专利名称：一种多车道机动车尾气检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境检测技术领域，尤其涉及一种多车道机动车尾气检测系统。
背景技术：
随着社会经济的快速发展与人民生活水平的提高，机动车的数量逐年增加，机动 车尾气对城市大气环境的负面影响也越来越大，主要表现有引发人类呼吸系统疾病，地表 臭氧含量过高，城市热岛效应加重以及产生光化学烟雾等。因此，对机动车尾气污染物浓度 进行检测的重要性日趋显现。目前，国内外对机动车尾气的检测最常用的方法有无负荷测试方法(包括怠速 法、怠速/高怠速法、双怠速法和自由加速测试法)、稳态测试方法、瞬态测试方法和远距离 遥感检测方法。前三种检测方法都是在特定地点进行，并且检测时间过长，对于快速筛选城市高 污染排放车辆显得无能为力。远距离遥感检测方法利用红外激光技术和非分散红外分析法 (Non-Dispersive Infra-Red, NDIR)技术，可以在道路上完成机动车尾气污染成分的快速 检测。申请号为200910241681. X的申请文件公开了一种多车道机动车尾气遥测装置。 该装置中的红外发射器安装在道路的一侧，红外接收器安装在道路的另一侧，或者红外发 射器和红外接收器安装在道路的同一侧，反射器安装在道路的另一侧，红外发射器发射的 红外光线横穿道路，经机动车尾气吸收后的红外光线由红外接收器接收，实现对尾气中CO 和CO2的检测；紫外发射器安装在道路的一侧，紫外接收器安装在道路的另一侧，或者紫外 发射器和紫外接收器安装在道路的同一侧，反射器安装在道路的另一侧，紫外发射器发射 的紫外光线横穿道路，经机动车尾气吸收后的紫外光线由紫外接收器接收，实现对尾气中 烃类化合物和氮氧化合物的检测。当多车道只有一辆机动车通过时，红外接收器接收的红外光线和紫外接收器接收 的紫外光线仅经过该机动车尾气吸收，可以准确获取该机动车的尾气污染物浓度。当多车 道均有机动车通过时，红外接收器接收的红外光线和紫外接收器接收的紫外光线经过多辆 机动车的尾气吸收，因此只能对多辆机动车的尾气污染物浓度之和进行检测，实现对多辆 机动车尾气污染物浓度的初步分析，而无法对各机动车的尾气污染物浓度进行准确检测。 由此可见，上述多车道机动车尾气遥测装置存在以下缺点在多车道上只有一辆机动车通 过的情况下可以准确检测机动车的尾气污染物浓度，当多车道均有机动车通过时，无法分 别对多辆机动车的尾气污染物浓度进行检测。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多车道机动车尾气检测系统，可以分别对 行进于多车道的机动车的尾气污染物浓度进行准确检测。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案
一种多车道机动车尾气检测系统，包括监测点处理机和设置于各车道的检测子系 统；所述检测子系统包括车辆检测装置、尾气检测装置、牌照检测装置和铺设于路面的反射 带；所述尾气检测装置包括成组设置于所述反射带上方的红外发光器和红外接收器、与所 述红外接收器连接的红外信号处理单元、成组设置于所述反射带上方的紫外发光器和紫外 接收器、以及与所述紫外接收器连接的紫外信号处理单元；所述牌照检测装置包括设置于 所述反射带上方的云台、以及设置于所述云台的图像获取装置；所述车辆检测装置包括成 组设置于所述反射带上方的光发射器和光接收器、以及分别与所述红外信号处理单元、紫 外信号处理单元、图像获取装置、光接收器和监测点处理机连接的控制单元。 优选的，在上述系统中，所述检测子系统进一步包括烟度检测装置；所述烟度检测 装置包括成组设置于所述反射带上方的激光光源和激光接收器、以及分别与所述激光接收 器和所述控制单元连接的激光信号处理单元。 