CN114324092B - 一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统，包括：辅机，用于发射激光光源；和可以升降的主机，用于接收所述辅机发射的激光光源，所述辅机和主机之间形成激光通道用于机动车尾气检测；摄像机，安装在车辆行驶方向的L立杆上，用于拍摄机动车的车牌号，并将车牌号信号传输至主机；还包括：负压装置，嵌设在所述激光通道的下方道路上，所述负压装置包括：排气通道，用于吸取机动车排放的尾气；负压风机，安装在排气通道的底端，用于将所述排气通道里的空气排出。本发明既可以在线遥感检测尾气的不透光烟度，不影响车辆行驶，节约人力和时间成本，无安全隐患，白天和夜晚都能进行检查，检测范围广，检测效果显著。

Description

一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统

技术领域

本发明涉及机动车尾气检测领域，具体为一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统。

背景技术

机动车等移动源污染已成为我国大气污染的重要来源，移动源污染防治的重要性日益凸显。机动车排出的污染物，给予人类赖以生存的大气环境带来了严重的污染。从国家到地方都在强化移动源污染防治，加强机动车环保达标监管，对机动车尾气不透光烟度监测，对污染源起到最大程度的监管作用，为环境执法和决策提供直接依据。

目前对于机动车尾气排放进行路检路查，需要在道路上对机动车尾气进行检测，传统不透光烟度检测设备主要采用不透光烟度计产品进行检测，而采用最多的是手持式的不透光烟度计，它主要由检测主机、采样探头、转速计以及温度计组成，需要在车辆停下来的时候，将采样探头插入进排烟孔内，然后空档踩油门模拟机动车行驶工况进行尾气的不透光烟度检测。这种检测方法存在如下问题：需要车辆停车，影响车辆行驶，至少需要交警和操作员等3名人员，增加人力成本；需要5分钟的时间，需要很长的时间成本；交警拦车，存在安全隐患；尾气排气时四处扩散，无法聚集在一块，而降低尾气检测的精准度，使检测的效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既可以利用光学和遥感技术在机动车正常行驶的过程进行尾气排放自动检测，检测时间秒级，过程无需人员参与，解放了人力，降低了时间成本，同时没有安全隐患，又能增加检测的精准度，使检测的效果明显的机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统，包括：

辅机，安装在道路的一侧，用于发射激光光源；

和可以升降的主机，安装在道路的另一侧，用于接收所述辅机发射的激光光源，所述辅机和主机之间形成激光通道用于机动车尾气检测；

摄像机，安装在车辆行驶方向的L立杆上，用于拍摄机动车的车牌号，并将车牌号信号传输至主机；

还包括：

负压装置，嵌设在所述激光通道的下方道路上，用于将机动车排放的尾气吸入到激光通道范围内，所述负压装置包括：

排气通道，开设在所述负压装置的内部，用于吸入机动车排放的尾气；

负压风机，安装在排气通道的底端，用于将所述排气通道里的空气排出。

优选的，所述辅机包括：

第一电源模块，为所述辅机供电；

绿激光器，用于发出520nm波长的绿激光；

光纤分束器，用于将所述绿激光器发出的绿激光分成多路激光。

优选的，所述主机包括：

光电二极管接收模块，用于接收来自绿激光器发出的激光光源，并把光信号转换为电信号；

工控机，包括车牌识别单元和不透光烟度处理单元，所述车牌识别单元用于接收来自摄像机拍摄的车牌信号，并识别车牌号，所述不透光烟度处理单元用于计算车辆的烟度值；

信号采集处理电路，用于将模拟电信号转换为数字信号发到工控机内的不透光烟度处理单元；

第二电源模块，为所述主机供电。

优选的，所述负压装置还包括带有气孔的盖板和排气组件，所述盖板用于封盖所述排气通道，所述排气组件嵌套在所述排气通道内，在所述负压风机上方安装有防逆流装置，用于防止气体回流到通道内。

