專利名稱：基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及交通信息采集設備，特別涉及用于交通信息采集的激光設備，具體是指一種基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置。
背景技術(shù)：
激光距離傳感器(又稱激光測距儀)是利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器。激光距離傳感器依靠目標的反射來識別傳感器向目標射出脈沖激光，由光電元件接收目標反射的激光脈沖，時間鑒別測定激光束從發(fā)射到接收的脈沖飛行時間，就可以得出從 傳感器到目標的距離。在激光距離傳感器基礎上發(fā)展起來的激光雷達不僅能測距，而且還可以測量目標方位、運動速度和加速度等。激光距離傳感器是激光、精密機械、嵌入式技術(shù)及光電子學等多學科技術(shù)的綜合應用。由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點，激光距離傳感器由于測距較遠、方便判定目標方位、精確度和分辨率高、抗干擾能力強等優(yōu)點，應用領域不斷擴大、行業(yè)需求眾多。智能交通之所以有巨大的發(fā)展?jié)摿Χ蔀槲锫?lián)網(wǎng)發(fā)展的重點領域，是與我國的國情密不可分的。隨著我國經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，汽車數(shù)量的持續(xù)快速增長，交通擁堵現(xiàn)象日趨嚴重，交通事故時有發(fā)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(shù)發(fā)展我國的智能交通系統(tǒng)，加強現(xiàn)有道路交通的運輸管理，提高路網(wǎng)的通行能力和交通服務質(zhì)量非常重要。目前我國公路交通信息采集主要有地感線圈、微波探測、超聲波探測、視頻圖像識別和壓電稱重等監(jiān)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征；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(chǎn)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，視頻分析服務器成本一直居高不下。在將激光技術(shù)用于交通信息采集的相關(guān)應用領域中，中國專利申請200810079778. O公開了一種采用紅外光傳感器配合路面鋪設反光帶，并沿反光帶長度方向逐點掃描方式發(fā)射和接收的激光信息收集裝置，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。但這種類型的信息采集有很多缺點，例如需要用到兩套光傳感器系統(tǒng)；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，如此掃描范圍的機械掃描結(jié)構(gòu)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激光測距或者超聲波測距儀對路面車輛進行監(jiān)控，能夠達到對道路車輛類型進行識別的目的，識別時候?qū)嚯x變化點進行監(jiān)測，但這個專利方法對車輛進行識別的采樣率偏低，不能對車輛做到細致甄別；這個專利的另一個缺點是由于這個專利沒有考慮車輛的速度對車輛高度點采樣率的影響，因此對車輛車型的識別率非常低，應用效果較差
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)車輛速度測量、車輛行為觸發(fā)、車輛輪廓描繪、車流量統(tǒng)計等諸多功能的，結(jié)構(gòu)簡單，布設及應用簡便，成本低廉，應用效果佳，且應用范圍廣泛的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置。為了實現(xiàn)上述的目的，本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置具有如下構(gòu)成該節(jié)點裝置包括激光距離傳感器以及內(nèi)置于所述的激光距離傳感器中的數(shù)據(jù)處理器，所述的節(jié)點裝置架設于道路一個車道的上方，所述的激光距離傳感器為大角度激光收發(fā)測距傳感器，所述的數(shù)據(jù)處理器具有車輛信息識別模塊，所述的激光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。該基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置中，所述的大角度激光收發(fā)測距傳感器包括控制電路、脈沖激光發(fā)射電路和激光接收電路，所述的脈沖激光發(fā)射電路和激光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(shù)據(jù)處理器。該基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置中，所述的脈沖激光發(fā)射電路的激光發(fā)射方向迎向所在車道的來車方向，且所述的激光發(fā)射方向與車道間夾角的角度在20°至60°之間。該基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置中，所述的大角度激光收發(fā)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。該基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置中，所述的激光接收電路的接收范圍為一直徑2. 7米的圓形范圍。該基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置中，所述的數(shù)據(jù)處理器還包括時間信號接收端和信號處理模塊，所述的激光距離傳感器的輸出端通過所述的時間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。該基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置中，所述的車輛信息識別模塊包括觸發(fā)判斷單元、車速判斷單元和車型識別單元，所述的觸發(fā)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(tǒng)或服務器。采用了該實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其包括激光距離傳感器以及內(nèi)置于所述的激光距離傳感器中的數(shù)據(jù)處理器，該節(jié)點裝置架設于道路上一個車道的上方，所述的激光距離傳感器采用大角度激光收發(fā)測距傳感器，所述的數(shù)據(jù)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激光距離傳感器，能夠利用通過激光距離傳感器獲得的測距數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)車輛速度測量、車輛行為觸發(fā)、車輛輪廓描繪、車流量統(tǒng)計等諸多功能，且本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置的結(jié)構(gòu)簡單，布設及應用簡便，成本低廉，應用效果佳，應用擴展性好，應用范圍也較為廣泛。