优选的，在上述系统中，所述尾气检测装置包括两组红外发光器和红外接收器，所 述两组红外发光器和红外接收器分别设置于所述车道的两侧；和/或所述尾气检测装置包 括两组紫外发光器和紫外接收器，所述两组紫外发光器和紫外接收器分别设置于所述车道 的两侧；和/或所述烟度检测装置包括两组激光光源和激光接收器，所述两组激光光源和 激光接收器分别设置于所述车道的两侧。优选的，在上述系统中，所述车辆检测装置包括在所述车辆的行进方向上呈前后 排列的两组光发射器和光接收器，所述车辆先经过的光发射器和光接收器为第一组光发射 器和光接收器，另一组光发射器和光接收器为第二组光发射器和光接收器。优选的，在上述系统中，所述图像获取装置的镜头指向所述车辆驶来的方向，当所 述第一组光发射器和光接收器中的光接收器未接收到光线时，所述控制单元向所述图像获 取装置发出控制指令。优选的，在上述系统中，所述图像获取装置的镜头指向所述车辆行进的方向，当所 述第二组光发射器和光接收器中的光接收器重新接收到光线时，所述控制单元向所述图像 获取装置发出控制指令。优选的，在上述系统中，所述牌照检测装置进一步包括图像处理装置；所述图像获 取装置通过图像处理装置与所述控制单元连接，所述图像处理装置可对所述图像获取装置 获得的图像进行编码和压缩。优选的，在上述系统中，所述红外发光器为红外二极管激光器，所述红外接收器为
光敏管。优选的，在上述系统中，所述紫外发光器为氘灯，所述紫外接收器为光谱仪。由此可见，在本发明公开的多车道机动车尾气检测系统中，包括多个设置于各车 道的检测子系统，检测子系统中的尾气检测装置设置于路面的上方，在尾气检测装置检测 尾气污染物浓度的过程中，红外发光器向位于其下方的反射带发射红外光线，红外接收器 接收经反射带反射的红外光线，实现对尾气中CO和CO2浓度的检测，紫外发光器向位于其 下方的反射带发射紫外光线，紫外接收器接收经反射带反射的紫外光线，实现对烃类化合 物和氮氧化合物浓度的检测。由于任一车道中的红外光线和紫外光线是在近似垂直方向传 播，所以任一车道中的红外接收器不会接收到相邻车道中红外发光器发射的红外光线、任 一车道中的紫外接收器不会接收到相邻车道中紫外发光器发射的紫外光线，即便同时对多个车道上的机动车进行尾气污染物浓度检测也不会产生相互之间的干扰，可以同时准确检 测行进于多车道的机动车的尾气污染物浓度。
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的 介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人 员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一公开的多车道机动车尾气检测系统的结构示意图；图2为图1所示多车道机动车尾气检测系统的空间结构示意图；图3为本发明实施例二公开的多车道机动车尾气检测系统中检测子系统的结构 示意图；图4为本发明实施例三公开的多车道机动车尾气检测系统中检测子系统的结构 示意图；图5为图4所示检测子系统中车辆检测装置的空间结构示意图。
具体实施例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，都属于本发明保护范围。本发明公开了一种多车道机动车尾气检测系统，可以同时准确检测行进于多车道 的机动车的尾气污染物浓度。实施例一参见图1和图2，图1为本发明实施例一公开的多车道机动车尾气检测系统的结构 示意图，图2为图1所示多车道机动车尾气检测系统的空间结构示意图。该系统包括监测点处理机1和设置于各车道的检测子系统2。其中，检测子系统2包括车辆检测装置21、尾气检测装置22、牌照检测装置23和 铺设于车道路面上的反射带24。车辆检测装置21包括光发射器211、光接收器212和控制单元213。光发射器 211和光接收器212成组设置于反射带24的上方，光发射器211发出的光线传输至反射带 24，并由反射带24进行反射，光接收器212可以接收经反射带24反射的光线，控制单元213 分别与光接收器212和监测点处理机1连接。