优选的，所述排气组件包括第一进气管、第二进气管、橡胶塞、第一连接杆以及推拉杆，所述第一进气管安装在排气组件的头端，所述第二进气管与所述第一进气管连通设置，所述橡胶塞、第一连接杆以及推拉杆一体成型，所述推拉杆两侧焊接有滑块，所述滑块另一端连接有液压装置，所述第二进气管两侧开设有凹槽，所述滑块在所述凹槽内随推拉杆上下滑动。

优选的，所述系统还包括减速装置，包括：

可以升降的减速带；

升降机构，用于驱动所述减速带上下动作；

两排同样规格的传感器模块，用于机动车经过时将信号发送给测速装置；

测速装置，与所述传感器模块电性连接，用于检测车辆经过两排传感器之间的平均速度；

控制模块，与所述测速装置电性连接，用于根据所述测速装置检测的经过两排传感器之间时的速度来控制升降机构动作，以驱动所述减速带升降。

优选的，所述升降机构包括齿条和两个同样规格的齿轮，所述齿条与齿轮啮合传动，所述齿条与连接横杆的第二连接杆连接设置，所述齿条带动所述第二连接杆和横杆在空槽里滑动。

优选的，所述辅机安装在平整的道路的一侧或者安装在带有上下坡道路的坡底的一侧，所述主机安装在平整的道路的另一侧或者安装在带有上下坡道路的坡底的另一侧；所述机动车为单方向检测或双向检测；所述辅机和主机仅一侧安装有减速装置或两侧均有安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)解决了传统不透光烟度检测设备的缺点，即可在线遥感检测尾气的不透光烟度，不影响车辆行驶、节约人力和时间成本，没有安全隐患，不受外界光线影响，白天和夜晚都可以进行检查，可以用于各种类型的机动车检测，检测范围广；(2)利用负压装置使机动车排放的尾气能够尽可能多的聚集在激光通道范围内，以此提高尾气检测的精准度和检测效果，利用升降机构自动上升减速带使机动车降速，既方便又省力，还可以进一步提高检测效果；(3)将辅机和主机安装在具有上下坡道路的坡底的两侧且没有安装负压装置，可以使机动车排放的尾气自然向上流动的时候刚好光纤分束器分成的多束激光穿过，既完成了机动车尾气检测的目的，又节省了安装负压装置的成本。

附图说明

图1为本发明整体结构的示意图；

图2为本发明辅机的侧视剖面图；

图3为本发明主机的侧视剖面图；

图4为本发明辅机的包含模块示意图；

图5为本发明主机的包含模块示意图；

图6为本发明减速装置的包含模块示意图；

图7为本发明实施例1的整体示意图；

图8为本发明实施例1的俯视示意图；

图9为本发明负压装置的结构示意图；

图10为本发明实施例2的整体示意图；

图11为本发明实施例2的俯视示意图；

图12为本发明实施例3的整体示意图；

图13为本发明实施例3的俯视示意图；

图14为本发明实施例4的整体示意图；

图15为本发明实施例4的俯视示意图；

图16为本发明A处的结构示意图；

图17为本发明B处的结构示意图。

图中：1辅机、2主机、3摄像机、4负压装置、5第一电源模块、6绿激光器、7光纤分束器、8光电二极管接收模块、9工控机、10车牌识别单元、11不透光烟度处理单元、12信号采集处理电路、13第二电源模块、14盖板、15排气组件、16负压风机、17防逆流装置、18第一进气管、19第二进气管、20橡胶塞、21第一连接杆、22推拉杆、23滑块、24液压装置、25凹槽、26第一减速带、27升降机构、28传感器模块、29测速装置、30控制模块、31齿条、32齿轮、33第二连接杆、34横杆、35空槽、36排气通道、37减速装置、38激光通道。

具体实施方式

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做出创造性劳动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。

