用于税费征收系统的机动车测量装置和方法

摘要

公开了机动车测量装置和方法，以准确检测以高速行驶的机动车的高度和宽度。机动车测量装置包括：以距道路表面预定高度、并对应于每个车道宽度彼此紧密安装的多个激光传感器，用于接收多个激光传感器发射到道路上的激光的反射光，并输出机动车测量信号；和与激光传感器电连接的处理器装置，用于基于测量机动车的信号和事先存储的多个激光传感器的安装信息，计算机动车的高度和宽度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在收费道路中机动车的税费征收系统，特别是涉及一种使用适用于该系统的激光传感器的机动车测量装置。

背景技术

近来，世界各国正在试图提出智能交通系统。例如，电子税费征收系统(缩写是ETCS)，正在提出一种自动税费征收系统，该系统能够通过缓解如目前人工税费征收系统(缩写为TCS)中发生的收费站中机动车的堵塞，减少产品运送费用及缓解污染，通过税费征收的自动化减少运行和维持费用，改善了服务。

电子税费征收系统，是当机动车通过收费站时，在机动车运行中不需要停下来而通过无线方式使用专用的小区域通信(缩写为DSRC)征收税费。然而，仅用无线通信，没有办法区分已付费的机动车和没付费的机动车。例如，如果装有小型汽车OVU(机动车车载单元：在机动车中所安装的无线通信和税费支付的终端)的大型公共汽车通过自动付费系统，不能识别是小型汽车通过该系统还是大型公共汽车通过该系统。

因此，为了解决这样的问题，需要一种对机动车进行分类的分类装置和用于无线通信的DSRC。

通过测量在道路上行驶的机动车宽度、高度和长度当中的至少高度和宽度，使用测量结果区别机动车的类型，测量机动车类型信息和无线通信信息，机动车分类装置检测违反规则的(violated)机动车和正常机动车。这里，违反规则的机动车是装有小型汽车OVU的大型公共汽车。

根据机动车分类装置是否与检测的目标接触，用于道路上行驶的机动车的机动车分类装置分为接触型和非接触型。接触型使用机动车车轮的压力对机动车类型进行分类，而非接触型在其分类中使用照相传感器、CCD(充电耦合装置)摄像机或激光传感器。

现在参考图1描述传统的接触型机动车测量装置。

图1是使用踏板(tread-board)传感器的机动车测量装置的透视图。

如图1所示，接触型机动车测量装置包括电阻接触型踏板传感器。踏板传感器110埋置在机动车行驶的道路表面下，根据运行的机动车车轮压力测量电阻的变化，由此来测量轮轴数量、前轮与后轮的距离、前轮之间或后轮之间的距离(所说的车轮宽度)，并对机动车类型进行分类。

然而，借助于使用踏板的传统接触型机动车测量装置，不能测量快于某一速度行驶的机动车。此外，为了引导机动车通过踏板埋设的表面，应当安装诸如交通岛之类的引导设备，应当在道路上为这样的设备提供一个安置空间。

现在将参照图2A和2B来详细说明改善了接触型测量装置存在问题的非接触型机动车测量装置。对于非接触型机动车测量装置来说，存在使用照相传感器、CCD摄像机和激光传感器的方法。

图2A说明了根据传统技术使用照相传感器的非接触型机动车测量装置的构成。

如图2A所示，采用照相传感器的非接触型机动车测量装置使用一个照相传感器，在该传感器中单独构成光发射单元和光接收单元。也就是说，构成照相传感器的光发射单元211和光接收单元212安装在道路的两侧或道路的上面和下面，以根据机动车对光信号的屏蔽检测机动车。然而，使用照相传感器的非接触型机动车测量装置除了感知机动车进入外，不能测量机动车的高度或宽度，因此，不能用于机动车类型的分类和税费征收系统。

图2B表示根据传统技术使用照相传感器的另一种非接触型机动车测量装置的构成。

如图2B所示，另一种非接触型机动车测量装置使用将光接收单元和光发射单元作为一体构成的照相传感器。该非接触型机动车测量装置包括：以预定间隔安装在框架223上以面对地面的几个照相传感器221，和在道路上与照相传感器221对应的、以预定图案绘制的检测线222。由于光信号的特性，反射光对主体颜色敏感变化，操作非接触型机动车测量装置以便不测量由正在进入的机动车所反射的反射光，而是测量没有被机动车遮挡的检测线222部分的反射光。

因此，非接触型机动车测量装置使用来自检测线222的没有机动车通过时和有机动车通过时两者之间反射光的差值，检测机动车的宽度。从这方面来看，能够用诸如斑点图案之类的图案区域来构成检测线222。

然而，该类非接触型机动车测量装置存在如下问题，即如果检测线222受到破坏或由于雨或雪造成光的散射，其测量准确度会严重地下降。

图3表示根据传统技术使用CCD摄像机的机动车测量装置的构成。

如图3所示，使用CCD摄像机的机动车测量装置包括在道路表面上绘制的间断标记图案312和在框架323上以预定间隔安置的、由间断标记图案获得第一维光量信号的多个第一维CCD摄像机311。即，当机动车进入时，使用CCD摄像机的机动车测量装置，仅搜索CCD照相机311获得的图象信号的间断标记图案312的被遮蔽部分，以检测机动车并测量机动车的宽度。

然而，使用CCD摄像机311的机动车测量装置存在如下问题，即如果间断标记图案312受到破坏，或由于乌云由间断标记图案反射的光量改变时，这样的装置不能准确地获得机动车的图象，因此引起严重的测量误差。

因此，为了改善根据参考图2A-2B和图3装置所描述的光量改变的误差，现在将参考图4描述使用激光距离传感器的机动车测量装置。

图4是根据传统技术使用激光距离传感器的机动车测量装置的透视图。

如图4所示，使用激光距离传感器的机动车测量装置包括在道路表面上安装的与车道的数量相同的激光距离传感器410。每个激光距离传感器410单独执行检测操作，以测量通过每个车道上机动车的高度和宽度。

