1引言
近年来，随着我国道路交通的快速发展，机动车保有量也在不断增加，同时由超速行驶引发的交通事故的数量也在相应增加。为此，公安交通管理部门加大了机动车测速仪的推广应用。机动车测速仪，即机动车超速违法行为监控与图像取证系统，是测速技术与图像采集技术的有机结合，通过对监测车道内机动车行驶速度的实时、自动测量，对超速违法的机动车辆图像（含车辆牌号、车型等）进行拍摄，自动记录车辆行驶时的速度值、车辆图像、日期、时间、地点等相关信息作为执法证明。它的出现，极大地缓解了交通管理中警力调配不足的问题，在一定程度上遏制了超速事故的发生。而雷达方式触发的机动车测速仪（以下简称雷达测速仪）以其测试精度高、性价比适中、安装调试方便而广泛应用。
2雷达测速仪的发展
2.1国内外应用及发展
雷达测速仪最早在二战期间运用于军事目的，2000年前后运用到我国交通监控行业。最先出现的是单一功能的手枪式雷达测速仪，由雷达测速单元及速度打印单元组成，需要由人工完成操作。2003年，国内一些雷达生产、销售企业开始生产车载雷达测试系统，其主要由测速雷达、图像采集单元（DV、工业摄像机）、数据处理单元（笔记本、工控机）组成。2004年，随着德国ROBOT公司生产的6F测速仪，应用高清图像采集单元，采用固定安装方式，特别是在高速公路上监控机动车超速违法行为成效显著。2007年，国家标准《机动车测速仪》（GB/T21255-2007）发布对测速仪的速度图像的对应性、图像记录要求、超速车辆的捕获率、测速的负误差提出了相应要求推动了高清雷达测速仪的发展。2009年，高清摄像机+窄波雷达模式的雷达测速仪被大范围的推广应用，提高了执法的准确性。2011年2D卡口型雷达的出现，在近距离10-300m能够对移动目标角度坐标相位测定，进一步发挥了雷达测试仪在监控方面的功能。
2.2常见测速方式技术性能比较
目前，在机动车测速仪比较常用的测速方式主要有雷达、激光、地感线圈、视频、微波等。
1、雷达测速
雷达测速是根据多普勒原理，通过反射雷达波的频率变化来对移动车辆进行测速。雷达测速仪具有测式精度高、技术成熟、价格相对较低等优点而得到广泛应用。
2、激光测速
激光测速是通过红外线光波以连续脉冲测量单位时间内车辆距离的变化来计算速度。激光测速仪具有测速准确度高，可以明确认定受测目标。这些特性使激光监测系统在较高车流量的路况上能够准确地工作。但激光检测存在性价比较差、受雾天等环境影响大、激光束对人眼的伤害等问题。
3、地感线圈(或感应棒)测速
地感线圈测速是利用车辆通过两个（或两个以上）地感线圈产生电磁感应的时间差来计算通过超速监测区域时的速度。但地感线圈测速的最大问题是安装施工时会破坏路面，影响路面寿命，且线圈在地下容易受环境影响。
4、视频测速
视频测速是利用车辆通过两个视频虚拟线圈的时间差，或采用了目标识别与目标跟踪技术来计算车辆的运行速度。该系统优点是简单方便、不破坏路面、不用更换线圈。视频测速的主要问题是测速误差相对较大，容易受到光照、车辆外型等因素的影响。
5、微波测速
微波测速是通过工作在微波波段的小功率雷达，发射低功率连续频率调制微波，在路面上形成椭圆形投影，通过连续测量测试区域内车辆位置的变化来计算车辆速，车辆的长度,及车辆多少的信息。微波测速的主要问题是测速准确性低、测速区域宽抗干扰性较差。
综上所述，相比于其他检测方式，雷达测试仪具有测试精度高、安装调试简单、不需要破路且价格相对较低等优点而得到逐步推广应用。
3雷达测速仪组成及测速原理
3.1雷达测速仪组成
雷达测速仪一般由测速雷达单元、抓拍取证单元、数据处理单元、电源模块及机箱等组成。抓拍取证单元主要使用高清摄像机，也有少数使用标清摄像机或单反相机。电源模块按其使用环境的不同可分为固定式、便携式及车载固定式。固定式测速仪需外部220V供电，由空开防雷等组成对电器安全性能要求比较高。而移动测速仪一般自带电池供电，车载式使用车辆点烟器12V供电。
3.2雷达测速原理
雷达测速仪是利用雷达天线发射高频信号，在其作用范围内遇到目标物体时反射回的信号被接收天线接收，测速雷达单元主要使用K波段的24.15G频率。雷达微处理器通过判断其频率的变化来计算目标物体移动的速度及运动方向。主控制系统对比测速值及设定的限速值，来决定是否触发摄像机抓拍取证。其中测速雷达波频率的变化称为多普勒现象，当一定发射频率的雷达波束射到移动目标时，其反射频率携带的目标速度信息与发射频率不同，两者之差称为多普勒频率，多普勒频率与目标的移动速度成正比。当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线方向而去时，反射信号频率将低于发射机频率。使用雷达测速对角度的要求较高，测速系统应正对运动物体的移动方向，当测速角度小于5°时，对测量结果的影响不大于1km/h，通常可以忽略不计；否则，应对角度带来的Cosine效应进行修正，以保证测量结果的准确可靠。