实施例：

请参阅图1至图17，本发明提供一种技术方案：

实施例1：

该监测系统安装有一些硬性条件：安装路面要求微上坡，坡度在1°～5°范围内；点位周边500米内能接入光纤宽带，200米内需有接电点；道路中间和两侧有绿化带，两侧绿化带宽度不小于1米，道路单方向车道总宽度在15米以内点位施工位置下方3米深范围内无市镇管道及电缆和光缆；点位路段车辆速度>40km/h，日均车流量在5000辆/天左右。

如图1和图8所示，一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统，包括辅机1、可以升降的主机2以及摄像机3，所述辅机1和主机2之间形成激光通道38用于机动车尾气检测，该监测系统为机动车尾气单方向检测，图上箭头方向为机动车行驶的方向，所述辅机1安装在平整的道路的一侧，用于发射激光光源；所述主机2安装在平整的道路的另一侧，用于接收所述辅机1发射的激光光源，所述摄像机3安装在单方向车辆行驶方向的L立杆上，用于拍摄机动车的车牌号，并将车牌号信号传输至主机2，如图2和图4所示，所述辅机1包括第一电源模块5、绿激光器6以及光纤分束器7，所述第一电源模块5为所述辅机1供电，所述绿激光器6，用于发出520nm波长的绿激光，所述光纤分束器7，用于将所述绿激光器6发出的绿激光分成多路激光，因为机动车的排烟孔高度不一致，安装的位置有高有低，为了涵盖各种类型的机动车，光纤分束器7将绿激光器6产生的激光分为多束，同时从不同高度的位置射向主机2的光电二极管接收模块8，以此可以满足各种类型的机动车尾气检测。

如图3和图5所示，所述主机2包括光电二极管接收模块8、工控机9、信号采集处理电路12以及第二电源模块13，所述光电二极管接收模块8用于接收来自绿激光器6发出的激光光源，并把光信号转换为电信号，所述工控机9包括车牌识别单元10和不透光烟度处理单元11，所述车牌识别单元10用于接收来自摄像机3拍摄的车牌信号，并通过图像处理技术识别车牌号，所述不透光烟度处理单元11用于计算车辆的烟度值，所述信号采集处理电路12，用于将模拟电信号转换为数字信号发到工控机9内的不透光烟度处理单元11，所述第二电源模块13为所述主机2供电，所述主机2内安装有烟度前级板和控制主板。本发明根据比尔-郎伯定律，以光衰减的物理作用为原理并结合光电检测技术对烟炱微粒的浓度进行测量，烟炱微粒浓度越大，通过的光衰减就越多，以此达到准确测量机动车尾气不透光烟度的目的，简单来说就是利用主机2的高度可以上下调整的特性，使光电二极管接收模块8刚好可以完全接收到光纤分束器7发送的激光，还可通过网络将数据上传至后台服务器，实现远程在线检测的目的。

本发明中，辅机1中的第一电源模块、绿激光器以及光纤分束器和主机2中的光电二极管接收模块、车牌识别单元、不透光烟度处理单元、信号采集处理电路以及第二电源模块等可采用现有技术硬件，此处不再赘述。

如图8和图9所示，为了提高检测的精准度和检测效果，所述系统还包括负压装置4，所述负压装置4包含有若干个，等间距的嵌设在所述激光通道38的下方道路上，使机动车排放的尾气短时间内尽可能多的聚集在所述激光通道38范围内，如图16所示，所述负压装置4包括带有孔洞的盖板14、排气组件15、排气通道36以及负压风机16，所述盖板14用于封盖所述排气通道36，所述排气组件15嵌套在所述排气通道36内，所述排气通道36开设在所述负压装置4的内部，用于吸入机动车排放的尾气，所述负压风机16安装在所述排气通道36的底端，用于将所述排气通道36里的空气排出，在所述负压风机16上方安装有防逆流装置17，用于防止气体回流到通道内，所述排气组件15包括第一进气管18、第二进气管19、橡胶塞20、第一连接杆21以及推拉杆22，所述第一进气管18安装在排气组件15的头端，所述第二进气管19与所述第一进气管18连通设置，所述橡胶塞20、连接杆21以及推拉杆22一体成型，所述推拉杆22两侧焊接有滑块23，所述滑块23另一端连接有液压装置24，所述液压装置24与控制模块30电性连接，所述第二进气管19两侧开设有凹槽25，所述滑块23可以在所述凹槽25内随所述推拉杆22上下滑动。

