激光測距傳感器在智能交通領域的應用

激光測距技術在物聯網智能交通中的一些可能應用方向,主要包括:激光測速傳感器、汽車防撞系統、車流量監控、車型描畫、車輛行人違法監測以及其他一些精密監控測量中的應用等。

 

汽車防撞探測器

一般來說,大多數現有汽車碰撞預防系統的激光測距傳感器使用激光光束以不接觸方式用于識別汽車在前或者在后形勢的目標汽車之間的距離,當汽車間距小于預定安全距離時,汽車防碰撞系統對汽車進行緊急剎車,或者對司機發出報警,或者綜合目標汽車速度、車距、汽車制動距離、響應時間等對汽車行駛進行即時的判斷和響應,可以大量的減少行車事故。在高速公路上使用,其優點更加明顯。

 

車流量監控及車輪廓描畫

這種使用方式一般固定到高速或者重要路口的龍門架上,激光發射和接收垂直地面向下,對準一條車道的中間位置,當有車輛通行時,激光測距傳感器能實時輸出所測得的距離值的相對改變值,進而描繪出所測車的輪廓。

這種測量方式一般使用測距范圍小于30米即可,且要求激光測距速率比較高,一般要求能達到100赫茲就可以了。

這對于在重要路段監控可以達到很好的效果,能夠區分各種車型,對車身高度掃描的采樣率可以達到10厘米一個點。對車流限高,限長,車輛分型等都能實時分辨,并能快速輸出結果。

在沒有車輛到來時,激光測距傳感器測出的是一個距離常量,也就是激光測距傳感器到地的距離,當有車輛從激光測距傳感器下面經過時,距離值改變,當距離值再次回到常量就認為有一輛車通過,根據這種方式我們可以對通過一些路段的車流量進行監控。

現在常用的方法是對一段時間內的車流進行統計平均的方法,帶有很大的估計成分,而視頻統計的方法還有很多現實應用的困難,因此,激光測距統計方法為車流量統計提供了一種可行的方案。

 

車輛行人違法監測

由于激光測距傳感器的光束不是實質性的障礙,在利用激光測距傳感器對路面進行監控的時候,并不會阻礙交通的正常運行。

因此,在一些禁停或者禁止行人車輛通行的路段,用激光束平行路面以一定高度進行固定發射或者以一定角度進行掃描,當遇到有車輛違法停車闖紅燈或者行人違法跨越護欄等,激光測距距離值改變,可以進行報警或者警示。

這種應用光束不必要太寬,但一般要求測距距離比較長,以確保一定路段長度的防護距離。這種方式構成的智能交通違法監控系統將在交通物聯網中得到很大的應用。

 

激光測速傳感器

激光測距傳感器是激光測距技術在交通管理領域最早的一種形式,因為其卓越的性能,在實際應用中逐漸得到普及。激光測距傳感器是采用激光測距的原理,是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距,取得在此時間間隔內被測物體的距離變化,從而得到該被測物體的移動速度。

激光測速儀分為固定式的和移動式兩種,固定式的一般固定在路邊或者龍門架上,以一個比較小的角度迎向來車,一般通過車牌反射進行測量,測量精度比較高,可以達到±1公里/小時,測速范圍可達250公里/小時,測距范圍在此應用中不用太大,一般80到100米即可。

移動式激光測速儀對操作要求比較高,一般光束發散角度要大于3 mrad,鑒于激光測速的原理,激光光束必須要瞄準垂直與激光光束的平面反射點,又由于車輛處于移動狀態,車體平面不大,且測速需要一定時間,只能作為臨時測速,取證應用。

激光測距傳感器由于光束發散角度較小,便于測速取證,不像雷達多普勒測速儀,在多車道測量時不能確知超速的具體車輛,且由于激光測速傳感器發射的是近紅外的光波,不能被雷達探測器、電子狗等探側,且不易受市區雷達雜波干擾。

 

在當下最火熱的無人駕駛領域,也是激光測距傳感器大顯身手的地方

谷歌的無人駕駛汽車一個“突出”的特點就是其車頂上方的旋轉式激光測距儀,該測距儀能發出 64 道激光光束,幫助汽車識別道路上潛在的危險。該激光的強度比較高,能計算出 200 米范圍內物體的距離,并借此創建出環境模型。

 

激光測距傳感器在智能交通領域的應用的圖1

谷歌無人汽車

 

據負責無人駕駛汽車項目的總工程師Sebatian Thrun介紹,整個系統的核心是車頂上的激光測距儀(Velodyne 64-beam)。該設備在高速旋轉時向周圍發射64束激光,激光碰到周圍的物體并返回,便可計算出車體與周邊物體的距離。

計算機系統再根據這些距離數據描繪出精細的 3D 地形圖,然后跟高分辨率地圖相結合,生成不同的數據模型供車載計算機系統使用。


激光測距傳感器在智能交通領域的應用的圖2

汽車頂部的激光測距儀是整套系統的核心 


激光測距傳感器在智能交通領域的應用的圖3

無人駕駛系統描繪出的3D地形圖

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激光測距傳感器在智能交通領域的應用的圖4

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