用激光来检测和记录违反道路交通规则的系统

摘要

三个检测器均由在同一轴线方向布置的激光发射器(10)及接收系统(5、6)组成。光敏二极管接收器(5)与放大器及信号处理装置(7)相连接。接收的信号是被反射的激光束强度的突然变化、线路(20)给激光信号发生器供电，使激光发射器产生脉冲式激光其脉冲宽度与相邻两脉冲之间的间隔相比是很窄的。

说明书

本发明是关于一种高效、高精度、便于操作的用于检测和记录违反道路交道规则的系统，其记录功能是用来辨认肇事者。本系统的有关内容及其优点通过阅读下文就能清楚地了解了。

本系统是一种光学检测系统，配有（intercepted）至少一台照相机及数据处理装置。

根据本发明，为形成检测，本系统由同轴安装的复合激光发射器和激光接收器组成。光敏二极管接收器与放大器及信号处理装置相连接，接收到的信号是反射激光束强度的突然变化。

供电线路给激光信号发生器供电、使激光发生器产生脉冲式激光，其脉冲宽度与相邻两脉冲之间的间隔相比是很窄的，这样有利于实现较少的能量吸收及限制危险性。

激光发射器装在光学屏蔽筒内，利用聚光器、聚焦器以获得所要求的反射距离，与其同一轴线安装的还有另一聚光系统，用来使光敏二极管接收器表面上分布的光线足够均匀。

光敏二极管接收器是装在金属屏蔽罩内，在这里是用铁屏蔽罩，以防止外界的干扰。其中包括给激光器供电时电压上升及下降时产生的干扰等。

放大器和信号处理装置，可包括有增益控制的低噪声前置放大器、放大器、信号检测器、接收信号和本底噪声的差分放大器、控制平均信号增益的组件、以及一个能根据比较参考值和时间数值而发生信号的触发器。

为了能可靠地工作并防止产生误差，本系统包括三个检测器，用于通过处理三个检测器的信号的装置，分别得到信号的传输时间、信号的持续时间、及速度值;比较装置，用于比较同类数值的大小、并剔除偏差大的数值，及用于把获得的数据与预定的值作比较的装置，该预定值至少是那些与限制速度有关的值。

用于输入两种不同的预定值的装置，分别用于长车身车辆及小汽车的速度限制。转换装置根据接收到的信号鉴别车辆种类，再把检测出的信号转换到相应的预定速度限制值进行比较。这些转换装置的转换是根据车身长度来决定的，而车身长度是由其中一个检测器对被检车辆一个部位检测的时间以及车速决定的。这些数值是要受到两不同的检测器或不同组的检测器得到的数据是否一致的鉴定。

这个系统还可进一步包括和结合：一台照相机，它能从后面对刚驶过车辆的尾部拍照;一用于准充拍照的装置，该装置把测得的车速值与预定和予选择的，作为计算的车长函数速度值比较;一控制装置，用于控制照相机延迟拍照的执行、即它接收和处理汽车在运行中有关速度和车长的数据，可在予定的和理想的位置，即当车辆尾部与相机之间的距离达到预定值时获得相机拍照。照相机可以装在小汽车上或者用于监测由跟踪者操作。

在一种可能的实施例中，该系统装在小汽车上，三个检测器装在架子上、按车子长度方向间隔排列，架子固定在驾驶室的顶上。当然架子也可固定在地面上。

此系统还可再增加一台照相机，以作为附加相机或代替前面讲过的那台照相机，这台相机放在检测器的前方（按车行驶方向）以对驶过汽车的予先拍照。在此情况当处理后的数据表示驶过的汽车已违反交通规则了，则把有关车速和对车辆开始检测的时刻的数据由处理装置作处理、并通过无线电去控制相机，当车辆头部相对于照相机到达预定位置时，相机拍照。