如图6所示，为了进一步提高检测效果，需要将机动车排出的尾气短时间内尽可能多的聚集在一块，所以就需要将车辆的速度降下来，为了达到此目的，所述监测系统还包括减速装置37，所述减速装置37安装在所述激光通道38的一侧，所述减速装置37包括减速带26、升降机构27、传感器模块28、测速装置29以及控制模块30，如图7和图8所示，所述减速带26相对路面可以上下升降，在所述激光通道38的一侧安装有减速带26；所述升降机构27用于驱动所述减速带26上下升降，所述传感器模块28包括两排同样规格的传感器，前后间距一定的距离平行安装在所述检测道路上，在所述激光通道38的一侧安装有传感器模块28，所述传感器模块28用于机动车经过时将信号发送给测速装置29，所述测速装置29与所述传感器模块28电性连接，用于检测车辆经过两排传感器之间的平均速度，所述控制模块30与所述测速装置29电性连接，用于根据所述测速装置29检测的经过两排传感器之间时的速度来控制升降机构27动作，以驱动所述减速带26上下升降，如图17所示，为了方便省力，自动化调节减速带26高度的目的，所述升降机构27包括齿条31和齿轮32，所述齿轮32包含两个同样规格的齿轮，所述齿轮32一左一右安装在所述齿条31的两侧，所述两个齿轮32分别和两个电机的驱动轴连接，所述两个电机的驱动轴的转动方向相反，例如当左侧的齿轮32逆时针转动，右侧的齿轮32就顺时针转动；当左侧的齿轮32顺时针转动，右侧的齿轮32就逆时针转动，所述齿条31与齿轮32啮合传动，所述齿条31和第二连接杆33连接设置，所述齿条31利用与齿轮32的啮合带动第二连接杆33和横杆34在空槽35里上下滑动；当然根据实际情况，该监测系统也可以不安装减速装置37，当不安装减速装置37时该监测系统是在车辆不减速或踩油门状态下检测尾气的烟度值，当车辆踩油门时车辆排放的尾气就会越多，尾气越多测量的效果越好，所以为了效果更好，一般会将检测系统安装在有一定坡度的路上。

本发明中，对于安装该监测系统的位置有一些硬性条件：安装路面要求微上坡，坡度在1°～5°范围内；安装点周边500米内能接入光纤宽带，200米内需有接电点；道路中间和两侧有绿化带，两侧绿化带宽度不小于1米，道路单方向车道总宽度在15米以内，安装点施工位置下方3米深范围内无市镇管道及电缆和光缆；安装点路段车辆速度>40km/h，日均车流量在5000辆/天左右。

本发明中，减速带、传感器模块以及测速装置等可采用现有技术硬件，具体可参照：“机动车尾气遥感监测系统研究与应用分析-天津交通职业学院(学术论文)陈晴”，而控制模块可采用型号为AT89S51的单片机来实现控制功能，此处不再赘述。

实施例2：

如图10和图11所示，本实施例2与实施例1的区别在于，实施例1的尾气不透光烟度在线遥感监测系统为机动车尾气单方向检测，仅仅在机动车尾气单方向检测的车辆行驶方向的L立杆上安装有摄像机3，仅在激光通道38的一侧安装有减速装置37。而实施例2为机动车尾气双向检测，在机动车尾气双向检测的车辆行驶方向的L立杆上均安装有摄像机3，在激光通道38的两侧均安装有减速装置37。除此之外，其余结构与实施例1相同。

