隨著中國公路建設(shè)的迅速發(fā)展和公路網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大, 車輛檢測設(shè)備被越來越廣泛的使用， 作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分和基礎(chǔ)單元，其性能的穩(wěn)定可靠性、輸出數(shù)據(jù)的精確性、接口兼容性都直接影響到上一層的數(shù)據(jù)甚至整個系統(tǒng)的優(yōu)劣。環(huán)形感應(yīng)檢測線圈是過去使用最為廣泛的車輛檢測器，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、成本低廉，但安裝時需破壞路面，容易損壞，難以分辨過于靠近的車輛，不能準(zhǔn)確分辨半掛車和拖掛車，而且其輸出數(shù)據(jù)單一，難以符合系統(tǒng)對車輛綜合數(shù)據(jù)采集的要求。 　　 今天，越來越多新的傳感技術(shù)如紅外光電技術(shù)、微波技術(shù)、視頻技術(shù)、超聲波技術(shù)等被應(yīng)用在車輛檢測領(lǐng)域，這些新技術(shù)可以提供更為豐富的交通數(shù)據(jù)，更高的可靠性和更長的使用壽命，本文就紅外線車輛檢測器的技術(shù)和應(yīng)用做出詳細(xì)的探討。 　　 　　系統(tǒng)原理與配置 　　 紅外線車輛檢測器的原理是通過線性排列的紅外光發(fā)射和接收來實(shí)現(xiàn)對車輛的同步掃描，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而實(shí)現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測，與其它檢測技術(shù)相比，紅外線車輛檢測器產(chǎn)品技術(shù)成熟，安裝簡便，高速響應(yīng)，抗干擾性強(qiáng)，可輸出豐富的車輛數(shù)據(jù)信息，能可靠檢測各種特殊車輛。 　　 自1978年開始，美國科學(xué)技術(shù)公司（STI）就與北美智能交通領(lǐng)域的系統(tǒng)集成商合作，開發(fā)了適合公路交通行業(yè)的紅外線車輛掃描系統(tǒng)以滿足特殊的使用要求，至今，STI紅外線車輛掃描系統(tǒng)已有超過6000套被應(yīng)用在世界各地的智能交通系統(tǒng)中，其主要用于：一般公路收費(fèi)站、不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）、自動車輛分類系統(tǒng)、公路計重收費(fèi)系統(tǒng)、固定式超限檢測站。 　　 　　一套完整的紅外車輛分離器包括： 　　 發(fā)射器和接收器：發(fā)射器內(nèi)置線性排列的高能量發(fā)光元件，接收器內(nèi)置與發(fā)射器數(shù)量相同的接收元件，發(fā)射器和接受器的對應(yīng)光電元件依次按順序同步觸發(fā)，檢測光路是否導(dǎo)通，當(dāng)汽車通過掃描區(qū)域時，部分或全部光束被遮擋，因而被檢測出。 　　 控制單元：讀取并處理發(fā)射器/接收器的同步掃描信號，同時檢測光幕工作狀態(tài)，提供多種輸出信號，如：繼電器輸出、串口輸出、模擬量輸出。 　　電纜線：連接發(fā)射器/接收器與控制器的接插電纜，一般長度為10-15m. 　　防護(hù)外罩：為不銹鋼或冷扎鋼板噴塑材料，為分離器提供防護(hù)，內(nèi)置電加熱玻璃、溫度控制器、濕度控制器，在濕度過高、溫度過低時實(shí)現(xiàn)自動加熱，以保證車輛分離器在潮濕地區(qū)、雨雪天氣、寒冷季節(jié)可靠使用。 　　 　　