现在将参考图5描述激光距离传感器410的构成。

图5表示图4所示的激光距离传感器的构成图。

如图5所示，激光距离传感器410包括激光发射/接收单元511；多边形衍射格栅513，当其以相同的速度转动时，用于反射由激光发射/接收单元511发射的激光束或由道路上的物体反射成几个角度之后所接收的激光束；和反射板512，用于反射由激光发射/接收单元511发射的激光束或将经道路上的物体反射之后衍射格栅反射的激光束反射到激光发射/接收单元511。

即，对于激光距离传感器410，由于激光的特性，激光束对主体颜色不敏感，并且具有直线传播的特点，激光束由光发射单元发射到遇到物体、被反射回来花费的时间由光接收单元来测量，然后使用所测量的时间测量距离。

现在参考图6A、6B、7A和7B描述激光距离传感器410的操作。

图6A和6B表示使用图5的激光距离传感器的机动车检测区域。

图7A、7B表示使用图5的激光距离传感器在检测机动车时所出现的问题。

首先，在机动车在车道中正常行驶的情况下，当激光发射/接收单元511经过反射板512将由内部光发射单元发射的脉冲激光束照射到衍射格栅513时，以多边形衍射格栅513的一个方向反射该激光束。被反射的激光束到达机动车的表面。

之后，到达的激光束从机动车的表面反射，该反射的激光束通过多边形衍射格栅513、经反射板512到达激光发射/接收单元511的光接收单元。同时，激光发射/接收单元511处理到达内部光接收单元的光束，并测量一个单点的距离。

在该单点的距离被完全测量之后，衍射格栅513以预定的角度旋转。

经过衍射格栅513，发射由激光发射/接收单元511的光发射单元发射的另一个脉冲激光束，经过衍射格栅513，所发射的脉冲激光束的接收信号到达激光发射/接收单元511的光接收单元，以便能够测量另一个点的距离。

因此，通过重复执行旋转多边形衍射格栅513的操作(衍射格栅513已经知道了由于反射点之一上的距离测量的角度)，能够测量特定区域。换句话说，由于使用激光距离传感器的机动车测量装置是一种在测量机动车宽度中通过使用衍射格栅513将一束激光束照射到特定区域的方法，激光束具有基于起始点被照射到外部的形式，以便以在如图6所示的角度单位测量机动车的宽度。

在参考ETCS的机动车类型分类提供诸如机动车的宽度、长度和高度之类的长度信息的情况下，由于不能直接使用角度值，而需要将角度单位转换成长度单元的处理。即，假设从道路表面到激光距离传感器410的高度是h1，被检测的机动车的高度是h2，被检测的机动车宽度的角度是“r”，通过如下的等式(1)计算机动车(w1)的宽度：

机动车宽度(w1)＝(h1-h2)×tg(r/2)×2------------等式(1)。

用等式(1)所计算的机动车宽度是基于假定机动车的上部宽度与下部宽度彼此相同。

因此，使用激光距离传感器的机动车测量装置具有下列优点。

即，不需要机动车慢行或停止，就能够测量行驶中机动车的高度和宽度，不必为准备用于检测机动车的诸如道路上的交通岛之类的辅助单元或装置本身的安装空间而加宽道路，在道路上不需要检测线、图案或间断标记区域，即使在下雨或下雪这样的恶劣天气也能够减少其对机动车测量的影响。

然而，使用激光束的机动车测量装置存在下列问题。

即，如果对于大型的公共汽车采用这样的装置，如图6B所示，由于机动车上部的宽度和下部的宽度是不变的，根据等式(1)计算的机动车的宽度能够确定实际的宽度。然而，同时，如果对于小汽车采用等式(1)以测量小汽车的宽度，如图6A所示，由于，通常大多数使在上部点或在中部点确定机动车的宽度，上部点的宽度和下部点的宽度间存在很大差别。特别是，随着汽车技术的发展，小汽车的形状趋于多元化。因此，使用角度和高度的信息所进行的机动车宽度到长度的转换可能引起更大的误差。

此外，在采用对多车道ETCS使用激光束的传统机动车测量装置的情况下，如果机动车在一个车道上正常行驶，能够获得需要的测量值。但是如果机动车在两个车道上而不是在一个车道上行驶，机动车的中上部或下角，而不是机动车的上部两个角，被测量成机动车的宽度。结果，所测量的机动车宽度与机动车的实际宽度存在很大的误差。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供能够通过使用激光传感器准确检测机动车的机动车测量装置和方法。

本发明的另一个目的是提供能够准确测量高速行驶的机动车高度和宽度的机动车测量装置和方法。

本发明的又一个目的是提供当允许在每个希望被检测的车道中行驶的机动车自由改变车道时能够准确测量机动车的高度和宽度的机动车测量装置和方法。

本发明的又一个目的是提供一种能够通过长度单位而不是角度单位准确测量行驶的机动车宽度的机动车测量装置和方法。

本发明的又一个目的是提供一种不管机动车的形状如何都能够准确测量行驶的机动车宽度的机动车测量装置和方法。

本发明的目的能够通过提供根据本发明的包括如下装置的机动车测量装置来实现：以离道路表面预定高度、并对应于每个车道的宽度彼此紧靠安装的多个激光传感器，用于提供信号以测量机动车；与激光传感器电连接的处理器装置，用于基于从激光传感器接收的信号和预先存储的多个激光传感器的安装信息计算机动车的高度和宽度。

为了实现上述的目的，也提供一种包括下列步骤的机动车测量方法：顺序驱动距道路表面预定高度、并对应于道路上每个车道宽度彼此紧靠安装的多个激光传感器；测量根据驱动多个激光传感器、由多个激光传感器发射的发射激光时间点到接收光的时间点的经过时间；计算与所测量的经过时间对应的距离；根据所计算的距离值计算机动车的高度和宽度。

为了实现上述目的，也提供一种包括下列步骤的机动车测量方法：将距道路表面预定高度、对应于道路上每个车道宽度彼此紧靠安装的多个激光传感器分成与每个车道对应的多个组；在一组中逐个顺序驱动多个激光传感器，并同时驱动多个激光传感器组；测量根据驱动多个激光传感器、从多个激光传感器发射的发射激光时间点到接收光时间点的经过时间；计算与所测量的经过时间对应的距离；根据所计算的距离值计算机动车的高度和宽度。

