基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的紅外監(jiān)控網(wǎng)檢測(cè)酒駕

吳至彩，曹　爽，鄭智偉

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng)110136）

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基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的紅外監(jiān)控網(wǎng)檢測(cè)酒駕

吳至彩，曹爽，鄭智偉

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng)110136）

摘要：傳統(tǒng)的監(jiān)控酒駕的手段是通過(guò)大量派出警力去設(shè)置路卡，采用普通的酒精檢測(cè)儀去檢測(cè)該駕駛員是否酒駕。但這種監(jiān)控手段沒(méi)有起到預(yù)防此類(lèi)事故的作用，也浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。通過(guò)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航聯(lián)合紅外線酒精檢測(cè)設(shè)備，做成一個(gè)龐大的關(guān)于酒駕的全面自動(dòng)監(jiān)控網(wǎng)，以減少因酒駕而出現(xiàn)的交通事故次數(shù)。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)；酒駕檢測(cè)與監(jiān)控；紅外線酒精檢測(cè)裝置；全面自動(dòng)監(jiān)控網(wǎng)

酒駕、醉駕問(wèn)題是長(zhǎng)期影響我國(guó)道路交通安全的一大“頑癥”，歷來(lái)為社會(huì)所詬病。酒駕具有很大的危害，駕駛員醉酒后判斷能力和操作能力降低，對(duì)光、聲剌激反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，本能反射動(dòng)作的時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)，感覺(jué)器官和運(yùn)動(dòng)器官如眼、手、腳之間的配合功能發(fā)生障礙，無(wú)法正確判斷距離和速度。最終導(dǎo)致悲慘的交通事故的發(fā)生。

酒駕以往的檢測(cè)方法主要有：（1）吹氣式檢測(cè)法。該方法需要民警攔截每一輛車(chē)然后要求駕駛者下車(chē)吹氣檢測(cè)，但是很多駕駛員很不配合，檢測(cè)難以進(jìn)行；（2）驗(yàn)血檢測(cè)法。該方法需要抽取駕駛員的血液，所以容易引起駕駛者抵觸，而且耗時(shí)。

為此，本文在此基礎(chǔ)上構(gòu)思建立了一個(gè)基于北斗導(dǎo)航的紅外裝置檢測(cè)網(wǎng)域，用以控制和預(yù)防酒駕事故的發(fā)生，極大減少人力、物力和財(cái)力。

1　基礎(chǔ)技術(shù)介紹

1.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

建成后的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將向全球用戶(hù)提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，包括開(kāi)放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種方式[1]。開(kāi)放服務(wù)是向全球免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度10 m，測(cè)速精度0.2 m/s，授時(shí)精度10 ns[2]。授權(quán)服務(wù)是為有高精度、高可靠衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶(hù)，提供定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。

1.2“紅外域”酒精檢測(cè)儀概述

目前這種“紅外域”酒精檢測(cè)儀在世界上還未出現(xiàn)，本文在一定的科學(xué)基礎(chǔ)和可行性上驗(yàn)證并進(jìn)行模擬。紅外，在光譜中處于可見(jiàn)光的紅端以外，是一種看不見(jiàn)的輻射能。在電磁波譜中，紅外線的波長(zhǎng)范圍在0.75～1000 μm之間，頻率范圍在3×10～4×10赫茲之間[3]在工業(yè)應(yīng)用中，常將紅外光譜劃分為幾個(gè)波段：0.75～3.0 μm為近紅外線區(qū)；3.0～6.0 μm為中紅外線區(qū)；6.0～15.0 μm為遠(yuǎn)紅外線區(qū)；15.0～1000 μm為極遠(yuǎn)紅外線區(qū)。不同物體對(duì)紅外線吸收的能力不同，即使同一物體，對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線吸收的能力也不一樣。本文采用6.0~15.0 μm的遠(yuǎn)紅外區(qū)進(jìn)行測(cè)量[4]。

