CN109979204A - 光切割多车道速度及加速度检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉一种光切割多车道速度及加速度检测装置及测速方法，该检测装置包括：若干支撑杆，多车道两侧垂向间隔相对设置若干所述支撑杆；传感器对，相对设置的两所述支撑杆上均对应设置有所述传感器对，每一所述传感器对均包括发射端传感器和接收端传感器，且每一所述支撑杆上设置的传感器均包括纵向间隔设置的两层传感器；测距模块，所述测距模块固定设置在车辆前进方向经过的第一对所述支撑杆上；控制与运算装置，所述控制与运算连接所述传感器对和测距模块，控制所述传感器对和测距模块的工作状态；显示装置，所述显示装置用于显示所述控制与运算装置的输出结果。

Description

光切割多车道速度及加速度检测装置及其方法

技术领域

本发明是关于一种机动车测速装置及其方法，特别是关于一种光切割多车道速度及加速度检测装置及其方法，涉及车速检测技术领域。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，我国机动车和驾驶人员迅速增长，截至2016年底，全国机动车保有量达2.9亿辆，其中汽车1.94亿辆。当前，我国机动车污染防治形势十分严峻：一是机动车排放总量居高不下，二是新增排放压力巨大。机动车尾气遥感监测技术是近年来新兴的检测技术，该技术能够快速检测正常行驶车辆的尾气成分，并且其安装方式逐渐趋向多车道，特别是水平多车道，但是设备本身不具备判断机动车所在行驶车道以及是单车还是多车并行情况，这就使得尾气遥感监测技术在实际道路应用时具有一定的局限性。

现有技术中公开了机动车测速装置及测速方法，该装置包括分别固定安装于支撑杆两端的距离传感器，通过距离传感器和控制元件实现机动车的车速测量，但是其不足之处在于：当机动车行驶过测速装置，完成一次测量，仅能够得到一组测量数据，这样误差较大，在算法上也没办法通过数据计算得出加速度信息。另外，现有技术还公开基于GMI传感器的交通信息监测采集装置与检测方法，通过计算车辆经过两传感器的时间间隔△t1、△t2，以及两传感器之间的距离D，从而求出平均速度和车长L，以及加速度a，其不足之处在于：该技术无法识别多车道时机动车所在行驶车道，无法判断是单车经过还是多车并行，该方法只能得出一个车道机动车经过速度，并且精确度不高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种光切割多车道速度及加速度检测装置及其方法，能够准确判断是否多车并行，进一步提高测量速度和加速度的准确性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种光切割多车道速度及加速度检测装置，该检测装置包括：若干支撑杆，多车道两侧垂向间隔相对设置若干所述支撑杆；传感器对，相对设置的两所述支撑杆上均对应设置有所述传感器对，每一所述传感器对均包括发射端传感器和接收端传感器，且每一所述支撑杆上设置的传感器均包括纵向间隔设置的两层传感器；测距模块，所述测距模块固定设置在车辆前进方向经过的第一对所述支撑杆上；控制与运算装置，所述控制与运算连接所述传感器对和测距模块，控制所述传感器对和测距模块的工作状态；显示装置，所述显示装置用于显示所述控制与运算装置的输出结果。

优选地，沿车道前进方向的两个相邻所述支撑杆的距离为1.5米。

优选地，所述传感器对均采用激光对射传感器。

优选地，所述测距模块采用激光测距传感器。

优选地，每一所述支撑杆上均设置有指示灯，每一所述指示灯对应一所述支撑杆上下两层传感器，灯亮表示相应所述支撑杆上下两层传感器均没有接收到信号，灯灭表示相应所述支撑杆上下两层传感器在同一水平直线上且已经接收到信号。

第二方面，本发明还提供一种基于所述的光切割多车道速度及加速度检测装置的检测方法，具体过程为：

1)控制与运算装置接收测距模块采集的距离值，判别出是否有机动车经过、是单车经过还是多车并行，若是多车并行情况判断机动车所在行驶车道判断机动车行驶情况；

2)得到机动车经过第一对传感器A上、下时的初速度v_A1、机动车经过第二对传感器B上层时的速度v_AB1、机动车经过第二对传感器B下层时的速度v_AB2以及机动车车头经过第一对传感器A和第二对传感器B之间的加速度a_AB；

