罚的经历。只要给电子眼拍到，罚款不是200就是500，心痛之余，车友去寻找反电子眼的设备。本文就目前的几类常用设备作一个粗浅的原理分析和功能比较。闯红灯或超速驾驶极易造成交通事故，请车友三思。 一、普通雷达探测器 雷达测速的原理是，道路旁装有雷达发射器，向道路来车方向发射雷达波束，再接收汽车的反射的回波，通过回波分析测定汽车车速，如车速超过设定值，则指令相机拍摄，如晚间同时触发闪光灯。雷达探测器的原理很简单，就是接收到雷达信号后，马上报警，提示车主减速。 雷达探测器基本是进口的，价格一般在800元至5000元，性能高低也非常不同。最大的不同，就是可以感应的雷达波的频段不同。因为我国各城市道路的雷达测速设备从不同的国家进口，使用的雷达频率大多并不相同，同一个城市有些装了来之三四个国家的不同频段的雷达测速器。低端的雷达探测器，往往只能感应一个频段的雷达波，而高端的雷达探测器，可以感应多个频段的雷达波，甚至还有激光感知器，同时还可以防激光测速器。 此外，感应的距离远近也体现了雷达探测器的性能高低。如感应距离过近，车主来不及减速，已经被拍到了;如减速过猛，还易造成追尾事故。高端的雷达探测器可以一公里左右感知雷达波，而差的只有在200米左右才能感应。 雷达探测器的软肋: 1)一些便宜的设备因频段和灵敏度的问，反雷达测速的效果不好;效果好的又比较贵。 2)目前，很多城市采用路面下埋设速度感应线圈的方法来检测超速，此时雷达探测器完全无效。 3)此类设备只能应付雷达测速，而路口红灯电子眼完全无效。 二、电子狗 电子狗价格在250至500元之间，使用时只要插入点烟器即可，非常方便。它侦察电子眼原理非常简单:生产电子狗的厂家，在有电子眼的地方，偷藏了一个无线电发射器，它针对所在路线的特点，发了含有信息代码的无线电信号,汽车开近此地，接收器收到发射器的无线电信号，解码出报警类型，发声芯片发出语音报警，如此段限速，此段单向，此路口有电子眼等。 电子狗的优点是成本低。缺点是:第一，深圳现在几乎所有的红绿灯都装了电子眼，因此，电子狗会响个不停，不但失去报警意义，还非常吵人，一般产品音量无法调节，也无法关闭;第二，没有无委会的批准，这样发射器的设置是非法的，还要供电，需偷偷换装，有可能被拆掉或损毁。第三，发射器的发射功率要定得恰当，如过小则接收到信号的时候，为时已晚;过大则很远就开始叫，烦人。第四，电子狗不能判别方向，如对面车道或交叉车道有电子眼，也会误报。 优点:便宜 软肋:非法，吵人，不太可靠，范围有限。 三、GPS雷达探测器 GPS雷达探测器不但能做测速雷达警报，也可以做红绿灯电子眼警告;不管电子眼的监测方法是用雷达波、激光，还是用地面感应线圈，GPS雷达探测器都可报警。 交管系统每增加一处电子眼，电子狗系统就要去偷装一个发射器;相比之下，GPS雷达探测器只要增加一个地标放在网上供下载更新就行，成本低而响应快。 相比雷达探测器和电子狗系统，GPS雷达探测器还能判别电子眼方向，如是对面方向或交叉方向的电子眼，它不会误报警了。 引外，GPS雷达探测器还可以自行设定报警提前量，如300米或500米;如果当时车并未超速，可以不予报警，省去烦扰。另外，不管有没有电子眼，GPS智能狗都可以提醒车主，该路段限速是多少，现在是不是超速等。 除了报警外，GPS雷达探测器还可以用在寻找加油站、厕所、停车场等方面。此外，一般GPS所具有的导航、记录等功能它一应俱全。 四、结论: 高端的反雷达探测器，对于雷达测速仪的反侦察近乎完美，且对于流动雷达测速点亦能应付。缺点在于价格稍贵;且由于灵敏度高，对于另侧道路的雷达反射波可能误报;对于越来越多的地面感应线圈式测速点完全无能为力。 电子狗价格便宜，但依赖于偷设的发射器，局限性较大，具比较吵人。 GPS雷达探测器的优点是能防任何方式的电子眼;并且GPS雷达探测器除防电子眼之外，还有提醒、导航等其他更多的用途，乐为车友接受;也因此可以登堂入室，而不必象另两种设备要暗中交易。缺点是它需要定期更新测速点数据，另外对于流动雷达测速点，完全无能为力。