CN203204839U - 一体式激光扫描交通情况调查装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式激光扫描交通情况调查装置，该装置包括：激光发射单元，用于产生一束脉冲式激光；分光单元，用于将所述脉冲式激光分光，在被测车辆行驶断面上形成至少两个扫描检测断面；聚光接收单元，用于接收被测车辆在通过所述扫描检测断面的过程中所述脉冲式激光漫反射产生的回波光线，对所述回波光线进行聚焦，增强光信号；数据转换单元，用于将所述聚焦后的光信号转换为电信号；数据分析处理单元，用于根据所述电信号，获得被测车辆的行车信息。本实用新型实际安装、调试、维护简单方便；仅用一台装置，即可实现对于机动车车速的准确测量和车型的精确识别，从而实现交通情况调查；并且检测精度高，成本低廉，易于推广。

Description

一体式激光扫描交通情况调查装置

技术领域

本实用新型涉及激光应用技术领域，尤其涉及一体式激光扫描交通情况调查装置。 

背景技术

作为公路交通重要信息资源，交通情况调查是交通运输行业宏观管理和决策的基础，是实现公路交通加快转变发展的信息支撑。智能交通领域涉及到交通情况调查，需要对公路上车辆进行车速测量以及车型识别。 

目前用于公路上车辆进行车速测量以及车型识别的方法，按工作原理的不同可分为：视频检测技术、超声波检测技术、红外线检测技术、感应线圈检测技术、压电薄膜与线圈组合技术、和激光检测技术等方法。视频检测技术图像、车型识别的技术还很不成熟；超声波检测技术反射信号不稳定，易受风雨等恶劣自然条件影响；红外线检测技术对环境适应能力差、故障率高；感应线圈检测技术只能提供车辆计数、车辆速度等有限信息，并且线圈寿命较短；压电薄膜与线圈组合技术在安装过程中需要破坏路面，且在车辆异常行驶时车型分类以及检测精度都会降低。 

近几年来，激光测距技术广泛应用于交通情况调查领域。目前市面上基于激光测距原理的交调装置，能够在车辆行驶断面上形成一个扫描检测断面，车辆通过时，通过检测该断面各点信息，得到车辆的宽高信息，为了得到车辆的车长和车速信息，则需两台装置，形成两个扫描检测断面，利用所述两个断面的计时差值计算得出所需信息。同时匹配车辆模型智能算法，实现车速测量和车型识别。但是，使用两台激光扫描测距装置，成本高，施工量大，不利于广泛推广。 

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种一体式激光扫描交通情况调查装置，用以节省成本，减少施工量，有利于一体式激光扫描交通情况调查装置的广泛推广，该装置包括： 

激光发射单元，用于产生一束脉冲式激光； 

分光单元，用于将所述脉冲式激光分光，在被测车辆行驶断面上形成至少两个扫描检 测断面； 

聚光接收单元，用于接收被测车辆在通过所述扫描检测断面的过程中所述脉冲式激光漫反射产生的回波光线，对所述回波光线进行聚焦，增强光信号； 

数据转换单元，用于将所述聚焦后的光信号转换为电信号； 

数据分析处理单元，用于根据所述电信号，获得被测车辆的行车信息。 

一个实施例中，所述分光单元包括：光学元器件与运动控制件的组合。 

一个实施例中，所述光学元器件包括：反光镜和/或分光镜。 

一个实施例中，所述运动控制件包括：电机。 

一个实施例中，所述激光发射单元采用驱动电路驱动激光二极管，并匹配准直透镜。 

一个实施例中，所述聚光接收单元包括：与所述激光二极管同轴的聚焦透镜。 

一个实施例中，所述数据转换单元包括：光电二极管。 

本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置基于激光测距技术，无需与其它装置配合使用，也无需在路面上封路施工，实际安装、调试、维护简单方便，具有较大的现实意义；仅用一台装置，即可实现对于机动车车速的准确测量和车型的精确识别，从而实现交通情况调查；并且检测精度高，成本低廉，易于推广。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中： 

图1为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的结构示意图； 

图2为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的应用示意图； 

图3为本实用新型实施例中将一束脉冲式激光分光在被测车辆行驶断面上形成两个扫描检测断面的示意图； 

图4为本实用新型实施例中分光单元102的一具体实施示意图； 

图5为本实用新型实施例中分光单元102的另一具体实施示意图； 

图6为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的具体实例的示意图； 

图7为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的具体实例的示意图； 

图8为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法的处理流程 图； 

图9为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法的具体实例的示意图； 

图10为本实用新型实施例中计算行车信息的示意图； 

图11为本实用新型实施例中扫描检测断面内扫描点分布原理图。 

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。 

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型实施例基于单点激光测距原理，提供一种成本低、检测精度和可靠性高、现场安装调试简单的一体式激光扫描交通情况调查装置。通过一台装置，在车辆行驶断面上形成至少两个扫描检测断面，实现交通情况调查。 

