摘要：

    紅外光門能夠檢測從收費站出入口車道通行的車輛而無需大面積的土建工程及破壞道路表面。采用紅外光技術進行車輛檢測已經成為地上車輛檢測器的主要方法之一，并在近幾年的高速公路監控系統中得到廣泛的應用。本文主要介紹了紅外光門的基本原理和在監控系統中的應用方式。

    唐港高速公路起自唐山東立交（與唐津高速公路連結），在樂亭雷家鋪與沿海公路相聯進入京唐港區，全長80.2公里。該公路為全封閉全立交雙向6車道高等級汽車專用高速公路。監控收費系統作為機電工程不可或缺的一部分，在監控過程中對通行車輛圖像的抓拍極為重要，如何使車輛圖像抓拍達到精確、如實地反映車輛信息成為監控系統中的關鍵之一。

    高速公路監控系統是在城市街道交通管制系統的基礎上發展起來的。近年來隨著計算機技術、自動化技術和光纖通信技術的發展，我國的高速公路監控系統的技術結構也隨之變化，車輛檢測器尤為突出。被動式紅外線車輛檢測器（以下簡稱紅外光門）的應用非常廣泛，因其價格低廉，技術性能穩定，深受廣大業內人員的歡迎。

    紅外光門是紅外線車輛檢測器的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，通過同步回路選通電路檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。多數光電開關選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。工作原理如圖

    測技術有超聲波檢測、微波多普勒檢測、微波真空現場檢測、可見光視頻檢測、紅外線視頻檢測、聲學檢測、磁力計檢測、感應線圈檢測等。與其他檢測技術相比，紅外光門具有以下特點：

    一、紅外光門通過類似于光學鏡頭式地瞄準可視范圍，可以按車道“聚焦”檢測域。

    紅外光門是靠檢測車輛進入收費車道時遮擋自身發射的紅外線進行工作的，檢測器收集外界的紅外輻射聚焦到紅外傳感器上，紅外傳感器通常采用熱釋電元件，這種元件在接收的紅外輻射溫度發生變化時就會向外釋放電荷，檢測處理后向車道工控機發出信號。

    根據傳感器的特點和唐港高速公路的實際情況，我們采用了E3JK回歸反射型紅外光門。其接線方式為導線引出型，便于和工控機進行連接，有效檢測距離為3米，適合于收費車道。輸出狀態采用繼電器輸出方式。

    當遇到車輛進入車道遮擋住傳感器發出的紅外光線時，傳感器發給收費亭內工控機信號，車道監視器實時抓拍，圖像記錄在工控機中，這樣就完成了一次車輛圖像抓拍，與以往單獨使用線圈式車輛檢測器配合車道攝像機實施抓拍的方式相比，紅外光門使圖像抓拍的位置比較精確，誤差小于1cm，而且反應時間迅速。

    二、紅外光門不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響

    E3JK回歸反射型紅外光門標準檢測物體為Φ75mm以上的不透明物體，在工作時適應的溫度為-25℃— 
55℃，濕度為45—85%RH。該檢測器以被動的方式檢測，能穿透煙霧和水汽，在很大程度上不受氣候的影響。只對可視范圍內精確定義的溫度突然變化做出響應，并忽略在一天內和一年內天氣情況導致的路面緩慢變化。通過以微處理器為核心的數字化處理，用以幫助攝像機實現圖像的抓拍。

    三、紅外光門僅僅接收自發的紅外輻射，不會造成對周圍環境的輻射污染。

    E3JK回歸反射型紅外光門，由紅色發光二極管發射的波長為660nm，這種輻射是人眼所不能看見的。

    四、被動車輛檢測器器件功耗很小，隱蔽性較好，能裝在收費亭外部，不需要昂貴的土建施工費用。

    紅外光門安裝過程很簡單，只需將檢測器中的信號線接入到工控機中即可實現，需要用到的工具和材料也很少，不影響收費工作的正常進行。在連接完畢后，也可以重新設置和校準，節約了大量的人力物力。

    對于選用車輛檢測技術，應當從功能性、通訊、安裝、維護以及作業環境、應用效果、相關成本、技術發展等八個方面進行評估。

    功能性

    該部分主要用來評估車輛檢測設備的能力是否能達成實際應用設定的目標

    1、功能是否符合需求：例如是否能滿足事件檢測、交通流量監測等應用的需求，如果參與評估的檢測技術無法直接或間接獲得應用所需的參數，將直接摒除于評選方案之外。2、系統整合的可行性：所提供的資料（例如交通技術參數、資料格式等）在未來是否可與其他系統兼容。3、獲得必要交通參數時所需進行的數據處理需求：例如所攜帶的應用軟件是否容易操作，統計分析或報表打印功能是齊全，是否需另外自行開發程序等。4、用戶接口應具易操作性：設備操作如需聘請特殊技術人員或需經過長時間的技術培訓，勢必會造成技術移轉困難或移轉時間加長，因而提高建設成本。5、未來設備擴充的可行性：考慮交通信息搜集的廣度與年度要求日益提升，以及營運部門設備計劃經費多采逐年核算方式，檢測器的功能應保留系統擴充的可行性，例如由單車道檢測擴充為多車道檢測等。