式中，L_AB-1表示第一对传感器A上层到第二对传感器B上层之间设置距离，L_AB-2表示第一对传感器A下层到第二对传感器B下层之间设置的距离，T_1-1为机动车碰触第一对传感器A上层开始时间，T_1-2为碰触第一对传感器A下层开始时间，T_2-1为碰触第二对传感器B上层的时间，T_2-2为碰触第二对传感器B下层的时间；

3)得到机动车经过第一测距模块上、下时的初速度v_A1’、机动车经过第三对传感器C上层时的速度v_AC1、机动车经过第三对传感器C下层时的速度v_AC2以及机动车车头经过第一对传感器A和第三对传感器C之间的加速度

式中，L_AC-1表示第一对传感器A上层到第三对传感器C上层之间设置的距离，L_AC-2表示第一对传感器A下层到第三对传感器C下层之间设置的距离，T_3-1为机动车触第三对传感器C上层的时间，T_3-2为机动车碰触第三对传感器C下层的时间；

4)得到机动车经过第二对传感器B上层和机动车经过第三对传感器C上层之间的加速度a_BC’，得到机动车经过第二对传感器B下层和机动车经过第三对传感器C下层之间的加速度a_BC”；

5)得到机动车经过第二对传感器B和机动车经过第三对传感器C之间的加速度a_BC；

6)得到机动车的加速度a；

7)得到机动车经过第一对传感器A的平均速度机动车经过第二对传感器B计算的平均速度机动车经过第三对传感器C的平均速度

8)控制与运算装置将机动车经过第一对传感器A计算的平均速度机动车经过第二对传感器B计算的平均速度机动车经过第三对传感器C计算的平均速度机动车的加速度a以及测距模块采集的距离值x和y值均传输至显示装置，完成对机动车行驶车速、加速度、机动车所在车道、单车还是多车并行情况的判断。

优选地，所述步骤1)的具体过程为：

1.1)当无机动车经过时，控制与运算装置接收测距模块的电压信号，得到道路两侧一对支撑杆A上下两层测距模块之间的距离，也就是多车道的水平距离，控制和运算装置对两个距离值求平均值，并将该平均值设置为背景值，将该背景值除以车道个数设置为比较值存储在控制和运算装置内；

1.2)当有机动车经过时，控制与运算装置接收两侧测距模块采集的距离值即x和y，将x与y值与比较值及背景值进行比较，假设该路段有三车道，记靠近x这边为第一车道，靠近y为第三车道，具体判断情况为：

若x+y≧背景值，说明此时无机动车经过；

若x≧比较值且y≧比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在中间第二车道；

若x≦比较值且y≧比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在第一车道；

若x≧比较值且y≦比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在第三车道；

若x≧比较值且y≦比较值但比较值≦x+y≦2*比较值，说明两车并行经过，并且分别在第二、第三车道；

若x≦比较值且y≧比较值但比较值≦x+y≦2*比较值，说明两车并行经过，并且在第一、第二车道；

若x≦比较值且y≦比较值但x+y≦比较值，说明要么两车经过，分别在第一、第三车道，要么三车同时经过。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明采用六对激光对射传感器，每一激光对射传感器均包括上下两层，每层三对传感器，通过一次测量便可得到多组机动车行驶状态的数据，提高了速度和加速度的有效数据率和测量精度；

2、本发明在车辆进入方向的支撑杆上设置有测距模块，可以识别机动车所在行驶车道(最多三车道)，判断是单车经过还是多车并行情况，提高了水平多车道尾气遥感检测设备数据的有效性，在进行超标车辆判别时，排除其他车辆尾气造成的干扰甚至误判；

综上，本发明可以广泛应用于机动车辆测速中。

附图说明

图1是本发明检测装置的整体结构示意图；

图2是本发明测速方法的整体流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，本发明提供的光切割多车道速度及加速度检测装置，包括支撑杆1、传感器对2、测距模块3、控制与运算装置和显示装置。

