CN110646357A - 柴油货车不透光烟度的检测系统 - Google Patents

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潘英杰
吴丽明
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Abstract

本发明公开柴油货车不透光烟度的检测系统，该系统包括遥测设备、回归反射板和上位机，所述遥测设备与所述回归反射板分设在道路检测区域两侧，所述遥测设备包括绿光检测模块、红光检测模块和采集控制器，绿光检测模块和红光检测模块同步工作，将用于测量不透光烟度的绿色激光包含在了用于测距的红色脉冲激光中，通过结合激光反射距离同步判断不透光烟度，可以有效的提取车辆经过时光路无遮挡状态下的不透光烟度数据。

Description

柴油货车不透光烟度的检测系统
技术领域
本发明涉及光学遥感技术领域，尤其涉及柴油货车不透光烟度的检测系统。
背景技术
随着人们对大气环境要求日益提高，作为大气污染重要来源之一的机动车尾气排放也越来越受重视，而对于黑烟车的监控和管制已经成为机动车排放监管任务的重心之一。目前对黑烟车的监管手段有以下几个方面：
1)行人举报：
通过市民在路上直接拍摄的黑烟车视频或图片进行取证，但是由于车辆在行驶过程中，人为拍摄的效果不佳，且较难获得车牌信息，有较大偶然性，执行效率较低。
2)视频监控：
通过视频监控抓拍或录像，数据上传到后台，继而采用人工审核或图像识别、模式训练进行黑烟车的甄别等方法，提取监控视频或图像中的黑烟车；人工审核费时费力，效率不高，而通过图像识别或模式训练算法自动甄别，可在一定程度上提高黑烟车筛查效率，但由于背景差异过大，算法方面还存在局限性，有较高的误判率，且基本不能夜间工作。
3)光学遥感：
采用光学遥测技术对车辆的尾气不透光烟度进行测量，具有较高的精度和准确性，但是目前光学遥测设备主要针对尾排车辆，单纯采用遥感手段不能对大货车、拖挂车等排气管在车身中部的车辆尾气进行有效捕获，尤其是重型柴油车底部结构复杂，容易出现挡光的情况，导致采用光学遥感技术难以获取高质量的不透光烟度数据。
发明内容
本发明的目的在于提供柴油货车不透光烟度的检测系统，该系统结合光学遥感手段及测距原理，同步获取车辆通过时的不透光烟度和测距距离，通过距离判断车辆下部结构挡光情况，过滤挡光数据，从而有效获取重型柴油车排放尾气的不透光烟度。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种柴油货车不透光烟度的检测系统，包括遥测设备、回归反射板和上位机，所述遥测设备与所述回归反射板分设在道路检测区域两侧，所述遥测设备包括绿光检测模块、红光检测模块和采集控制器，其中，
所述绿光检测模块将绿色激光发射到所述回归反射板上，并接收所述回归反射板反射回的绿色反射激光；
所述红光检测模块将红外脉冲激光发射到所述回归反射板上，并接收所述回归反射板反射回的红外脉冲反射激光；
所述采集控制器采集所述绿色激光和绿色反射激光的光强数据，以及发出红外脉冲激光和接收红外脉冲反射激光的时间数据，并发送给所述上位机，所述上位机根据所述光强数据和所述时间数据对不透光烟度进行识别。
优选地，所述上位机根据所述绿色激光和所述绿色反射激光的光强数据之差计算不透光烟度；以及根据发出所述红外脉冲激光和接收所述红外脉冲反射激光的时间数据之差计算激光反射距离。
较佳地，所述绿光检测模块包括绿光探测器和绿光激光器，所述绿光激光器发出所述绿色激光，所述绿光探测器接收所述绿色反射激光。
具体地，所述绿光检测模块还包括绿光聚焦透镜，所述绿光探测器、绿光激光器和所述绿光聚焦透镜依次共线设置；
