CN109211795A - 一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测方法及系统，其主要包括光发射单元、光接收单元、路面上方的上反射装置和路面行车道上的下反射装置；上、下反射装置在形成的光路上相邻设置；通过产生用于检测尾气的光束，使光束向一个车道发射，光束在光路的行迹过程中，依次在该车道上反射、在路面上方反射、至少在一个其他车道上再次发生反射，最后在道路上方被接收用于尾气的分析。本发明能够在不增加成本，仅用一套检测设备时，能够实现多车道的机动车尾气的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测方法及系统，属于机动车尾气检测领域。
背景技术
由于我国机动车数量的明显增长，机动车尾气对大气环境的负面影响日趋严重。尤其是在城市地区道路上机动车数量暴涨导致的交通拥堵，进一步加剧了机动车尾气的排放。因此，对机动车尾气的检测尤为重要。
众所周知，越来越多的机动车尾气遥感测试装置得到环境监测部门的应用，其检测光通常包括红外光和紫外光，检测的尾气污染物包括CO、CO2、氮氧化物和颗粒物等。
授权公告号为“CN203479672U”的一篇中国实用新型专利“分体式汽车尾气遥感测试装置”公开了一种汽车尾气遥感测试装置，包括辐射源、反射镜和检测器，辐射源和检测器均设置在龙门架顶部横杆上，反射镜设置在龙门架下方行车道地面上，顶部横杆上的辐射源及检测器与安装在龙门架正下方的反射镜呈V字型光路连接，能够实现尾气的检测。但该测试装置仅仅能实现单车道尾气的检测，无法同时进行多车道尾气检测的测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测方法，用以解决在仅用一套检测设备时，无法同时进行多车道尾气检测的问题。同时，还提供了两种垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，用以解决在仅用一套检测设备时，无法进行多车道尾气检测的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
本发明提供了一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测方法，产生用于检测尾气的光束，使光束向一个车道发射，光束在光路的行迹过程中，依次在该车道上反射、在路面上方反射、至少在一个其他车道上再次发生反射，最后在道路上方被接收用于尾气的分析。
本发明的有益效果为：本发明的方法能够实现对多车道的机动车的尾气检测，拓宽了机动车尾气的检测范围。
本发明还提供了一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，包括支撑架和烟气监测装置，所述支撑架有横杆；所述烟气监测装置设置在横杆上，烟气监测装置包括光发射单元、光接收单元以及设置在光发射单元、光接收单元之间对应的路面行车道的下反射装置；还包括设置在光发射单元、光接收单元之间的路面上方横杆上的上反射装置；所述下反射装置包括至少两个下反射单元，每个下反射单元设置在对应的每个行车道上；所述上反射装置与下反射单元在形成的光路上相邻设置。
本发明的有益效果为：本发明通过增加上反射装置和下反射装置的设置，能够在不过多增加成本的前提下，仅用一套烟气监测装置即可实现对多车道的机动车的尾气检测，拓宽了机动车尾气的检测范围。
进一步地，为了减少了光强损失，增加信号强度，提高尾气测试精度，所述上反射装置为光路增强装置，所述光路增强装置为涂有增反膜的反射镜；所述下反射单元为反射镜。
进一步地，为了进行尾气检测的计算，还包括处理单元，所述处理单元与光发射单元、光接收单元连接。
进一步地，为了更简单、方便地进行尾气检测，所述光发射单元、光接收单元分别设置于路面行车道上方横杆的两端。
本发明还提供了一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，包括支撑架和烟气监测装置，所述支撑架包括横杆和竖杆；所述烟气监测装置包括光发射单元、光接收单元以及路面行车道上的下反射装置；所述光发射单元、光接收单元分别设置于道路两侧的竖杆上，还包括设置在光发射单元、光接收单元之间的路面上方横杆上的上反射装置，所述下反射装置包括至少两个下反射单元，每个下反射单元设置在对应的每个行车道上；所述上反射装置与下反射单元在形成的光路上相邻设置。