根据下列结合附图对本发明的详细描述，本发明的上述及其它目的、特点、方面和优点将更加清楚、明了。

附图说明

附图说明了本发明的实施例，并结合描述用来解释本发明的原理，附图用于提供对本发明的进一步理解，并构成了该说明书的一个部分。

附图中：

图1表示根据传统技术使用踏板传感器的机动车测量装置的示意图；

图2A表示根据传统技术使用照相传感器的一种非接触型机动车测量装置的示意图；

图2B表示根据传统技术使用照相传感器的另一种非接触型机动车测量装置的示意图；

图3表示根据传统技术使用CCD(充电耦合装置)的机动车测量装置的示意图；

图4表示根据传统技术使用激光距离传感器的机动车测量装置的示意图；

图5表示图4激光距离传感器的构成示意图；

图6A和6B表示使用图5激光距离传感器的机动车测量区域；

图7A和7B表示当使用图5的激光距离传感器测量机动车时所引起的问题；

图8表示根据本发明的第一个实施例的机动车测量装置的安装状态；

图9表示根据本发明的激光传感器的详细结构图；

图10表示根据本发明的第一个实施例的机动车测量装置的主要部分方框图；

图11表示图10的多路器和计算电路构成的方框图；

图12表示根据本发明的一个实施例的图11的经过时间测量电路方框图；

图13表示根据本发明的另一个实施例的图11的经过时间测量电路方框图；

图14表示根据本发明的一个实施例的图11的高度计算电路方框图；

图15表示根据本发明多个激光传感器排列的操作状态的前视图；

图16表示根据本发明的一个实施例的图11的宽度计算电路方框图；

图17表示根据本发明第一实施例的机动车测量方法的流程图；

图18表示根据本发明第二实施例的机动车测量装置的主要部分；

图19表示根据本发明的第二实施例的多路器和计算电路构成的方框图；和

图20A和20B是根据本发明的第二实施例的机动车测量方法的流程图。

具体实施方式

现在详细参考本发明的优选实施例，结合附图描述这些例子。

现在参考图8至20B，描述根据本发明的优选实施例的机动车测量装置和方法。

图8表示根据本发明的第一个实施例的机动车测量装置安装状态示意图。

如图8所示，机动车测量装置包括：离道路表面以预定高度、对应于框架13上整个车道宽度彼此紧靠安装的多个激光传感器11，和与多个激光传感器11电连接以操作多个激光传感器11的处理器装置12，根据由激光传感器11输出的机动车测量信号和预先存储的多个激光传感器的安装信息，计算以高速行驶的机动车的高度和宽度。

参考数字14和15表示在多车道的道路上行驶的机动车。

框架13是用于支持和保持多个激光传感器距离道路地面预定高度的装置。即，框架13粗略地通过使用根据道路宽度方向边沿两个向上支承的垂直支柱和连接两个垂直支柱的一个水平支柱、以一个足球门的形式构成。

通过道路的宽度确定框架13的宽度，考虑装载不同货物的特殊机动车，该框架的高度最好为4.5m～7m。

处理器装置12通过电源线和输入/输出信号线与激光传感器11电连接。

现在参考图9描述激光传感器的构成。

图9表示根据本发明的激光传感器的详细构成图。

如图9所示，激光传感器11包括发射每束激光的激光发射器21；将激光发射器21发射的激光反射到道路上的反射板22；接收道路表面或道路上物体所反射的激光并向处理器装置12提供信号的激光接收器24；和收集道路表面或道路上物体所反射的激光并将其提供给激光接收器24的透镜23。

即，激光传感器11的激光接收器24安装在激光传感器11内部的最高位置处，激光发射器21安装在激光接收器24侧面的较低位置，用于将激光发射器21发射的激光反射到道路表面的反射板22安装在激光接收器24的较低部分，和用于将通过道路表面的一些散射而反射的反射光收集到激光接收器24的透镜23安装在反射板22的较低部分。

通过在一条线上水平布置激光接收器21和激光接收器24，可以去掉反射板22。但是在这样情况下，在接收由道路表面或道路上物体的反射返回的反射光中，降低了激光接收器24的光接收可能性。因此，最好安装反射板22。

一旦接收到处理器装置12输出的预定电压的脉冲信号(驱动信号)，激光发射器21就进行发射。作为激光发射器21，最好能够使用通过上述提到的电压驱动信号发射的激光二极管。预定电压最好大约是DC5伏。

输入线是来自处理器装置12、用于驱动激光发射器21的输入信号线，输出线是信号输出线，经过该输出线将激光接收器24的输出信号输出到处理器装置12，电源线最好是来自与处理器装置12一同安装在单个普通柜子内的DC恒压提供单元的电源线。DC恒压提供单元将市电转换成DC电压，并提供DC电压。

图10表示根据本发明的第一实施例的机动车测量装置的主要部分方框图。

如上述参考图8所描述的处理器装置12包括多路器32，用于产生驱动信号(脉冲信号)以驱动激光传感器(LS1-LSn)，并有选择地将驱动信号传送到激光传感器(LS1-LSn)，及有选择地接收来自多个激光传感器(LS1-LSn)的、用于测量机动车的信号；计算电路33，用于根据多路器32的输出信号和激光传感器LS1-LSn的安装信息计算机动车的高度和宽度。

多路器32和计算电路33通过输入和输出信号线与多个激光传感器LS1-LSn连接。

以每个具有图9所示单独构成的多个激光传感器(LS1-LSn)的排列构成激光传感器31。特别地，为了用长度单位在相同的行驶方向中准确测量道路的全部车道中行驶的机动车的高度和宽度，对应于道路全部车道(图8中是三个车道)的整个宽度密集安装激光传感器。