支撑杆1的数量可以根据需要进行设置，若干支撑杆1均间隔相对固定设置在多车道两边，本实施例中车道数最多为三车道，可以设置有六根支撑杆1，六根支撑杆1分为三组对应间隔固定设置在车道两侧，每根支撑杆1设置方向均与道路方向垂直；对应支撑杆1数量，本实施例设置有三对传感器，每一对传感器均包括纵向间隔设置的上下两层传感器，车道两侧相对设置的支撑杆1上的同一层的两个传感器位于同一直线便于信号的发射和接收。第一对传感器A设置在车辆前进方向经过的第一对支撑杆1上，第一对支撑杆A上的每一层传感器上方还固定设置测距模块3。控制与运算连接传感器对2和测距模块3，控制传感器对2和测距模块3的工作状态，显示装置用于显示控制与运算装置的输出结果。

上述光切割多车道速度及加速度检测装置，优选地，每个传感器上均设置有连接器，连接器用于将每一传感器的信息传输至控制运算装置和显示装置，具体地，连接器通过有线或无线传输方式与控制和运算装置以及显示装置进行信号传输。

上述光切割多车道速度及加速度检测装置，优选地，控制和运算装置通过RS485接口与外部交互，交互端可以为工控机或笔记本。

上述光切割多车道速度及加速度检测装置，优选地，测距模块3可以采用激光测距传感器，例如可以采用砝石激光器FS020。

上述光切割多车道速度及加速度检测装置，优选地，传感器对2可以采用激光对射传感器，例如采用砝石激光器FS020。

上述光切割多车道速度及加速度检测装置，优选地，沿车道方向排列的两个相邻支撑杆1的距离为1.5米。

上述光切割多车道速度及加速度检测装置，优选地，每一支撑杆1上均设置有一个指示灯，每一指示灯对应一对支撑杆上下两层传感器，发射端传感器会发出红外线光束，灯亮表示道路两边所在支撑杆上下两层传感器没有接收到信号，灯灭表示相对两层传感器在同一水平直线上且已经接收到信号。

如图2所示，基于上述光切割多车道速度及加速度检测装置，本发明的检测方法，具体过程为：

1)将六根支撑杆间隔相对放置在多车道两侧，开启测距模块和各对传感器，通过调整距离保持相邻每两个支撑杆间距为1.5米。

2)控制与运算装置接受测距模块采集的距离值，判别出是否有机动车经过、是单车经过还是多车并行，若是多车并行，判断机动车所在行驶车道，具体过程为：

2.1)第一对传感器A所在支撑杆设置有测距模块，当无机动车经过时，控制与运算装置接收测距模块的电压信号，得到道路两侧一对支撑杆A上下两层测距模块之间的距离即多车道的水平距离，控制和运算装置对两个距离值求平均值，并将该平均值设置为背景值，将该背景值除以车道个数设置为比较值存储在控制和运算装置内(假设该值为12米，三车道的话，说明每个车道的宽度为4米，即背景值为12米，比较值为4米)；

2.2)当有机动车经过时，控制与运算装置接收两边测距模块采集的距离值即x和y，将x与y值与比较值及背景值进行比较，假设该路段有三车道，记靠近x这边为第一车道，靠近y为第三车道，具体判别情况为：

若x+y≧背景值，说明此时无机动车经过；

若x≧比较值且y≧比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在中间第二车道；

若x≦比较值且y≧比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在第一车道；

若x≧比较值且y≦比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在第三车道；

若x≧比较值且y≦比较值但比较值≦x+y≦2*比较值，说明两车并行经过，并且分别在第二、第三车道；

若x≦比较值且y≧比较值但比较值≦x+y≦2*比较值，说明两车并行经过，并且在第一、第二车道；

若x≦比较值且y≦比较值但x+y≦比较值，说明要么两车经过，分别在第一、第三车道，要么三车同时经过。

3)控制与运算装置接收测距模块采集的距离值与比较值的差值小于预先设定的背景值时，控制与运算装置控制各对传感器进行信号采集，则控制与运算装置记录机动车碰触第一对传感器A上层开始时间T_1-1，控制与运算装置记录机动车碰触第一对传感器A下层开始时间T_1-2，控制与运算装置记录机动车碰触第二对传感器B上层的时间T_2-1，控制与运算装置记录机动车碰触第二对传感器B下层的时间T_2-2，控制与运算装置记录机动车碰触第三对传感器C上层的时间T_3-1，控制与运算装置记录机动车碰触第三对传感器C下层的时间T_3-2；

已有速度和位移公式如下：

v_t＝v₀+at (1)