在計重收費(fèi)系統(tǒng)或超限檢測系統(tǒng)上的應(yīng)用 　　 計重收費(fèi)作為長效治理公路超限的有效經(jīng)濟(jì)手段,體現(xiàn)了公平收費(fèi)的原則,是目前全國各地正在普遍采用的治超方式，公路計重收費(fèi)系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)組成: 　　 動態(tài)軸重衡器: 是一種低速動態(tài)汽車衡器,對車輛的各軸或軸組進(jìn)行稱重計量,并確定車輛總重量. 　　 輪胎識別器:由一組壓力傳感器來檢測單邊的輪胎個數(shù),當(dāng)車輛輪胎壓過時,將壓力信號轉(zhuǎn)換為輪胎數(shù)量信號. 　　 紅外車輛分離器:通過紅外光的同步掃描來提供車輛的開始和結(jié)束信號,保證稱重數(shù)據(jù)和車輛之間的對應(yīng)關(guān)系. 　　 中央處理系統(tǒng): 集中處理各種傳感器信號、處理數(shù)據(jù)，將有關(guān)信息傳輸給上位收費(fèi)計算機(jī)系統(tǒng)。 　　 作為公路計重收費(fèi)系統(tǒng)或超限檢測系統(tǒng)的重要組成部分，STI紅外線車輛分離器提供準(zhǔn)確的車輛分離信號，可靠檢測脫車的掛鉤，同時能夠不受飛鳥、昆蟲或石塊的干擾，專用的防護(hù)外罩保護(hù)紅外線車輛分離器不受撞擊并能夠自動加熱窗口玻璃，從而自動清除凝露、結(jié)霜，系統(tǒng)可自動檢測并屏蔽有問題的光束，并輸出報警信號。根據(jù)目前中國交通行業(yè)的使用經(jīng)驗(yàn)，檢測高度一般1200mm左右，檢測分辨率為30mm左右，一般使用開關(guān)量輸出信號，有些使用串口數(shù)據(jù)輸出。 　　 根據(jù)科學(xué)技術(shù)公司(STI)紅外線車輛分離器在世界各地收費(fèi)系統(tǒng)和中國公路動態(tài)稱重領(lǐng)域的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn), 推薦使用以下車輛分離器參數(shù)配置: 　　檢測高度: 1220 mm 　　光束間距 22mm 　　掃描時間: 3.4ms 　　最小檢測物體尺寸 30mm 　　掃描檢測模式 同步逐行高速掃描 　　串口輸出: RS485 協(xié)議(用戶選擇)，19,200 波特率. 　　輸出1: 車輛檢測輸出，NPN，150mA 30VDC最大 　　輸出2 故障報警輸出，NPN，150mA 30VDC最大 　　電源要求 24 VDC + 20% 　　電纜 標(biāo)準(zhǔn)接插件電纜15m，防電磁干擾屏蔽線 　　抗光干擾性能 4,0000LUX 干擾光 + 5度入射角. 　　溫度范圍: -40 ℃ 到+ 70℃ 　　防護(hù)等級 NEMA 4, 12, IP 65. 　　 　　在自動車型分類系統(tǒng)（AVC）的應(yīng)用 　　 車型分類的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到公路通行費(fèi)的征收是否公平合理，最初的車輛類型比較簡單，全部由收費(fèi)員人工完成，今天公路收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到能夠自動判別車輛類型。在美國，車輛軸數(shù)是重要的車型判別要素，而在歐洲，車輛分類的要素已經(jīng)是車輛的物理尺寸。 　　自動車輛分類就是通過檢測車輛的各種物理特性并根據(jù)這些信息對車輛自動分類，要達(dá)到準(zhǔn)確的車輛自動分類，一般需要采集以下車輛物理信息： 　　 車輛長度 　　 車輛高度輪廓 　　 車輛軸數(shù)及其位置 　　 是否有掛鉤及其位置 　　 過去的車輛分類系統(tǒng)完全基于軸數(shù)判別，使用環(huán)形感應(yīng)線圈作為車輛分離檢測，用輪軸傳感器采集車軸數(shù)量信息，這類系統(tǒng)在實(shí)際使用中產(chǎn)生了很多問題，環(huán)形線圈用于交通管理是可靠的，但作為收費(fèi)上的車型判別其可靠性則不能滿足要求，系統(tǒng)不能提供車輛長度和高度信息，還不能判別車輛是否有拖掛，反而經(jīng)常將拖掛車判定為兩輛車，近年來，新的傳感技術(shù)提供了新的自動車輛分類的途徑。 　　 