圖I為本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置的應用方式示意圖。圖2為本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置的原理示意圖。[0018]圖3為利用實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置對小型轎車進行掃描識別的效果圖。圖4為利用實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置對出租車進行掃描識別的效果圖。圖5為利用實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置對貨柜車進行掃描識別的效果圖。圖6為利用實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置對卡車進行掃描識別的效果圖。圖7為利用實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置對攪拌車進行掃描識別的效果圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本實用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖I所示，為本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置的應用方式示意圖。本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置I架設于道路6上一個車道的上方龍門架2上，并通過線纜5連接外部道路控制系統(tǒng)的服務器4。在一種實施方式中，所述的節(jié)點裝置I包括激光距離傳感器以及內(nèi)置于所述的激光距離傳感器中的數(shù)據(jù)處理器。所述的激光距離傳感器為大角度激光收發(fā)測距傳感器，如圖2所示，該大角度激光收發(fā)測距傳感器包括控制電路、脈沖激光發(fā)射電路和激光接收電路，所述的脈沖激光發(fā)射電路和激光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(shù)據(jù)處理器。所述的數(shù)據(jù)處理器具有車輛信息識別模塊，所述的激光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(yōu)選的實施方式中，所述的脈沖激光發(fā)射電路的激光發(fā)射方向迎向所在車道的來車方向(如圖I中箭頭所示)，且所述的激光發(fā)射方向與車道間夾角的角度在20°至60°之間。該脈沖激光發(fā)射電路發(fā)射的激光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與所述的激光距離傳感器之間的距離為25米。在另一種較優(yōu)選的實施方式中，所述的大角度激光收發(fā)測距傳感器的接收孔徑角度在20毫弧度至100毫弧度之間。所述的激光接收電路的接收范圍為一直徑2. 7米的圓形范圍。在更優(yōu)選的實施方式中，所述的數(shù)據(jù)處理器還包括時間信號接收端和信號處理模塊，所述的激光距離傳感器的輸出端通過所述的時間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(fā)判斷單元、車速判斷單元和車型識別單元，所述的觸發(fā)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(tǒng)或服務器。在實際應用中，不同于以往專利或者產(chǎn)品只能對單一交通信息進行采集，本實用新型提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的小型化，節(jié)點化的解決方案。一個激光測距節(jié)點能實現(xiàn)包括車輛速度測量、車輛行為觸發(fā)、車輛輪廓描繪、車流量統(tǒng)計等諸多功能的激光智能交通信息采集節(jié)點。此智能交通節(jié)點可以輸出車輛到來的觸發(fā)信號，為拍照取證或視頻處理提供時間觸發(fā)信號；并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(jié)點組成一套系統(tǒng)能夠?qū)Υ说缆返能囕v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(shù)方案如下在使用時，于卡口立桿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(fā)射激光，此角度能保證傳感節(jié)點即能測量車輛速度，又不至于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(jié)合車輛的速度信息能夠?qū)囆陀幸粋€準確的判斷。此激光采用大角度發(fā)射接收方式，使測距裝置在龍門架或立桿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(fā)生。所述的智能交通信息采集節(jié)點，是一個采用小型化高精度高重復頻率激光距離傳感器，能實時輸出距離數(shù)據(jù)流以及一些數(shù)據(jù)處理結(jié)果如車型，觸發(fā)信號、車速度等信息。該 測距儀的激光采取大角度發(fā)射接收并對光斑的形狀做了適當?shù)男拚?，使?5米距離時候發(fā)射激光為2. 5米X I米左右的光斑。測距儀精度小于1cm，脈沖重復頻率大于Ik Hz0所述的多個智能交通信息采集節(jié)點構(gòu)成對一個路面的完整覆蓋，這些傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)通過傳輸線接到數(shù)據(jù)分析服務器上，為智能交通網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)和服務支持。在車輛到來時，此傳感節(jié)得到的前面一組數(shù)據(jù)首先檢測到距離的改變并判斷是車輛還是干擾信號，然后向后臺的攝像頭或者主機發(fā)射一個車輛到來的觸發(fā)信號。根據(jù)測量的距離信號的改變計算出此車輛的速度，并存儲一個完整的車輛輪廓信息，結(jié)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(jié)點的觸發(fā)信號、車輛速度與車型信息傳到后臺的卡口控制箱或服務器，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(jié)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(jié)點按照一定頻率O IKHz)向路面(距離25米左右)發(fā)射測距激光脈沖對通過該車道處的車輛進行監(jiān)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(jié)點激光為大角度發(fā)射接收方式，在路面處形成一個大概2. 5mX Im的光斑，這是我們的信息采集探測區(qū)域；當車輛到來時，探測節(jié)點首先根據(jù)一組距離變化判斷車輛到來，發(fā)射信號給其他的聯(lián)動傳感裝置如攝像頭等發(fā)射一個觸發(fā)脈沖，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(qū)域時，根據(jù)車牌距離的改變綜合一個車輛行進速度在激光方向的分量考慮通過公式V = ^}