激光传感器LS1-LSn的安装信息是激光传感器LS1-LSn之间的距离d3。距离d3是激光传感器LS1-LSn之间安装间隔d2与激光传感器LS1-LSn的车道宽度方向长度d1两者之和。即，d3＝d2+d1。安装信息是在制造本发明的装置时或当在道路上安装本发明的装置时事先存储在计算电路单元33中的一个值。在此方面，激光传感器LS1-LSn之间的安装间隔d2越接近“0”越好。激光传感器LS1-LSn的车道宽度方向的长度d1可以依产品的不同而不同，目前至少约4cm(厘米)的产品能够在市场上买到。因此，如果安装间隔d2是“0”，即如果激光传感器LS1-LSn彼此之间没有间隔地安装，事先存储在计算电路单元33中的激光传感器LS1-LSn的安装信息是仅表示激光传感器LS1-LSn车道宽度方向长度d1的信息。

图11表示图10的多路器单元和计算电路单元的构成方框图。

如图11所示，多路器单元32包括：脉冲发生器41，产生脉冲信号以驱动激光传感器LS1-LSn；脉冲计数器42，对脉冲发生器41产生的脉冲信号进行计数并产生与所计数的脉冲信号相对应的脉冲计数信号；第一多路器43，根据脉冲计数器42的脉冲计数信号向激光传感器LS1-LSn顺序输出脉冲发生器41发生的脉冲信号；多个开关44-1～44-m，与激光传感器LS1-LSn对应地提供、并被切换到提供激光传感器LS1-LSn输出的测量机动车的信号的位置或接到中断提供激光传感器LS1-LSn输出的测量机动车的信号的位置；和第二多路器45，用于有选择地操作与激光传感器LS1-LSn对应的、其中第一多路器43已经将脉冲信号输出到多个开关44-1～44-m中的那些开关。

脉冲计数器42对脉冲发生器41产生的脉冲信号的脉冲数进行计数，直到脉冲数到达了预定计数限制值，以便与激光传感器LS1-LSn的安装数相对应，当所计数的脉冲数到达了计数限制值时，脉冲计数器42自动复位。在本文中，限制值是激光传感器LS1-LSn的总数。即，脉冲计数器42逐个地驱动激光传感器LS1-LSn，当完成了机动车测量的一个周期时，脉冲计数器42复位。

为了使脉冲计数器42的计数值与激光传感器LS1-LSn数相对应，处理器装置12可以另外还包括一个电路(未示出)，该电路用于将计数值与预定限制值相比较，如果计数值与预定限制值彼此相同，向脉冲计数器42输出一个复位信号。

开关44-1～44-m可以用当施加恒压(Vcc)时导通的晶体管来构成。

如图11所示，计算电路33包括边沿检测器46，用于检测脉冲发生器41产生的脉冲信号的边沿，并输出一个指令信号，以开始并指令从激光传感器LS1-LSn的光发射时间点到光接收时间点的经过时间的测量；经过时间测量电路47，用于响应边沿检测器46输出的指令信号和来自开关44-1～44-m的信号，测量从激光传感器LS1-LSn的光发射时间点到光接收时间点的经过时间，；高度计算电路48，用于根据由经过时间测量电路47测量的经过时间以及预先存储的与每个经过时间对应的、从激光传感器LS1-LSn至道路表面和至道路上机动车的测量距离，计算道路上机动车的高度；和宽度计算电路49，用于通过计算与高度计算电路48中机动车高度信息相对应的激光传感器LS1-LSn的数目来计算机动车的宽度，通过比较所计算的机动车宽度信息和预先存储的机动车宽度信息计算机动车宽度。

现在详细描述根据本发明的第一个实施例的机动车测量装置的操作和效果。

首先，脉冲发生器41产生高电位值为DC 5V、低电位值为DC 0V的DC脉冲信号，并将所产生的DC脉冲信号输出给脉冲计数器42、多路器43和边沿检测器46。

脉冲计数器42对脉冲发生器41所输出的脉冲信号的脉冲数进行计数，直到脉冲数到达了等于激光传感器LS1-LSn的总数的预定计数限制值为止。如果脉冲计数器41的脉冲计数值是“1”，接收计数值“1”的多路器43输出一个脉冲信号给第一激光传感器LS1，以便能够由第一激光传感器LS1产生激光。同时，多路器45一接收到计数值“1”，就输出一个电压(Vcc)给与第一激光传感器LS1对应的第一开关44-1，使其接通，因此多路器45将激光反射光的光接收信号传送给安装在计算电路33内的经过时间测量电路47，因此结束对第一激光的经过时间的测量。

如果脉冲计数值是“n”，多路器43输出一个脉冲信号给第n个激光传感器LSn，以便能够由第n个激光传感器LSn产生激光。同时，多路器45一接收到计数值“n”，就使第n个开关44-n接通，以将所接收的来自激光传感器LSn的光接收信号传送给安装在计算电路单元33内的经过时间测量电路47，因此结束对第n个激光的经过时间测量。

当脉冲发生器34产生的脉冲信号是高电位时，每个激光传感器LS1-LSn中设置的激光发射器21发射激光。

边沿检测器46检测脉冲发生器41输出的脉冲信号的上升沿，并输出一个指令信号给经过时间测量电路47，该指令用于开始从激光传感器发射激光时间点到经过道路表面或机动车表面反射后激光束被接收的时间点所经过的时间的检测。

图12表示根据本发明的一个实施例的图11的经过时间测量电路方框图。

如图12所示，经过时间测量电路47包括：脉冲发生器51；和脉冲计数器52，用于响应边沿检测器46输出的指令信号，对脉冲发生器51产生的脉冲进行计数，并响应开关44-1～44-m中目前所选择的开关的输出信号，结束脉冲发生器51中的脉冲计数操作。

图13表示根据本发明的另一个实施例的图11的经过时间测量电路方框图。

如图13所示，经过时间测量电路47包括：电容器62；充电电流供给器61，用于响应边沿检测器46输出的指令信号对电容器62进行充电，并响应经开关44-1～44-m中目前选择的开关的输出信号，停止电容器62的充电；用于测量电容器62中所充电压的电压检测器63；经过时间信息存储电路64，用于存储与电容器62中所充电压相对应的经过时间数据；经过时间输出电路65，用于从经过时间信息存储电路64读取经过时间数据并将读取的经过时间数据输出到高度计算电路48。

