收費(fèi)站車(chē)輛分離光柵的原理

經(jīng)常跑高速的司機(jī)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，收費(fèi)站的欄桿總是很 “聰明”—— 前面的車(chē)剛過(guò)完，欄桿就會(huì)精準(zhǔn)落下，后面的車(chē)哪怕跟得再近，也不會(huì)被誤判成一輛車(chē)。這背后藏著一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備：車(chē)輛分離光柵。它不像攝像頭那樣顯眼，卻像一雙隱形的眼睛，默默守護(hù)著收費(fèi)系統(tǒng)的精準(zhǔn)運(yùn)行。

一、從常見(jiàn)場(chǎng)景看車(chē)輛分離光柵的必要性

早幾年在一些車(chē)流量大的收費(fèi)站，經(jīng)常能看到這樣的情況：兩輛車(chē)貼得太近，收費(fèi)系統(tǒng)把它們當(dāng)成了一輛車(chē)，結(jié)果前一輛車(chē)?yán)U了費(fèi)，后一輛車(chē)跟著 “蹭” 過(guò)去沒(méi)交錢(qián)；或者系統(tǒng)反復(fù)識(shí)別，欄桿半天不落，后面堵起長(zhǎng)長(zhǎng)的車(chē)隊(duì)。這種麻煩，直到車(chē)輛分離光柵普及后才漸漸消失。

其實(shí)這東西原理不算復(fù)雜，但設(shè)計(jì)得很巧妙。它就像在車(chē)道上拉起一道看不見(jiàn)的 “光網(wǎng)”，車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)觸碰到這張網(wǎng)，系統(tǒng)就知道 “有車(chē)來(lái)了”，而且能清楚分辨是一輛還是多輛。

二、車(chē)輛分離光柵的核心工作邏輯

車(chē)輛分離光柵由兩部分組成：發(fā)射端和接收端，通常分別裝在車(chē)道兩側(cè)。發(fā)射端會(huì)持續(xù)發(fā)出密密麻麻的紅外光束，這些光束平行排列，形成一道幾厘米寬的 “光幕”，剛好覆蓋整個(gè)車(chē)道的寬度和高度。接收端則正對(duì)著發(fā)射端，時(shí)刻 “盯著” 這些光束。

當(dāng)車(chē)輛駛?cè)胲?chē)道，車(chē)身會(huì)擋住部分光束。接收端一旦發(fā)現(xiàn)某些光束被擋住，就會(huì)把這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳給收費(fèi)站的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)分析被擋住的光束位置和時(shí)間，就能判斷出車(chē)輛的輪廓、長(zhǎng)度，甚至行駛速度。

更關(guān)鍵的是，它能精準(zhǔn)區(qū)分兩車(chē)之間的間隙。哪怕兩輛車(chē)只隔了幾十厘米，只要中間有光線能通過(guò)，接收端就會(huì)識(shí)別出 “兩輛車(chē)” 的信號(hào)，避免系統(tǒng)誤判。這就好比用細(xì)線織了一張網(wǎng)，魚(yú)一條條游過(guò)，網(wǎng)能清楚感覺(jué)到每條魚(yú)的經(jīng)過(guò)，不會(huì)把兩條緊挨著的魚(yú)當(dāng)成一條。

三、支撐原理實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）高密度光束排列

為了準(zhǔn)確識(shí)別車(chē)輛輪廓，光柵的光束密度很高，每厘米可能就有一道光束。這樣哪怕是摩托車(chē)、自行車(chē)這類(lèi)小型車(chē)輛經(jīng)過(guò)，也能被精準(zhǔn)捕捉，不會(huì)因?yàn)楣馐g距太大而漏檢。

（二）快速響應(yīng)能力

車(chē)輛通過(guò)收費(fèi)站時(shí)，哪怕速度不算快（通常 5-10 公里 / 小時(shí)），也需要光柵在瞬間做出反應(yīng)。優(yōu)質(zhì)的車(chē)輛分離光柵響應(yīng)時(shí)間能達(dá)到微秒級(jí)，相當(dāng)于車(chē)輛移動(dòng)一毫米的時(shí)間內(nèi)，就能完成信號(hào)識(shí)別和傳輸。

（三）抗干擾設(shè)計(jì)

收費(fèi)站環(huán)境復(fù)雜，晴天有強(qiáng)光，雨天有水霧，夜間有車(chē)燈直射。光柵的發(fā)射端和接收端都做了特殊處理：發(fā)射端的紅外光有特定波長(zhǎng)，能避開(kāi)陽(yáng)光中的干擾波段；接收端帶濾波功能，只 “認(rèn)” 自己發(fā)射端發(fā)出的光線，不會(huì)被其他光源迷惑。

四、不同場(chǎng)景下的原理應(yīng)用差異

同樣是車(chē)輛分離光柵，在不同類(lèi)型的收費(fèi)站里，工作起來(lái)還有些細(xì)微差別。下面這張表格能更清楚地看出其中的不同：

五、相比傳統(tǒng)方式更可靠的原因

以前收費(fèi)站用的是地感線圈，就是埋在地下的金屬線，車(chē)輛壓過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)。但這種方式有個(gè)缺點(diǎn)：如果兩輛車(chē)離得太近，線圈會(huì)把它們當(dāng)成一個(gè)大物體。而車(chē)輛分離光柵的 “光網(wǎng)” 是立體的，能從側(cè)面識(shí)別車(chē)輛之間的空隙，哪怕車(chē)身貼得再近，只要中間有光線通過(guò)，就能分開(kāi)識(shí)別。

另外，地感線圈容易被重型車(chē)輛壓壞，維修起來(lái)要挖開(kāi)地面，影響通行。而光柵裝在車(chē)道兩側(cè)的支架上，不容易被車(chē)輛碰到，維護(hù)起來(lái)也方便，這也是它逐漸替代傳統(tǒng)設(shè)備的原因之一。

六、總結(jié)

車(chē)輛分離光柵的核心原理，就是用紅外光束編織一張 “光網(wǎng)”，通過(guò)檢測(cè)光束被遮擋的情況來(lái)識(shí)別車(chē)輛。它的高密度光束、快速響應(yīng)和抗干擾設(shè)計(jì)，讓這張 “光網(wǎng)” 在復(fù)雜的收費(fèi)站環(huán)境中依然精準(zhǔn)可靠。無(wú)論是區(qū)分跟車(chē)、識(shí)別車(chē)型，還是配合 ETC 系統(tǒng)，都是基于這個(gè)原理的靈活應(yīng)用。

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