CN108122416B - 一种多车道车辆分离激光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多车道车辆分离激光系统，包括前端数据采集和后端集中控制部分，前端数据采集部分包括多个发射模块、接收模块、分车计算模块、传输模块，安装支架和遮光板；后端集中控制部分包括逻辑分组模块、时序控制模块和精确计时模块，可同时控制多达16条车道的车辆分离应用。该系统侧面垂直车道安装，安装简便，相邻发射模块发射光源波长不同，建立车道逻辑分组，轮转分组发射，减少分车过程中的光源串扰，分车精确，其维护和安装相比目前的红外对射式光幕简易，可广泛应用于高速公路计重收费系统，公路超限检测系统及其他需要进行车辆分离的应用场合。
Description
技术领域
本发明属于高速公路多车道动态称重技术领域，具体来说，涉及到一种多车道车辆分离激光系统。
背景技术
随着我国高速公路建设的发展，智能称重检测成为了保证交通安全，治超罚超的有效手段，智能称重需要车辆分离系统的配合才能进行精确称重。目前常用的是光栅分车器，但由于其使用红外对射，因此安装复杂，维护困难。其它方案有单一发射接收控制单元分车器进行侧装，斜向下发射，或者使用龙门架吊装，垂直向下发射，其安装形式无非是为了减少相邻车道的光源串扰，提高分车准确率，由于光源反射是后向散射，该方法不能完全避免相邻车道的反射光源串扰，分车准确率仍不能达到最优，并且斜向下或者垂直安装方式施工复杂，成本过高，不便于后期维护。
发明内容
本发明为解决上述问题，提出了一种多车道车辆分离激光系统，其特征在于，包括前端数据采集和后端集中控制部分，
所述前端数据采集部分包括多个发射模块、接收模块、分车计算模块、传输模块，安装支架和遮光板；
所述后端集中控制部分包括逻辑分组模块、时序控制模块和精确计时模块；所述时序控制模块控制一组发射模块发光，其它组发射模块不发光，经扫描系统扫描形成连续光幕，当有车辆经过时，信号光源反射，接收模块接收信号，分车计算模块完成测距，并根据波形变化通过传输模块输出分车信号，相邻组间顺序发射，完成多车道分车检测；所述逻辑分组模块完成逻辑分组，保证相邻两个车道不同时发射，控制每组以3ms为周期进行轮转发射，每组发射模块在3ms内进行1-2周发射扫描，并判断运动车辆的有无；相邻组多个发射模块按照时序停止发射3ms，待相邻组完成扫描判断，再进行3ms发射扫描判断，进而完成时序切换；
所述分车计算模块实时计算得到当前的扫描波形，当没有车辆经过时，分车计算模块标定当前的基准面，记录每个点的基准距离，当有车辆经过时，光打到车辆上，距离发生显著变化，统计当前发生显著变化的点数，标记可疑包，当连续若干包均为可疑包时，输出车辆到来信号；当车辆离开时，比较当前扫描波形和基准面每点的距离变化，标记可疑包，当连续若干包均为可疑包时，判定车辆离开，输出车辆离开信号。
优选的，上述多车道分车激光系统，其特征在于，所述每组相邻发射模块的光源为不同波长的半导体激光器或LED发射光源，所述光源发出的光波长为905nm或950nm，通过光学扫描元件或机械扫描元件进行扫描并形成光幕。
优选的，上述多车道分车激光系统，其特征在于，所述每组相邻接收模块包括不同中心波长窄带滤光片，具有对应光源的视场角的接收组合透镜和线状光电探测器；所述窄带滤光片的中心波长为905nm或950nm，带宽为40nm。
优选的，上述多车道分车激光系统，其特征在于，所述安装支架为侧装支架，高度为0.5-1.2m,所述发射模块为垂直车道发射或斜向上发射模块，所述接收模块为垂直车道接收或斜向下接收模块。
优选的，上述多车道分车激光系统，其特征在于，垂直路面的扫描光斑范围高度为0-2.5m。
优选的，上述多车道分车激光系统，其特征在于，所述遮光板位于不同分车模块间实现遮光隔离。