式中，v_t表示末速度，v₀表示初速度，a表示加速度，t表示时间，s表示位移；

将开始时间T_1-1、T_1-2、T_2-1、T_2-2以及从第一对传感器A上层到第二对传感器B上层之间设置距离设为L_AB-1，将第一对传感器A下层到第二对传感器B下层之间设置的距离设为L_AB-2代入已有速度公式(1)中，得到；

v_AB1＝v_A1+a_AB(T_2-1-T_1-1) (3)

v_AB2＝v_A1+a_AB(T_2-2-T_1-2) (4)

式中，v_A1表示机动车经过第一对传感器A上、下层时的初速度，v_AB1表示机动车经过第二对传感器B上层时速度，v_AB2表示机动车经过第二对传感器B下层时速度，a_AB表示机动车经过第一对传感器A上、下层和机动车经过第二对传感器B上、下层之间的加速度；

4)根据(3)、(4)、(5)和(6)得到机动车经过第一对传感器A上、下时的初速度v_A1、机动车经过第二对传感器B上层时的速度v_AB1、机动车经过第二对传感器B下层时的速度v_AB2以及机动车车头经过第一对传感器A和第二对传感器B之间的加速度a_AB；

5)根据已有速度公式、位移公式、T_1-1、T_1-2、T_3-1、T_3-2以及第一对传感器A上层到第三对传感器C上层之间设置的距离L_AC-1，第一对传感器A下层到第三对传感器C下层之间设置的距离L_AC-2，得到机动车经过第一测距模块上、下时的初速度v_A1’、机动车经过第三对传感器C上层时的速度v_AC1、机动车经过第三对传感器C下层时的速度v_AC2以及机动车车头经过第一对传感器A和第三对传感器C之间的加速度

6)将时间T_2-1、T_2-2、T_3-1、T_3-2以及求得的v_AB1、v_AB2、v_AC1、v_AC2代入已有速度公式(1)中，得到：

v_AC1＝v_AB1+a_BC(T_3-1-T_2-1) (15)

v_AC2＝v_AB2+a_BC’(T_3-2-T_2-2) (16)

式中，a_BC’表示机动车经过第二对传感器B上层和机动车经过第三对传感器C上层之间的加速度，a_BC”表示机动车经过第二对传感器B下层和机动车经过第三对传感器C下层之间的加速度；

7)根据(16)和(17)，得到机动车经过第二对传感器B和机动车经过第三对传感器C之间的加速度a_BC；

8)对加速度a_AB、加速度a_BC和加速度a_AC求平均值，得到机动车的加速度a；

9)已有平均速度公式为：

式中，表示平均速度；

根据已有平均速度公式、机动车经过第一对传感器A时的速度v_A1、v_A1’、机动车经过第二对传感器B上层速度v_AB1和下层速度v_AB2以及机动车经过第三对传感器C上层速度v_AC1和下层速度v_AC2，得到机动车经过第一对传感器A的平均速度机动车经过第二对传感器B计算的平均速度机动车经过第三对传感器C的平均速度

10)控制与运算装置将机动车经过第一对传感器A计算的平均速度机动车经过第二对传感器B计算的平均速度机动车经过第三对传感器C计算的平均速度机动车的加速度a、以及测距模块采集的距离值x和y值均传输至显示装置，完成对机动车行驶车速、加速度、机动车所在车道、单车还是多车并行情况的判断。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光切割多车道速度及加速度检测装置，其特征在于，该检测装置包括：

若干支撑杆，多车道两侧垂向间隔相对设置若干所述支撑杆；

传感器对，相对设置的两所述支撑杆上均对应设置有所述传感器对，每一所述传感器对均包括发射端传感器和接收端传感器，且每一所述支撑杆上设置的传感器均包括纵向间隔设置的两层传感器；

测距模块，所述测距模块固定设置在车辆前进方向经过的第一对所述支撑杆上；

控制与运算装置，所述控制与运算电连接所述传感器对和测距模块，控制所述传感器对和测距模块的工作；

显示装置，所述显示装置用于显示所述控制与运算装置的输出结果。

2.根据权利要求1所述的光切割多车道速度及加速度检测装置，其特征在于，沿车道前进方向的两个相邻所述支撑杆的距离为1.5米。

3.根据权利要求1所述的光切割多车道速度及加速度检测装置，其特征在于，所述传感器对均采用激光对射传感器。

4.根据权利要求1～3任一项所述的光切割多车道速度及加速度检测装置，其特征在于，所述测距模块采用激光测距传感器。

5.根据权利要求1～3任一项所述的光切割多车道速度及加速度检测装置，其特征在于，每一所述支撑杆上均设置有指示灯，每一所述指示灯对应一所述支撑杆上下两层传感器，灯亮表示相应所述支撑杆上下两层传感器均没有接收到信号，灯灭表示相应所述支撑杆上下两层传感器在同一水平直线上且已经接收到信号。