本发明的有益效果：本发明通过增加上反射装置和下反射装置的设置，能够在不过多增加成本的前提下，仅用一套烟气监测装置即可实现对多车道的机动车的尾气检测，拓宽了机动车尾气的检测范围。
进一步地，为了减少了光强损失，增加信号强度，有利于提高测试精度，所述上反射装置为光路增强装置，所述光路增强装置为涂有增反膜的反射镜；所述下反射单元为反射镜。
进一步地，为了进行尾气检测的计算，还包括处理单元，所述处理单元与光发射单元、光接收单元连接。
附图说明
图1为本发明的垂直式双车道机动车尾气遥感检测系统的实施例一的结构图；
图2为本发明的垂直式三车道机动车尾气遥感检测系统的结构图；
图3为本发明的垂直式双车道机动车尾气遥感检测系统的实施例二的结构图；
其中，1是光发射单元、2是第一下反射单元、3是上反射装置、4是第二下反射单元、5是光接收单元、6是反射镜、7是第三下反射单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
方法实施例
本发明提供了一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测方法，其主要是产生用于检测尾气的光束，使光束向一个车道发射，光束在光路的行迹过程中，依次在该车道上反射、在路面上方反射、至少在一个其他车道上再次发生反射；最后光束在道路上方被接收用于尾气的分析；其中的“至少一个其他车道”中的“其他车道”可以是相邻车道，也可以是相间隔的车道。
其中，本发明在进行车辆尾气的检测时，产生的光束能够在多个车道上进行多次反射，以三车道为例，光束能够在第一行车道进行第一次反射，之后再在第一行车道与第二行车道的路面上方进行第二次反射后，进入第二行车道进行第三次反射，依次类推，经过第二行车道与第三行车道的路面上方后，进入第三行车道路面进行反射，即可在车辆经过三车道中的任一车道时，都能够实现尾气的检测。
作为其他实施方式，光束反射的次数也可以根据实际需求进行设置，例如，若不检测三车道中的第三行车道，则光路可以仅在第一行车道和第二行车道的路面进行反射；当然，若不检测第二行车道的车辆尾气浓度，光路可以仅在第一行车道和第三行车道路面进行反射，工作人员只需要对光路进行相应的调整即可实现。
作为其他实施方式，本发明不局限于三车道，也可以是四车道、…N车道等。
同时，本发明还提供了两种垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统。
检测系统实施例一
下面以垂直式双车道机动车尾气遥感检测系统为例做进一步介绍。
如图1所示，该机动车尾气遥感检测系统包括支撑架和烟气监测装置；其中支撑架包括横杆；烟气监测装置设置在横杆上。
其中，烟气监测装置包括间隔设置的光发射单元1、光接收单元5、设置在光发射单元1、光接收单元5之间的横杆上的上反射装置3和路面行车道的下反射装置，其中的下反射装置为设置的两个下反射单元，即在第一行车道上的第一下反射单元2和在第二行车道上的第二下反射单元4。
本实施例的尾气遥感检测系统还包括处理单元，处理单元与光发射单元、光接收单元连接。
本发明中在进行机动车尾气检测时，若机动车位于第一行车道，光发射单元1发出检测光，经第一下反射单元2、上反射装置3、第二下反射单元4后射入光接收单元5，光接收单元5将接收的光信号传输至处理单元（图中并未示出），进行计算、分析，得出机动车尾气的含量。若机动车位于第二行车道，其检测过程与上述过程相同。
本实施例中的烟气监测装置在进行尾气检测时，形成“W”型光路，实现机动车无论是在第一行车道还是第二行车道行驶时，都能够实现尾气的检测。
需要说明的是，本发明公开的垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统中“W”型代表的是双车道，其并不限于上述双车道，还可以适用于三车道（“W+V”）、四车道（“W+W”）、…；即本发明中的尾气遥感检测系统的具体结构根据车道数进行具体设置，只需满足形成的光路为至少一个“W”型即可。例如，图2为垂直式三车道机动车尾气遥感检测系统的结构图，其形成的光路为“W+V”型；其与图1中的双车道系统的区别仅在于上反射装置与下反射单元的个数的设置，即增加了反射镜6和第三下反射单元7，实现了在三车道中的任一车道有一辆车经过时，都能够实现车辆的尾气检测。
上述实施例中，为了减少多次反射产生的光路损失，上反射装置3设置为光路增强装置，实现光路汇聚作用。其中光路增强装置为涂有增反膜的反射镜，其中的增反膜为二氧化硅薄膜、二氧化钛薄膜等。下反射装置中的每个下反射单元可以是与上反射装置相同的反射镜，也可以是与上反射装置不同的反射镜。本实施例中的下反射装置均可采用市售的反射镜产品，如RSD5000系统中的直角位移反射镜（CCM），当然也可以是平面反射镜。
