基于北斗導航系統的紅外監控網檢測酒駕

吳至彩，曹　爽，鄭智偉

（沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽110136）

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基于北斗導航系統的紅外監控網檢測酒駕

吳至彩，曹爽，鄭智偉

（沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽110136）

摘要：傳統的監控酒駕的手段是通過大量派出警力去設置路卡，采用普通的酒精檢測儀去檢測該駕駛員是否酒駕。但這種監控手段沒有起到預防此類事故的作用，也浪費大量的人力、物力和財力。通過“北斗”衛星導航聯合紅外線酒精檢測設備，做成一個龐大的關于酒駕的全面自動監控網，以減少因酒駕而出現的交通事故次數。

關鍵詞：北斗導航系統；酒駕檢測與監控；紅外線酒精檢測裝置；全面自動監控網

酒駕、醉駕問題是長期影響我國道路交通安全的一大“頑癥”，歷來為社會所詬病。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，對光、聲剌激反應時間延長，本能反射動作的時間也相應延長，感覺器官和運動器官如眼、手、腳之間的配合功能發生障礙，無法正確判斷距離和速度。最終導致悲慘的交通事故的發生。

酒駕以往的檢測方法主要有：（1）吹氣式檢測法。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，但是很多駕駛員很不配合，檢測難以進行；（2）驗血檢測法。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。

為此，本文在此基礎上構思建立了一個基于北斗導航的紅外裝置檢測網域，用以控制和預防酒駕事故的發生，極大減少人力、物力和財力。

1　基礎技術介紹

1.1北斗衛星導航系統

建成后的北斗衛星導航系統將向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務，包括開放服務和授權服務兩種方式[1]。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務，定位精度10 m，測速精度0.2 m/s，授時精度10 ns[2]。授權服務是為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶，提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。

1.2“紅外域”酒精檢測儀概述

目前這種“紅外域”酒精檢測儀在世界上還未出現，本文在一定的科學基礎和可行性上驗證并進行模擬。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]在工業應用中，常將紅外光譜劃分為幾個波段：0.75～3.0 μm為近紅外線區；3.0～6.0 μm為中紅外線區；6.0～15.0 μm為遠紅外線區；15.0～1000 μm為極遠紅外線區。不同物體對紅外線吸收的能力不同，即使同一物體，對不同波長的紅外線吸收的能力也不一樣。本文采用6.0~15.0 μm的遠紅外區進行測量[4]。

“紅外域”酒精檢測儀所產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”酒精檢測儀。當酒駕人員進入該域之中，紅外光束可由光學纖維的傳導穿透他的皮膚直達皮下的5 mm處，為避免灼傷被檢測者的皮膚，紅外光束會在其皮膚表面不斷的移動，并且快速的將域快速撤離被檢測者。而若干紅外輻射傳感器將會對反射回來的紅外輻射信號進行接收。由于人體內的酒精含量的多少與紅外輻射的吸收情況有著密切的聯系，因此經過數據采集裝置處理之后，再由數據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者的血液里的酒精含量是否超標，即可以判斷該駕駛員是否是酒駕或者醉駕。

2　檢測網的組成原理及結構

2.1基本結構

新的酒駕檢測網將互聯網、北斗導航系統、“紅外域”酒精檢測儀結合在一起，在各個城市的收費站或者關卡安裝“紅外域”酒精檢測儀（我們稱之為“網點”，下同），檢測路過的駕駛員，然后通過北斗導航系統自動監控并自動將各個“網點”所收集的這些情況通過數據處理中心反饋給交通部門，最后是由互聯網將這些“網點”連接起來，成為一張全面自動實時監控酒駕的網，如圖1所示。

圖1　北斗—“紅外域”自動監控網結構圖

圖2是采用sketchup3D建模軟件制作出來的模型圖，以便詳細計算和描述“紅外域”酒精檢測儀的工作原理以及展現內部結構圖。

圖2　北斗—“紅外域”自動監控網立體模型圖

2.2檢測裝置原理

紅外光束可由光學纖維的傳導穿透他的皮膚直達皮下的5 mm處，然后蒸發成原子束（含有極少量待測原子），然后用三束頻率不同的激光同時照射此原子束，調節染料激光器的輸出頻率使它們的光子分別與三個能級相對應，最后經過偏振片后得到想要方向的光再透過光柵在光屏上呈現光柵光譜。由于人體內的酒精含量的多少與紅外輻射的吸收情況有著密切的聯系，因此經過數據采集裝置處理之后，再由數據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者的血液里的酒精含量是否超標。通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結果。

紅外域”酒精檢測儀裝置的原理圖如圖3所示，該裝置主要涵蓋有較為精準的激光器電源，準分子激光器，三個染料激光器，半反射器，反射鏡，偏光分光鏡，偏振片，光柵，光屏，能快速精準檢測駕駛者是否存在酒駕行為，即由激光器電源發射激光束，通過準分子激光器甄別，再通過染料激光器進行標識，調節染料激光器的輸出頻率使它們的光子分別與三個能級差相對應，標識后的激光束具有“可視性”，然后再有離子探測器加以確認。通過偏振片能夠獲得所需方向的光束，當酒駕人員進入該域之中，紅外光束可由光學纖維的傳導穿透他的皮膚直達皮下的五毫米處，反射后會被接收器接受，最后通過光柵得到不同

圖3　“紅外域”酒精檢測儀原理圖

2.3光強度要求

由于需要光學纖維的傳導穿透人的皮膚直達皮下的5 mm處，單位時間內，n光子吸收的概率W（n）與入射光強I（以單位時間通過單位面積的光子數表示）的n次方成正比，為避免車窗等外界干擾因素影響，要產生雙光子吸收，必須提出光強要求。

根據實驗和理論指出，單位時間內，n光子吸收的概率W（n）與入射光強I（以單位時間通過單位面積的光子數表示）的n次方成正比，即：

其中：ζ為一常數，它隨n的增大而迅速減小。對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，要產生雙光子吸收，對于酒駕者的檢測更好的反射光子，入射光的強度必須要達到足夠大。

3　結束語

本文提出了一種基于北斗導航系統的紅外監控網檢測酒駕系統，該系統將北斗定位技術、自動監控技術（包括姿態控制、酒駕車輛跟蹤探測技術，自動報警等，）、“紅外線域”檢測酒精儀結合起來實現酒駕監測，系統可采用互聯網連接或中國交通部與有關企業合作實現身份識別。系統具有創新性、實用性、經濟性、易操作性等特點，隨著機動車輛的增多，北斗衛星系統的定位精度日漸提高，以及北斗終端用戶機價格的下降，其應用前景十分廣闊。

參考文獻：

[1]周干峙.當前我國大城市交通的原因、趨勢與建議[J].科學中國人，1996，80（3）:05

[2]王惠南.GPS導航原理與應用[M].北京：科學出版社.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.全球導航衛星系統GPS/GNSS的回顧與展望[J].工程勘察，2006，23（3）：6.

中圖分類號:TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0065-03

收稿日期：2016-01-07

基金項目：導師：姜文鑫（助理工程師），注；受沈陽航空航天大學大學生創新創業計劃項目資助，基金編號（DX503301）

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

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