具有不同结构的经过时间测量电路47利用具有能够随时间而改变的充电电压的电容特性。即，根据电容器62的充电电压，经过时间测量电路47在如存储器(未示出)一样构成的经过时间存储电路64中预先存储经过时间数据。当如电势变换器、电流变换器或电压变换器一样构成的电压检测器73检测电容器62的充电电压时，经过时间测量电路47从经过时间存储电路64中读取与从包括如CPU(未示出的中央处理单元)的经过时间输出电路65检测的充电电压相对应的经过时间，并将读取的经过时间数据输出到高度计算电路48。

现在参考图14详细描述高度计算电路48的结构。

图14表示根据本发明的一个实施例的图1的高度计算电路方框图。

高度计算电路48基于经过时间测量电路47所测量的经过时间计算道路上物体的高度。

如图14所示，高度计算电路48包括：对应经过时间的距离存储单元72，用于预先存储与每个经过时间对应的距离信息；和高度计算单元71，用于读取从对应经过时间的距离存储单元72输出的、与经过时间相对应的距离，并计算道路上物体的高度。即，高度计算单元71确定当道路上没有物体时所测量的距离信息，作为从激光传感器LS1-LSn到道路表面之间距离，从对应经过时间的距离存储单元72中读取与经过时间测量电路47所计算的经过时间相对应的距离信息，即，从激光传感器LS1-LSn到物体之间的距离，并获得所读取的距离值与激光传感器LS1-LSn到道路表面之间距离值的差，进而计算道路上物体的高度。

图15表示根据本发明多个激光传感器排列的操作状态图。

如图15所示，从激光传感器LS1-LSn向道路表面发射的激光被激光传感器LS1-LSn接收所需的经过时间，比从激光传感器LS1-LSn发射到机动车的激光被激光传感器LS1-LSn接收所需的经过时间要长。

因此，由于与激光传感器向道路表面发射的激光被激光传感器接收的经过时间所对应的距离最大，通过从该最大距离值中减去从穿过框架13上激光传感器11正下方的机动车反射点到激光传感器的距离，能够计算机动车的每个反射点的高度值。在此方面，最好将反射点高度值的最大值确定为机动车的高度。

如此计算的高度信息输出给宽度计算电路49。

图16表示根据本发明的一个实施例的图11的宽度计算电路的方框图。

如图16所示，宽度计算电路49包括标记缓冲器82，用于存储与从高度计算电路48计算的高度值相对应的标记值；比较处理器81，用于比较高度计算电路48中计算的道路上物体的高度值，如果物体高度值大于参考高度值，将标记缓冲器82的对应地址设定为“1”，如果物体高度值小于参考高度值，将标记缓冲器82的对应地址重新设定成“0”；高度缓冲器83，用于存储比较处理器81确定的大于参考高度值的道路上物体的高度；宽度和高度计算单元84，用于基于高度缓冲器83中存储的高度值、激光传感器LS1-LSn的车道宽度方向的长度信息(d1)和标记缓冲器82的设定值，计算机动车的宽度。

完成一个周期的高度测量之后，即，标记缓冲器82被复位/设定成“0”或“1”，及所有的激光传感器LS1-LSn已经逐个进行高度测量之后，在高度缓冲器83中存储高度值，宽度和高度计算单元84搜索标记缓冲器82，以对已经陆续被设定成“1”的标记数进行计数，并通过将所计数的标记数与事先存储的激光传感器的车道宽度方向的长度(d1)相乘，计算道路上物体的宽度。然后，宽度计算单元84将所计算的物体宽度与事先存储的可用于确定作为对应机动车的最小宽度相比较。如果所计算的物体宽度大于或等于最小宽度，宽度计算单元82确定该物体是对应的机动车，并输出所计算的道路上机动车的宽度信息。该过程用等式(2)至(7)来表示：

W1＝d1×N------------(2)其中W1是道路上物体的宽度，d1是激光传感器的车道宽度方向的长度，“N”是已经被陆续设定成“1”的标记数。同时，“N”是与大于最小高度的高度值对应的连续激光传感器的数目，而具有该最小高度的物体能够被看成是机动车。

如果W1≥Wmin，W1＝W------------(3)其中W1是道路上物体的宽度，Wmin是事先存储的能够被确定为机动车的最小宽度，“W”是机动车的宽度。

同时，如果激光传感器LS1-LSn不是彼此密集安装，即，如果激光传感器LS1-LSn之间的间隔d2不是“0”，而是具有一些间隔，通过将事先存储的激光传感器之间的间隔d2乘以小于陆续被设定成“1”的标记数的数目(即，N-1)所获得的结果值(d2×(N-1))，与通过将事先存储的激光传感器车道宽度方向的长度(d1)乘以陆续被设定成“1”的标记数(即，N)所获得的结果值(d1×N)相加来计算道路上机动车的宽度。

之后，将所计算的道路上机动车的宽度与事先存储的、确定相应的机动车的最小宽度相比较。如果前者大于或等于后者，其被确定为一种相应的机动车。这可以用下列的等式(4)来表示：

W1＝{d2×(N-1)}+(d1×N)------------(4)

其中W1是道路上物体的宽度，d2是激光传感器之间的间隔，“N”是陆续被设定成“1”的标记数，即“N”是与不小于能够被看成机动车的最小高度的高度值对应的连续激光传感器的数目，d1是激光传感器的车道宽度方向的长度。

如果W1≥Wmin，W1＝W------------(5)其中W1是道路上物体的宽度，Wmin是事先存储的确定为一种相应机动车的机动车最小宽度，“W”是机动车的宽度。

如果高度缓冲器83中存储的高度值的最大高度值(Hmax)不小于能够被看成一种机动车的最小高度值(Hmin)，高度和宽度计算单元84将最大高度值(Hmax)确定为机动车的高度(H)，这能够用下列的等式(6)来表示：

Hmax＝Max(H1，H2，...，Hn)------------(6)其中Hmax是道路上机动车的最大高度值，H1，H2，...，Hn是高度缓冲器83中存储的的数据(高度值)。