上述实施例中，架设在支撑架顶部横杆上的光发射单元1、光接收单元5分置在第一行车道和第二行车道的两侧位置。上反射装置3设置在路面上方光发射单元1、光接收单元5之间的横杆上。第一下反射单元2设置在支撑架顶部横杆正下方第一行车道上，第二下反射单元4设置在支撑架顶部横杆正下方第二行车道上。需要说明的是，本实施例中的光发射单元1、光接收单元5以及上反射装置、下反射装置的具体位置需要工作人员在安装初期进行多次测试确定。如，下反射装置具体的安装位置可以事先对车辆行驶过程中的尾气的位置进行调查，并进行概率分析，进而确定下反射装置的具体位置，同时，上反射装置可以根据下反射装置的具体位置以及光束的行迹方向进行测试设定。
本实施例中的支撑架为龙门架，作为其他实施方式，还可以将烟气监测装置架设在路面上方的桥上，具体位置的设置可根据实际情况进行设定，当然其架设的方式与在龙门架上架设的方式也可以相同。
上述实施例中的处理单元安装在横杆或龙门架的竖杆上，通过将电线穿设在横杆内，实现与光发射单元1、光接收单元5的连接。作为其他实施方式，上述实施例中的处理单元也可安装在道路一侧，具体位置可根据实际情况进行设定；处理单元与光发射单元1、光接收单元5具体的连接方式也可以是无线通信连接，即分别在处理单元、光发射单元1、光接收单元5中设置无线通信模块，即可实现无线通信连接。其中处理单元可以为CPU处理器或者单片机等控制设备。
上述实施例中的光发射单元1可以是红外光产生装置或者紫外光产生装置，亦或是同时能够产生红外光和紫外光的光产生装置。上述实施例中的光接收单元5与上述光发射单元1对应，其可以是红外探测器和/或者紫外探测器，也可以是常规的检测红外光/紫外光的光谱仪。具体地，本发明中的光发射单元1和光接收单元5可采用FGA-4100AD等的整套尾气检测的市售产品。
进一步地，还可以根据光程、反射的次数在处理单元中设置相应的光路补偿参数，用于补偿光路损失；其具体的光路补偿参数可以事先根据车道的数量以及环境因素（如通过空气质量划分等级分别进行测试），依次进行反射后的光强强度的测试，并将相应的光路补偿参数存储在处理单元中，为后续进行尾气浓度计算分析进行补偿，保证尾气浓度检测的准确性。
下面以双车道为例，进行光路补偿参数的进一步说明，如图1所示，光发射单元1发出的光束依次经第一下反射单元2、上反射装置3、第二下反射单元4进行反射。在安装初期，工作人员进行标定，其具体步骤如下：
1）将光发射单元1、光接收单元5、上反射装置3和第一下反射单元2和第二下反射单元4进行等间距安装后；
2）根据不同的天气状况（晴朗天气、阴雨天气、雾霾天气）分别进行光束衰减的检测，忽略其他因素，记录初始发射光强度I0；在进行光强检测时，只需要检测从光发射单元1经一次反射后的光强，并记录为I1；
3）计算某一天气状况（晴朗天气、阴雨天气、雾霾天气）下的第一次反射衰减系数：I1/I0=α；
4）根据上述计算的第一次反射衰减系数，可以依次推出不同车道反射后的光强In相对于初始发射光强度I0的衰减系数为In/I0= nα，其中，n=1，2,3，…n；也即是第二行车道的衰减系数为2α，第三行车道的衰减系数为3α，第四车行道的衰减系数为4α，…，第N行车道的衰减系数为nα。
那么，基于上述衰减系数，可以依次推出不同车道的反射后的实际补偿光强In’为：In’=In/nα，某一行车道相对于该车道反射后的光强为In；则光路补偿参数为第一行车道为1/α，第二行车道为1/2α，第三行车道为1/3α，第四车行道为1/4α，…，第N行车道为1/nα。
基于上述光路补偿参数，具体的，在进行尾气检测时，假设机动车在第二行车道上，那么第一次反射仅仅是为了将发射光束传输至第二行车道上，其在不检测尾气的情况下，也进行了衰减，那么，必然影响到了第二行车道上的尾气检测，工作人员可以根据标定的不同天气状况下测定的光路补偿参数，计算第一次反射的强度损失，并将第一次反射的衰减的强度补偿到I2中，使其能够更准确地检测出尾气的浓度。假设机动车在第三行车道上，那么就需要将其他两车道上的衰减的强度补偿到I3中。
本发明中的机动车尾气遥感检测主要包括气态污染物和烟度检测。其中，本实施例中的处理单元运行平台为工控机，通过利用原子或分子吸收光谱法测量烟羽中的CO2、CO、NO、HC、NH3污染物浓度；负责对数据进行归纳和处理利用检测光通过烟羽前后的强度变化测量不透光度，根据不透光烟度及图像处理来测试林格曼黑度，进而计算出污染物的浓度。