所述绿光聚焦透镜中心设有过孔，所述绿光激光器发出的绿色激光穿过所述过孔发射到所述回归反射板上；所述绿色反射激光经所述绿光聚焦透镜聚焦后由所述绿光探测器接收。
进一步地，所述绿光检测模块还包括绿光带通滤波片，所述绿色带通滤波片设于所述绿光探测器和所述绿光激光器之间。
优选地，所述红光检测模块包括红外脉冲激光发射单元和红外脉冲激光接收单元，所述外脉冲激光发射单元和所述红外脉冲激光接收单元分设在所述绿光检测模块的两侧。
较佳地，所述红外脉冲激光发射单元包括共线设置的红外脉冲激光器和红外准直透镜，所述红外脉冲激光器发出的红外脉冲激光经所述红外准直透镜准直后穿过所述检测区域发射到所述回归反射板上。
优选地，所述红光接收单元包括依次共线设置的红外聚焦透镜、红外滤波片和红外雪崩探测器，所述红外脉冲反射激光经所述红外聚焦透镜聚焦后由所述红外雪崩探测器接收。
优选地，所述遥测设备和所述回归反射板在道路两侧沿水平方向相对设立，且所述遥测设备和所述回归反射板相对所述道路的安装高度为5-40cm。
较佳地，所述柴油货车不透光烟度的检测系统还包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜与水平方向夹角为45°且二者延长线夹角为90°；所述遥测设备和所述回归反射板分别在对应的反射镜上方竖直设置，且所述遥测设备和所述回归反射板相对所述道路的安装高度大于80cm。
与现有技术相比，本发明提供的柴油货车不透光烟度的检测系统具有以下有益效果：
本发明提供的柴油货车不透光烟度的检测系统中，包括分别设在道路两侧的遥测设备、回归反射板和上位机，遥测设备与回归反射板之间在道路上方形成检测区域，遥测设备包括绿光检测模块、红光检测模块和采集控制器，绿光检测模块发射绿色激光并接收绿色反射激光，绿色激光受烟团影响大，其衰减程度可有效代表车辆排出的烟团的不透光度；红光检测模块发出红外脉冲激光并接收红外脉冲反射激光，当光线穿透车辆尾气排放的颗粒物时，红外波段的穿透能力要远大于波长较小的可见光，因而红外脉冲激光可有效穿透烟团实现距离的准确测量；绿光检测模块和红光检测模块同步工作，有效地将测不透光烟度的绿色激光包含在了测距的红色脉冲激光中。上位机通过结合激光反射距离同步判断不透光烟度，可以有效的提取车辆经过时光路无遮挡状态下的不透光烟度数据。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中遥测设备的结构示意图；
图2为本发明实施例中柴油货车不透光烟度的检测系统在一种工作方式下的整体结构示意图；
图3为本发明实施例中柴油货车不透光烟度的检测系统在另一种工作方式下的整体结构示意图；
图4为本发明实施例中数据采集实例示意图。
附图标记：
1-遥测设备， 1-1-红外准直透镜；
1-2-绿光聚焦透镜， 1-3-红外聚焦透镜；
1-4-红外脉冲激光器， 1-5-绿光激光器；
1-6-红外滤波片， 1-7-绿光带通滤波片；
1-8-绿光探测器， 1-9-红外雪崩探测器；
1-10-采集控制电路， 2-回归反射板；
3-道路， 4-1-第一设备底座；
4-2-第二设备底座， 5-1-第一反射镜；
5-2-第二反射镜， 6-车辆；
7-侧排烟羽， 8-上位机。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
请参阅图1～图3，本实施例提供的柴油货车不透光烟度的检测系统，包括分别设在道路3两侧的遥测设备1、回归反射板2和上位机8，遥测设备1与回归反射板2之间在道路3上方形成检测区域，遥测设备1包括绿光检测模块、红光检测模块和采集控制器1-10。
