机动车超速监测系统现场测速误差检定装置研制

宋学青

（云南省计量测试技术研究院，云南 昆明 650228）

机动车超速监测系统现场测速误差检定装置研制

宋学青

（云南省计量测试技术研究院，云南 昆明 650228）

为更准确地检测机动车超速监测系统现场测速误差，以社会车辆为目标速度源，在机动车超速监测系统的临近位置，架设更高精度的测速装置，对相同速度监测和图像采集区域内的社会车辆，进行同步测量和同步图像采集，通过对比两者的速度量值实现对超速监测系统的检定校准。该装置用于检定道路超速监测系统的速度量值线性与误差，可以测量足够多的社会车辆样本，重点选取限速点附近的速度测量值进行对比分析。装置安装简单，使用方便，可以大幅提升检定效率与操作安全性。

机动车超速监测系统；速度监测；图像采集；测量误差；安全性

0 引 言

安装在高速公路和城市快速路上的机动车超速监测系统具有超速监测和执法取证双重功能，是道路交通执法和交通管理的主要技术设备。目前国内机动车超速监测系统的测速原理大多为雷达测速、地感线圈测速、激光测速等。针对不同测速原理的机动车超速监测系统按相应计量检定规程要求，均需要先进行模拟检定，然后进行实车路试检定，并以实车路试检定结果为最终依据[1]。因此，实车路试检定环节十分重要。但目前采用实车路试的检定方法，需要采取道路封闭措施，对道路交通影响较大，检定人员开车反复实跑，耗时大，效率低，安全隐患也较大，因此考虑采用更高精度的测速手段，利用道路上的社会车辆进行路试检定。

该检定的基本思路与OIML R91-1990《机动车雷达测速仪》国际建议以及国际警察首长协会IACP RADAR Module-2004《机动车雷达测速仪通用技术条件》是一致的。只是我国现行实车路试检定多采用标准速度车（检测车+车载标准速度仪）方式进行检定，国外实车路试检定多采用社会车辆加更高精度测速仪的方式进行检定[2]。后者在解决了高精度车速测量技术难题后，具有更强的操作性和实用性。此前国内无此类原理的检定装置，本文提出的解决方案，对传统检定方式是一个较大的补充，也是未来测速检定发展的趋势。

1 装置主要组成部分和工作原理

机动车超速监测系统现场测速误差检定装置，主要由高精度测速雷达、智能摄像机、超速触发数字接口、数据采集单元、检测软件等组成。测速雷达与智能摄像机通过RS485接口相连，摄像机与数据采集单元通过有线或无线局域网连接[3]。

高精度测速及图像采集的现场工作原理如图1所示。测速雷达具有限速值设置调整功能，通过计算机RS232接口进行设置。该现场测速误差检定装置还可扩展其他信号检测，如红绿灯信号和违规越线触发信号，红绿灯信号和违规越线触发信号开关依次连接；当达到触发阈值时，启动智能摄像机，进行抓拍取证。

图1 高精度测速雷达及图像采集现场测速误差检定装置工作原理图

系统工作原理：高精度测速雷达、智能交通高清网络摄像机、数字传输接口、数据采集单元是本检定装置的基本组成部分。工作时，设置好测速雷达的限速值，当社会车辆通过检测区域且超过限速值时，雷达测得车辆速度值并输出触发信号，启动摄像机抓拍取证。雷达测得的速度值与摄像机抓拍的照片在计算机中完成信息合成。通过查阅图片上的速度值，与被测超速监测系统测得的速度值进行对比，即可实现速度量值的检定校准[4-5]。

该检定装置是在国内现有雷达测速模拟检测标准装置、地感线圈测速模拟检测标准装置和车载标准速度仪基础上进行的一种检定校准方式改进研究。传统路试方法采用车载标准速度仪通过GPS多普勒频移变换原理测速，实时计算并显示检测车运行的自身速度。当检测车通过测速区域且超速时，摄像机自动拍摄检测车，并显示该车的速度值。外挂显示屏上的检测车自身速度标准值也一并被拍摄。只需将两个速度值进行比较，即可实现对机动车超速监测系统的检定校准。传统方法的最大缺陷是需要用自身试验车来回反复，工作量大，而且短距离内提升车速的操作安全性也存在问题[6]。

2 测速雷达

2.1 雷达测速基本原理

测速雷达是本装置的关键，它是高精度测速的主体，触发智能交通高清网络摄像机的信号是由高精度测速雷达发出的，控制信号通过RS485接口传送到智能交通高清网络摄像机，并在100ms内启动触发图像采集。因此，测速雷达测得的速度精度直接影响检定精度[7]。