实施例3：

如图12和图13所示，本实施例3与实施例1的区别在于，实施例1的尾气不透光烟度在线遥感监测系统包括负压装置4，且辅机1和主机2分别安装在平整的道路的两侧，而实施例2不包括负压装置4，图12的箭头C所示此监测系统选择的是带有一定坡度的道路，由于有坡度车辆上坡的时候需要深踩油门，排放更多的尾气，即冒更多的烟，所以能实现检测更精准和测量效果更好的目的。该辅机1和主机2分别安装在带有上下坡道路的坡底的两侧，将辅机1和主机2设置在具有上下坡道路的坡底的两侧的目的是在机动车排放的尾气自然向上流动的时候刚好光纤分束器7分成的多束激光穿过。除此之外，其余结构与实施例1相同。

实施例4：

如图14和图15所示，本实施例4与实施例1的区别在于，实施例1的尾气不透光烟度在线遥感监测系统为机动车尾气单方向检测，仅仅在机动车尾气单方向检测的车辆行驶方向的L立杆上安装有摄像机3，且包括负压装置4，辅机1和主机2安装在平整的道路的两侧，仅在激光通道38的一侧安装有减速装置37，而实施例2为机动车尾气双向检测，在机动车尾气双向检测的车辆行驶方向的L立杆上均安装有摄像机3，无负压装置4，辅机1和主机2安装在带有上下坡道路的坡底的两侧，将辅机1和主机2设置在具有上下坡道路的坡底的两侧的目的是在机动车排放的尾气自然向上流动的时候刚好光纤分束器7分成的多束激光穿过，在激光通道38的两侧均安装有减速装置37。除此之外，其余结构与实施例1相同。

该机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统的工作原理如下：

当一辆机动车经过该系统的传感器模块28的两排传感器时，测速装置29会检测车辆经过两排传感器之间的平均速度，当平均速度超过系统所设定的阈值时，控制模块30会操控升降机构27动作，升降机构27的两个电机工作，驱使左边的齿轮32逆时针转动，右边的齿轮32顺时针转动，以此驱动齿条31向上运动，和齿条31固定连接的减速带26会被抬升至高于路面一定高度，以此来提醒司机主动降速，当车辆行驶到正好进入激光通道38的范围内，负压装置4工作，首先负压风机16开启，将排气通道36内底部的空气排出，液压装置24动作带动推拉杆22和滑块23在凹槽25里连续上下滑动，将排气通道36顶部的空气抽到底部，使排气通道36整体形成负压，以使排放的尾气短时间内尽可能多的聚集在激光通道38内，由于车辆会遮挡光路，此时，系统知道有机动车驶入，系统快速进行校零工作，然后开始进行多个光路的多次数据采集工作，光纤分束器7将绿激光器6发出的绿激光分成多路激光发送给光电二极管接收模块8，光电二极管接收模块8将光信号转换为电信号，发送的绿光源经过机动车排放的尾气时会发生衰减，浓度越高，衰减的越多，在此过程中，会出现有的光路被车身遮挡，系统采集到的光路不透光烟度值基本接近100％，对于数据大于90％以上值，则舍弃，为无效数据；然后保存其他有效数据，并取最大值作为不透光烟度的检测结果，另外系统识别到机动车驶入时，同时向摄像机3发生拍照指令，然后车牌识别单元10进行车牌号识别，不透光烟度处理单元11计算车辆的烟度值，当完成一辆车辆的检测后，系统中带有车牌号和不透光烟度值的数据上传给使用单位的后台服务器，为对车辆的有效监管提供依据。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统，其特征在于，包括：