本系统还可配装监视器，接收信提供给遥控者。

给监视器的信号和或给拍车辆头部照片相机的指令是靠无线电传送的。为防止指令的误传送、采取使用下述装置预防。个别的可与监视器和或遥控相机一起还装有中央处理装置，用来比较重复传输的数据鉴别接收到的信号，只有当依次接收到的多次重复且一致时，才把命令传给监视器和相机。

本系统还可装配一个或多个安全保护装置，防止激光束对人员的危险。一种是雷达或类似雷达的装置，可用来估测高速行驶的车辆，只有认为车子超速时才开动激光器。另一种安全装置是超声波发射器或具有相当性能的设备，当激光发射器前为有障碍物（人员）时能中断激光发射。另一种相类似的安全装置是由接收到的反射激光束能量极限值（apower    threshold）来控制的。当障碍物很靠近检测器时接到的反射信号超过极限值时中断激光发射。

本系统还可装上偏振滤光片来滤掉或减少外界光线的影响，尤其是反射的自然光，或许还可装上红外线（或类似的）滤光片以区别闪光灯。

以下的描述及附图能更好地理解本发明，附图中是一个实际例子，本发明并非只限于此。

图1示出了激光发射器和接收器的截面图。

图2示出了移动或安置的平面图。

图3A、3B示出了两种可能工作情况的正面图。

图4是本系统的电路图。

根据本发明构成检测器的激光发射器和接收器表示在图1中：（1）是外壳，内装有光接收系统，（3）是光接收系统的镜头;它可以是一个镜片或一组镜片，用于聚集反射激光束到激光接收器（5）的表面上;用光学系统（3）表示的聚光和聚焦装置使光线基本均匀地分布在光敏二极管（5）的接收表面上。在光敏二极管（5）前面有一个用于挡掉周围光线照到二极管上的滤光片（6）。光敏二极管（5）和与其相连接的前置放大器（7）都装在铁或其它能起电磁屏蔽的屏蔽罩（9）内，保护接收器免受激光器电源及其它外部所产生的干扰。激光发射器（10）一般装在光学系统镜头（3）内。（12）是激光束发生器，接着（14）是聚光器，（16）的外侧面有光学屏蔽作用的屏蔽。聚焦镜片（18）和光学部件（14）一起把激光聚焦在一个合适的距离上以供使用，通常为10～15米、以用于通路上检测车辆。供电线路（20）用导线（22）与激光束发生器（12）相连接，它们也是屏蔽起来以防止产生干扰，屏蔽罩（9）保护光敏二极管免受干扰。

激光束发生器（12）产生持续时间短、间歇时间长的脉冲式激光，在所有情况下工作频率都高于5000赫（用于检测道路交通）。脉冲发射能有利地限制能量的吸收减少对人员的危险。高频率是为了保证测量的精确度。

发射器和接收器的光学系统的结构能实现要求的聚焦、在光敏二极管与接收表面上做到光线均匀分布（硅或其它材料的光敏二极管），这样光敏二极管的激发不会太集中而饱和。这可用球形象差或其它方法来实现。在图1中用（5、7）表示的接收器、连同检测器和比较器的线路详细示在图4上。激光检测器的设计是当发射器发射的激光束碰到具有不同反射能力的反射面被反射回来，光敏二极管接收到的信号确定为当反射光突然变化时，这样根据本发明构成的激光检测器能安装在道路旁照射固定靶、按图4所示的检测系统，回到光敏二极管（5）的反射光信号是恒定的或变化缓慢的。当有车辆驶过时，产生变化很突然的反射信号，检测器进入检测，突然变化的信号与发射器对准的反射靶反射回来的信号相比可能是增加的、也可能是减小的。突然变化的信号由电子线路（如图4所示或者等效的线路）作处理、以得到反映车辆驶过的信号，这是因为车辆有不同的反射能力及能引起突然变化的信号。这些信号再去控制计算系统，有关计算系统下面会讨论的。车辆的通过改变了反射光的量值，当车辆的头部驶过时引起的变化导致信号的产生，这个信号是计算时需要的。当车身驶过时，信号的变化继续维持，且检测过程一直到车辆的尾部驶过后才停止，从信号变化的状态恢复到原来平静的状态（车辆的尾部驶过）引起产生代表车辆已通过的第二个信号，这个信号也是计算时需要的。