利用雷达波来检测移动物体速度的原理，其理论基础皆源于“多普勒效应”，多普勒的理论基础为时间。波是由频率及振幅所构成，而无线电波是随着波而前进的。当无线电波在行进过程中，碰到物体时，该无线电波会被反弹，而且反弹回来的波，其频率及振幅都会随着所碰到物体的移动状态而改变。若无线电波所碰到的物体是固定不动的，那么反弹回来的无线电波频率是不会改变的[8]。然而，若物体是朝着无线电发射方向前进时，所反弹回来的无线电波会被压缩，因此该电波的频率会随之增加；反之，若物体是朝着远离无线电波方向行进时，反弹回来的无线电波频率会随之减小。

根据多普勒原理，由于雷达发射和接收共用一个天线，且运动目标的运动方向与天线法线方向相一致，运动目标的多普勒频率fd符合下列关系式。

将式（1）变为

其中：Vr——目标运动速度；

C——电磁波在空气中的传播速度，是一个常数；

ft——雷达的发射频率，是一个已知量；

fd——测量到的运动目标引起的多普勒频率，其测量精度由石英晶体振荡器保证，并由计算机处理，进行速度换算后送到显示屏显示。

2.2 SI-3测速雷达

本研究中，定制选用了SI-3高精度测速雷达。定制的SI-3高精度测速雷达速度测量分辨率可以达到0.1km/h，速度测量精度为±1%（100km/h时），达到高精度测速的目的。SI-3测速雷达主要参数，测速范围为5～320km/h。内部精确度为±0.1km/h，雷达微波安全漏能值≤3μW/cm2，响应时间≤10ms，连接方式：支持RS232和RS485接口，可以与计算机通信，实现数据传输存储分析。

3 智能交通高清网络摄像机

智能交通高清网络摄像机是本系统的核心之一，摄像机为8路闪光灯同步输出，它接收高精度测速雷达信号，依据速度值触发抓拍开关，对行驶车辆进行拍照，发送数据到数据采集卡，由控制中心集成软件对数据文档进行实时或保存处理。触发智能交通高清网络摄像机的信号是由高精度测速雷达发出的信号，控制信号通过RS485接口传送到智能交通高清网络摄像机，并在100ms内启动触发图像采集。

3.1 总体功能

智能交通高清网络摄像机是一种结合传统抓拍机与网络技术所产生的新一代抓拍机，又称网络抓拍机。它可将影像通过网络传至地球另一端，且远端的浏览者不需要任何专业软件，只要标准的网络浏览器（如“Microsoft IE”）或配套的客户端软件即可监视其影像。网络抓拍机内置有一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。网络抓拍机能够抓拍图片并进行车牌识别。网络抓拍机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络总线传送给客户端或管理服务器。网络上用户可直接用浏览器或客户端软件观看网络抓拍机或服务器上的图像，授权用户还可控制网络抓拍机对系统配置进行操作。

本项目研究定制的智能高清网络摄像机支持双快门功能，视频流和抓拍帧同时输出，在抓拍的同时进行道路监控，采用先进的视频压缩H.264技术编码，压缩比高，且处理非常灵活，抓拍帧采用JPEG编码，图片质量可设。同时支持抓拍同步闪光灯输出和智能识别等功能，广泛适用于交通卡口通行车辆监控、超速车辆监控、闯红灯记录等领域。

3.2 功能模块硬件电路

智能交通高清网络摄像机的主要功能模块电路如图2～图4所示。

图2 外部触发输入信号电路

图3 闪光灯同步触发输出电路1

图4 闪光灯同步触发输出电路2（5V）

高精度测速雷达架设在道路上方或侧边，准确测量社会车辆车速，当车速超过设定速度阈值时，发出信号触发智能交通高清网络摄像机。控制信号通过RS485接口传送到智能交通高清网络摄像机，并在100ms内启动智能交通高清网络摄像机，触发并进行图像抓拍采集。对相同速度监测和图像采集区域内的社会车辆，进行同步测量和同步图像采集，通过对比两者的速度量值实现对超速监测系统的检定校准。

