[发明专利]一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统及方法，利用激光雷达高精度低空探测以及全天时工作能力，弥补了高速隧道内部能见度低、路面异物复杂多样等复杂环境的影响，激光雷达单元沿隧道顶部导轨的直线运动实现了对路面的纵向扫描，激光雷达单元中单轴MEMS微镜进行谐振运动实现了对路面的横向扫描，两者结合实现了对高速隧道路面的Z字形无死区扫描，并通过合理设计单轴MEMS微镜扫描角度及谐振频率、APD线列探测器的像元数、激光光斑束散角、激光脉冲信号发射时序等参数，实现对高速隧道路面目标的距离成像和灰度成像，从而实现对高速隧道路面异物的实时、有效检测。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其是涉及一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统及方法。

背景技术

近年来，我国高速公路隧道建设得到飞速发展，公路隧道总长持续高速增长，平均年增速度超过24％，已然成为交通车辆通行的关键路段。而隧道作为高速公路上的特殊结构物，具有环境信息复杂的特点，当隧道路面存在落石、过往汽车抛撒物等异物时，绝大多数驾驶员因为隧道内部能见度低、视野狭窄、出入口处黑洞和白洞效应等交通特点，驾驶员来不及提前采取有效措施避开这些异物，当车辆轮胎高速驶过异物时，极易导致车辆失控；驾驶员或是往往会不经意地采取强制性紧急制动措施或紧急变道措施，紧急制动会引发车辆甩尾和侧翻，而紧急变道则容易导致车辆失控，从而造成惨重的人员伤亡和重大的财产损失，因此高速隧道路面异物的存在，大大降低了高速隧道路面的行车安全系数，对行驶车辆形成路面障碍，极大地增加了其发生交通事故的可能性。

目前我国已经建立了一定规模的高速公路隧道基础设施和隧道监控系统，如测速设备、烟雾报警器、通风设备、喷淋设备、能见度检测仪、高清摄像机等。这些基础设施设备能对隧道交通信息进行采集、记录、传输、统计等，但不能对隧道路面异物进行自动检测；新兴的AI视频具有自动检测的能力，但其主要用于车辆轨迹追踪，而且由于隧道存在光线不足、环境昏暗、过往车辆灯光干扰、空气漂浮粉尘过多等不良因素，AI视频回传画面较为模糊，难以对隧道路面影响车辆通行的异物进行实时而有效的检测。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明结合高速隧道特点，公开了一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统及方法，能对隧道内影响车辆高速通行的异物进行快速、准确地检测，并对外给出预警信息，提醒高速公路运营管理单位对隧道内异物采取及时、有效的排故措施，降低隧道交通事故的发生。

为实现上述目的，本发明采样如下技术方案：

一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统，包括导轨伺服运动单元和激光雷达单元；所述导轨伺服运动单元包括沿隧道顶部纵向安装的导轨、滚珠丝杠和伺服电机；所述激光雷达单元安装在导轨伺服运动单元导轨上，并在伺服电机带动下沿导轨移动；

所述激光雷达单元包括现场可编程门阵列FPGA、LD脉冲激光器驱动电路、LD脉冲激光器、光束整形透镜、分光器件、PIN光电二极管、单轴MEMS微镜、接收透镜、APD线列探测器、信号处理电路、时刻鉴别电路、单轴MEMS微镜驱动电路；

所述FPGA的一输出端与LD脉冲激光器驱动电路相连，LD脉冲激光器驱动电路与LD脉冲激光器输入端相连，LD脉冲激光器发射激光脉冲信号至分光器件；分光器件用于将接入的激光脉冲信号分成两路，一路信号接入PIN光电二极管，PIN光电二极管与时刻鉴别电路相连，以确定激光脉冲的飞行起始时刻，另一路信号经光束整形透镜、单轴MEMS微镜向高速公路隧道路面反射，产生激光脉冲回波信号；

所述FPGA的另一输出端与单轴MEMS微镜驱动电路相连，单轴MEMS微镜驱动电路与单轴MEMS微镜相连，以驱动其进行沿高速公路隧道路面横向方向的谐振运动；