图1为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置可以包括： 

激光发射单元101，用于产生一束脉冲式激光； 

分光单元102，用于将脉冲式激光分光，在被测车辆行驶断面上形成至少两个扫描检测断面；实施中扫描检测断面的数量可以根据需求设定，例如可以是2-8个，当然也可以选择其它数量来实施。任意两个扫描检测断面所形成的角度也可以根据需求设定，例如可以是0°-160°，当然也可以选择其它角度值来实施。任意两个扫描检测断面与地面的交线在车辆行驶方向的距离也可以根据需求设定，例如可以是1m-50m，当然也可以选择其客观存在距离值来实施； 

聚光接收单元103，用于接收被测车辆在通过扫描检测断面的过程中脉冲式激光漫反射产生的回波光线，对回波光线进行聚焦，增强光信号； 

数据转换单元104，用于将聚焦后的光信号转换为电信号； 

数据分析处理单元105，用于根据电信号，获得被测车辆的行车信息。 

具体实施时，激光发射单元101可以由能够实现其功能的装置来实施，例如可以采用驱动电路驱动激光二极管，并匹配准直透镜，产生一束脉冲式激光，直接或间接打到被测车辆上。 

图2为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的应用示意图。图3为 本实用新型实施例中将一束脉冲式激光分光在被测车辆行驶断面上形成两个扫描检测断面的示意图。具体实施时，分光单元102可以由能够实现其功能的装置来实施，例如可以采用：光学元器件与运动控制件的组合。分光单元102采用光学元器件与运动控制件组合，可以将一束激光光源形成至少两个扫描检测断面。其中光学元器件可以包括：反光镜和/或分光镜。运动控制件可以包括：电机。如图3所示，由单个激光光源产生的一束脉冲式激光通过一个被电机带动旋转的反光镜，即可在车辆行驶断面上形成两个激光扫描检测断面。车辆通过所述扫描检测断面过程中，可以通过接收到的光信号获取到断面各点时间、角度和距离信息，以此计算被测车辆的长度、宽度、高度、速度等行车信息，匹配智能算法则可重构三维轮廓，实现车型识别。 

图4为本实用新型实施例中分光单元102的一具体实施示意图；图5为本实用新型实施例中分光单元102的另一具体实施示意图。如图4所示，利用电机带动不同倾斜角度的两片反光镜旋转即可在一体式激光扫描交通情况调查装置下方形成两个扫描检测断面。如图5所示，利用电机带动一定倾斜角度的一片反光镜旋转也可在一体式激光扫描交通情况调查装置下方形成两个扫描检测断面。 

具体实施时，聚光接收单元103可以由能够实现其功能的装置来实施，例如可以是：与激光发射单元101采用的激光二极管同轴的聚焦透镜。聚光接收单元103可以采用与激光二极管同轴的聚焦透镜，接收脉冲式激光经由被测物漫反射产生的回波光线，并对光线聚焦，增强光信号。 

具体实施时，数据转换单元104可以将聚焦后的光信号转换为电信号，可以由能够实现其功能的装置来实施，例如可以采用光电二极管，如采用APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管）将光信号转换为电信号。转换后还可以将电信号放大至数据分析处理单元105可识别的范围内，例如可以采用放大电路来实施该放大功能。 

具体实施时，被测车辆的行车信息可以包括被测车辆通过扫描检测断面的时间、角度和距离信息；也可以包括被测车辆的长度、宽度和高度，被测车辆的车型；还可以包括机动车交通量、车头时距、跟车百分比、车头间距、时间占有率等信息。 

图6为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的具体实例的示意图。如图6所示，实施时数据分析处理单元105可以包括： 

电距离转换子单元601，用于根据电信号获得被测车辆通过扫描检测断面的时间、角度和距离信息； 

车速计算子单元602，用于根据时间、角度和距离信息，计算被测车辆的行车速度； 

和/或，车型识别子单元603，用于根据时间、角度和距离信息，计算被测车辆的长度、宽度和高度；根据长度、宽度和高度，重构被测车辆的三维轮廓，进行被测车辆的车型识别。 

