吳至彩，曹　爽，鄭智偉

（沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽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

（沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽110136）

摘要：傳統(tǒng)的監(jiān)控酒駕的手段是通過大量派出警力去設(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)控手段沒有起到預(yù)防此類事故的作用，也浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。通過“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、醉駕問題是長(zhǎng)期影響我國(guó)道路交通安全的一大“頑癥”，歷來為社會(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然后要求駕駛者下車吹氣檢測(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)將向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，包括開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種方式[1]。開放服務(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，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，在光譜中處于可見光的紅端以外，是一種看不見的輻射能。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)處理中心處理通過觀察反射回來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（我們稱之為“網(wǎng)點(diǎn)”，下同），檢測(cè)路過的駕駛員，然后通過北斗導(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數(shù)據(jù)處理中心反饋給交通部門，最后是由互聯(lián)網(wǎng)將這些“網(wǎng)點(diǎn)”連接起來，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)過偏振片后得到想要方向的光再透過光柵在光屏上呈現(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)處理中心處理通過觀察反射回來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，通過準(zhǔn)分子激光器甄別，再通過染料激光器進(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)間通過單位面積的光子數(shù)表示）的n次方成正比，為避免車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，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

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，以及北斗終端用戶機(jī)價(jià)格的下降，其應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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[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