قريب به دو سه دهه است که سامانه‌های حمل و نقل هوشمند (Intelligent Transportation Systems) از قبيل سامانه‌های ديده‌بانی ترافيکی (Traffic Monitoring Systems)، اخذ عوارض در بزرگراه‌ها، اندازه‌گيری زمان سفر، شناسايی پلاک خودروها (License Plate Recognition)، سرعت‌سنجی خودرو و شناسايی و ثبت تخلف رانندگی مانند عبور از چراغ قرمز جايگاه ويژه‌ای در جوامع بشری يافته‌اند. در ميان انواع سامانه‌های حمل و نقل هوشمند، سامانه‌های سرعت‌سنج خودرو در کشور ما از اهميت ويژه‌ای برخوردار است. در ايران، سرعت غير مجاز دومين عامل بروز سوانح رانندگی منجر به فوت و جرح در جاده‌ها و بزرگراه‌های کشور می‌باشد. از اين رو همواره متصديان امر در جستجوی چاره‌ای کارآمد برای حل اين معزل ترافيکی بوده‌اند. بديهی است که کنترل نامحسوس سرعت خودروها بهترين شيوه برای رسيدگی به تخلفات سرعت در جاده‌ها و بزرگراه‌ها است.

امروزه نيروهای پليس از ابزارهای مختلفی جهت تشخيص سرعت خودروها استفاده می‌کنند. سامانه‌های تشخيص سرعت خودرو را می‌توان به دو دسته کلی نقطه‌ای و متوسط تقسيم‌بندی نمود. در سامانه‌های نقطه‌ای، سرعت خودروها در نقاطی از جاده به نام دام‌های سرعت، اندازه‌گيری شده و متخلفين شناسايی می‌شوند. در حالی که در روش دوم، زمان عبور هر يک از خودروها از دو نقطه مشخص اندازه‌گيری شده و سرعت متوسط آن محاسبه می‌شود. امروزه، سرعت‌سنج‌های نقطه‌ای پرکاربردترين نوع سامانه‌های تشخيص سرعت هستند. از ديدگاهی ديگر، سامانه‌‌های کنترل نامحسوس سرعت خودروها را می‌توان به 2 دسته کلی تقسيم نمود:
1) تاکتیکی
2) استقراری
که در ادامه به شرح آنها می‌پردازيم:

همانطور که در شکل نشان داده شده، مزيت عمده سامانه‌های تاکتيکی مصرف انرژی پايين، حجم کم و قابل حمل بودن آنها است. در اين سامانه‌ها که ليدار ناميده می‌شوند، از تابش و دريافت بازتابش پرتو ليزر استفاده می‌شود. به اين ترتيب که کاربر با استفاده از چشمی سامانه، خودروی مورد نظر را هدفگيری می‌نمايد. با فشرده شدن دکمه شليک، سامانه چند پرتو ليزر به سمت خودرو ارسال و انعکاس آن را دريافت می‌کند. درهرتابش، با استفاده از اختلاف زمانی رفت و برگشت پرتو ليزر، فاصله خودرو تا سامانه اندازه‌گيری می‌شود. با اندازه‌گيری تغييرات فاصله خودرو طی چند تابش متوالی ليزر، سرعت خودرو اندازه‌گيری می‌شود.
با وجود مزايای ذکر شده، سامانه‌های تاکتيکی دارای معايب ذيل می‌باشند:

• نياز به دخالت عوامل انسانی در کاربری سيستم
• دشواری نشانه‌روی خودروها
• عدم قابليت مستندسازی
• عدم امکان کنترل نامحسوس سرعت خودروها
• عدم قابليت استفاده در تمام ساعات شبانه روز
• عدم بازگشت موثر پرتو روی خودروهای آیرودینامیک سامانه‌های استقراری به منظور رفع معايب فوق طراحی گرديده‌اند

سامانه‌های استقراری همانطور که از نامشان بر می‌آيد، دارای قابليت حمل نبوده اما در مقابل دارای توانايي‌های ذيل می‌باشند:

