激光技术在交通安全上的应用原理

　　一、前言

　　在交通工程上，速度是计量与评估道路绩效和交通状况的基本重要数据之一。速度资料之搜集方法有许多种，包括人工测量固定距离行驶时间、压力皮管法、线圈法、影像处理法、雷达测速法与激光测速法等。其中后两者属于携带容易而且精确度高的方法，因此广受采用。

　　超速行车在交通违规中占有极大比例，此一现象可从高速公路过去四年间违规告发项目中，超速案件比例均在三分之二左右看出端倪，而超速行车一直被认为是肇事之重要因素之一；因此从交通执法观点而言，取缔超速系比较具体的维护交通安全之手段。国内取缔违规超速一向以雷达测速枪当工具，径行举发案件则辅以照相设备；唯近年来，雷达侦测器盛行，价格普及化之后，即使法规明令禁止使用，一般民众仍趋之若骛，盖以其价格只需逃避一至两次取缔的机会即可完全回收成本。以交通工程观点来看，驾驶人若装有雷达侦测器，则路边定点所测得之车速即会因驾驶人感知受测速，误以为警察人员执行取缔而有普遍减速现象；除造成资料失真外，并因而有引起事故之可能。

　　二、基本原理

　　雷达为利用无线电回波以探测目标方向和距离的一种装置。雷达为英文radar一字之译音，该字系由radio detection and ranging一语中诸字前缀缩写而成，为无线电探向与测距之意。全世界开始熟悉雷达是在1940年的不列颠空战中，七百架载有雷达的英国战斗机，击败两千架来袭的德国轰炸机，因而改写了历史。二次大战后，雷达开始有许多和平用途。在天气预测方面，它能用来侦测暴风雨；在飞机轮船航行安全方面，它可帮助领港人员及机场航管人员更有效地完成他们的任务。

　　雷达工作原理与声波之反射情形极类似，差别只在于其所使用之波为一频率极高之无线电波，而非声波。雷达之发射机相当于喊叫声之声带，发出类似喊叫声之电脉冲（pulse），雷达之指向天线犹如喊话筒，使电脉冲之能量，能集中某一方向发射。接收机之作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机所发出电脉冲之回波。

　　测速雷达主要系利用都卜勒效应（doppler effect）原理：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，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机率。如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度。

　　激光的英文为laser，这个字是由light amplification by stimulated emission of radiation的第一个字母缩写而成，意思是指，经由激发放射来达到光的放大作用。激光所激发出来的光，其光子大小与运动方向皆相同，因此每个波束的频率都相等，再加上它们一束束紧密地排列着，彼此间分毫不差地互相平行，使整个光束发射至极远处也不会散开来。在一九六二年的实验中发现，从地球发射的激光在经过近四十万公里的太空之旅后，只在月球表面上投射出一片约三公里直径大小的圆而已！此特性使得激光在焊接、切割、雕刻、穿洞等加工与医学（眼科、牙科、肿瘤）之应用更为广泛。

　　测速激光种类于固态激光中的半导体激光。激光测速设备采用红外线半导体激光二极管。激光二极管有几个特点使它极适合用来量测速度：

　　•激光二极管自微小范围中发射出极窄的光束，此一狭窄光束才能精确地瞄准目标。 

　　•激光二极管以小于十亿分之一秒的瞬间切换开关，大大提高精确度。 

　　•激光二极管发射率很窄，其侦测器极易接收到精确的波长；因此在日间有强烈阳光时，仍能正常操作。 

　　•激光二极管只发射电磁光谱中的红外线部分；而红外线系眼睛看不见的，不会影响驾驶人的注意力。 

　　激光测速枪以量测红外线光波传送时间来决定速度。由于光速是固定，激光脉冲传送到目标再折返的时间会与距离成正比。以固定间隔发射两个脉冲，即可测得两个距离；将此二距离之差除以发射时间间隔即可得到目标的速度。理论上，发射两次脉冲即可量测速度；实务上，为避免错误，一般激光测速器（枪）在瞬间发射高达七组的脉冲波，自以最小平方法求其平均值，去计算目标速度。

　　三、与雷达之比较

　　超速告发最易受到的挑战即是如何确认违规车辆，例如在多车道公路上两车以上并行时，警员以雷达测得超速现象却无法明确认定那一部车辆违规。原因在于雷达波发射锥角度约在十至二十度间，而激光波发射锥角度只有不到十分之一度；因此以激光测速可以明确认定受测目标据以告发。激光狭窄光束使得两车被同时侦测到的机会等于零；对于市面上普遍销售之雷达侦测器（或称超速侦测器）不啻一大克星。

　　雷达与激光之最远测速距离均在二千余英呎，可以加强设备发射功率而增长，惟并不具实际效益。雷达测速器需经常以固定频率之音叉加以校正，而激光测速器则无此必要。另一重要差别在测速的时间，以雷达测速约高要二至三秒钟，而使用激光则只需要约零点三秒。按此操作速度，厂商甚至开发出配合照相之激光测速器以不到一秒的间隔连续记录违规超速车辆。图一显示激光测速器配合数字相机所拍摄到之照片。

　　电射测速枪之缺点系无法于移动状态下使用；如装于警车上或由坐在行进车辆上乘员持用，均无法正常操作。至于成本方面，ｋ频雷达测速枪每具时价约新台币拾万元，激光测速枪每具约新台币参拾万元。

　　四、结语

　　由于激光束狭窄具有正确认定目标的特点，许多文献指出其其至可以用来测量行人的步行或跑步速度；对为数众多之机车速度量测更是变成可行而且简易。作者曾利用lti20-20激光测速枪对行人、单车与机车目标进行量测，均能迅速获得速度（公里／小时）与距离（十分之一公尺）之满意数据。配备激光测速枪的美国警方更利用其精确且快捷的测距功能，将其用在交通事故与刑案现场图关键点之测绘。交通警察单位已多次进行激光测速之测试，部份单位亦已完成采购使用中。民众不可自恃装有超速侦测器而恣意飚车，危害公众与自身安全。