如果Hmax≥Hmin，Hmax＝H------------(7)其中Hmax是道路上机动车的最大高度值，Hmin是具有该高度的物体能够被看成一种相应机动车的最小高度。

同时，通过将激光传感器之间的距离d3乘以被确定为一种机动车的第一标记缓冲器的位置值(n)能够确定机动车的位置。现在将对其进行详细描述。

首先，能够通过将激光传感器之间的距离d3乘以被确定为一种机动车的标记缓冲器82第一缓冲器的位置值(n)来计算从道路上参考边界线，例如，用于将上行车道和下行车道分离开的中央分离线，到机动车的一个角之间的距离。

此外，如果事先存储每个车道的距离，即，每个车道距中央分离线的距离范围，就能确定从道路上参考边界线，例如中央线，到机动车一个角的距离属于什么范围，以识别机动车的位置。

通过上述过程所计算的机动车的宽度、高度和位置信息输出到用于对机动车类型和税费征收进行分类的计算装置(未示出)。然后，计算装置通过将所计算的机动车的高度和宽度与根据机动车的类型事先存储的高度和宽度的值进行比较，并根据机动车类型分类自动征收税费。

根据机动车类型分类结果，如果检查机动车是正在行驶的使用机动车不同类型的OVU(机动车车载单元)而违反规则的机动车，就驱动摄像机单元(未示出)对违反规则的机动车的车牌号进行拍摄。

现在将详细描述本发明的第一个实施例的操作。

图17是根据本发明的第一个实施例的机动车测量方法的流程图。

首先，当给根据本发明的机动车测量装置施加电源时，每个激光传感器LS1-LSn接收用于发射激光的电流或电压，并开始测量机动车(步骤S101)。

之后，为了向激光传感器LS1-LSn中起作用的激光传感器传送脉冲发生器41产生的脉冲信号，将用于选择多路器43的输出端的选择信号设定成初始值“0”(步骤S102)。

通过使用脉冲计数器42的计数值(n＝n+1)，顺序地将脉冲信号施加给激光传感器LS1-LSn，确定脉冲信号是否已经施加给最后的激光传感器LSn，机动车测量操作的一个周期是否已经完成(步骤S104)。

如果测量操作的一个周期还没有完成，通过由使用脉冲计数器41改变的值(n)将脉冲信号施加给第n个激光传感器(LSn)(步骤S105)。在此情况下，以阵列形式布置激光传感器LS1-LSn，并顺序驱动，由此来测量距离。

同时，在激光传感器LS1-LSn以阵列形式布置以测量距离的情况下，如果同时操作相邻的传感器，可以引起相互之间的干扰，或可能接收到其它传感器发射的波的反射波。因此，为了逐个顺序操作激光传感器LS1-LSn，通过使用脉冲计数器42的计数值来驱动多路器43。同时，将脉冲信号传送给第n个激光传感器LSn，第n个激光传感器LSn的激光发生器21在脉冲信号宽度相应的时间内发射激光。

为了接收来自激光传感器LS1-LSn的激光接收器24的接收信号，使开关44-1～44-n当中的与脉冲计数器42的计数值“n”对应的开关接通，以便接收相应的激光传感器的激光接收器24的输出信号(与反射光对应的信号)(步骤S106)。

通过使用所输入的输出信号来测量经过时间，并通过使用所测量的经过时间来计算道路上物体的高度(步骤S107)。在步骤S107中，在初始化过程中测量的值，即，当道路上没有机动车时，从激光传感器到道路表面的距离值中减去与所测量的经过时间相应的所存储的对应经过时间的距离值，以计算道路表面上物体的高度。

如果所计算的道路表面上物体的高度大于参考高度(预定阈值)，第n个缓冲器的标记接通(即，被设定成“1”)，并记录缓冲器所测量的高度值。然而，如果所测量的高度小于阈值高度，第n标记断开(步骤S108～S111)。

如果在步骤S104中完成了一个测量周期，即，完成了每个激光传感器LS1-LSn的操作时间，通过使用目前在缓冲器中存储的标记值来测量相应的标记为接通的连续长度，不小于另一个阈值的长度被测量，即记录所有能够被确定为机动车的最小宽度(步骤S112)。

通过使用该数据确定是否存在具有所说连续长度、高度、宽度的数据和机动车位置(步骤S113～S114)。

之后，返回到多路器单元32的初始操作步骤(步骤S102)，对下一个机动车执行同样的步骤(S101～S114)。

在本发明的第二个实施例中，在对彼此形成干扰的最大距离内的激光传感器进行分组之后，在同步操作不同组的激光传感器过程中，顺序操作同一组中的激光传感器，以便能够进行高速处理。

现在参考图18描述根据本发明第二个实施例的机动车测量装置。

图18表示根据本发明第二个实施例机动车测量装置的主要部分。

参考图18，根据本发明第二个实施例的机动车测量装置包括：对应于整个车道宽度的以“n”个激光传感器为一组的“m”个激光传感器组101-1～101-m；多路器单元102，在同步驱动激光传感器组101-1～101-m中的不同组激光传感器时，用于输出顺序驱动同一组中的激光传感器的脉冲信号，并接收由激光传感器101-1～101-m输出的用于测量机动车的信号；和计算电路单元103，用于基于多路器单元102产生的脉冲信号和从多路器单元102接收的用于测量机动车的信号，测量经过时间，并基于所测量的经过时间和激光传感器101-1～101-m的安装信息，计算机动车的高度和宽度。

“m”个激光传感器组101-1～101-m分别包括“n”个激光传感器(LS1-1～LS1-n)(LS2-1～LS2-n)，...，(LSm-1～LSm-n)，每个激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)具有上述描述的图9所示的结构。