尾气检测装置22包括红外发光器221、红外接收器222、红外信号处理单元223、 紫外发光器224、紫外接收器225和紫外信号处理单元226。红外发光器221和红外接收器 222成组设置于反射带24的上方，红外发光器221发出的红外光线传输至反射带24，并由 反射带24进行反射，红外接收器222可以接收经反射带24反射的红外光线，红外信号处理 单元223分别与红外接收器222和控制单元213连接，紫外发光器224和紫外接收器225 成组设置于反射带24的上方，紫外发光器224发出的紫外光线传输至反射带24，并由反射 带24进行反射，紫外接收器225可以接收经反射带24反射的紫外光线，紫外信号处理单元226分别与紫外接收器225和控制单元213连接。牌照检测装置23用于拍摄经过监测点的机动车的牌照，包括云台231和图像获取装置232。云台231设置于反射带24的上方；图像获取装置232设置于云台231上，并且 与控制单元213连接，可接收控制单元213发出的控制信号并在控制信号的作用下进行拍 摄，之后将拍摄的图像通过控制单元213传输至监测点处理机1中。通过控制云台231可 以调整图像获取装置232的镜头方向和角度，图像获取装置232可以对机动车前牌照或者 后牌照进行拍摄。下面对实施例一公开的多车道机动车尾气检测系统的工作过程进行说明。车辆检测装置21中的光发射器211持续向反射带24发射光线，当没有机动车通 过铺设有反射带24的车道时，光线由反射带24进行发射，并由光接收器212接收，当光接 收器212无法接收到光线时，说明此刻有机动车经过，车辆阻挡了光线的传播，此时控制单 元213分别向牌照检测装置23中的图像获取装置232以及尾气检测装置22中的红外信号 处理单元223和紫外信号处理单元226发送控制信号。红外发光器221持续向其下方的反射带24发射红外光线，该红外光线穿越机动车 排放的尾气后经反射带24发射，再次穿越尾气之后由红外接收器222接收，红外接收器222 将接收到的红外信号转换成电信号，当红外信号处理单元223接收到控制单元213的控制 信号时，从红外接收器222中读取电信号并将该电信号转换为数字信号表示的红外吸收谱 线，之后对当前红外吸收谱线与未有机动车通过时测得的红外吸收谱线进行比较，利用可 调谐红外半导体激光光谱技术检测尾气中的CO和CO2浓度，通过控制单元213将尾气中CO 和CO2的浓度信息传输至监测点处理机1。紫外发光器224持续向其下方的反射带24发射紫外光线，该紫外光线穿越机动车 排放的尾气后经反射带24发射，再次穿越尾气之后由紫外接收器225接收，紫外接收器225 将接收到的紫外信号转换成光谱数据，当紫外信号处理单元226接收到控制单元213的控 制信号时，从紫外接收器225读取光谱数据，并对当前光谱数据与未有机动车通过时测得 的光谱数据进行比较，利用紫外差分吸收光谱法检测尾气中的烃类化合物和氮氧化合物的 浓度，之后通过控制单元213将尾气中烃类化合物和氮氧化合物的浓度信息传输至监测点 处理机1。需要指出的是，检测机动车尾气中污染物浓度的过程还可以为红外信号处理单 元223接收到控制单元213的控制信号后，从红外接收器222中读取电信号，并将其转换成 数字信号表示的红外吸收谱线，之后通过控制单元213将当前红外吸收谱线传输至监测点 处理机1，由监测点处理机1对接收到的当前红外吸收谱线与未有机动车通过时测得的红 外吸收谱线进行比较，利用可调谐红外半导体激光光谱技术检测尾气中的CO和CO2浓度。 同样的，紫外信号处理单元226接收到控制单元213的控制信号后，从紫外接收器225读取 光谱数据，之后通过控制单元213将当前光谱数据传输至监测点处理机1，由监测点处理机 1对接收到的当前光谱数据与未有机动车通过时测得的光谱数据进行比较，利用紫外差分 吸收光谱法检测尾气中的烃类化合物和氮氧化合物的浓度。