其中，为了避免下反射装置与机动车发生碰撞、摩擦，下反射装置需要设置在低于路面处的位置，具体设置可参考授权公告号为“CN 205091258 U”的中国实用新型专利“一种机动车或机动船尾气遥感监测系统”中的反射装置设置在低于路面的具体设置。
本发明的尾气遥感检测系统还包括监测装置，监测装置主要由视频捕捉单元、车牌识别单元、测速单元、车道识别单元以及气象环境参数测试单元（图中未示出）构成。监测装置与处理单元连接，实现机动车的实时监测。
其中，视频捕捉单元用于采集机动车车辆视频数据，车牌识别单元用于识别机动车车辆信息，确保车辆跟踪的正确性。测速单元用于测定过检车辆的车速和加速度；车道识别单元用于判断道路路况是否适合进行车辆尾气遥感监测；气象环境参数测试单元用于检测位点周围的湿度、温度、气压以及风速。上述监测装置属于现有技术，关于具体的结构、型号，此处不再一一赘述。
检测系统实施例二
以双车道为例，如图3所示，该尾气遥感检测系统与检测系统实施例一中的图1检测系统的区别仅在于光发射单元1、光接收单元5的安装位置的不同，即本实施例中的光发射单元1、光接收单元5安装在行车道两侧的支撑架的竖杆上，实现机动车尾气的检测。
上述实施例中的光发射单元1、光接收单元5的安装位置并不局限于双车道，还可以是三车道、四车道、…N车道等。
本实施例中的光发射单元1、光接收单元5以及上反射装置3、下反射装置的具体位置需要工作人员在安装初期进行多次测试确定。
本实施例中装置的具体结构、型号选择、具体检测过程等与实施例一的检测系统相同，此处不再赘述。
Claims (8)
1.一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测方法，其特征在于：产生用于检测尾气的光束，使光束向一个车道发射，光束在光路的行迹过程中，依次在该车道上反射、在路面上方反射、至少在一个其他车道上再次发生反射，最后在道路上方被接收用于尾气的分析。
2.一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，包括支撑架和烟气监测装置，所述支撑架有横杆；所述烟气监测装置设置在横杆上，烟气监测装置包括光发射单元、光接收单元以及设置在光发射单元、光接收单元之间对应的路面行车道的下反射装置；其特征在于：还包括设置在光发射单元、光接收单元之间的路面上方横杆上的上反射装置；所述下反射装置包括至少两个下反射单元，每个下反射单元设置在对应的每个行车道上；所述上反射装置与下反射单元在形成的光路上相邻设置。
3.根据权利要求2所述的垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，其特征在于：所述上反射装置为光路增强装置，所述光路增强装置为涂有增反膜的反射镜；所述下反射单元为反射镜。
4.根据权利要求2所述的垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，其特征在于：还包括处理单元，所述处理单元与光发射单元、光接收单元连接。
5.根据权利要求2所述的垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，其特征在于：所述光发射单元、光接收单元分别设置于路面行车道上方横杆的两端。
6.一种垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，包括支撑架和烟气监测装置，所述支撑架包括横杆和竖杆；所述烟气监测装置包括光发射单元、光接收单元以及路面行车道上的下反射装置；所述光发射单元、光接收单元分别设置于道路两侧的竖杆上，其特征在于：还包括设置在光发射单元、光接收单元之间的路面上方横杆上的上反射装置，所述下反射装置包括至少两个下反射单元，每个下反射单元设置在对应的每个行车道上；所述上反射装置与下反射单元在形成的光路上相邻设置。
7.根据权利要求6所述的垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，其特征在于：所述上反射装置为光路增强装置，所述光路增强装置为涂有增反膜的反射镜；所述下反射单元为反射镜。
8.根据权利要求7所述的垂直式多车道机动车尾气遥感检测系统，其特征在于：还包括处理单元，所述处理单元与光发射单元、光接收单元连接。
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