本发明提供的多车道分车激光系统使用相邻车道不同光源分车器为一组，并且使用发射时序控制模块控制每组的发射时机，进行侧装垂直路面发射。很好的解决了对射式光栅安装调试困难的问题，并且避免了由于带有视场角接收，发射光源在相邻车道串扰的问题，从而不必使用侧装，斜向下发射，或者使用龙门架吊装，垂直向下发射的安装方式，进而实现整体系统安装快捷，便于维护，节约成本。
附图说明
图1是本发明中的多车道分车系统的结构示意图。
图2是图1中的一组车道分车模块的结构示意图。
图3是本发明中的多车道分车系统添加挡光板后的结构示意图。
图4是本发明的激光多车道车辆分离系统的工作流程图。
图5是本发明的激光多车道车辆分离系统后端集中控制部分中时序控制模块的流程示意图。
图6是本发明的激光多车道车辆分离系统有车经过和无车时的扫描波形对比图。
图7是本发明的激光多车道车辆分离系统前端数据采集部分中分车计算模块的逻辑示意图。
附图标记说明：
1-905nm波长分车器模块、2-905nm光幕、3-950nm波长分车器模块、4-950nm光幕、5-称重台面、6-安装杆、7-路面、8-遮光板。
具体实施方式
本发明所提供的一种多车道车辆分离激光系统，其特征在于，包括前端数据采集和后端集中控制部分，前端数据采集部分包括多个发射模块、接收模块、分车计算模块、传输模块，安装支架和遮光板；后端集中控制部分包括逻辑分组模块、时序控制模块和精确计时模块，可同时控制多达16条车道的车辆分离应用。
时序控制模块控制一组发射模块发光，其它组发射模块不发光，经扫描系统扫描形成连续光幕，当有车辆经过时，信号光源反射，接收模块接收信号，分车计算模块完成测距，并根据波形变化通过传输模块输出分车信号，相邻组间顺序发射，完成多车道分车检测；逻辑分组模块完成逻辑分组，保证相邻两个车道不同时发射，控制每组以3ms为周期进行轮转发射，每组发射模块在3ms内进行1-2周发射扫描，并判断运动车辆的有无；相邻组多个发射模块按照时序停止发射3ms，待相邻组完成扫描判断，再进行3ms发射扫描判断，进而完成时序切换。
分车计算模块实时计算得到当前的扫描波形，当没有车辆经过时，分车计算模块标定当前的基准面，记录每个点的基准距离，当有车辆经过时，光打到车辆上，距离发生显著变化，统计当前发生显著变化的点数，标记可疑包，当连续若干包均为可疑包时，输出车辆到来信号；当车辆离开时，比较当前扫描波形和基准面每点的距离变化，标记可疑包，当连续若干包均为可疑包时，判定车辆离开，输出车辆离开信号。
每组相邻发射模块的光源为不同波长的半导体激光器或LED发射光源，光源发出的光波长为905nm或950nm，通过光学扫描元件或机械扫描元件进行扫描并形成光幕。每组相邻接收模块包括不同中心波长窄带滤光片，具有对应光源的视场角的接收组合透镜和线状光电探测器；窄带滤光片的中心波长为905nm或950nm，带宽为40nm。
安装支架为侧装支架，高度为0.5-1.2m,发射模块为垂直车道发射或斜向上发射模块，对应的，接收模块为垂直车道接收或斜向下接收模块。垂直路面的扫描光斑范围高度为0-2.5m。遮光板位于不同分车模块间实现遮光隔离，避免光源串扰，保证分车准确度。
该多车道分车系统使用相邻车道不同光源分车器为一组，并且使用时序控制模块集中控制每组的发射时机，进行侧装垂直路面发射。系统的工作流程图如图4所示。
逻辑分组模块完成对多车道分车系统的分组操作，其中分组方式有多种方式，可根据车道宽度确定不同的方式。比如，3.2m普通车道可采取隔2分组的方式，即相隔两个车道分为1组，这样总共可以分为3组；4.3m超宽车道可采取奇偶间隔分组的方式，即相隔一个车道分为1组，这样总共可以分为2组。分组的目的就是为了防止临道互相干扰。
逻辑分组完成后向时序控制模块登记当前分组方式，时序控制模块可以控制前端发射模块按照时间片轮转进行调度，每组启动发射后，同时通过精确计时模块启动计时，精确计时模块3ms后反馈计时停止信号，时序控制模块马上停止当前组的发射，切换下一组开始发射，依次轮转即可完成每组的时间片轮转调度。时序控制模块的流程示意图如图5所示。
