一、前言
在交通工程上,速度是計量與評估道路績效和交通狀況的基本重要數(shù)據(jù)之一。速度資料之搜集方法有許多種,包括人工測量固定距離行駛時間、壓力皮管法、線圈法、影像處理法、雷達測速法與激光測速法等。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為是肇事之重要因素之一;因此從交通執(zhí)法觀點而言,取締超速系比較具體的維護交通安全之手段。國內(nèi)取締違規(guī)超速一向以雷達測速槍當(dāng)工具,徑行舉發(fā)案件則輔以照相設(shè)備;唯近年來,雷達偵測器盛行,價格普及化之后,即使法規(guī)明令禁止使用,一般民眾仍趨之若騖,蓋以其價格只需逃避一至兩次取締的機會即可完全回收成本。以交通工程觀點來看,駕駛?cè)巳粞b有雷達偵測器,則路邊定點所測得之車速即會因駕駛?cè)烁兄軠y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、基本原理
雷達為利用無線電回波以探測目標方向和距離的一種裝置。雷達為英文radar一字之譯音,該字系由radio detection and ranging一語中諸字前綴縮寫而成,為無線電探向與測距之意。全世界開始熟悉雷達是在1940年的不列顛空戰(zhàn)中,七百架載有雷達的英國戰(zhàn)斗機,擊敗兩千架來襲的德國轟炸機,因而改寫了歷史。二次大戰(zhàn)后,雷達開始有許多和平用途。在天氣預(yù)測方面,它能用來偵測暴風(fēng)雨;在飛機輪船航行安全方面,它可幫助領(lǐng)港人員及機場航管人員更有效地完成他們的任務(wù)。
雷達工作原理與聲波之反射情形極類似,差別只在于其所使用之波為一頻率極高之無線電波,而非聲波。雷達之發(fā)射機相當(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。接收機之作用則與人耳相仿,用以接收雷達發(fā)射機所發(fā)出電脈沖之回波。
測速雷達主要系利用都卜勒效應(yīng)(doppler effect)原理:當(dāng)目標向雷達天線靠近時,反射信號頻率將高于發(fā)射機頻率;反之,當(dāng)目標遠離天線而去時,反射信號頻率將低于發(fā)射機率。如此即可借由頻率的改變數(shù)值,計算出目標與雷達的相對速度。
激光的英文為laser,這個字是由light amplification by stimulated emission of radiation的第一個字母縮寫而成,意思是指,經(jīng)由激發(fā)放射來達到光的放大作用。激光所激發(fā)出來的光,其光子大小與運動方向皆相同,因此每個波束的頻率都相等,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,使整個光束發(fā)射至極遠處也不會散開來。在一九六二年的實驗中發(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,只在月球表面上投射出一片約三公里直徑大小的圓而已!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。
測速激光種類于固態(tài)激光中的半導(dǎo)體激光。激光測速設(shè)備采用紅外線半導(dǎo)體激光二極管。激光二極管有幾個特點使它極適合用來量測速度:
•激光二極管自微小范圍中發(fā)射出極窄的光束,此一狹窄光束才能精確地瞄準目標。
•激光二極管以小于十億分之一秒的瞬間切換開關(guān),大大提高精確度。
•激光二極管發(fā)射率很窄,其偵測器極易接收到精確的波長;因此在日間有強烈陽光時,仍能正常操作。
•激光二極管只發(fā)射電磁光譜中的紅外線部分;而紅外線系眼睛看不見的,不會影響駕駛?cè)说淖⒁饬Α?nbsp;
激光測速槍以量測紅外線光波傳送時間來決定速度。由于光速是固定,激光脈沖傳送到目標再折返的時間會與距離成正比。以固定間隔發(fā)射兩個脈沖,即可測得兩個距離;將此二距離之差除以發(fā)射時間間隔即可得到目標的速度。理論上,發(fā)射兩次脈沖即可量測速度;實務(wù)上,為避免錯誤,一般激光測速器(槍)在瞬間發(fā)射高達七組的脈沖波,自以最小平方法求其平均值,去計算目標速度。
三、與雷達之比較
超速告發(fā)最易受到的挑戰(zhàn)即是如何確認違規(guī)車輛,例如在多車道公路上兩車以上并行時,警員以雷達測得超速現(xiàn)象卻無法明確認定那一部車輛違規(guī)。原因在于雷達波發(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;因此以激光測速可以明確認定受測目標據(jù)以告發(fā)。激光狹窄光束使得兩車被同時偵測到的機會等于零;對于市面上普遍銷售之雷達偵測器(或稱超速偵測器)不啻一大克星。
雷達與激光之最遠測速距離均在二千余英呎,可以加強設(shè)備發(fā)射功率而增長,惟并不具實際效益。雷達測速器需經(jīng)常以固定頻率之音叉加以校正,而激光測速器則無此必要。另一重要差別在測速的時間,以雷達測速約高要二至三秒鐘,而使用激光則只需要約零點三秒。按此操作速度,廠商甚至開發(fā)出配合照相之激光測速器以不到一秒的間隔連續(xù)記錄違規(guī)超速車輛。圖一顯示激光測速器配合數(shù)字相機所拍攝到之照片。
電射測速槍之缺點系無法于移動狀態(tài)下使用;如裝于警車上或由坐在行進車輛上乘員持用,均無法正常操作。至于成本方面,k頻雷達測速槍每具時價約新臺幣拾萬元,激光測速槍每具約新臺幣參拾萬元。
四、結(jié)語
由于激光束狹窄具有正確認定目標的特點,許多文獻指出其其至可以用來測量行人的步行或跑步速度;對為數(shù)眾多之機車速度量測更是變成可行而且簡易。作者曾利用lti20-20激光測速槍對行人、單車與機車目標進行量測,均能迅速獲得速度(公里/小時)與距離(十分之一公尺)之滿意數(shù)據(jù)。配備激光測速槍的美國警方更利用其精確且快捷的測距功能,將其用在交通事故與刑案現(xiàn)場圖關(guān)鍵點之測繪。交通警察單位已多次進行激光測速之測試,部份單位亦已完成采購使用中。民眾不可自恃裝有超速偵測器而恣意飚車,危害公眾與自身安全。