“紅外域”酒精檢測(cè)儀所產(chǎn)生的紅外線輻射形成一定的域，所以我們形象的稱(chēng)之為“紅外域”酒精檢測(cè)儀。當(dāng)酒駕人員進(jìn)入該域之中，紅外光束可由光學(xué)纖維的傳導(dǎo)穿透他的皮膚直達(dá)皮下的5 mm處，為避免灼傷被檢測(cè)者的皮膚，紅外光束會(huì)在其皮膚表面不斷的移動(dòng)，并且快速的將域快速撤離被檢測(cè)者。而若干紅外輻射傳感器將會(huì)對(duì)反射回來(lái)的紅外輻射信號(hào)進(jìn)行接收。由于人體內(nèi)的酒精含量的多少與紅外輻射的吸收情況有著密切的聯(lián)系，因此經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置處理之后，再由數(shù)據(jù)處理中心處理通過(guò)觀察反射回來(lái)的紅外輻射的光譜圖形的不同就可以獲知被檢測(cè)者的血液里的酒精含量是否超標(biāo)，即可以判斷該駕駛員是否是酒駕或者醉駕。

2　檢測(cè)網(wǎng)的組成原理及結(jié)構(gòu)

2.1基本結(jié)構(gòu)

新的酒駕檢測(cè)網(wǎng)將互聯(lián)網(wǎng)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、“紅外域”酒精檢測(cè)儀結(jié)合在一起，在各個(gè)城市的收費(fèi)站或者關(guān)卡安裝“紅外域”酒精檢測(cè)儀（我們稱(chēng)之為“網(wǎng)點(diǎn)”，下同），檢測(cè)路過(guò)的駕駛員，然后通過(guò)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控并自動(dòng)將各個(gè)“網(wǎng)點(diǎn)”所收集的這些情況通過(guò)數(shù)據(jù)處理中心反饋給交通部門(mén)，最后是由互聯(lián)網(wǎng)將這些“網(wǎng)點(diǎn)”連接起來(lái)，成為一張全面自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控酒駕的網(wǎng)，如圖1所示。

圖1　北斗—“紅外域”自動(dòng)監(jiān)控網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖2是采用sketchup3D建模軟件制作出來(lái)的模型圖，以便詳細(xì)計(jì)算和描述“紅外域”酒精檢測(cè)儀的工作原理以及展現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖2　北斗—“紅外域”自動(dòng)監(jiān)控網(wǎng)立體模型圖

2.2檢測(cè)裝置原理

紅外光束可由光學(xué)纖維的傳導(dǎo)穿透他的皮膚直達(dá)皮下的5 mm處，然后蒸發(fā)成原子束（含有極少量待測(cè)原子），然后用三束頻率不同的激光同時(shí)照射此原子束，調(diào)節(jié)染料激光器的輸出頻率使它們的光子分別與三個(gè)能級(jí)相對(duì)應(yīng)，最后經(jīng)過(guò)偏振片后得到想要方向的光再透過(guò)光柵在光屏上呈現(xiàn)光柵光譜。由于人體內(nèi)的酒精含量的多少與紅外輻射的吸收情況有著密切的聯(lián)系，因此經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置處理之后，再由數(shù)據(jù)處理中心處理通過(guò)觀察反射回來(lái)的紅外輻射的光譜圖形的不同就可以獲知被檢測(cè)者的血液里的酒精含量是否超標(biāo)。通過(guò)光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果。

紅外域”酒精檢測(cè)儀裝置的原理圖如圖3所示，該裝置主要涵蓋有較為精準(zhǔn)的激光器電源，準(zhǔn)分子激光器，三個(gè)染料激光器，半反射器，反射鏡，偏光分光鏡，偏振片，光柵，光屏，能快速精準(zhǔn)檢測(cè)駕駛者是否存在酒駕行為，即由激光器電源發(fā)射激光束，通過(guò)準(zhǔn)分子激光器甄別，再通過(guò)染料激光器進(jìn)行標(biāo)識(shí)，調(diào)節(jié)染料激光器的輸出頻率使它們的光子分別與三個(gè)能級(jí)差相對(duì)應(yīng)，標(biāo)識(shí)后的激光束具有“可視性”，然后再有離子探測(cè)器加以確認(rèn)。通過(guò)偏振片能夠獲得所需方向的光束，當(dāng)酒駕人員進(jìn)入該域之中，紅外光束可由光學(xué)纖維的傳導(dǎo)穿透他的皮膚直達(dá)皮下的五毫米處，反射后會(huì)被接收器接受，最后通過(guò)光柵得到不同