4 检测软件

机动车超速监测系统现场测速误差检定装置的检测软件主要由数据交互子模块和合格判断子模块两部分组成。检测软件对雷达输出的数据进行采集、处理分析，然后存入串口缓存器；接收数据采集单元发出的指令，同时发出控制信号，驱动执行电路触发摄像机抓拍，并进行图像与数据合成。数据交互模块主要用于测速单元与图像采集单元间的数据通信。

检测软件用统一的数字通信接口协议来实现数据交互，数据的接收与发送具体流程如图5所示。

合格判断子模块中，将高精度测速雷达对社会车辆测得的速度值作为标准值，与机动车超速监测

系统测量的速度值进行对比后，判断其现场测速误差是否合格[9]。

图5 数据交互模块收发软件流程图

5 测试实验与结论

为了验证机动车超速监测系统现场测速误差检定装置的计量性能，用安装有0.5%（100km/h时）准确度等级的车载标准速度仪试验车（标准车）对其进行实车路试检验，将标准车速度值与机动车超速监测系统现场测速误差检定装置的速度值进行对比，实验数据如表1所示。

由表1可以看出，将标准车速度视为标准值，两者相对误差在±1%以内，后者能够满足检定规程对超速监测系统速度测量误差的量传要求：δ＜100 km/h时，为-6～0km/h，δ≥100km/h时，为-6%～0。

表1 标准车与装置的速度值对比结果

实际检定时，在机动车超速监测系统的领近位置，架设本项目研制的检定装置，对相同速度监测和图像采集区域内的社会车辆，进行同步测量，同步图像采集，通过对比两者的速度量值实现对超速监测系统的检定校准。该方式可以方便地测量足够多的社会车辆样本，对超速监测系统速度量值的线性和误差进行检定校准。

检定工作实践表明，传统检定校准方法，大量时间消耗在自身试验车的往复试跑和被检设备前期调整上。一旦被检设备前期速度量值线性调整完毕，后期实车路试检定就方便快捷很多。因此，本项目研制的现场误差检定装置以社会车辆作为目标速度源进行检定校准，可以大幅提升检定效率和操作安全性。

[1]戴金洲，彭铁军.非接触式测速仪检测方法浅析[J].中国计量，2010（4）：110-111.

[2]张子剑，高奎贺，田禹，等.机动车超速自动监测系统的在线检测[J].中国计量，2007（3）：69-70.

[3]高奎贺，山毓俊，孙达.基于虚拟视频技术的机动车视频测速仪模拟检测方法的研究[J].中国计量，2011（3）：82-83.

[4]江东，曾亚光.机动车视频测速系统及主要问题分析[J].中国测试技术，2007，33（5）：41-43.

[5]吴长顺.关于机动车超速监测系统的计量检定和型式评价的一些问题探讨[J].科技论坛，2012（25）：95-96.

[6]王林波，吕军.机动车超速自动监测系统检定规程执行中的有关问题和探讨[J].上海计量测试，2010（4）：58-60.

[7]余歌.机动车雷达测速仪检定装置的设计[J].警察技术，2012（2）：64-66.

[8]郝宪锋，刘广孚.机动车地感线圈测速仪校准系统的设计与实现[J].科学技术与工程，2009，9（13）：83-85.

[9]孙桥，蔡常青，张跃，等.机动车超速自动监测系统的“同一性”及其“溯源性”[J].中国计量，2010（11）：77-79.

Development of verification device for on-site velocity measurement error of vehicle speed monitoring system

SONG Xue-qing
（Yunnan Institute of Metrology and Testing Technology，Kunming 650228，China）

In order to accurately detect the velocity error of motor vehicle speed monitoring system，a high accuracy velocity measurement device was set up next to the vehicle speed monitoring system.The device is able to carry out synchronous measurement and synchronous image acquisition on the social vehicles in the area of equal speed monitoring and image acquisition.Based on a target velocity source of social vehicles，the vehicle speed monitoring system was verified and calibrated by comparing the two velocity values between the target vehicle and measured vehicle.In order to verify the linearity and error of the measured velocity values of the monitoring system，the proposed verification device is able to measure as many samples of social vehicles as possible and comparatively analyze the measured velocity values around the limited value.The device is easy to install and convenient to use.It can significantly improve the efficiency of verification and operational safety.

vehicle speed monitoring system；speed monitoring；image acquisition；measurement error；safety

U461.1；U467.4+3；U491；TM930.113

：A

：1674-5124（2014)03-0071-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.03.020

2013-10-09；

：2013-12-01

宋学青（1963-），女，贵州黄平县人，高级工程师，主要从事机动车检测设备计量检测、自动化仪表与标准研究。