现在参考图19详细描述多路器单元102和计算电路单元103。

如图19所示，多路器单元102包括：脉冲发生器91，用于产生脉冲信号以驱动激光传感器101-1～101-m；脉冲计数器92，用于对脉冲发生器91产生的脉冲信号进行计数；多路器单元93，用于向每个激光传感器组101-1～101-m并行同步地输出脉冲发生器91产生的脉冲信号，并向同一组激光传感器组(101-1～101-m)的激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)逐个顺序输出脉冲信号；开关(941-1～941-n)，....，(94m-1～94m-n)，与激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)对应安装的、并向计算电路单元103提供激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)输出的用于测量机动车的信号；和多路器951～95m，用于根据来自脉冲计数器92的计数输出信号，有选择地操作在开关(941-1～941-n)，....，(94m-1～94m-n)当中的、与多路器单元93已经将脉冲信号传送到激光传感器对应的那个开关。

能够将脉冲计数器92构成为当脉冲发生器91产生的脉冲到达事先设定的计数极限值时自动复位，即，操作了所有所安装的激光传感器之后，完成机动车测量的一个操作周期。

此外，为了使脉冲计数器92的计数值与激光传感器的数目相对应，可以在多路器单元102中另外安装一个单独的电路，用于将脉冲计数器92的计数值与预先设定的极限值进行比较，如果两个值彼此相同，使脉冲计数器92复位。

可以将开关941-1～941-n，...，94m-1～94m-n构成如由恒定电压Vcc促使其导通的晶体管一样。

计算电路单元103基于多路器单元102产生的脉冲信号和多路器单元102所接收的机动车测量信号，同步并行处理从每个激光传感器101-1～101-m接收的机动车测量的信息。

如图19所示，计算电路单元103包括边沿检测器96，用于检测脉冲发生器91产生的脉冲信号的边沿，并提供指示信号，指示开始从激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)的光发射射时间点到光接收时间点的经过时间；所提供的与激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)对应的多个经过时间测量单元(971～97m)，用于基于边沿检测器96提供的指令信号和从开关(941-1～941-n)，...，(94m-1～94m-n)输出的输出信号，测量从激光传感器的光发射时间点到光接收时间点的经过时间；所安装的与激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)对应的高度计算电路(981～98m)，用于参考由经过时间测量单元(971～97m)测量的经过时间，所存储的与每个经过时间对应的从激光传感器到道路表面之间的测量的距离，和所测量的从激光传感器到道路上物体之间的距离，计算道路上物体的高度；和多个宽度和高度计算电路991～99m，用于通过计算与由高度计算电路48所计算的物体高度信息相对应的激光传感器数目，计算机动车的宽度和高度，并通过将所计算的机动车宽度信息与事先存储的最小机动车宽度和高度信息相比较，计算最终的机动车宽度。

在本发明的第二个实施例中，对于计算机动车高度和宽度所需的处理时间，由于激光传感器LS1～LSn被分成“m”个组，且同步并行处理，其处理时间能够被减少到在第一实施例中计算机动车高度和宽度处理时间的“l/m”。这里，“m”是激光传感器组的个数。

现在详细描述根据本发明的第二个实施例的机动车测量装置的操作和效果。

首先，脉冲发生器91产生的脉冲信号是具有高电位值为DC5V、低电位值为0V的DC脉冲信号，并被输出到多路器93，同时被输出到脉冲计数器92和边缘检测器96，以驱动在每个激光传感器101-1～101-m中提供的激光发射器21。

当边缘检测器96检测到脉冲发生器91产生的脉冲信号的上升沿时，它向经过时间测量电路971～97m输出一个指令信号，以开始经过时间的测量。

之后，脉冲计数器92对脉冲发生器91产生的脉冲信号的脉冲进行计数，直到计数值到达了等于激光传感器数的预定计数极限值为止。

多路器93根据脉冲计数器92的计数值向多个激光传感器组101-1～101-m同步并行输出脉冲发生器91产生的脉冲信号，并向同一激光传感器组(101-1～101-m)的激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)逐个顺序输出脉冲信号。因此，同步驱动多个激光传感器组(101-1～101-m)，同时逐个顺序驱动同一激光传感器组(101-1～101-m)的激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)。此时，当脉冲发生器91产生的脉冲信号具有高电位时，每个激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)中的激光发射器21发射激光。

例如，如果脉冲计数器92的脉冲计数值是“1”，多路器93将所接收的来自脉冲发生器91的脉冲信号施加到每个激光传感器组(101-1～101-m)中的第一激光传感器(LS1-1，LS2-1，...，LSm-1)以驱动它们。同时，第一激光传感器(LS1-1，LS2-1，…，LSm-1)发射激光。同时，多路器(951～95m)使对应于脉冲计数器92的计数值为“1”的开关(941-1，942-1，..，94m-1)接通，并向计算电路单元1 03输出一个与第一激光传感器(LS1-1，LS2-1，...，LSm-1)接收的激光相对应的输出信号。将第一激光传感器(LS1-1，LS2-1，...，LSm-1)输出的输出信号作为用于终止经过时间测量的指令信号，输出给经过时间测量单元(971～97m)。

如果脉冲计数值是“n”，多路器93向第n个激光传感器(LS1-n，LS2-n，...，LSm-n)输出脉冲信号以发射激光，同时，多路器951～95m使开关(941-n，942-n，...，94m-n)导通，以向经过时间测量单元971～97m输出一个作为终止经过时间测量的指令信号的输出信号。

经过时间测量单元971～97m响应边缘检测器95输出的指令信号和由开关(941-1～941-n)，...，(94m-1～94m-n)顺序输出的输出信号，测量激光传感器组(101-1～101-m)的每个激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)从光发射时间点到光接收时间点的经过时间，并将所测量的经过时间输出到高度计算电路(981～98m)。

经过时间测量电路971～97m以与图12或图13所示的边沿检测器相同的形式来构成，省略对其描述。

高度计算电路981～98m参考由经过时间测量单元971～97m所检测的经过时间，计算道路上物体的高度，并将所测量的物体的高度信息输出到宽度计算电路991～99m。

高度计算电路981～98m具有如图14所示的高度计算电路相同的结构，省略对其描述。

宽度计算电路991～99m使用等式(2)～等式(7)计算道路上机动车的高度和宽度。

宽度和高度计算电路991～99m具有如图16所示的宽度计算电路相同的结构，省略对其的详细描述。

因此，在本发明的第二个实施例中，通过上述过程所计算的机动车宽度、高度和位置信息输出到一个对机动车的类型和税费征收进行分类的计算装置(未示出)。然后，计算装置通过将所计算的机动车的高度和宽度与根据机动车的类型预先存储的高度和宽度值进行比较，分类机动车的类型，并根据机动车类型分类，自动征收税费。