电距离转换子单元601在根据电信号获得被测车辆通过扫描检测断面的时间时，可以采用计时单元进行处理，例如采用计时器。对于不同的检测区域可以采用同一片计时单元，实现信息共享，且实施起来同步性较好。各检测区域之间的角度与相对距离可以通过上述光学元器件保证，光学元器件的加工精度好，且可靠性高。 

图7为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的具体实例的示意图。如图7所示，实施时数据分析处理单元105可以包括如下子单元之一或组合： 

行车信息分析子单元701，用于根据被测车辆的行车信息，分析获得机动车交通量、车头时距、跟车百分比、车头间距、时间占有率之一或组合； 

数据处理子单元702，用于保存、显示和/或输出被测车辆的行车信息。 

图8为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法的处理流程图。如图8所示，本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法可以包括： 

步骤801、将单个激光光源产生的一束脉冲式激光分光，在被测车辆行驶断面上形成至少两个扫描检测断面；实施中扫描检测断面的数量可以根据需求设定，例如可以是2-8个，当然也可以选择其它数量来实施。任意两个扫描检测断面所形成的角度也可以根据需求设定，例如可以是0°-160°，当然也可以选择其它角度值来实施。任意两个扫描检测断面与地面的交线在车辆行驶方向的距离也可以根据需求设定，例如可以是1m-50m，当然也可以选择其客观存在距离值来实施； 

步骤802、接收被测车辆在通过扫描检测断面的过程中脉冲式激光漫反射产生的回波光线，对回波光线进行聚焦，增强光信号； 

步骤803、将聚焦后的光信号转换为电信号； 

步骤804、根据电信号，获得被测车辆的行车信息。 

具体实施时，根据电信号，获得被测车辆的行车信息，可以包括： 

根据电信号获得被测车辆通过扫描检测断面的时间、角度和距离信息； 

根据时间、角度和距离信息，计算被测车辆的行车速度； 

和/或，根据时间、角度和距离信息，计算被测车辆的长度、宽度和高度；根据长度、宽度和高度，重构被测车辆的三维轮廓，进行被测车辆的车型识别。实施中可以将被测车 辆的三维轮廓结合车辆模型匹配智能算法，进行被测车辆的车型识别。 

具体实施时，本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法还可以包括： 

根据被测车辆的行车信息，分析获得机动车交通量、车头时距、跟车百分比、车头间距、时间占有率之一或组合。 

具体实施时，本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法还可以包括： 

保存、显示和/或输出被测车辆的行车信息。 

图9为本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法的具体实例的示意图。如图9所示，本例中一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法可以包括： 

步骤901、由单个激光光源产生的一束脉冲式激光，在车辆行驶断面上分光形成两个扫描检测断面：扫描检测面A和扫描检测面B；根据车辆在通过扫描检测面A和扫描检测面B的过程中脉冲式激光漫反射产生的回波光线，对回波光线进行聚焦，增强光信号；将聚焦后的光信号转换为电信号；根据电信号执行如下步骤： 

步骤902、车辆经过时，记录车辆进入扫描检测面A和B的时间差，并根据两个面在行车方向上的固定距离计算车速； 

步骤903：记录车辆进入和离开扫描检测面A的时间差，并结合车速计算车长； 

步骤904：车辆经过扫描检测断面A过程中，记录各点距离、角度信息，并计算车辆宽度和高度； 

步骤905：重复步骤904，结合车速，计算车辆不同位置的宽度和高度； 

步骤906：根据被测车辆的长度、宽度、高度、速度等行车信息，并匹配智能算法重构三维轮廓，实现车速测量和车型识别。 

图10为本实用新型实施例中计算行车信息的示意图。为方便进行实施例的进一步描述，结合图10，定义以下参数，对计算车辆长度、宽度、高度、速度等行车信息的方法进行具体介绍： 

D₀：一体式激光扫描交通情况调查装置的安装高度； 

ΔS：激光两扫描检测断面与地面交线在车辆行驶方向的距离； 

T_a：当车辆进入扫描检测面A时，记录的触发时间； 

T_a’：当车辆离开扫描检测面A时，记录的触发时间； 

T_b：当车辆进入扫描检测面B时，记录的触发时间； 

D_OP：如图10所示：车辆经过扫描检测面A时，扫描车辆边界点P与一体式激光扫描交通情况调查装置光源O的距离； 

D_OQ：如图10所示：车辆经过扫描检测面A时，扫描车辆边界点Q与一体式激光扫描交通情况调查装置光源O的距离； 

α_OP：如图10所示，OP与垂直方向的夹角； 

α_OQ：如图10所示，OQ与垂直方向的夹角； 

β：如图10所示，OP与OQ的夹角； 

车速： $V=\frac{\mathrm{\ΔS}}{T_b-T_a}---\left(1\right)$

车长：L=(T_a’-T_a)V   （2） 

P点车高：H_P=D₀-D_OPcosα_OP   （3） 

P点车宽： $W_P=\sqrt{{D_{\mathrm{OP}}}^2+{D_{\mathrm{OQ}}}^2-{2D}_{\mathrm{OP}}{D}_{\mathrm{OQ}}\cos \mathrm{\β}-}--\left(4\right)$