6.一种基于权利要求1～5任一项所述的光切割多车道速度及加速度检测装置的检测方法，其特征在于，具体测速过程为：

1)控制与运算装置接收测距模块采集的距离值，判别出是否有机动车经过、是单车经过还是多车并行，若是多车并行情况判断机动车所在行驶车道判断机动车行驶情况；

2)计算得到机动车经过第一对传感器A上、下时的初速度v_A1、机动车经过第二对传感器B上层时的速度v_AB1、机动车经过第二对传感器B下层时的速度v_AB2以及机动车车头经过第一对传感器A和第二对传感器B之间的加速度a_AB；

式中，L_AB-1表示第一对传感器A上层到第二对传感器B上层之间设置距离，L_AB-2表示第一对传感器A下层到第二对传感器B下层之间设置的距离，T_1-1为机动车碰触第一对传感器A上层开始时间，T_1-2为碰触第一对传感器A下层开始时间，T_2-1为碰触第二对传感器B上层的时间，T_2-2为碰触第二对传感器B下层的时间；

3)得到机动车经过第一测距模块上、下时的初速度v_A1’、机动车经过第三对传感器C上层时的速度v_AC1、机动车经过第三对传感器C下层时的速度v_AC2以及机动车车头经过第一对传感器A和第三对传感器C之间的加速度

式中，L_AC-1表示第一对传感器A上层到第三对传感器C上层之间设置的距离，L_AC-2表示第一对传感器A下层到第三对传感器C下层之间设置的距离，T_3-1为机动车触第三对传感器C上层的时间，T_3-2为机动车碰触第三对传感器C下层的时间；

4)得到机动车经过第二对传感器B上层和机动车经过第三对传感器C上层之间的加速度a_BC’，得到机动车经过第二对传感器B下层和机动车经过第三对传感器C下层之间的加速度a_BC”；

5)得到机动车经过第二对传感器B和机动车经过第三对传感器C之间的加速度a_BC；

6)得到机动车的加速度a；

7)得到机动车经过第一对传感器A的平均速度机动车经过第二对传感器B计算的平均速度机动车经过第三对传感器C的平均速度

8)控制与运算装置将机动车经过第一对传感器A计算的平均速度机动车经过第二对传感器B计算的平均速度机动车经过第三对传感器C计算的平均速度机动车的加速度a以及测距模块采集的距离值x和y值均传输至显示装置，完成对机动车行驶车速、加速度、机动车所在车道、单车还是多车并行情况的判断。

7.根据权利要求6所述的光切割多车道速度及加速度检测装置的多车道测速方法，其特征在于，所述步骤1)的具体过程为：

1.1)当无机动车经过时，控制与运算装置接收测距模块的电压信号，得到道路两侧一对支撑杆A上下两层测距模块之间的距离，也就是多车道的水平距离，控制和运算装置对两个距离值求平均值，并将该平均值设置为背景值，将该背景值除以车道个数设置为比较值存储在控制和运算装置内；

1.2)当有机动车经过时，控制与运算装置接收两侧测距模块采集的距离值即x和y，将x与y值与比较值及背景值进行比较，假设该路段有三车道，记靠近x这边为第一车道，靠近y为第三车道，具体判断情况为：

若x+y≧背景值，说明此时无机动车经过；

若x≧比较值且y≧比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在中间第二车道；

若x≦比较值且y≧比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在第一车道；

若x≧比较值且y≦比较值但x+y≧2*比较值，说明此时单车经过并且在第三车道；

若x≧比较值且y≦比较值但比较值≦x+y≦2*比较值，说明两车并行经过，并且分别在第二、第三车道；

若x≦比较值且y≧比较值但比较值≦x+y≦2*比较值，说明两车并行经过，并且在第一、第二车道；

若x≦比较值且y≦比较值但x+y≦比较值，说明要么两车经过，分别在第一、第三车道，要么三车同时经过。