激光技術(shù)在交通安全中的應(yīng)用原理一、前言在交通工程上，速度是衡量和評(píng)估道路性能和交通狀況的基礎(chǔ)和重要數(shù)據(jù)之一。速度資料之搜集方法有許多種，包括人工測(cè)量固定距離行駛時(shí)間、壓力皮管法、線圈法、影像處理法、雷達(dá)測(cè)速法與激光測(cè)速法等。其中后兩者屬于攜帶容易而且精確度高的方法，因此廣受采用。超速行車在交通違規(guī)中占有極大比例，此一現(xiàn)象可從高速公路過去四年間違規(guī)告發(fā)項(xiàng)目中，超速案件比例均在三分之二左右看出端倪，而超速行車一直被認(rèn)為是肇事之重要因素之一；因此從交通執(zhí)法觀點(diǎn)而言，取締超速系比較具體的維護(hù)交通安全之手段。國內(nèi)取締違規(guī)超速一向以雷達(dá)測(cè)速槍當(dāng)工具，徑行舉發(fā)案件則輔以照相設(shè)備；唯近年來，雷達(dá)偵測(cè)器盛行，價(jià)格普及化之后，即使法規(guī)明令禁止使用，一般民眾仍趨之若騖，以其代價(jià)，它只需要避免一到兩次禁止的機(jī)會(huì)，成本就可以完全收回。以交通工程觀點(diǎn)來看，駕駛?cè)巳粞b有雷達(dá)偵測(cè)器，則路邊定點(diǎn)所測(cè)得之車速即會(huì)因駕駛?cè)烁兄軠y(cè)速，誤以為警察人員執(zhí)行取締而有普遍減速現(xiàn)象；除造成資料失真外，并因而有引起事故之可能。二、基本原則雷達(dá)為利用無線電回波以探測(cè)目標(biāo)方向和距離的一種裝置。雷達(dá)為英文radar一字之譯音，該字系由radiodetectionandranging一語中諸字前綴縮寫而成，為無線電探向與測(cè)距之意。全世界開始熟悉雷達(dá)是在1940年的不列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達(dá)的英國戰(zhàn)斗機(jī)，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機(jī)，因而改寫了歷史。二次大戰(zhàn)后，雷達(dá)開始有許多和平用途。在天氣預(yù)測(cè)方面，它能用來偵測(cè)暴風(fēng)雨；在飛機(jī)輪船航行安全方面，它可以幫助飛行員和機(jī)場(chǎng)交通管制員更有效地完成任務(wù)。雷達(dá)工作原理與聲波之反射情形極類似，唯一的區(qū)別是它使用的波是非常高頻的無線電波，而非聲波。雷達(dá)之發(fā)射機(jī)相當(dāng)于喊叫聲之聲帶，發(fā)出類似喊叫聲之電脈沖（pulse），雷達(dá)之指向天線猶如喊話筒，使電脈沖之能量，能集中某一方向發(fā)射。接收機(jī)之作用則與人耳相仿，用以接收雷達(dá)發(fā)射機(jī)所發(fā)出電脈沖之回波。多普勒效應(yīng)主要用于測(cè)速雷達(dá)（dopplereffect）原理：當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射機(jī)率。如此即可借由頻率的改變數(shù)值，計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度。激光的英文為laser，這個(gè)字是由lightamplificationbystimulatedemissionofradiation的第一個(gè)字母縮寫而成，意思是指，經(jīng)由激發(fā)放射來達(dá)到光的放大作用。激光所激發(fā)出來的光，其光子大小與運(yùn)動(dòng)方向皆相同，因此每個(gè)波束的頻率都相等，再加上它們一束束緊密地排列著，彼此間分毫不差地互相平行，使整個(gè)光束發(fā)射至極遠(yuǎn)處也不會(huì)散開來。