圖3　“紅外域”酒精檢測(cè)儀原理圖

2.3光強(qiáng)度要求

由于需要光學(xué)纖維的傳導(dǎo)穿透人的皮膚直達(dá)皮下的5 mm處，單位時(shí)間內(nèi)，n光子吸收的概率W（n）與入射光強(qiáng)I（以單位時(shí)間通過(guò)單位面積的光子數(shù)表示）的n次方成正比，為避免車(chē)窗等外界干擾因素影響，要產(chǎn)生雙光子吸收，必須提出光強(qiáng)要求。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論指出，單位時(shí)間內(nèi)，n光子吸收的概率W（n）與入射光強(qiáng)I（以單位時(shí)間通過(guò)單位面積的光子數(shù)表示）的n次方成正比，即：

其中：ζ為一常數(shù)，它隨n的增大而迅速減小。對(duì)于原子體系的單光子吸收，ζ1≈10-17（cm2·s），而雙光子吸收的ζ2≈10-50（cm4·s）.由此可見(jiàn)，要產(chǎn)生雙光子吸收，對(duì)于酒駕者的檢測(cè)更好的反射光子，入射光的強(qiáng)度必須要達(dá)到足夠大。

3　結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的紅外監(jiān)控網(wǎng)檢測(cè)酒駕系統(tǒng)，該系統(tǒng)將北斗定位技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)（包括姿態(tài)控制、酒駕車(chē)輛跟蹤探測(cè)技術(shù)，自動(dòng)報(bào)警等，）、“紅外線域”檢測(cè)酒精儀結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)酒駕監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)可采用互聯(lián)網(wǎng)連接或中國(guó)交通部與有關(guān)企業(yè)合作實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別。系統(tǒng)具有創(chuàng)新性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、易操作性等特點(diǎn)，隨著機(jī)動(dòng)車(chē)輛的增多，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的定位精度日漸提高，以及北斗終端用戶(hù)機(jī)價(jià)格的下降，其應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]周干峙.當(dāng)前我國(guó)大城市交通的原因、趨勢(shì)與建議[J].科學(xué)中國(guó)人，1996，80（3）:05

[2]王惠南.GPS導(dǎo)航原理與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社.2003.

[3]Leehy，Reinholtz CF.Inverse kin ematics of serial-chain manipula tors[J].ASME Journalof Mechanical Design.1996，118 （3）:396-404.

[4]王解先.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GPS/GNSS的回顧與展望[J].工程勘察，2006，23（3）：6.

中圖分類(lèi)號(hào):TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0065-03

收稿日期：2016-01-07

基金項(xiàng)目：導(dǎo)師：姜文鑫（助理工程師），注；受沈陽(yáng)航空航天大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目資助，基金編號(hào)（DX503301）

作者簡(jiǎn)介：吳至彩（1993-），男，廣西防城港人，本科，研究方向：交通運(yùn)輸與航天。

Detection of Drunk Driving Based on Infrared Monitoring Network of Beidou Navigation System

WU Zhi-cai，CAO Shuang，ZHENG Zhi-wei
（Shenyang University of Aeronautics and Astronautics，Liaoning Shenyang 110136，China）

Abstract：The traditional method of monitoring drunk driving is through sending a large number of police to set up roadblocks，using ordinary alcohol detector to detect the driver whether drunk driving.However，the effect of this monitoring method is not good,and it does not play a role to prevent this kind of accidents.From another view，it wastes a lot of manpower，material resources and.financial resources.By combining the Beidou satellite navigation system with infrared alcohol detection equipment，making a huge comprehensive automatic monitoring network on drunk driving，which would reduce the number of traffic accidents caused by drunk driving.

Key words:beidou navigation system；detecting and monitoring on drunk driving；infrared alcohol detection equipment；automatic monitoring network