在图4中，光敏二极管（5）与低噪声、可控增益的前置放大器（7）相连接，如前所述它们是仔细地装在屏蔽罩（9）之内（图1）。与前置放大器相连的还有放大器（26）及信号检测器（28）。信号检测器28与增益控制系统、即方框回路（30）相连，同时与差分放大器（32）相连、当信号从导线（36）输入时抵消从线（34）输入的本底噪声。回路（38）是由触发器（40、42）组成，通过比较接收到的信号及参考值、通过计算得到恢复平静所需的时间触发器在输出端（44）发出一个信号。

所描述的激光检测器的结构，说明它的安装是非常方便的，没有什么特殊要求，同时说明它是很精确的，因为它能排除外界干扰引起的不是突然的变化，只有当车辆的某一部位驶过时，开始和结束检测时产生两个信号。

用这种方法构成的检测器可以应用于相当精确的监视系统中，这个系统在这里及下面描述，它能可靠地辨认车辆及是否违章，这个系统使用三个按预定距离依次排列的检测器。

参看图2及图3，（S）表示道路，即被监视的路段。在检测车V上装有检测系统，在车顶上沿纵向装上一个长约1到1.5米的架子（50），架子上相互平行，相隔距离为D排列三个检测器、发生激光束（52、54）和（56）。作为另一种方式，架子（50）也可用合适的支柱安装在地面上。车辆V上还装有部件C用于计算和处理接收到的信号，同时车上还可方便地装上一架照相机（58），相机可以直接装在车上、或者在行驶时监视和记录肇事者，即跟踪肇事者时用。相机（58）还能装上在相片上打印数据的装置（如印上检测地点、日期、时间等）。图2和图3表示了由三个激光检测器发射三束激光（52、54）和（56）。在图2中另一个特征参数是距离DT，当车辆按箭头f行驶到DT距离时，相机（58）聚焦点在车辆尾部T上并进行拍照。距离DF则是车辆V与驶过车辆头部F间的距离，在这个位置上位于前方的另一架相机（60）正好聚焦在车辆头部，相机（60）安放在离车头距离为D60的地方。也就是讲相机（60）离检测车V的距离为D60+DF。而系统的其余各部分都可装在车辆V上面。如果在系统的配备中不考虑相机（60）它不是系统中必需的部件，那么安装一个可移动的检测点是非常简便的迅速的。当为了辨别驶驾者而必须对车辆头部F拍照时，就需要相机（60）。相机（60）也可认为是相机（58）的替代件，这时就能拍汽车前面号码牌的相片，事实上前面的号码牌与后面的号码牌是一样大小的，都是足够大的。

图2中的C是用于计算及处理数据的系统，用适当的方式装在警察的检测车V上，用来接收检测车上各检测器（52、54、56）对被测车辆某一部位检测的有关数据，检测的情况，经两个相隔距离为D的检测器检测的时间及结束检测的时间，这样当处理系统已知那些特定的数据，其中包括两检测器间的距离baseD及由系统的决定的值DT、DF和D60，再得到相邻两检测器的检测时间，就所算出车辆行驶速度。利用两组检测器（52、54）组和（54、56）组的数据;或用更好的方法，从两个检测器（52）和（54）之间、（54）和（56）之间，以及更可靠地利用（52）和（56）间的数据，可以得到两个或更多的时间值和车速值，特别是后一种方法可以做双重比较，在系统中还装有能对两种计算方法得到的车速数值作比较的装置，并剔除那些在车辆驶过时出现的不相符合的值，采用这种原则的目的是当用两种不同计算方法得到的数据符合得不够好时，防止由信号传输中引起的误差。系统还能把测得的车速与允许的车速度极限值作比较，以判定车辆是否超过系统特定的最大速。按车速极限值，车辆分为两大类：车身较短的小汽车及车身相当长的载重汽车，所以把测得的车速与各自的车速限制值相比较。车辆的分类是这样实现的，根据某一检测器对车辆开始检测及结束检测间的时间，即车辆驶过时间就能算出车速，及车身长度，按车身长度选取相应等级的速度限制值。等级是按车身长度划分的，小于额定长度速度限制值较高，大于额定长度则速度限制值较低。对车身长度的检测也可利用两个检测器，对测量进行监视，同时可能出现的、有偏差的检测数据，这些数据是用来确定车长、车速、选择限速等级及与实际测得的车速作对比。