辅机（1），安装在道路的一侧，用于发射激光光源；

和可以升降的主机（2），安装在道路的另一侧，用于接收所述辅机（1）发射的激光光源，所述辅机（1）和主机（2）之间形成激光通道（38）用于机动车尾气检测；

摄像机（3），安装在车辆行驶方向的L立杆上，用于拍摄机动车的车牌号，并将车牌号信号传输至主机（2）；

还包括：

负压装置（4），嵌设在所述激光通道（38）的下方道路上，用于将机动车排放的尾气吸入到激光通道（38）范围内，所述负压装置（4）包括：

排气通道（36），开设在所述负压装置（4）的内部，用于吸入机动车排放的尾气；

负压风机（16），安装在排气通道（36）的底端，用于将所述排气通道（36）里的空气排出，

所述负压装置（4）还包括带有气孔的盖板（14）和排气组件（15），所述盖板（14）用于封盖所述排气通道（36），所述排气组件（15）嵌套在所述排气通道（36）内，在所述负压风机（16）上方安装有防逆流装置（17），用于防止气体回流到通道内，所述排气组件（15）包括第一进气管（18）、第二进气管（19）、橡胶塞（20）、第一连接杆（21）以及推拉杆（22），所述第一进气管（18）安装在排气组件（15）的头端，所述第二进气管（19）与所述第一进气管（18）连通设置，所述橡胶塞（20）、第一连接杆（21）以及推拉杆（22）一体成型，所述推拉杆（22）两侧焊接有滑块（23），所述滑块（23）另一端连接有液压装置（24），所述第二进气管（19）两侧开设有凹槽（25），所述滑块（23）在所述凹槽（25）内随推拉杆（22）上下滑动；

所述系统还包括减速装置（37），包括：

可以升降的减速带（26）；

升降机构（27），用于驱动所述减速带（26）动作；

两排同样规格的传感器模块（28），用于机动车经过时将信号发送给测速装置（29）；

测速装置（29），与所述传感器模块（28）电性连接，用于检测车辆经过两排传感器之间的平均速度；

控制模块（30），与所述测速装置（29）电性连接，用于根据所述测速装置（29）检测的经过两排传感器之间时的速度来控制升降机构（27）动作，以驱动所述减速带（26）升降，所述升降机构（27）包括齿条（31）和两个同样规格的齿轮（32），所述齿条（31）与齿轮（32）啮合传动，所述齿条（31）与连接横杆（34）的第二连接杆（33）连接设置，所述齿条（31）带动所述第二连接杆（33）和横杆（34）在空槽（35）里滑动。

2.根据权利要求1所述的一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统，其特征在于，所述辅机（1）包括：

第一电源模块（5），为所述辅机（1）供电；

绿激光器（6），用于发出520nm波长的绿激光；

光纤分束器（7），用于将所述绿激光器（6）发出的绿激光分成多路激光。

3.根据权利要求2所述的一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统，其特征在于，所述主机（2）包括：

光电二极管接收模块（8），用于接收所述绿激光器（6）发出的激光光源，并把光信号转换为电信号；

工控机（9），包括车牌识别单元（10）和不透光烟度处理单元（11），所述车牌识别单元（10）用于接收来自摄像机（3）拍摄的车牌信号，并识别车牌号，所述不透光烟度处理单元（11）用于计算车辆的烟度值；

信号采集处理电路（12），用于将模拟电信号转换为数字信号发到工控机（9）内的不透光烟度处理单元（11）；

第二电源模块（13），为所述主机（2）供电。

4.根据权利要求1所述的一种机动车尾气不透光烟度在线遥感监测系统，其特征在于，所述辅机（1）安装在平整的道路的一侧或者安装在带有上下坡道路的坡底的一侧，所述主机（2）安装在平整的道路的另一侧或者安装在带有上下坡道路的坡底的另一侧；所述机动车为单方向检测或双向检测；所述辅机（1）和主机（2）仅一侧安装有减速装置（37）或两侧均有安装。