在本发明的第二个实施例中，根据机动车类型分类结果，如果检查到机动车是通过使用不同类型的机动车的OVU(机动车车载单元)的正在行驶的违反规则的机动车，摄像机单元(未示出)将被驱动，对违反规则的机动车的后部车牌照拍摄，如本发明的第一个实施例一样。

现在参考图20A和20B详细描述根据本发明第二个实施例的机动车测量方法。

图20A和20B是根据本发明的第二个实施例的机动车测量方法的流程图。

首先，每个激光传感器(LS1-1～LS1-n)，...，(LSm-1～LSm-n)接收用于发射激光的驱动电压，并开始测量机动车(步骤S201)。

为了将脉冲发生器91产生的脉冲信号经由多路器93传送到对应的激光传感器，将用于切换多路器93操作的选择信号设定成初始值“0”。

通过使用脉冲计数器92的计数值(n＝n+1)同步并行地将脉冲信号作用到激光传感器组(101-1～101-m)的第n个激光传感器(步骤S203，S204，S205)。

为了避免在步骤S203，S204和S205中同组的激光传感器之间相互干扰，用脉冲计数器92的计数值操作多路器93，以便在同一组中仅有一个激光传感器被操作。即，脉冲信号同步输入到激光传感器101-1～101-m，每个激光传感器组(101-1～101-m)中设置的“n”个激光传感器逐个顺序接收脉冲，并在与脉冲信号的宽度相应的时间内发射激光。

为了接收步骤S205中发射的激光的反射光，在开关(941-1～941-n)，...，(94m-1～94m-n)当中根据脉冲计数器92的计数值(n)，与多路器951～95m已经选择的与目前激光传感器对应的开关同步接通，以将从相应的激光传感器的激光接收器24输出的输出信号输出到经过时间测量单元971～97m(步骤S206)。

经过时间检测单元971～97m通过使用步骤S206中输出的输出信号，测量经过时间，高度计算电路981～98m通过使用所测量的经过时间来计算道路上物体的高度。即，高度计算电路981～98m通过使用经过时间距离值将为每个激光传感器组(101-1～101-m)中设置的第n个激光传感器(LS1-n，...，LSm-n)所测量的每个经过时间同步转换成距离值，并从上至道路表面的高度值中减去所转换的距离值，由此计算道路上物体的高度(步骤S207-1～S207-m)。

如果所计算的道路上物体的高度大于阈值高度，宽度计算电路(991～99m)使标记缓冲器82的相应标记接通，在高度缓冲器83中存储机动车的高度值。然而，如果机动车的高度值小于阈值高度，宽度计算电路991～99m仅使标记缓冲器82的相应标记断开(步骤S208-1～S208-m，S209-1～S209-m，S210-1～S210-m，S211-1～S211-m)。

如果步骤S204中为“n”，当激光传感器组101-1～101-m逐个完成了“n”个激光传感器时，即，当完成了测量操作的一个周期时，测量目前存储在标记缓冲器82中的标记值，以测量标记是接通的连续长度。即，测量不小于能够被确定为机动车的最小宽度的长度(步骤S212)。

如果存在具有连续长度的数据，宽度计算电路(991～99m)通过使用长度值来确定机动车的高度和宽度(步骤S213，S214)。之后，当过程终止时，返回到步骤S202，以对下一个驶入的机动车执行步骤S201～S214，计算该机动车的高度和宽度。

到目前为止所描述的本发明的机动车测量装置和方法具有下列优点。

即，例如，首先，由于使用激光传感器用非接触方法测量机动车，不需机动车减慢或停止，就能够准确地测量以高速行驶的机动车的高度和宽度。因此，能够解决机动车堵塞问题。

第二，距道路地面某一高度分开安装激光传感器，不需要为了安装诸如引导机动车通过所埋设的传感器的道路表面的交通岛之类的辅助设施而加宽道路。因此，能够降低建筑费用。

第三，由于参考预先存储的、与道路上每个车道宽度对应的、彼此紧密安装的多个激光传感器的安装信息，和每个激光传感器的光发射时间点与光接收时间点的经过时间，测量机动车的高度和宽度，道路上不需要检测线或图案或间断标记区域。

第四，由于即使在下雨或下雪的恶劣天气对激光发射和反射的直线传播特性都不会有多大影响，故能够减小机动车测量中的误差。

第五，由于激光传感器以距道路地面某一高度间隔安装，并且由于基于预先存储的、与道路上每个车道宽度对应的彼此紧密安装的多个激光传感器的安装信息，和每个激光传感器的光发射时间点与光接收时间点的经过时间，测量机动车的高度和宽度，在允许机动车在每个车道上行驶以自由改变行驶车道时，也能够准确测量机动车的高度和宽度。

第六，由于基于激光传感器的安装信息和每个激光传感器的光发射时间点和光接收时间点的经过时间，测量机动车的高度和宽度，能够通过长度单位，而不是角度单位，测量正在行驶的机动车的宽度。因此，能够简化计算过程。

第七，由于对应于道路上每个车道的宽度彼此紧密、并距道路表面预定的高度安装多个激光传感器，不管正在行驶的机动车的类型如何都能够准确地测量正在行驶的机动车的宽度。

最后，所有激光传感器被分成多个组，以便在激光传感器不会受彼此反射波影响的最小距离内的相邻的激光传感器被分成一组，然后将脉冲信号并行地作用给多个组，以便能够减少机动车的测量时间。

在不脱离本发明的精神或实质性特征情况下，可以用多种形式来具体体现本发明，显然，除非另有说明，上述的实施例并不受前面描述细节的限制，而是在所附的权利要求限定的精神和范围内应当有更广泛的构成，因此，落入权利要求的边界和范围内的所有改变和修改，或这样边界和范围的等效变化，因此都被包括在所附权利要求的范围内。