在美國，智能交通行業(yè)的系統(tǒng)集成商使用以下車輛檢測單元來組成完整的自動車型分類系統(tǒng)： 　　 紅外線車輛掃描系統(tǒng) 　　 雷達(dá)測速儀 　　 輪軸識別器 　　 AVC處理器 　　 通過以上各檢測單元和AVC處理器,可得到以下車輛數(shù)據(jù)信息: 　　 車輛長度 　　 車輛高度輪廓. 　　 車輛軸數(shù)極其位置 　　 掛鉤是否存在及其位置. 　　 這里所描述的自動車輛分類系統(tǒng)實(shí)際上是通過圖像識別運(yùn)算法則來將車輛準(zhǔn)確地分類，自動車輛分分類系統(tǒng)將車輛長度信息、車軸數(shù)量和間距信息、車輛高度距陣信息形成綜合的圖像，將該圖像與預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)對比，從而實(shí)現(xiàn)車輛的準(zhǔn)確分類， 一輛車的實(shí)際輪廓如下圖所示。 　　 STI的紅外線車輛掃描系統(tǒng)提供了車輛輪廓掃描的解決方案，并提供車輛分離信號，同時還能夠檢測掛鉤是否存在及其位置，由于光學(xué)產(chǎn)品的高速響應(yīng)，當(dāng)車速低于100公里/小時，系統(tǒng)可對車輛間距0.3米車輛實(shí)現(xiàn)可靠的分離檢測并抓取車輛輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)車速低于200公里/小時，對車輛間距0.6米的車輛實(shí)現(xiàn)可靠的分離檢測并抓取輪廓數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動分類超過100種車型，車輛自動分類的準(zhǔn)確率超過99%。 　　 　　產(chǎn)品選型注意事項 　　1．用環(huán)境因素： 　　 中國幅員遼闊，南北東西氣候差異很大，作為一種野外安裝使用的產(chǎn)品，對惡劣氣候條件的免疫性是極其重要的，所選產(chǎn)品要能夠在雨、霧、雪等氣候條件下可靠工作，耐高溫和低溫，抗環(huán)境光的干擾，對雷電、電磁干擾、振動和沖擊都要有很好的免疫性能，這是最重要的也是基本的要求，一般的工業(yè)用光幕，其工作溫度、抗環(huán)境光干擾、防護(hù)等級都與野外使用要求完全不同，在選型時，一定要注意區(qū)分。 　　 美國STI紅外線車輛分離器使用環(huán)境溫度為–40℃—+70℃，最大允許相對濕度95%（50℃時），防護(hù)等級為IP65，可抗40000LUX光干擾，該產(chǎn)品被成功應(yīng)用在寒帶地區(qū)如加拿大和中國東北，熱帶地區(qū)東南亞、中國廣西、四川、南非和阿根廷。 　　 　　2．工作距離和過量增益（EG） 　　 一般而言，車輛分離器在計重收費(fèi)系統(tǒng)中安裝距離為4米左右，但客戶在選型時應(yīng)盡可能選擇工作距離遠(yuǎn)的產(chǎn)品，這是為了保證過多灰塵累積、霧汽和雨雪情況下，產(chǎn)品仍然有足夠的穿透能力,實(shí)現(xiàn)可靠檢測。 　　 過量增益（EG）是評價傳感器工作可靠性的重要指標(biāo)，它表示接收器接收的光能量能否能使傳感器動作，也表示使傳感器產(chǎn)生動作所需要最小的光強(qiáng)度。其計算公式如下： 　　 　　 接收器實(shí)際接收的光強(qiáng)度/ 使接收器產(chǎn)生輸出門檻值 　　 過量增益與檢測距離的關(guān)系是一定的，在一定距離時，過量增益值越大，則表示光幕的穿透能力越強(qiáng)，而在環(huán)境因素和距離不變的情況下，要增加EG值，則只有增加發(fā)射器的能量。STI紅外線車輛分離器采用高能量發(fā)射管, 最大工作距離為24.4米(EG=1),在4.8米安裝距離并保證光路對準(zhǔn)時，過量增益（EG）達(dá)到25倍，可以保證車輛分離器在凝霜結(jié)露、雨雪和灰塵情況下仍可靠工作。 　　 　　