激光传感器在道路交通流检测中的应用

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1、激光传感器在道路交通流检测中的应用摘要：激光技术已经非常成熟，激光传感器在机械制造中应用广泛，但是在车辆检测方面的应用则相当稀少。利用激光特点设计一种测量方法，该方法利用以车辆边缘触发作为检测的主要特征，用来检测车辆车速和车长，分析了激光和方法的优缺点、误差产生的原因和解决方法，提高了车辆检测的准确性。关键字：激光；车辆检测；激光传感器；车速；车身长度由于激光相干性好、空间控制性与时间控制性优异[1]，使得激光在工农生产、国防军事等领域得到了广泛的应用，并且激光技术的发展也相当迅速。而且由于激光的这些特点，在车辆检测中也可以有广泛的应用。车辆检测是智能交通系统（intelli

2、genttransportationsystem，简称its）中的一项关键技术，其目的是准确地获取路段车辆并且检测相关的参数（包括交通流量、车速、行程时间、车道占有率以及车流密度等），得到的结果通过分析，提供到主动安全系统。车辆检测技术中的关键部分是传感器，目前应用于车辆检测的传感器有感应线圈传感器、红外线传感器、视频检测器、磁力传感器、超声波传感器等，这些传感器通过检测车辆通过固定的地点来得到车辆的交通流信息。而激光传感器作为一种新兴的传感器，具有检测灵敏度高、抗干扰强等特点。1.激光的特点激光属于光的一种，其本身有很多不同于普通光的特点。主要有：（1）单色性：激光的单色性

3、使得激光的频率范围窄，因为相干性好而且其单色性，激光都会有一个中心频率，大部分的激光处在中心频率附近，这使得激光接收器的接收频率非常明确，其单色性在一定程度上减少了其他光源的干扰。（2）相干性：又称同调性，描述波在传播时，其物理量在不同地点或不同时间的相关特性[2]。激光由于受激辐射的光子在相位上是相同的，使得激光的时间相干性好，并且加上谐振腔的选模作用，使激光光束横截面上的相位关系固定，空间相干性好[3]。这两点使得激光有很好的单色性并且频率范围相当集中。（3）方向性：激光与普通光相比相干性好，但并非完全非相干光，所以激光还是有一定的散射角的，不过在车辆检测中的距离通常不超

4、过30米，其散射光线微乎其微，可以忽略不计。（4）光强度：由于其方向性和相干性优良，相同光强的激光和普通光相比，在传输一段距离之后普通光已经发生了很大的散射，但是激光仍然能保持较高的光强。目前激光可以做成最亮的光源，一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达。由于激光以上的特性，就可以设计出一种传感器，通过检测某区域车辆的通过情况来记录并分析车辆的各种情况。2.设计原理：激光与普通光源同样具有可以被遮挡的特点，如果不透明的物体存在于激光传输路径上，激光就会被遮挡，但是激光又有其相干性和方向性好的特点，使其传输过程中不会出现普通光所出现的散射现象。利用这一点，本文提出一种简易的设计方向，

5、对各种车道的可能行进行了不同的设计。2.1.车道概况分析车道分为单向车道和双向车道两种，城市道路中双向四车道比较常见，高速公路通常为两车道加紧急停车道，目前通常为双向六车道[4]，部分交通流量大的地方可能会达到八车道或者更多。不同的车道所占用的道路宽度不同，高速公路中双向六车道的车道总宽度大约28米，常见最宽的车道也不超过40米，以激光的特性来说，40米的距离不会造成传感器精度下降。2.2.传感器模型本设计的基本原理是，在道路两旁设置激光发射器和接收器，如图1，车辆经过时阻挡激光照射，从而得到响应，用两组不同位置的激光发射器和接收器可以检测车辆经过改两点时的时间差，经过计算可

6、以得出车辆的车长和车速。图1激光传感器设计模型假设两组传感器的间隔为，经过两组传感器的时间间隔为，传感器1由阻塞状态到联通状态为传感器2阻塞状态到联通状态为，则其车长表示为：车速表示为：该方法的计算公式简单，可以比较准确的测量单独车辆的车身长度和车速。但是实际情况是，外界的复杂环境导致测量精度和难度变高，这是所有的传感器类设备所遇到的问题。接下来主要针对激光传感器所遇到的问题尽行总结2.3.误差分析（1）天气干扰由于激光属于可见光，会被不透明的物体遮挡或者液体折射，所以不同的天气情况有可能会导致激光接收器接收到的信号不稳，更有甚者，如果设备没有做好防水措置，会导致设备出现故障

7、。天气对激光传感器的最大影响是阻碍光的传输，雨天或者雪天会导致激光的折射或阻碍，导致信号出现“闪断”，雾天则会使激光衰减[5]。目前针对闪断，采用双传感器核对法，采用激光传感器需要两组传感器相距一段距离，车辆经过时会依次阻挡传感器光线。假设车辆穿过传感器是匀速的，那么这两个传感器被遮挡的时间也是相似的，假设车长车速已知，其阻挡时间，车辆阻挡第一个传感器到阻挡第二个传感器的时间。也就是说，当传感器接收到这样的信号时才会判断为有车辆经过，这样就会大幅降低雨或雪带来的干扰。（2）设备误差用于一般行驶的车辆车身