基于红外对射技术的高速公路行人智能监测装置研究

【摘要】随着高速公路网络的不断扩展和交通流量的持续增长，行人违规进入高速公路的现象屡见不鲜，这给交通安全带来了巨大的隐患。为了有效预防和减少因行人闯入高速公路而导致的交通事故，本研究聚焦于红外对射技术，深入探讨其在高速公路行人智能监测装置中的应用。通过详细分析该技术的原理、装置的构成、性能特点以及实际应用中的挑战与应对策略，旨在为高速公路行人监测领域提供一种可靠、高效的解决方案。

【关键词】红外对射技术；高速公路；行人监测；智能监测系统；交通安全

1 引言

高速公路因其高效便捷而成为现代交通网络的核心组成部分，然而，行人非法穿越高速公路的事件频发，不仅危及自身生命安全，也严重影响了交通秩序和行车安全。传统的人工巡逻方式已难以满足日益增长的网络覆盖需求，因此，迫切需要一种自动化、智能化的监测手段来解决这一问题。

2 研究目的与意义

收费站作为非机动车及行人误闯高速的关键地点，是高速公路日常安全监管的重点，如何防止误闯事件发生，既需要管理上的加强监管，也需要技术上的智能监测。通过对“基于红外对射技术的高速公路行人智能监测装置的研究”，将智能监测装置应用在高速公路收费站入口，能够提高高速公路安全管理水平，有效改善收费站对行人、非机动车上高速发现和拦截不及时的难题，大幅度提升高速收费站的安全管控水平，同时可以在高速公路收费站出入口进行推广应用，及时发现行人闯入行为，为交通管理部门提供预警和决策支持，从而降低事故发生率，保障公众生命财产安全。

3 国内外研究现状

红外传感器技术是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键，从20世纪80年代起日本就将红外传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点。

随着防盗报警行业的不断发展和完善，近年来国内在住宅小区、学校、商铺、别墅、工厂等场所常常见到它的身影，并且在军营、机场、港口、政企等高端领域也经常运用到它。红外周界报警系统属于防盗报警的一个分支，主要是为了防止非法人员从非入口未经我们的允许非法擅自闯入设定的防区，从而避免各种潜在的生命财产危险，能够有效的防护周边区域，对翻越行为提供及时的报警。红外对射探测器由发射器和接收器两部分组成。红外发射器向安装在几米甚至几百米远的接收器发射红外线其射束有单束、双束，甚至多束。接收器由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成，当发生入侵时，发射器发射的红外射束被遮挡，即光电管接收不到红外光，从而输出相应的报警电信号。该报警信号可被报警控制器接收，并去联动执行机构启动其它的报警设备，如声光报警器、模拟电子地图、电视监控系统、照明系统等。

从国内外红外对射技术发展可以看出，现目前红外技术多用于安防报警系统，同理，我们可以将先进的红外技术应用到高速公路行人警戒当中，建立符合现场实际的预警系统，提高高速公路安全管理水平，满足企业生产经营活动的安全需求。

4 红外对射技术原理

4.1红外对射特性

1）非接触式检测：红外对射技术无需与被检测物体接触，降低了设备的磨损和故障率。

2）响应速度快：红外对射技术可以在短时间内实现对物体的检测，适用于高速场景。

3）抗干扰能力强：红外对射技术不受天气、光照等环境因素影响，具有较高的稳定性。

4）安装简单：红外对射设备安装方便，可根据实际需求进行灵活布置。

4.2对射工作原理

红外对射探测器通常由发射器和接收器两部分组成。发射器会发出一束红外光，而接收器则用于接收这束光。当红外光束没有被阻挡时，接收器能够顺利接收到光信号，系统认为没有物体触发报警。

4.3技术优势

1）高速响应技术：通过优化红外对射设备的硬件设计和软件算法，提高装置的响应速度。

2）自适应调节技术：根据环境光照和温度等因素，自动调整红外对射设备的检测阈值，提高检测准确性。

3）多级预警系统：结合红外对射技术和其他监测手段，实现对高速公路行人的多级预警，提高安全监测能力。

5 高速公路行人智能监测装置设计

5.1 系统总体架构

基于红外对射技术的高速公路行人智能监测系统主要由红外发射与接收模块、信号处理模块、控制与报警模块、电源模块四部分组成。

1）红外发射与接收模块： 采用高性能的红外发射管和接收管，能够发射和接收特定波长的红外线，提高检测的准确性和可靠性。合理布置发射管和接收管的位置和角度，确保对高速公路的监测范围全面覆盖。

2）信号处理模块：对接收端的信号进行放大、滤波和整形处理，去除噪声干扰，提取有效的检测信号。采用先进的数字信号处理技术，实现对信号的快速分析和判断。

3）控制与报警模块：基于微控制器或嵌入式系统，对整个监测装置进行控制和管理。当检测到行人闯入时，及时发出声光报警信号，并将报警信息传输至高速公路监控中心。

4）电源模块：提供稳定的电源供应，确保监测装置在各种环境条件下正常工作。

5.2硬件选型与设计

1）红外发射端

①红外发光二极管（IR LED）：选择合适波长和功率的红外发光二极管。常见的波长有 850nm、940nm 等。功率应根据检测距离和环境条件来确定。

②驱动电路：用于为红外发光二极管提供稳定的电流，以保证其正常工作和发射稳定的红外光。

③透镜：可用于聚焦红外光线，提高发射的方向性和能量集中度，从而增加检测距离。

2）红外接收端

①红外接收二极管（IR Receiver）：选择灵敏度高、响应速度快的接收二极管，以确保能够准确检测到红外信号。

②信号放大电路：由于接收的红外信号可能较弱，需要进行放大处理，以提高信噪比。

③滤波电路：用于去除环境中的噪声和干扰，提高信号的质量。

④比较器：将放大后的信号与设定的阈值进行比较，以产生有效的触发信号。

3）控制器与处理单元

①微控制器（MCU）：如 Arduino、STM32 等，用于处理接收端的信号，判断是否有物体阻断红外光束，并做出相应的控制动作。

②通信接口：根据实际需求，选择合适的通信接口，如 UART、SPI、I2C 等，以便与其他设备进行数据交互。

结束语

通过对红外对射技术的深入研究，成功设计并实现了一种高速公路行人智能监测装置。经过性能测试和实际应用验证，该装置具有较高的检测准确率和实时性，能够有效降低行人闯入高速公路带来的安全风险。然而，在实际应用中仍面临一些挑战，需要在技术创新、成本控制、法律法规等方面不断完善和优化。未来，随着相关技术的不断发展和融合，相信高速公路行人监测装置将更加智能、高效，为保障高速公路交通安全发挥更大的作用。

参考文献：

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作者简介：

殷晓刚（1986-），男，云南玉溪人，现主要从事高速公路机电技术运维管理工作。