• عدم نياز به حضور عوامل انسانی
• کنترل نامحسوس سرعت خودروها و ثبت خودکار تخلفات
• امکان کار در تمام شرايط جوی و محيطی و تمام ساعات شبانه‌روز
  به طور کلی سامانه‌های استقراری را بر اساس نوع فن‌آوری مورد استفاده می‌توان به 3 دسته تقسيم نمود
  1) سامانه‌های راداری
  2) سامانه‌های مبتنی بر حلقه مغناطيسی
  3) سامانه‌های مبتنی بر پردازش تصوير

در همه انواع سامانه‌های استقراری، سرعت خودروهای عبوری با سنسورهای مختلفی از قبيل رادار، حلقه مغناطيسی، سنسور پيزو الکتريک و ... اندازه‌گيری شده و در صورت بروز تخلف سرعت، تصوير خودروی متخلف با استفاده از يک دوربين تصويربرداری رنگی ثبت می‌شود.

در اين سامانه‌ها از يک رادار برای تشخيص خودرو و اندازه‌گيری سرعت آن استفاده می‌شود (شکل 1-1-2). مشکل عمده اين روش شناسايی آسان رادار با استفاده از يک گيرنده ساده است. به اين ترتيب راننده متخلف در محدوده عملکرد رادار، سرعت خودرو را کاهش داده و تخلف او از ديد سيستم پنهان می‌ماند. بعلاوه، چنانچه به صورت همزمان چند خودرو از مقابل سامانه عبور کنند، سامانه قادر به تشخيص متخلف نخواهد بود.
اساسی ترین مشکل سامانه راداری عدم امکان تصویر برداری از تمامی خودروهای عبوری اگرچه متخلف باشند است. بنابراین از جنبه انتظامی سیستم‌های سرعت سنج راداری دارای عملکرد خوبی نبوده و نقص بزرگی دارند.

در اين شيوه، از يک سنسور (معمولا حلقه‌های مغناطيسی يا سنسورهای پيزوالکتريک) در زير سطح جاده به منظور تشخيص خودرو استفاده می‌شود. با قرار دادن يک جفت از سنسورهای مذکور در زير سطح جاده به فاصله مناسب (1 تا 5 متر) می‌توان سرعت خودروهای عبوری را اندازه‌گيری نمود. سپس با اندازه‌گيری اختلاف زمان عبور از جفت سنسور به سرعت خودرو پی می‌بریم. اين دسته از سامانه‌ها، عليرغم آنکه به آسانی قابل شناسايی نيستند، دارای معايب ذيل می‌باشند:

• نياز به کندن جاده به منظور نصب سنسور
• هزينه بالای تمام شده
• محدود بودن عمر حلقه‌های مغناطيسی و سنسورهای پيزوالکتريک
• افزايش هزينه نگهداری سامانه به دليل از بين رفتن سنسورها در اثر فشار و ساير عوامل فرسايشی
• چنانچه خودروها از بين خطوط حرکت نکنند، تشخيص خودروی متخلف با دشواری‌هايی مواجه خواهد شد.

عليرغم معايب فوق، از سنسورهای فوق می‌توان علاوه بر اندازه‌گيری سرعت، برای تشخيص نوع خودرو (سبک يا سنگين) و تعداد محورهای آن نيز استفاده نمود.

استفاده از پردازش تصوير يکی از جديدترين روش‌های اندازه‌گيری سرعت خودروها است. در اين شيوه، تصوير خودروهای عبوری با استفاده از يک يا چند دوربين ويديويی ثبت و با پردازش تصاوير دريافتی سرعت خودرو محاسبه می‌شود. مزايای اين نوع سامانه‌ها عبارتند از:

• ثبت تصوير خودروها به تفکيک لاين
• عدم آشکارسازی
• محدود بودن عمر حلقه‌های مغناطيسی و سنسورهای پيزوالکتريک
• عدم نياز به حضور کاربر
• قابليت شبکه شدن آسان و پوشش کل مسير
• قابليت شناسايی و ره‌گيری خودروهای تحت تعقيب
• امکان تشخيص سرعت دقيق برای هر خودرو بصورت جداگانه
• امکان اعمال دو يا چند آستانه جهت خودروهای سنگين و سبک
• امکان تعريف آستانه مجزا برای هر لاين
• امکان تشخيص سرعت تا 250 کيلومتر در ساعت
• امکان تشخيص همزمان سرعت چندين خودرو
• امكان تشخيص پلاك خودروهاي عبوري كه خود از مزاياي زير برخوردار است :
  • تشخيص خودروهاي سرقتي
  • جمع آوری اطلاعات آماری از تردد خودروها
• عملكرد مناسب در شرايط مختلف جوي
• امكان ادغام با تشخيص سرعت متوسط
• عدم نياز به تغييرات فيزيكي در سطح جاده

سامانه‌های ويديويی به دليل مزايای منحصر بفرد خود از اهميت ويژه‌ای برخوردار هستند اما با وجود اين، اکثر سامانه‌های سرعت‌سنجی ويديويی خودرو در حقيقت تنها قادر به اندازه‌گيری پارامترهای ترافيکی مانند نرخ جريان ترافيک در جاده بوده و نمی‌توانند برای ثبت تخلفات سرعت مورد استفاده قرار گيرند. از طرف ديگر دسته‌ای ديگر از سامانه‌ها علاوه بر تصاوير ويديويی از ساير سنسورها نيز برای اندازه‌گيری سرعت بهره می‌برند که عملا سبب افزايش قيمت تمام شده اين نوع سامانه‌های سرعت‌سنجی در مقايسه با ساير انواع شده و استفاده از آنها را غير عملی می‌کند. سامانه سرعت‌سنج پيشنهادی قادر است با دقت بيش از 98% سرعت خودروهای عبوری را اندازه‌گيری نمايد که در نوع خود قابل توجه می‌باشد.

‌سامانه های سرعت ‌سنج ويديويی

• تشخيص سرعت خودرو با حداقل خطا (2%)

• قابليت تطابق با سرعت‌های بالا تا 250 کيلومتر بر ساعت

• عدم بروز تداخل در هنگام عبور چندين خودرو از کنار دوربين و تشخيص سرعت هريک از خودروها به تفکيک

• استناد حقوقی بالا (بدليل عدم بروز حالتهای تداخلی)

• عدم نياز به تخليه اطلاعات ديسک در بازه‌های زمانی کوتاه

• امکان اتصال به شبکه و ارسال اطلاعات حاصل از احصاء تخلف روی شبکه

• قابلیت تشخیص نوع خودرو (سبک و سنگین) و اعمال آستانه متفاوت سرعت برای انواع خودروها

• قابلیت تشخیص لاین خودروی عبوری و اعمال آستانه متفاوت سرعت برای خودروهای عبوری از لاین‌های متفاوت