其中，绿光检测模块将绿色激光穿过检测区域后发射到回归反射板2上，并接收回归反射板2穿过检测区域反射回的绿色反射激光；红光检测模块将红外脉冲激光穿过检测区域后发射到回归反射板2上，并接收回归反射板2穿过检测区域反射回的红外脉冲反射激光；采集控制器1-10采集绿色激光和绿色反射激光的光强数据，以及发出红外脉冲激光和接收红外脉冲反射激光的时间数据，并发送给上位机8，采集控制器1-10可以采用PLC可编程逻辑控制器实现，也可以直接使用现有的光强采集控制器结合时间采集控制器实现；上位机8根据光强数据和时间数据对不透光烟度进行识别，并输出识别结果。
由于绿色激光受烟团影响大，故其衰减程度可有效代表车辆排出的烟团的不透光度；而光线穿透车辆尾气排放的颗粒物时，红外波段的穿透能力要远大于波长较小的可见光，因而红外脉冲激光测距可有效穿透烟团实现距离的准确测量；本发明实施例提供的柴油货车不透光烟度的检测系统中，绿光检测模块和红光检测模块同步工作，有效地将用于检测不透光烟度的绿色激光包含在了测距的红色脉冲激光中，保证了绿色激光和红外脉冲激光被遮挡的同步性，为上位机8分析识别不透光烟度提供了可靠的基础数据，上位机8通过结合激光反射距离同步判断不透光烟度，可以有效的提取车辆经过时的不透光烟度数据，滤除挡光情况，识别出准确的车辆经过且光路无遮挡情况下的不透光烟度结果。
具体识别不透光烟度的方法为：上位机8根据绿色激光和绿色反射激光的光强数据之差，结合激光反射距离计算不透光烟度，具体计算以光衰减的物理原理为工作原理，可以采用可用Beer—Lambert定律直接计算得到，也可以采用建立数学模型的方式快速计算得到，由于绿色激光受烟团影响大，故其衰减程度可有效代表车辆排出的烟团的不透光度；上位机8还根据发出红外脉冲激光和接收红外脉冲反射激光的时间数据之差计算激光反射距离，以根据激光反射距离判断检测区域是否被遮挡，当车辆经过时，根据激光反射距离判断出车前轮、车后轮或其他车身部件造成的挡光，进而筛选出车辆6经过时检测区域在无遮挡状态下的不透光烟度，由于光线穿透车辆尾气排放的颗粒物时，红外波段的穿透能力要远大于波长较小的可见光，因而红外脉冲激光测距可有效穿透烟团实现距离的准确测量。
请参阅图4，图4所示为一组数据采集实例，遥测设备摆放高度在车辆底盘以下，受车轮、侧面防撞栏的影响，测量数据出现挡光情况，此时测量到的距离约2m，而光路未遮挡时测距距离为9m；区域1中的不透光烟度，数值在0.95左右，主要是受挡光影响造成，而区域2中的不透光烟度为无挡光情况下采集到的烟团数据，表现出较明显的扩散趋势，通过结合距离同步判断，可以有效的提取车辆经过时的不透光烟度数据，而滤除挡光情况对不透光烟度的影响。
请继续参阅图1，本实施例提供的柴油货车不透光烟度的检测系统中，绿光检测模块包括绿光探测器1-8、绿光激光器1-5和绿光聚焦透镜1-2，绿光探测器1-8、绿光激光器1-5和绿光聚焦透镜1-2依次共线设置，绿光激光器1-5用于发出绿色激光，绿光探测器1-8用于接收绿色反射激光；绿光聚焦透镜1-2中心设有过孔，绿光激光器1-5发出的绿色激光穿过绿光聚焦透镜1-2的过孔经检测区域被散射后发射到回归反射板2上；回归反射板2反射回来的绿色反射激光穿过检测区域被散射后经绿光聚焦透镜1-2聚焦后由绿光探测器1-8接收。此外，绿光检测模块还包括绿光带通滤波片1-7，绿色带通滤波片设于绿光探测器1-8和绿光激光器1-5之间，可以有效消除其他波段干扰。具体实施过程中，绿光激光器1-5发出的准直过的560nm绿色激光，光色特征明显，不易被绿光带通滤波片1-7滤除，且受烟团影响大，其衰减程度可有效代表车辆排出的烟团的不透光度，本领域技术人员可以理解的是，只要波长为500-600nm的光都具备受烟团影响大的特性，简单的改变光色或光的波长而实现本发明将测量不透光烟度包含在测距光线中的技术方案都属于本发明的保护范围。