发射模块经扫描系统扫描形成连续光幕，当有车辆经过时，信号光源反射，接收模块接收信号，分车计算模块完成测距，并根据波形变化通过传输模块输出分车信号，相邻组间顺序发射，完成多车道分车检测，有车经过和无车时的扫描波形对比图如图6所示。
分车计算模块实时计算得到当前的扫描波形，当没有车辆经过时，分车计算模块标定当前的基准面，记录每个点的基准距离，当有车辆经过时，光打到车辆上，距离发生显著变化，统计当前发生显著变化的点数，标记该包为可疑包，当连续若干包均为可疑包时，输出车辆到来信号；同样的，当车辆离开时，比较当前扫描波形和基准面每点的距离变化，当变化在比较小的范围内时，标记该包为可疑包，当连续若干包均为可疑包时，认为车辆已经离开，输出车辆离开信号。分车计算模块的逻辑示意图如图7所示。
本发明的系统分为前端数据采集和后端集中控制两大部分。数据采集部分包括多组发射模块、接收模块、分车计算模块、传输模块以及安装支架遮光板，集中控制部分包括逻辑分组模块、时序控制模块和精确计时模块，可同时控制多达16条车道的车辆分离应用。系统中每组相邻发射模块的发射源是两种或两种以上的发射波长半导体激光器或者LED，每组相邻接收模块安装不同中心波长的窄带滤光片，时序控制模块可以控制每组发射光的时间节点，接收模块实时接收物体发射信号并传给分车计算模块，得到当前的扫描波形，当车辆经过时，扫描波形相对基准面发生显著变化，计算分析后通过传输模块输出分车信号。该系统特点是该系统侧面垂直车道安装，安装简便，相邻发射模块发射光源波长不同，建立车道逻辑分组，时间片轮转分组发射，减少分车过程中的光源串扰，分车精确，其维护和安装相比目前的红外对射式光幕简易，可广泛应用于高速公路计重收费系统，公路超限检测系统及其他需要进行车辆分离的应用场合。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种多车道车辆分离激光系统，其特征在于，包括前端数据采集部分和后端集中控制部分，
所述前端数据采集部分包括多个发射模块、接收模块、分车计算模块、传输模块，安装支架和遮光板；
所述后端集中控制部分包括逻辑分组模块、时序控制模块和精确计时模块；所述时序控制模块控制一组发射模块发光，其它组发射模块不发光，经扫描系统扫描形成连续光幕，当有车辆经过时，信号光源反射，接收模块接收信号，分车计算模块完成测距，并根据波形变化通过传输模块输出分车信号，相邻组间顺序发射，完成多车道分车检测；所述逻辑分组模块完成逻辑分组，保证相邻两个车道不同时发射，控制每组以3ms为周期进行轮转发射，每组发射模块在3ms内进行1-2周发射扫描，并判断运动车辆的有无；相邻组多个发射模块按照时序停止发射3ms，待当前组完成扫描判断，再进行3ms发射扫描判断，进而完成时序切换；
所述分车计算模块实时计算得到当前的扫描波形，当没有车辆经过时，分车计算模块标定当前的基准面，记录每个点的基准距离，当有车辆经过时，光打到车辆上，距离发生显著变化，统计当前发生显著变化的点数，标记可疑包，当连续若干包均为可疑包时，输出车辆到来信号；当车辆离开时，比较当前扫描波形和基准面每点的距离变化，标记可疑包，当连续若干包均为可疑包时，判定车辆离开，输出车辆离开信号；
所述每组相邻发射模块的光源为不同波长的半导体激光器或LED发射光源，所述光源发出的光波长为905nm或950nm，通过光学扫描元件或机械扫描元件进行扫描并形成光幕；
所述每组相邻接收模块包括不同中心波长窄带滤光片，具有对应光源的视场角的接收组合透镜和线状光电探测器；所述窄带滤光片的中心波长为905nm或950nm，带宽为40nm；
所述安装支架为侧装支架，高度为0.5-1.2m, 所述发射模块为垂直车道发射或斜向上发射模块，所述接收模块为垂直车道接收或斜向下接收模块；垂直路面的扫描光斑范围高度为0-2.5m； 所述遮光板位于相邻发射模块间实现遮光隔离。
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