雷达多普勒频移测速原理的公式如下：
式中：fd：多普勒频率，Hz；
c：电磁波的传播速度（2.99792458×105km/s）；
K：单位换算系数（103/3.6）；
f0：雷达测试仪或雷达测速单元微波发射频率的标称值，MHz；
v：机动车速度，km/h；
cosα：雷达波束电轴与目标速度矢量所夹锐角。
3.3雷达性能比较分析
根据雷达波瓣角的不同，通常分为窄波雷达、宽波雷达（见图1、图2所示）。
图2：顶装宽波雷达波瓣示意图
目前，使用较多的是一种窄波雷达，因其发射天线是平板型的，所以又称之为平板雷达。窄波雷达使用了微带阵列天线设计技术，使得天线口径面积很小，它的波瓣角在3°-7°（见下图1）。窄波雷达与宽波雷达相比，主波束周围的弥散区域更小，使得车辆实际测速区域小，抓拍时车辆的触发位置会更准确，受多车影响小（见下图3所示）；同时波束窄则雷达主瓣增益高，能量集中，同样发射功率下，信噪比高，更适于对单车道超速情况进行监控。宽波速雷达的雷达波发射锥角度约10°-30°，扫描面较广，监测区域大，当相邻车道两车并排进入超速监测区域，或同车道两车连续进入超速监测区域时，雷达监测系统无法明确认定车辆，易造成误判。因此，宽波束雷达应配合高清摄像取证应用在车流量较小的道路。
图3：雷达侧装波瓣示意图
4典型应用方案
目前雷达测速仪已在高速公路、普通公路、城市道路及隧道中普遍使用。根据其安装方式的不同可分为固定式、车载式及移动式。固定式因无人值守，监控时间长，警示作用明显而得到广泛应用；便携式测速仪具有建设周期短，费用少，使用便捷等优点，但对人员的操作要求较高且易受到天气影响。车载式雷达测速仪使用灵活方便受环境影响较小，可以在动态或静态中测速，但对设备调试要求高，车辆的运行角度及雷达测试的角度会对测试的精度有较大影响。
4.1在高速公路上主要采用固定式测速仪，有以下几种使用模式：
1、窄波雷达+高清摄像机侧装模式
该模式采用窄波雷达测速、高清摄像机抓拍取证。发挥窄波雷达触发位置精准的优点，辅以高清摄像的大范围的取证适用于车流量较大的高速等路段，监控范围1～3条车道。
2、宽波雷达+高清摄像机侧装模式
该模式使用宽波雷达测速、高清摄像机抓拍取证。宽波雷达由于波瓣角比较大、扫描范围广，辅以高清摄像的大范围的取证防止误抓。适用于车流量较小的高速路段，监控范围1～2条车道。
4.2在普通公路上测速仪主要使用模式
1、窄波雷达+高清相机模式顶装或侧装
这是目前使用的主要模式。在流量较大的、车流较复杂，且中间没有隔离带的普通公路主要使用雷达顶装模式，雷达安装于天桥下或横杆、龙门架上监控单条车道，使用200万像素级高清摄像机抓拍对应车道。此方式抓拍准确率高，误拍率低，可以实现雷达卡口功能，但前期投资成本较高。在有中间隔离带车的普通公路一般采用侧装模式，可同时监控范围1～3条车道，设备的使用效率高。
2、宽波雷达+高清摄像机固定侧装模式
宽波雷达由于波瓣角比较大、扫描范围广，需要辅以取证范围更宽的高清摄像机来防止由于相连车辆的干扰造成误惩罚。此模式适用于车流量较小、车间距较大的普通公路，监控范围1～2条车道。
3、窄波雷达+标清摄像机固定侧装模式
由于窄波雷达由于波瓣角较小、触发位置精准，辅以标清摄像机取证时适用于车流量相对较大的道路，监控1～2条车道。
4、移动测速的使用
移动测速仪通常使用宽波或窄波雷达+高清摄像机模式，一般没有配备补光设备，需光照条件较好的路面使用。常安装于道路中央绿化带或放置在路边的车中，对超速违法行为数量增加的路段进行临时监控。由于隐蔽性好，可增加超速驾驶人员的心里威慑。
4.3城市道路使用模式
在城市道路中雷达测速仪主要安装在车流量相对较大的城市快速通道及高架上，以高清摄像机+窄波雷达侧装为主，也有少数使用宽波雷达。
4.4隧道主要使用模式
隧道因其空间有限，且路面状况不复杂，一般使用高清摄像机+窄波雷达顶装模式来监控单条车道。
5结束语
雷达测速仪作为规范查处机动车超速违法行为的重要警用装备，在预防和减少道路交通事故方面发挥了积极作用。随着雷达测速仪技术和应用的逐步发展，需要进一步提升其测速准确性、速度图像对应性、取证有效性，为推进执法规范化发挥更大的作用。
作者简介
陆宇：公安部交通管理科学研究所
孙巍：公安部交通管理科学研究所
李壮志：公安部交通管理科学研究所
王旭：公安部交通管理科学研究所