本系统根据上述的方式，用该数据判定已违反交通规则后，就控制相机对超速行驶车辆的尾部T拍照。相机（58）对车尾部拍照的时间是掌握得很精确的：当汽车行驶到其尾部T与相机间的距离为DT时，相机拍照以保证清晰的摄影。距离DT是已知的，这样在知道车速后拍照的时刻就很容易确定了。也就是讲处理装置根据车速及某一检测器终了检测的时刻，即车尾部T驶过检测器的瞬间，并把此时刻作为计算相机拍照延时的起点算出车驶过DT所需的时间。

当需要用位于检测器前方的相机（60）对车头部F拍照时，距离DF和D60是已知的，车速也已测得，这样就能确定延迟多少时间后相机（60）拍照。由于要求在拍照时车头F离相机（60）的距离为D60，所以计算拍照延迟时间的起点为某一检测器开始检测的时刻，即车头F驶过检测器的瞬间。

本系统还可装备至少一个监视器或其它装置，用于提供数据给操作人员或遥控者，监视器也可装入系统中代替照相机。

无线电码被用来传输数据和遥控指令，去控制相机（如图中所示的60）及提供数据给操作人员的监视器。为了防止信号传输过程中出差错，很方便地采取预防措施。也就是重复地发送信号，同时中央处理单元C1作为信号的接收装置把接收到的信号作对比，只有当收到传输的（和处理的）重复信号及各重复信号都完好地相互一致才执行指令，这样可排除信号传输过程中因干扰引起的差错。同样中央处理单元C1也能用于控制相机（60）及监视器（68）。

为了避免产生干扰，比如相机拍照时用的闪光灯，可以合理地选择相机，检测器的位置，及安放各种滤光片，以防止汽车上的反光部件和珠光式车号牌的干扰。实际上，相机的安装方位是与照到珠光式或反射式车号牌上的闪光灯的方向是偏斜的，这样从凸起的车号牌上反射回来的光线就不会进入相机。对非可见光，例如红外线也可进行过滤，这样闪光灯光线及相机收到的光线都是滤光后合适的光线，减少闪光灯对驾驶员的危害及车头灯对胶片的干扰。

排除反射来的太阳光的干涉是偏振滤光片。

在系统中还可方便地装备安全保护装置，防止发射的激光对人员的伤害（尽管激光束是脉冲的且功率是有限的）。

一个可采用的保护装置是雷达系统，当汽车高速驶来时，雷达发出指令起动激光器，且只在检测及处理信号所需的时间内发射激光。

另一种保护装置是发射器，可用超声波或其余类型的，当在激光器前面有障碍物时，就中断激光发射。

再一种保护装置是用接收的反射激光强度来控制。当激光器前的障碍物太靠近时，反射激光的强度超过预定的极限值，就中断激光发射。

两种或两种以上的安全保护装置装上并同时一起使用，而不要只交替使用一种。

必须知道附图所示的仅仅是反映本发明实际情况的一个例子。对本发明而言是可能有不同的形式和安排而没有超出构成本发明基本原理的概念。