牌照检测装置23中的图像获取装置232与控制单元213连接，控制单元213在 有机动车经过时向图像获取装置232发送控制信号，图像获取装置232在接收到控制信号 之后进行拍摄。图像获取装置232的镜头指向机动车驶来方向时，可以获取机动车的前牌照图像；图像获取装置232的镜头指向机动车的行进方向时，可以获取机动车的后牌照图像。考虑到控制单元213与图像获取装置232之间的数据传输具有一定的时延，而机动车 具有较高的速度，为了获得完整的机动车前牌照图像，以机动车的行进方法为参考基准，云 台231和图像获取装置232应与车辆检测装置21保持一定距离，设置于机动车行进方向的 下游方向。之后，图像获取装置232通过控制单元213将获得的机动车的牌照图像传输至 监测点处理机1。监测点处理机1同时获取到机动车的牌照图像，以及机动车尾气中的CO和CO2浓 度、烃类化合物和氮氧化合物浓度，并将机动车牌照信息与尾气污染物浓度信息进行匹配 和存储。在本发明公开的多车道机动车尾气检测系统中，包括多个设置于各车道的检测子 系统2，检测子系统2中的尾气检测装置22设置于路面的上方，在尾气检测装置22检测尾 气中污染物浓度的过程中，红外发光器221向位于其下方的反射带24发射红外光线，红外 接收器222接收经反射带24反射的红外光线，实现对CO和CO2浓度的检测，紫外发光器224 向位于其下方的反射带24发射紫外光线，紫外接收器225接收经反射带24反射的紫外光 线，实现对烃类化合物和氮氧化合物浓度的检测。由于车道中的红外光线和紫外光线是在 近似垂直方向传输，所以任一车道中的红外接收器222不会接收到相邻车道中红外发光器 221发射的红外光线、任一车道中的紫外接收器225不会接收到相邻车道中紫外发光器224 发射的紫外光线，即便同时对多个车道上的机动车进行尾气检测也不会造成相互之间的干 扰，因此可以同时对行进于多车道的机动车的尾气污染物浓度进行准确检测。实施例二参见图3，图3为本发明实施例二公开的多车道机动车尾气检测系统中检测子系 统的结构示意图。该检测子系统2包括车辆检测装置21、尾气检测装置22、牌照检测装置23、铺设 于车道路面上的反射带(图中未示出)和烟度检测装置25。其中车辆检测装置21、尾气检 测装置22、牌照检测装置23和反射带的结构与实施例一中相应装置的结构一致，在此不再 赘述。烟度检测装置25包括激光光源251、激光接收器252和激光信号处理单元253。 激光光源251和激光接收器252成组设置于反射带的上方，激光光源241发出的激光传输 至反射带，并由反射带进行反射，激光接收器242可以接收经反射带反射的激光，激光信号 处理单元253分别与激光接收器252和控制单元213连接。下面对烟度检测装置25的工作过程进行说明。车辆检测装置21中的光发射器211持续向反射带发射光线，当没有机动车通过铺 设有反射带的车道时，光线由反射带进行发射，并由光接收器212接收，当光接收器212无 法接收到光线时，说明此刻有机动车经过，机动车阻挡了光线的传播，此时控制单元213向 烟度检测装置25中的激光信号处理单元253发送控制信号。激光光源251持续向其下方的反射带发射激光，激光穿越机动车排放的尾气后经 反射带反射，再次穿越尾气之后由激光接收器252接收，激光接收器252将接收到的激光信 号转换为表征光强的电信号，当激光信号处理单元253接收到控制单元213发送的控制信 号时，从激光接收器252读取表征当前光强的电信号并将该电信号转换为数字信号，之后对当前光强与未有机动车通过时测得的光强进行比较，获取机动车尾气的不透光度，通过 控制单元213将尾气的不透光度信息传输至监测点处理机。