• قابلیت تشخیص همزمان سرعت متوسط و سرعت لحظه‌ای

• قابليت اخذ تصوير رنگی از خودرو متخلف

• امکان تعريف آستانه مجزا برای هر لاين

• عدم آشکارساز محل سيستم سرعت‌سنج برخلاف سيستم‌های راداری و ليزری

مشخصات فنی سامانه سرعت‌سنج ويديويی پيشنهادی
محدوده سرعت قابل اندازه‌گيری	• از 5 تا 250 کيلومتر در ساعت
نرخ تشخيص سرعت	• 3 خودرو در ثانيه در هر لاين
خطای اندازه‌گيری	• حداکثر 5%
زمان کاربری	• 24 ساعت شبانه روز
حداقل نور مورد نياز	• صفر لوکس (0 Lux)
مکان کاربری	• جاده‌ها، بزرگراه‌ها و آزادراه‌ها
طيف تصويربرداری	• مادون قرمز (NIR)
سامانه هشدار دهنده (اختياری)	• Bluetooth, RF
محدوده دمای مجاز	• 20- تا 60 درجه سانتيگراد
رطوبت	• 90%
تخليه اطلاعات	• USB، شبکه Spread Spectrum، شبکه بي‌سيم (اختياری)
قابليت‌های ويژ	• ارزيابی صحت تشخيص پلاک • ارزيابی خطای سرعت‌سنجی • تشخيص نوع خودرو (سبک و سنگين) • امکان شمارش تعداد خودروهای عبوری • قابليت اندازه‌گيری سرعت لحظه‌ای و متوسط (با استفاده از شبکه‌ای از سامانه‌های سرعت‌سنج) خودروها • اخذ تصوير رنگی با قدرت تفکيک مگاپيکسل از خودروهای متخلف با سرعت غيرمجاز • غيرقابل آشکارسازی (بر خلاف سامانه‌های راداری) • عدم نياز به کاربر
آستانه سرعت مجاز	• به تفکيک نوع خودرو (سبک و سنگين) • به تفکيک لاين حرکت خودرو
انواع پلاک‌های قابل تشخيص	• ايران
ذخيره‌سازی اطلاعات	• ذخيره‌سازی طولانی مدت اطلاعات خودروهای عبوری (تاريخ، زمان، شماره پلاک، سرعت و عکس) به مدت 1 ماه
استناد حقوقی	• قابليت استناد حقوقی بالا به دليل عدم تداخل خودروها با يکديگر
Housing	• با استاندارد IP66 مجهز به تجهيزات سرمايش، گرمايش و برف‌پاکن
تنظيمات	• قابل تنظيم از راه دور

سامانه‌های سرعت‌سنجی
لوپ‌های مغناطيسی	• معايب     - نياز به کندن سطح جاده برای نصب لوپ‌ها     - عمر نسبتا کوتاه لوپ‌ها     - عدم تشخيص اتومات شماره پلاک خودروی متخلف     - عدم شناسايی و ره‌گيری خودروهای تحت تعقيب • مزيت     - عدم آشکارسازی آسان
سامانه‌های راداری	• معايب     - آشکارسازی آسان با سامانه‌های آشکارساز رادار     - عدم تشخيص اتومات شماره پلاک خودروی متخلف     - عدم تشخيص دقيق لاين خودروی متخلف     - عدم شناسايی و ره‌گيری خودروهای تحت تعقيب • مزيت     - عدم نياز به کندن جاده
سامانه سرعت‌سنج ويديويی	• مزيت     - عدم نياز به کندن جاده     - عدم آشکارسازی     - تشخيص اتوماتيک پلاک خودروی متخلف     - ثبت تصوير خودروی متخلف به تفکيک لاين     - قابليت آسان شبکه شدن و پوشش کل مسير     - قابليت شناسايی و ره‌گيری خودروهای تحت تعقيب

در شکل‌های زیر بخش‌های مختلف سخت‌افزاری سامانه سرعت‌سنج پيشنهادی نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می‌شود، اين سامانه از سه بخش تشکيل شده است:
1) واحد تصويربرداری
2) واحد پردازنده
3) دکل
4) رک (Rack)
در اين سامانه برای اندازه‌گيری سرعت خودروها از دوربين‌های حساس Ex-View با پاسخ Extended-IR برای هر لاين استفاده شده است. بيان اين نکته ضروری به نظر می‌رسد که امروزه از دو نوع دوربين می‌توان جهت انجام اين عمليات بهره گرفت. نوع اول، دوربين‌های معمولی و حساس به فرکانس‌های نور مرئی هستند که تمام اشياء موجود در تصوير را به ما نشان می‌دهند و می‌توانند رنگی يا سياه و سفيد باشند. ايراد عمده اين دوربين‌ها مشکلاتی است که استفاده از آنها هنگام شب به همراه دارد. بديهی است که با توجه به سرعت شاتر بالای مورد نياز، محيط بايد به ميزان مطلوبی از نور برخوردار باشد، چرا که در غير اينصورت تصوير واضحی نخواهيم داشت. بنابراين استفاده از پروژکتورهای نور در شب برای اين نوع دوربين‌ها ضروری خواهد بود.