在一九六二年的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，從地球發(fā)射的激光在經(jīng)過近四十萬公里的太空之旅后，它只在月球表面投射出一個(gè)直徑約3公里的圓！此特性使得激光在焊接、切割、雕刻、穿洞等加工與醫(yī)學(xué)（眼科、牙科、腫瘤）之應(yīng)用更為廣泛。測(cè)速激光種類于固態(tài)激光中的半導(dǎo)體激光。激光測(cè)速設(shè)備采用紅外線半導(dǎo)體激光二極管。激光二極管具有多種特性，非常適合測(cè)量速度：?激光二極管在小范圍內(nèi)發(fā)射極窄的光束，此一狹窄光束才能精確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)。?激光二極管在不到十億分之一秒的瞬間切換，大大提高精確度。?激光二極管發(fā)射率很窄，它的探測(cè)器很容易接收到精確的波長；因此在日間有強(qiáng)烈陽光時(shí)，仍能正常操作。?激光二極管只發(fā)射電磁頻譜的紅外部分；而紅外線系眼睛看不見的，不會(huì)影響駕駛?cè)说淖⒁饬?。激光測(cè)速槍以量測(cè)紅外線光波傳送時(shí)間來決定速度。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標(biāo)再折返的時(shí)間會(huì)與距離成正比。以固定間隔發(fā)射兩個(gè)脈沖，即可測(cè)得兩個(gè)距離；將這兩個(gè)距離之間的差值除以發(fā)射時(shí)間間隔，以獲得目標(biāo)的速度。理論上，發(fā)射兩次脈沖即可量測(cè)速度；實(shí)務(wù)上，為避免錯(cuò)誤，一般激光測(cè)速器（槍）在瞬間發(fā)射高達(dá)七組的脈沖波，自以最小平方法求其平均值，去計(jì)算目標(biāo)速度。三、與雷達(dá)的比較超速告發(fā)最易受到的挑戰(zhàn)即是如何確認(rèn)違規(guī)車輛，例如在多車道公路上兩車以上并行時(shí)，警察用雷達(dá)檢測(cè)到超速現(xiàn)象，但無法清楚地識(shí)別哪輛車違反了規(guī)定。原因在于雷達(dá)波發(fā)射錐角度約在十至二十度間，而激光波發(fā)射錐角度只有不到十分之一度；因此以激光測(cè)速可以明確認(rèn)定受測(cè)目標(biāo)據(jù)以告發(fā)。激光狹窄光束使得兩車被同時(shí)偵測(cè)到的機(jī)會(huì)等于零；對(duì)于市面上普遍銷售之雷達(dá)偵測(cè)器（或稱超速偵測(cè)器）不啻一大克星。雷達(dá)與激光之最遠(yuǎn)測(cè)速距離均在二千余英呎，可以加強(qiáng)設(shè)備發(fā)射功率而增長，惟并不具實(shí)際效益。雷達(dá)測(cè)速器需經(jīng)常以固定頻率之音叉加以校正，而激光測(cè)速器則無此必要。另一重要差別在測(cè)速的時(shí)間，以雷達(dá)測(cè)速約高要二至三秒鐘，而使用激光則只需要約零點(diǎn)三秒。按此操作速度，該制造商甚至開發(fā)了一種激光測(cè)速儀，配合攝影技術(shù)，以不到1秒的間隔連續(xù)記錄違法和超速車輛。圖一顯示激光測(cè)速器配合數(shù)字相機(jī)所拍攝到之照片。電槍的缺點(diǎn)是不能在移動(dòng)狀態(tài)下使用；如裝于警車上或由坐在行進(jìn)車輛上乘員持用，均無法正常操作。至于成本方面，ｋ頻雷達(dá)測(cè)速槍每具時(shí)價(jià)約新臺(tái)幣拾萬元，激光測(cè)速槍每具約新臺(tái)幣參拾萬元。四、后記由于激光束狹窄具有正確認(rèn)定目標(biāo)的特點(diǎn)，許多文獻(xiàn)指出其其至可以用來測(cè)量行人的步行或跑步速度；對(duì)為數(shù)眾多之機(jī)車速度量測(cè)更是變成可行而且簡易。作者曾利用lti20-20激光測(cè)速槍對(duì)行人、單車與機(jī)車目標(biāo)進(jìn)行量測(cè)，均能迅速獲得速度（公里／小時(shí)）與距離（十分之一公