请继续参阅图1，本实施例提供的柴油货车不透光烟度的检测系统中，红光检测模块包括红外脉冲激光发射单元和红外脉冲激光接收单元，外脉冲激光发射单元和红外脉冲激光接收单元分设在绿光检测模块的两侧，保证绿色激光包含在测距光路内，进而保证红外脉冲激光和绿色激光的被遮挡的同步性，可以有效的提取车辆经过时的不透光烟度数据，而滤除挡光情况对不透光烟度的影响。
具体地，红外脉冲激光发射单元包括共线设置的红外脉冲激光器1-4和红外准直透镜1-1，红外脉冲激光器1-4发出的红外脉冲激光经红外准直透镜1-1准直后穿过检测区域发射到回归反射板2上。红光接收单元包括依次共线设置的红外聚焦透镜1-3、红外滤波片1-6和红外雪崩探测器1-9，红外脉冲反射激光经红外聚焦透镜1-3聚焦后由红外雪崩探测器1-9接收。具体实施过程中，红外脉冲激光器1-4发出的波长905nm的红外脉冲激光，光色特征明显，不易被红外滤波片1-6滤除，并且穿透能力强，可有效穿透烟团实现激光反射距离的准确测量，进而有效的提取车辆经过时的不透光烟度数据，而滤除挡光情况对不透光烟度的影响。同样，本领域技术人员可以理解的是，大于或等于800nm都具备与本发明中红外脉冲激光穿透能力强的特点，简单的改变光色或光的波长而实现本发明将测量不透光烟度包含在测距光线中的技术方案都属于本发明的保护范围。
请继续参阅图2，图2为本发明实施例中柴油货车不透光烟度的检测系统在一种工作方式下的整体结构示意图，遥测设备1固定在第一设备底座4-1上，回归反射板2固定在第二设备底座4-2上；遥测设备1和回归反射板2在道路3两侧沿水平方向相对设立，且遥测设备1和回归反射板2相对道路的安装高度为5-40cm，优选为25cm左右，安装成本低，并且可以保证大部分大型货车经过时底部无挡光区域的数据可以有效的收集，尤其适用于在车辆底部进行尾气排放的车型，同时为保证挡光的同步性。
具体实施过程中，以道路为基线，调整第一设备底座4-1和第二设备底座4-2，使得遥测设备1中绿光激光器1-5和红外脉冲激光器1-4发出的光线高度为25cm左右，并且可以直接水平发射到回归反射板2上，从而保证大部分大型货车经过时底部无挡光区域的数据可以有效的收集，同时为保证挡光的同步性，遥测设备将用于烟度测量的绿色激光光束融合到了用于测距的红色脉冲激光光束内部，绿光探测器1-8与红外雪崩探测器1-9两路探测器同步采集，采集频率达1M以上，保证采集数据的实效性。当光线穿透车辆尾气排放的颗粒物时，红外波段的穿透能力要远大于波长较小的可见光，可有效穿透烟团实现距离的准确测量，而绿色激光受烟团影响大，其衰减程度可有效代表车辆排出的烟团的不透光度。
请参阅图3，图3为本发明实施例中柴油货车不透光烟度的检测系统在另一种工作方式下的整体结构示意图，柴油货车不透光烟度的检测系统还包括第一反射镜5-1和第二反射镜5-2，遥测设备1和第一反射镜5-1固定在第一设备底座4-1上，回归反射板2和第二反射镜5-2固定在第二设备底座4-2上。其中，第一反射镜5-1与第二反射镜5-2与水平方向夹角均为45°且二者延长线夹角为90°；遥测设备1和回归反射板2分别在对应的反射镜上方竖直设置，且遥测设备1和回归反射板2相对道路的安装高度大于80cm，优选设置为1.5m左右，可以实现尾气侧排的车辆(车辆尾气的排气管在侧面，尾气烟羽向车辆的侧面水平排出)不透光烟度的有效测量。
在具体实施过程中，以道路为基线，调整第一设备底座4-1和第二设备底座4-2，使得遥测设备1和回归反射板2高度距离地面1.5m左右，遥测设备中的绿光激光器1-5和红外脉冲激光器1-4发出的光线依次通过第一反射镜5-1改变光路方向，水平穿过道路后再由第二反射镜5-2改变光路后发射到回归反射板2上，采集频率达1M以上，保证采集数据的实效性；此时车辆6经过时，侧排烟羽7横向扩散到光路上，从而实现不透光烟度的有效测量，提高了侧排车辆的捕获率。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，包括遥测设备、回归反射板和上位机，所述遥测设备与所述回归反射板分设在道路检测区域两侧，所述遥测设备包括绿光检测模块、红光检测模块和采集控制器，其中，