3. 非車輛信號干擾: 　　 野外安裝使用時，石塊、飛鳥、昆蟲、冰雹都可能觸發(fā)光幕，使其產(chǎn)生輸出，而專業(yè)的車輛分離器則不受這些因素的干擾，并能夠可靠檢測拖車的掛鉤，STI紅外線車輛分離器可以通過軟件和串口設(shè)置觸發(fā)輸出開啟的尺寸，如設(shè)置為大于10束光被同時遮擋時，系統(tǒng)才認(rèn)為是車輛信號，輸出啟動，只有當(dāng)所有的光束全部導(dǎo)通時，才提供車輛收尾信號。 　　 　　4．智能化的報警功能： 　　 由于在公路安裝的特殊性, 汽車尾氣、泥漿和過多灰塵的累積、昆蟲的停留等都有可能對發(fā)射器和接收器窗口造成光路阻斷，從而造成系統(tǒng)不能正常分車，在早期安裝在江蘇、河南的現(xiàn)場，這類問題尤其突出，這類問題實(shí)際對車輛分離器的診斷和報警功能提出了要求，STI紅外線車輛分離器具備診斷和報警功能，當(dāng)玻璃上有昆蟲停留、泥漿飛濺或過多灰塵時，系統(tǒng)可以自動探測出是否有某一束或幾束光束被長時間非正常阻斷，一旦發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)可以自動忽略這些有問題的光束，并保持正常分車功能，同時產(chǎn)生報警輸出，提醒工作人員盡快消除報警來源，當(dāng)報警原因解除，系統(tǒng)報警會自動關(guān)閉，整過過程中，都不會對車輛分離功能造成影響。 　　 通過隨機(jī)軟件包和簡單的串口指令，可以進(jìn)行報警的參數(shù)設(shè)置，某一束或幾束光束被屏蔽之前需要診斷多少次，每次診斷的時間間隔，最多允許被自動屏蔽的光束數(shù)量都可以設(shè)置。 　　 　　5．使用防護(hù)外罩的重要性： 　　 基于公路行業(yè)使用的特殊性，車輛分離器需要配備防護(hù)外殼，防護(hù)外罩不僅保護(hù)光幕不受日曬雨淋，防止車輛撞擊時損壞光幕，更重要的是消除凝霜結(jié)露，STI紅外線車輛分離器的防護(hù)外殼標(biāo)準(zhǔn)配備電加熱玻璃、溫度控制器和濕度控制器，可實(shí)現(xiàn)自動除霜和除濕功能。對有些超寬車道，防護(hù)外殼還需要實(shí)現(xiàn)可傾倒功能，在有超寬車輛駛?cè)霑r可以側(cè)面傾倒。 　　 　　6．系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性： 　　 作為一種24小時全天侯運(yùn)行的車輛檢測產(chǎn)品，紅外線車輛分離器的穩(wěn)定可靠性尤其重要，在選型時重點(diǎn)考慮產(chǎn)品生產(chǎn)歷史長，技術(shù)成熟可靠的產(chǎn)品，若選用非成熟產(chǎn)品，建議能夠小批量實(shí)驗(yàn)并論證后使用。 　　 　　根據(jù)AT&T Bell實(shí)驗(yàn)室Bellcore標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。STI車輛掃描系統(tǒng)的MTBF(平均無故障工作時間)為11.5萬小時，即13.1年, MTTR（平均維修時間）為20分鐘。 　　 　　7．安裝調(diào)試的簡便性 　　 由于公路收費(fèi)系統(tǒng)野外施工的特殊性，并且一般要求施工期短的特點(diǎn)，現(xiàn)場施工人員一般對紅外線車輛分離器也沒有專業(yè)的知識，所以選擇產(chǎn)品時應(yīng)盡可能選擇安裝快捷、維護(hù)簡單的產(chǎn)品，這樣可以大大節(jié)約現(xiàn)場安裝調(diào)試時間，這要求車輛分離器應(yīng)該易于對準(zhǔn)、快速接插、智能診斷。STI紅外線車輛分離器使用專利的獨(dú)立光束狀態(tài)指示（IBI）功能，使用了高能量、高穿透率光電管，同時具備智能化的診斷和報警功能，使現(xiàn)場安裝對準(zhǔn)工作極為簡便和直觀。