需要指出的是，实现机动车尾气不透光度检测的过程还可以为激光信号处理单 元253接收到控制单元213的控制信号后，从激光接收器252中读取表征光强的电信号，并 将其转换成表征光 强的数字信号，之后通过控制单元213将表征光强的数字信号传输至监 测点处理机，由监测点处理机对当前光强与未有机动车通过时测得的光强进行比较，获取 机动车尾气的不透光度。在本发明实施例二公开的多车道机动车尾气检测系统中，在检测子系统中进一步 设置了烟度检测装置25，在检测机动车尾气中污染物浓度的同时可以进一步检测尾气的不 透光度，尾气的不透光度是表征尾气中固体颗粒物浓度的重要指标。在本发明实施例一和实施例二公开的多车道机动车尾气检测系统中，尾气检测装 置中可以设置一组红外发光器和红外接收器，设置一组紫外发光器和紫外接收器，烟度检 测装置中可以设置一组激光光源和激光接收器，由于绝大部分机动车的排气管都设置于车 体的右侧，所以为了提高检测精度，上述红外发光器和红外接收器、紫外发光器和紫外接收 器、以及激光光源和激光接收器优选设置于车道行驶方向的右侧。可以理解的是，当红外发光器和红外接收器、紫外发光器和紫外接收器、以及激光 光源和激光接收器设置数量较多时，可以提高尾气检测的准确度，但这会导致成本的提高。 在实施中，综合考虑系统的成本和尾气检测准确度，优选的在系统中设置两组红外发光器 和红外接收器、两组紫外发光器和紫外接收器、以及两组激光光源和激光接收器，并分别设 置于车道的两侧，在检测所得的两组CO和CO2浓度、两组烃类化合物和氮氧化合物浓度、以 及两组尾气不透光度中选取数值较大的一组为最终结果。实施例三参见图4和图5，图4为本发明实施例三公开的多车道机动车尾气检测系统中检测 子系统的结构示意图，图5为图4所示检测子系统中车辆检测装置的空间结构示意图。图 5中箭头所示方向为机动车的行进方向。该检测子系统包括车辆检测装置21、尾气检测装置22、牌照检测装置23、铺设于 车道路面上的反射带24和烟度检测装置25。其中，尾气检测装置22、牌照检测装置23、反 射带24和烟度检测装置25的结构与实施例二中相应装置的结构一致，在此不再赘述。车辆检测装置21包括两组光发射器和光接收器、以及控制单元213，两组光发射 器和光接收器在机动车行进方向上呈前后排列，车辆先经过的光发射器和光接收器记为第 一组光发射器和光接收器，另一组记为第二组光发射器和光接收器。其中，第一组光发射器 和光接收器包括光发射器211和光接收器212，第二组光发射器和光接收器包括光发射器 214和光接收器215。光接收器212和光接收器215分别与控制单元213连接。图4所示检测子系统可以实现对机动车速度、加速度和车长的检测，下面对检测 过程进行说明。机动车沿箭头所示方向行进，光发射器211和光发射器214持续向反射带23发射 光线；随着机动车的行进，光发射器211发射的光线首先被机动车阻挡，此时光接收器212 无法接收到光线，由控制单元213记录当前时间并记为第一时间；随着机动车继续行进，光 发射器214发射的光线被机动车阻挡，此时光接收器215无法接收到光线，由控制单元213记录当前时间并记为第二时间；随着机动车的继续行进，光发射器211发射的光线被释放， 光接收器212重新接收光线，由控制单元213记录当前时间并记为第三时间；之后，光发射 器214发射的光线被释放，光接收器215重新接收光线，由控制单元213记录当前时间并记 为第四时间。控制单元213根据记录的第一时间、第二时间、第三时间和第四时间分别确定从 光发射器211发射的光线被阻挡到光发射器214发射的光线被阻挡经历的时间、、从光发 射器214发射的光线被阻挡到光发射器211发射的光线被释放经历的时间t2、以及从光发 射器211发射的光线被释放到光发射器214发射的光线被释放经历的时间t3。光发射器 211与光发射器214之间的距离恒定，记为L ；将机动车驶入光发射器211下方时的速度记 为％ ；由于机动车通过光发射器211和光发射器214的时间很短，认为机动车的加速度基本 不变，记为a ；将机动车的车长记为d。通过以下计算公式可以分别确定机动车的速度Vtl、力口 速度a和车长d。