所述绿光检测模块将绿色激光发射到所述回归反射板上，并接收所述回归反射板反射回的绿色反射激光；
所述红光检测模块将红外脉冲激光发射到所述回归反射板上，并接收所述回归反射板反射回的红外脉冲反射激光；
所述采集控制器采集所述绿色激光和绿色反射激光的光强数据，以及发出红外脉冲激光和接收红外脉冲反射激光的时间数据，并发送给所述上位机，所述上位机根据所述光强数据和所述时间数据对不透光烟度进行识别。
2.根据权利要求1所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述上位机根据所述绿色激光和所述绿色反射激光的光强数据之差计算不透光烟度；以及根据发出所述红外脉冲激光和接收所述红外脉冲反射激光的时间数据之差计算激光反射距离。
3.根据权利要求1所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述绿光检测模块包括绿光探测器和绿光激光器，所述绿光激光器发出所述绿色激光，所述绿光探测器接收所述绿色反射激光。
4.根据权利要求3所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述绿光检测模块还包括绿光聚焦透镜，所述绿光探测器、绿光激光器和所述绿光聚焦透镜依次共线设置；
所述绿光聚焦透镜中心设有过孔，所述绿光激光器发出的绿色激光穿过所述过孔发射到所述回归反射板上；所述绿色反射激光经所述绿光聚焦透镜聚焦后由所述绿光探测器接收。
5.根据权利要求4所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述绿光检测模块还包括绿光带通滤波片，所述绿色带通滤波片设于所述绿光探测器和所述绿光激光器之间。
6.根据权利要求1所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述红光检测模块包括红外脉冲激光发射单元和红外脉冲激光接收单元，所述外脉冲激光发射单元和所述红外脉冲激光接收单元分设在所述绿光检测模块的两侧。
7.根据权利要求6所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述红外脉冲激光发射单元包括共线设置的红外脉冲激光器和红外准直透镜，所述红外脉冲激光器发出的红外脉冲激光经所述红外准直透镜准直后穿过所述检测区域发射到所述回归反射板上。
8.根据权利要求6所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述红光接收单元包括依次共线设置的红外聚焦透镜、红外滤波片和红外雪崩探测器，所述红外脉冲反射激光经所述红外聚焦透镜聚焦后由所述红外雪崩探测器接收。
9.根据权利要求1所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述遥测设备和所述回归反射板在道路两侧沿水平方向相对设立，且所述遥测设备和所述回归反射板相对所述道路的安装高度为5-40cm。
10.根据权利要求1所述的柴油货车不透光烟度的检测系统，其特征在于，所述柴油货车不透光烟度的检测系统还包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜与所述第二反射镜与水平方向夹角为45°且二者延长线夹角为90°；所述遥测设备和所述回归反射板分别在对应的反射镜上方竖直设置，且所述遥测设备和所述回归反射板相对所述道路的安装高度大于80cm。
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