بخش‌های مختلف يک سامانه سرعت‌سنج ويديويی برای اندازه‌گيری سرعت خودروها با استفاده از پردازش تصوير همانطور که در شکل نشان داده شده است، اگر جهت نور چراغ‌های ماشين مستقيما به سوی ديد دوربين‌های مرئی باشد، اصطلاحا ديد آنها را کور خواهد کرد و تصوير مربوطه به هيچ عنوان نمی‌تواند مورد پردازش قرار گيرد. با توجه به اين مشکلات استفاده نوع ديگری از دوربين‌ها ضروری به نظر می‌رسد. خوشبختانه امروز دوربين‌هائی وجود دارند که برای کاربرد ما بسيار مناسب هستند. اين دسته که به دوربين‌های مادون قرمز (طيف 850nm-1200nm) معروف هستند اساسا به فرکانس‌های نور مرئی حساسيتی ندارند و بنابراين خالی از مشکلات قبلی هستند. از آنجا که اين دوربين‌ها به فرکانس‌های نور مرئی حساسيتی ندارند، نورهای محيطی چراغ‌های خودرو نمی‌تواند ديد آنها را مختل سازد.

همانطور که در شکل نشان داده شده، مزيت عمده طيف مادون قرمز يکنواخت شدن روشنايی تصوير در شرايط مختلف نوری است. همچنين، با توجه به اينکه سامانه ويديويی بايد قادر به اندازه‌گيری سرعت خودروهای عبوری تا سرعت 250 کيلومتر در ساعت باشد، لذا بايد سرعت شاتر دوربين قابل تنظيم تا سرعت‌های بالاتر از ثانيه باشد.

بخش‌های مختلف واحد تصويربرداری
دوربین تشخیص سرعت	• دیجیتال با رزولوشن مگاپیکسل • دارای هاوزينگ IP66 • مقاوم در برابر شرايط نوری • عدم ايجاد مزاحمت برای رانندگان • تعداد دوربین‌ها به تعداد لاین‌ها بستگی دارد
پروژکتور مادون قرمز	• با طول موج بيش از 850 نانومتر به منظور عدم ايجاد مزاحمت برای رانندگان
دوربین رنگی (برای اعمال قانون)	• دیجیتال مگاپیکسل • دارای استاندارد هاوزينگ IP66 • تعداد دوربین‌ها به تعداد لاین‌ها بستگی دارد

واحد تصويربرداری شامل دوربين‌های تشخيص سرعت، پرژکتور مادون قرمز و دوربين رنگی است. واحد تصويربرداری مجهز به يک دوربين رنگی با قدرت تفکيک مگاپيکسل می‌باشد. وظيفه اين دوربين، تصويربرداری از خودروهای متخلف جهت ثبت در پايگاه داده سامانه می‌باشد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، دوربین‌های سرعت‌سنجی و رنگی به گونه‌ای تعبیه می‌گردند که تمام جاده را پوشش دهند. به منظور انتقال تصاوير دريافتی از دوربين‌ها به واحد پردازنده از کابل شبکه استفاده می‌شود.

اندازه‌گيری و ثبت سرعت متوسط خودروهای عبوری همانطور که در شکل نشان داده شده است، هر يک از سامانه‌های سرعت‌سنج، تاريخ، زمان و پلاک همه خودروهای عبوری را ثبت کرده و به مرکز مانيتورينگ ارسال می‌کنند، لذا در مرکز مانيتورينگ می‌توان سرعت متوسط هر يک از خودروها را محاسبه نمود. به عبارت ديگر، با استفاده از اين امکان می‌توان منحنی سرعت متوسط هر يک از خودروهای عبوری را محاسبه نمود. به اين ترتيب، با داشتن فاصله هريک از سامانه‌های سرعت‌سنج از يکديگر، همانطور که در شکل نشان داده شده، می‌توان خودروهای متخلفی که در هر کجای مسير مرتکب تخلف سرعت غير مجاز شده‌اند را شناسايی نموده و مورد اعمال قانون قرار داد.

منحنی تغييرات سرعت يک خودرو. همانطور که مشاهده می‌شود خودروی مذکور در محل ايستگاه‌های سرعت‌سنج سرعت خود را کاهش داده اما سرعت متوسط آن بالاتر از حد سرعت مجاز بوده است.