    二、通訊需求

    該部分評估檢測技術在整合應用時，是否具有與其他系統間進行數據傳輸的能力，其主要評估的項目有以下幾點：1、外場控制器所使用的接口。2、與遠程控制系統（如交通控制中心）所使用的接口。3、與現有或已規劃的通訊系統間的兼容性。

    三、安裝需求

    該部分確認檢測技術初始時的相關成本需求。應評估的項目如下：1、對環境造成的沖擊：評估建設施工是否對路側設施（如路燈、可變信息系統等）造成破壞，設備若掉落是否會影響用路人安全等。2、施工建設或維修時造成的交通沖擊：評估安裝時道路是否封閉與封閉期對交通構成的沖擊、影響等。3、建設點的結構與所需裝備。4、電源供給。5、初始化評估：主要指檢測區域的選定與調整。

    四、維護需求

    設備維護的信息非常不易取得，尤其是對于新的檢測技術或產品而言。因此，該部分的評估主要依靠應用經驗。應評估的項目如下：1、造成的交通沖擊：包括范圍與時間。2、維護或維修的需求：如果設備需要經常性地校估和調整，或設備不穩定，經常性地出現故障待修將提高建設成本。3、系統錯誤回報機制：當檢測系統故障時，最好能立即回報出信息以供及時報修。4、特殊人員技術的需求：設備維護如需聘請特殊技術人員，勢必會提高維護成本。5、特殊裝備的需求：維護作業如需使用特殊裝備，勢必會提高維護成本。

    五、作業環境

    作業環境直接影響到檢測設備的生命周期，因此該部分應評估檢測設備對于環境因素的適應性。這些因素同時包括自然與人為兩部分。它的主要表現形式為：1、天氣的影響：指風、濕度、溫度、雨雪等。2、交通的影響：指對路面的震動、車流影響等。3、設備重量尺寸。4、道路形式的影響：特殊的路型，如隧道、吊橋，會影響檢測器的檢測效能。5、地形影響：視線起伏與分岔路都會影響檢測器的檢測效能。6、照明因素：包含；白天、晚上、陰天等。7、電磁波干擾。8、污染影響：車輛排放的廢氣、灰塵或其他特殊的空氣成分對作業現場的影響等。9、生物影響：鳥類、昆蟲或其他動物。

    六、應用效果

    目前，與先進車輛檢測技術應用效果有關的信息相當有限。因此，這部分的評估目的，在于得知目前有多少種車輛檢測技術被測試于、使用于交通領域。以下幾類的研究或評論將有助于獲得所需的信息：1、測試結果：包含實驗室或現場測試。2、市場占有率。3、在其他領域的應用經驗：例如紅外線檢測在其他領域的應用技術已相當成熟。

    七、相關成本預測分析

    雖然在實際的系統規劃設計完成前，要精確地估算成本并不容易，但仍然可以從幾個方面來進行相關的成本評估：1、直接成本：該部分包括單位售價、運作成本與維護成本。現有技術的直接成本可以從文獻或廠商的報價中獲得。2、間接成本：該部分包括安裝、維護與維修時所造成的交通沖擊成本。3、既有系統的成本：如果已有現存的檢測系統，例如環形線圈檢測器，則應將舊系統的成本加入評估。

    八、技術發展因素

    檢測技術的應用與發展趨勢，也是選擇檢測技術時的重要評估方向。對于現有的檢測技術，可從系統供貨商處取得有關的研發信息，并得以了解系統未來功能擴充的方向，但對于發展中的先進檢測技術而言，系統發展方向會受公司營運計劃的影響。因此，檢測技術的可用性可從以下幾個方向加以評估：1、現有技術的供貨商數目。2、先進技術預期的運作效能：1）實地測試結果；2）在其他領域的應用；3）設備研發公司的研發計劃。

    多種檢測技術相互搭配運用在理論上是可行的，而且有幾種實質上的意義，即功能性互補。每種檢測技術都有其檢測原理上的限制，因此都無法獲得所需的所有交通參數，為了獲取ITS應用所需的所有交通參數，可利用多種檢測器相互搭配的方式。例如，用被動式紅外線檢測器搭配超音波式或多普勒式微波檢測器。當用被動式紅外線搭配超音波式檢測器時，就可提高車輛出現、停止、車流量、車輛高度與距離等檢測的準確度；當用被動式紅外線搭配多普勒式微波檢測器時，即可獲得車輛出現數、停止檢測、車流量、速度及車長類等交通參數。多普勒式微波檢測器可測中、高行車速度，被動式紅外線檢測器可測流量與車輛出現數；在車輛行駛處于中速時，因被動式紅外線檢測器可自動校估速度測量參數，這種校估就可提高低車速與停止檢測的檢測準確率。

    結束語：

    紅外光門技術是唐港高速公路監控收費系統穩定、可靠、有效、持續運行的重要保證。采用被動式紅外線車輛檢測器進行車輛圖像抓拍和車牌號碼識別，使唐港高速公路圖像抓拍率達到92.4%，大量地杜絕了車主、司機作弊的行為，并具有安裝維護簡單、穩定、可靠、監測直觀等優點，系統穩定運行已近兩年，效果良好.