权利要求
1.一种多车道机动车尾气检测系统，其特征在于，包括监测点处理机和设置于各车道 的检测子系统；所述检测子系统包括车辆检测装置、尾气检测装置、牌照检测装置和铺设于路面的反 射带；所述尾气检测装置包括成组设置于所述反射带上方的红外发光器和红外接收器、与所 述红外接收器连接的红外信号处理单元、成组设置于所述反射带上方的紫外发光器和紫外 接收器、以及与所述紫外接收器连接的紫外信号处理单元；所述牌照检测装置包括设置于所述反射带上方的云台、以及设置于所述云台的图像获 取装置；所述车辆检测装置包括成组设置于所述反射带上方的光发射器和光接收器、以及分别 与所述红外信号处理单元、紫外信号处理单元、图像获取装置、光接收器和监测点处理机连 接的控制单元。
2.根据权利要求1所述的多车道机动车尾气检测系统，其特征在于所述检测子系统进一步包括烟度检测装置；所述烟度检测装置包括成组设置于所述反射带上方的激光光源和激光接收器、以及分 别与所述激光接收器和所述控制单元连接的激光信号处理单元。
3.根据权利要求2所述的多车道机动车尾气检测系统，其特征在于所述尾气检测装置包括两组红外发光器和红外接收器，所述两组红外发光器和红外接 收器分别设置于所述车道的两侧；和/或所述尾气检测装置包括两组紫外发光器和紫外接收器，所述两组紫外发光器和紫外接 收器分别设置于所述车道的两侧；和/或所述烟度检测装置包括两组激光光源和激光接收器，所述两组激光光源和激光接收器 分别设置于所述车道的两侧。
4.根据权利要求1所述的多车道机动车尾气检测系统，其特征在于所述车辆检测装置包括在所述车辆的行进方向上呈前后排列的两组光发射器和光接 收器，所述车辆先经过的光发射器和光接收器为第一组光发射器和光接收器，另一组光发 射器和光接收器为第二组光发射器和光接收器。
5.根据权利要求4所述的多车道机动车尾气检测系统，其特征在于所述图像获取装置的镜头指向所述车辆驶来的方向，当所述第一组光发射器和光接收 器中的光接收器未接收到光线时，所述控制单元向所述图像获取装置发出控制指令。
6.根据权利要求4所述的多车道机动车尾气检测系统，其特征在于所述图像获取装置的镜头指向所述车辆行进的方向，当所述第二组光发射器和光接收 器中的光接收器重新接收到光线时，所述控制单元向所述图像获取装置发出控制指令。
7.根据权利要求1所述的多车道机动车尾气检测系统，其特征在于所述牌照检测装置进一步包括图像处理装置；所述图像获取装置通过所述图像处理装置与所述控制单元连接，所述图像处理装置可 对所述图像获取装置获得的图像进行编码和压缩。
8.根据权利要求1所述的多车道机动车尾气检测系统，其特征在于所述红外发光器 为红外二极管激光器，所述红外接收器为光敏管。
9.根据权利要求1所述的多车道机动车尾气检测系统，其特征在于所述紫外发光器 为氘灯，所述紫外接收器为光谱仪。
全文摘要
本发明公开一种多车道机动车尾气检测系统，包括监测点处理机和设置于各车道的检测子系统；检测子系统包括车辆检测装置、尾气检测装置、牌照检测装置和反射带；尾气检测装置包括成组设置于反射带上方的红外发光器和红外接收器、红外信号处理单元、成组设置于反射带上方的紫外发光器和紫外接收器、紫外信号处理单元；尾气检测装置包括云台和图像获取装置；车辆检测装置包括成组设置于反射带上方的光发射器和光接收器、控制单元。在本发明公开的系统中，由于任一车道中的红外光线和紫外光线在近似垂直方向传播，所以同时对多车道的机动车进行尾气污染物浓度检测时不会产生相互干扰，可同时准确检测行进于多车道的机动车的尾气污染物浓度。
文档编号G01N21/35GK102128802SQ20101056820
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者康宇, 洪顺坤, 胡勇, 胡峰 申请人:中国科学技术大学, 安徽宝龙环保科技有限公司