Ar cosΘ其中Θ為激光方向與路面的夾角，由此可以計算出車輛行進的速度V;當車輛完整通過后，根據(jù)測距節(jié)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(jié)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征，通過得到的車輛輪廓特征與樣本車輛外型特征進行比對識別，從而得到所通過車輛的類型。如圖3至圖7所示，依次為利用實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置對小型轎車、出租車、貨柜車、卡車和攪拌車進行掃描識別后產(chǎn)生的車輛輪廓特征效果圖，圖中橫坐標50點/格，縱坐標為0. 6m/格。利用該車輛輪廓特征圖與節(jié)點裝置內(nèi)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(jié)點的車輛通過信息觸發(fā)計數(shù)、車輛速度、車輛類型等信息傳到后臺進行數(shù)據(jù)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采集手段，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(jiān)管、信息發(fā)布等提供依據(jù)。本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置的技術(shù)方案中，其中所包括的各個功能模塊和模塊單元均能夠?qū)诩呻娐方Y(jié)構(gòu)中的具體硬件電路，因此這些模塊和單元僅利用硬件電路結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)，不需要輔助以特定的控制軟件即可以自動實現(xiàn)相應功能。且本實用新型包括以下特點 I、其可采用紅外光作為探測媒介，可不受環(huán)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(xiàn)單條車道車輛速度測量，減少了不同車道間車輛的干擾，避免了車輛信息的誤報與漏報，便于對車道的抓拍取證與辨別，且由于車輛速度作為參考量，對車型識別提供有效依據(jù)；4、只需要一個單一傳感節(jié)點，就能夠?qū)Ρ姸嗟慕煌ㄐ畔⑦M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(jié)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(jié)點優(yōu)勢的基礎上，實現(xiàn)多節(jié)點聯(lián)網(wǎng)，從而能夠?qū)φ麄€道路的信息做出綜合分析。采用了該實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其包括激光距離傳感器以及內(nèi)置于所述的激光距離傳感器中的數(shù)據(jù)處理器，該節(jié)點裝置架設于道路上一個車道的上方，所述的激光距離傳感器采用大角度激光收發(fā)測距傳感器，所述的數(shù)據(jù)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激光距離傳感器，能夠利用通過激光距離傳感器獲得的測距數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)車輛速度測量、車輛行為觸發(fā)、車輛輪廓描繪、車流量統(tǒng)計等諸多功能，且本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置的結(jié)構(gòu)簡單，布設及應用簡便，成本低廉，應用效果佳，應用擴展性好，應用范圍也較為廣泛。在此說明書中，本實用新型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實用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求1.一種基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其特征在于，所述的節(jié)點裝置包括激光距離傳感器以及內(nèi)置于所述的激光距離傳感器中的數(shù)據(jù)處理器，所述的節(jié)點裝置架設于道路一個車道的上方，所述的激光距離傳感器為大角度激光收發(fā)測距傳感器，所述的數(shù)據(jù)處理器具有車輛信息識別模塊，所述的激光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(jù)權(quán)利要求I所述的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其特征在于，所述的大角度激光收發(fā)測距傳感器包括控制電路、脈沖激光發(fā)射電路和激光接收電路，所述的脈沖激光發(fā)射電路和激光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(shù)據(jù)處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其特征在于，所述的脈沖激光發(fā)射電路的激光發(fā)射方向迎向所在車道的來車方向，且所述的激光發(fā)射方向與車道間夾角的角度在20°至60°之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其特征在于，所述的大角度激光收發(fā)測距傳感器的接收孔徑角度在20毫弧度至100毫弧度之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其特征在于，所述的激光接收電路的接收范圍為一直徑2. 7米的圓形范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理器還包括時間信號接收端和信號處理模塊，所述的激光距離傳感器的輸出端通過所述的時間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。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其特征在于，所述的車輛信息識別模塊包括觸發(fā)判斷單元、車速判斷單元和車型識別單元，所述的觸發(fā)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(tǒng)或服務器。
專利摘要本實用新型涉及一種基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置，其包括激光距離傳感器以及內(nèi)置于該激光距離傳感器中的數(shù)據(jù)處理器，該節(jié)點裝置架設于道路上一個車道的上方，激光距離傳感器采用大角度激光收發(fā)測距傳感器，數(shù)據(jù)處理器具有車輛信息識別模塊，車輛信息識別模塊連接激光距離傳感器及外部道路控制系統(tǒng)服務器。利用本實用新型的節(jié)點裝置，所述的數(shù)據(jù)處理器能夠通過激光距離傳感器獲得的測距數(shù)據(jù)，并基于測距數(shù)據(jù)的變化量實現(xiàn)車輛速度測量、車輛行為觸發(fā)、車輛輪廓描繪、車流量統(tǒng)計等諸多功能，且本實用新型的基于激光測距的道路車輛信息采集節(jié)點裝置的結(jié)構(gòu)簡單，布設及應用簡便，成本低廉，應用效果佳，應用擴展性好，應用范圍也較為廣泛。
文檔編號G08G1/017GK202615608SQ20122016097
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者陳建永, 沈冬青, 李萬才, 江洪, 李震宇, 梅林 , 吳軼軒 申請人:公安部第三研究所