基于脉冲式激光测距技术的车辆轮廓综合检测系统

魏汉明

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

基于脉冲式激光测距技术的车辆轮廓综合检测系统

魏汉明

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

随着运输车辆的快速增多，高速公路收费站面临的拥挤也越来越严重。基于此，设计一种车辆轮廓综合检测系统。该综合系统利用粗糙集理论，激光测距等技术，实现对运输车辆轮廓、重量、图像等关键信息的不停车综合采集与存储，有效地提高了运输车辆的通行效率。

粗糙集理论；激光测距；车辆轮廓；综合监测

交通运输行业是我国的基础产业，推动了我国经济的快速发展和社会进步[1]。但是无论在发达国家还是在发展中国家，随着车辆数目的增加，路况拥堵、事故多发和环境污染等的情况越来越多。根据世界各国几十年的统计结果，高速道路的增长率总是低于汽车的增长率,车与路的矛盾已日益明显。而违规车辆在高速公路上通行，不仅会降低车道上其他车辆的行驶速度，给车辆行驶稳定性带来极大不确定因素，而且还会威胁自身与他人的人身与财产安全，在相当大程度上增加了道路的维护费用，给安全运输化及运输市场的管理带来了相当大的困难[2]。基于此本文设计一种基于脉冲式激光测距技术的车辆轮廓综合检测系统。利用多种自动化设备实现对车辆宽高、重量、速度、外观图像等信息的不停车检测，运用多元回归及粗糙集算法对车辆信息进行处理，大大提高了车辆信息的精确度与通行效率，为车辆的安全通行提供了有力保证。

1 系统结构设计

本项目研究的是基于脉冲式激光测距技术的车辆轮廓综合检测系统。其将脉冲式激光测距、粗糙集动态称重、自动图像采集等多种检测手段统一到综合检测系统中，可以实现车辆信息的动态采集、识别、存储、调用显示等功能。本项目整体系统工作示意图如图1所示。

图1 车辆综合检测系统结构示意图

2 技术关键

2.1 脉冲式激光测距技术

激光测距是通过激光的往返时间来测定距离，具有峰值功率高、可以测量动态物体、检测速度快、重复频率高等优点[3]。车辆轮廓检测技术是一种非接触式自动检测车辆几何尺寸(车辆的长度、宽度、高度)的技术。在对车辆轮廓信息测量的整个过程中，不需要人的参与，仅仅需要宽高仪设备和上位机软件的配合，就能使管理人员获得车辆的轮廓数据。在测量过程中采用激光雷达测量原理，激光发射器发出激光脉冲波，当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，且返回波的能量足够触发门槛值，激光雷达计算它到物体的距离值[4]。宽高仪测量示意图如图2所示。

图2 宽高仪测量示意图

2.2 多元回归算法建立车辆轮廓模型

将系统采集到的数据样本准确处理建立车辆轮廓模型。由于计算车辆尺寸时涉及到多个变量，所以运用多元回归算法进行处理。利用多次回波检测的方法可有效减少激光传感器主控震荡频率提供调制频率带来的漂移误差和测量误差。实现了对动态车辆边缘轮廓信息的高精度测量,不仅提高了车辆在收费站的通行效率，也大大提高了车辆轮廓信息的精确度。如图3所示为多元回归算法流程图。

图3 多元回归算法流程图

2.3 基于粗糙集的汽车动态称重技术

粗糙集理论是一种较新的软计算方法，近年来越来越受到重视，是当前国际上人工智能理论及其应用领域中的研究热点之一[5]。粗糙集理论具有控制算法简单迅速，实现容易，不需要进行模糊化和去模糊化等优点[6]。运用其处理动态汽车称重可以有效地对车辆称重时的不规范行为进行有效处理和精准度补偿。有效消除偏载等违规现象的影响，提高了整体称量精度，对高速公路的管理和养护具有积极的意义。

3 软件设计

当上位机软件接收到硬件设备上传的信息后，分析信息类型，如果是车辆的轮廓信息，则利用多元回归算法处理后存入数据库，同时分析参数信息是否符合设定的标准，若符合则通行；若不符合则禁止通行。图4所示为上位机记录车辆轮廓信息的工作流程图。

图4 上位机记录车辆轮廓信息工作流程图

4 总结信息

上位机软件接收到传来的数据后，进行分析处理，分析处理完成后在软件界面中显示出车辆的数据信息决定车辆是否可以通行。图5所示为上位机软件显示采集车辆宽高数据的信息。图6为现场安装设备时的图片。

图5 车辆宽高信息

图6 现场安装图

5 结论

本文对车辆轮廓综合检测系统的系统结构、使用技术及业务流程做了详细的叙述，主要运用激光测距、多元回归算法、粗糙集检测等技术，实现了对车辆宽高、重量等重要信息的准确采集，提高了车辆的通行效率与通行安全，为高速公路上的车辆管理与公路养护提供了有力保障。

[1] 高敬红，杨宜民.道路交通车辆检测技术及发展综述[J].公路交通技术,2012(1):116-119.

[2] 毕晓琳.车辆综合信息检测研究[D].西安：西安电子科技大学,2014.

[3] 禹琳琳.基于激光测距技术的车辆宽高检测系统的设计[J].电子设计工程,2011,19(10):103-106.

[4] 朱福，林一楠.一种提高脉冲激光测距精度的方法[J].光电技术应用,2011,26(2):42-44.

[5] 赵靓.基于分层模糊符号有向图模型的故障诊断方法及其应用[D].太原： 太原理工大学,2015.

[6] 陈德刚.模糊粗糙集理论与方法[M].北京：科学出版社,2013.

Vehicle Contour Detection System Based on Pulsed Laser Ranging Technology

Wei Hanming

(ShanxiAutomationResearchInstitute,TaiyuanShanxi030012,China)

With the rapid increase of transport vehicles, highway toll stations are facing more and more serious congestion. This paper designs an integrated vehicle contour detection system. The integrated system uses rough set theory and laser ranging technology to achieve the comprehensive collection and storage of contour, weight, image and other key information of the transportation vehicle with no parking. The system can effectively improve the traffic efficiency of the transport vehicles.

rough set theory; laser ranging; vehicle contour; integrated detection

2016-11-23

魏汉明(1988- )，男，山西太原人，助理工程师，硕士，研究方向：高速公路机电自动化。

1674- 4578(2017)01- 0035- 03

U467；TP273

A