通过上述公式（3）和（4），一体式激光扫描交通情况调查装置即可在车辆通过扫描检测断面过程中，计算出车辆在不同位置处的高度H_i（H₁、H₂、H₃、…、H_n、…）和宽度W_i（W₁、W₂、W₃、…、W_n、…）。 

经过上述步骤，即可在车辆通过扫描检测断面过程中，获取断面各点时间、角度和距离信息，以此计算被测车辆的长度、宽度、高度、速度等行车信息，并匹配智能算法重构三维轮廓，实现车速测量和车型识别。还可进一步获取机动车交通量、车头时距、跟车百分比、车头间距、时间占有率等统计信息。 

在现阶段激光扫描测距实际应用与交通情况调查中，扫描车辆的精度受限于激光的扫描频率，即每个扫描检测断面内的实际扫描点数。每个扫描检测断面内各扫描点的数量，决定了对于车辆三维扫描的精度。下面举例说明，本实用新型实施例利用在至少两个扫描检测断面内扫描点的交错分布，提高检测精度： 

图11为本实用新型实施例中扫描检测断面内扫描点分布原理图。如图11所示，以两个扫描检测断面为例，将两个扫描检测断面定义为扫描检测面A和扫描检测面B。两个扫描检测断面相对位置固定，在两个扫描检测断面内扫描点交错分布。 

具体地，如图11所示：扫描检测面A内任意一扫描点沿车辆行驶方向，在扫描检测面B内的投影，为扫描检测面B内两个扫描点的中点； 

具体地，如图11所示：扫描检测面B内任意一扫描点沿车辆行驶方向，在扫描检测面A内的投影，为扫描检测面A内两个扫描点的中点； 

具体地，可利用扫描检测面A各点距离信息，推断扫描检测面B相对应点的距离信息； 

具体地，可利用扫描检测面B各点距离信息，推断扫描检测面A相对应点的距离信息。 

将上述扫描点分布方式应用于一体式激光扫描交通情况调查装置的实施方法，对扫描检测面内各扫描点进行加权平均，可在扫描精度不变的情况下，利用两个扫描检测断面扫描点数据的互补性，有效将扫描检测精度提高一倍。 

由上述实施例可知，本实用新型实施例中一体式激光扫描交通情况调查装置基于激光测距技术，无需与其它装置配合使用，也无需在路面上封路施工，实际安装、调试、维护简单方便，具有较大的现实意义；仅用一台装置，即可实现对于机动车车速的准确测量和车型的精确识别，从而实现交通情况调查；并且检测精度高，成本低廉，易于推广。 

本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实用新型可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。 

本实用新型是参照根据本实用新型实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。 

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机 或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种一体式激光扫描交通情况调查装置，其特征在于，包括： 

激光发射单元，用于产生一束脉冲式激光； 

分光单元，用于将所述脉冲式激光分光，在被测车辆行驶断面上形成至少两个扫描检测断面； 

聚光接收单元，用于接收被测车辆在通过所述扫描检测断面的过程中所述脉冲式激光漫反射产生的回波光线，对所述回波光线进行聚焦，增强光信号； 

数据转换单元，用于将所述聚焦后的光信号转换为电信号； 

数据分析处理单元，用于根据所述电信号，获得被测车辆的行车信息。 

2.如权利要求1所述的一体式激光扫描交通情况调查装置，其特征在于，所述分光单元包括：光学元器件与运动控制件的组合。 

3.如权利要求2所述的一体式激光扫描交通情况调查装置，其特征在于，所述光学元器件包括：反光镜和/或分光镜。 

4.如权利要求2所述的一体式激光扫描交通情况调查装置，其特征在于，所述运动控制件包括：电机。 

5.如权利要求1所述的一体式激光扫描交通情况调查装置，其特征在于，所述激光发射单元采用驱动电路驱动激光二极管，并匹配准直透镜。 

6.如权利要求5所述的一体式激光扫描交通情况调查装置，其特征在于，所述聚光接收单元包括：与所述激光二极管同轴的聚焦透镜。 

7.如权利要求1所述的一体式激光扫描交通情况调查装置，其特征在于，所述数据转换单元包括：光电二极管。 

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