激光测距传感技术识别车型及检测车流量

□ 文/巩珏

前言

现代社会人们生活水平日新月异，机动车保有量不断增加，无论发达国家还是发展中国家都毫不例外地面对交通拥挤和道路堵塞日益突显，由此引发的各类交通事故以及违章现象频频发生等问题。为了解决日益恶化的交通状况，智能交通系统应运而生。

智能交通以其巨大的发展潜力而成为物联网发展的重点领域，在世界各地迅速推进，已经成为现代交通的重要标志。其主要是在完善的基础设施之上，将先进的信息技术、通信技术、电子技术、控制技术及计算机技术有效地运用于整个交通管理体系中，使人、车、路密切地配合、和谐的统一，建立全方位发挥作用的实时、准确、高效安全的综合交通管理系统。而车型识别与分类、车流量监测是交通监控系统自动化的基础部分，为交通管理监管部门进一步提取、分析道路交通信息和控制车辆提供依据。

激光测距传感技术应用

现代仪器仪表的智能化趋势使得各种各样传感器的应用日益广泛，除了超声波传感器和普通光电传感器外，还有一款能解决距离测量和检验的新技术—激光测距传感技术。利用激光诸多优点特性研发的激光检测和控制系统具有先进的技术性能、方便的实用性和简洁的系统结构。激光测距传感器是一种主动光学探测方法，一般由激光发生器、光学器件和光电器件所构成。它是由探测系统向被测目标发射波束，波束被被测目标表面发射产生回波信号，回波信号中直接或间接的包含待测信息，接收与信号处理系统通过接收和分析回波信号，把被测物理量（如距离、流量、速度等）转换为光信号，然后应用光电转换器把光信号变成电信号，通过相应电路的过滤、放大和整流得到输出信号，从而计算出被测量。

借助于激光所具有的优点（如方向性、亮度、单色性、相干性等），激光测距传感器通常具有结构简单可靠、抗干扰能力强、非机械接触、分辨率高、精度准确、指示值误差小、宜用于快速测量等优点。激光测距传感技术不但被广泛应用于宇宙空间探索领域、军事领域……等，在智能交通领域也得到应用。

车型识别分类

车型识别是智能交通系统中一个重要组成，因每种型号的汽车都有其独有的特征，车型识别原理就是根据汽车的外形特点进行数据采集、处理、模式识别，最后得出结果。

车辆轮廓扫描

车辆轮廓扫描的目的在于获取车辆的外形信息，从而对车辆进行分析分类。激光测距传感技术扫描的基本方法是将激光扫描发射、接收装备安置在车道上方或侧边，向车道上发射扫描激光。激光扫描装备与车辆行驶方向垂直安装检测，有效避免车辆之间的遮挡。车辆轮廓扫描所应用的激光测距传感器测距范围不宜过大，一般要求不大于30米即可，测速率一般要求能达到100赫兹，车身扫描采样率达到100毫米每个点。

车辆轮廓描画

激光扫描的区域一般为一个薄平面，此平面与车辆行驶方向垂直，在没有车辆通行时，激光测距传感器测出的是一个距离常量，也就是激光传感器至道路地面的距离（即激光测距传感器安装高度），当车辆经过激光照射区域时，车辆将被激光平面切割，其中车辆与激光传感器大致平行的一个面将反向扫描激光，使反向激光在一定时间和空间发生变化，根据反射激光的变化，实时输出所测距离值的相对改变量，即可获得发射激光那一面的二维状态，如果再加入一些参照物，便可获得车辆的三维形状，进而描绘出所测车辆的轮廓。

车型分类

对于监控路段通行车辆能够区分各种车型，利用激光测距传感器采集车辆顶部高度和通过时间，换算出车辆长度。提取车辆的长度、高度作为外形尺寸特征，根据车辆顶部的不平整等特点，顶部高度方差与顶部相邻高度差作为形状特征，进行统计并用正态分布进行参数估计，估计出每种车型对应特征的大致分布范围，还原出车辆轮廓。根据提取特征元素，可以拟将车辆分为：小汽车、城市越野车、面包车、客车、皮卡、厢式货车（小中大型）、牵引车（小中大型）、拖挂车等。

车流量监测

通常用的是对一个时间段内通过的车辆进行统计平均的方法，带有很大的估算成分，而激光测距传感技术统计方法为车流量统计提供了一种可行的方案。激光测距传感技术采用以下原理监测车流量：垂直安装检测，可以有效避免车辆之间的遮挡，在没有车辆通行的时候，激光测距传感器测出的是一个常量，也就是激光传感器至道路地面的距离；当有车辆从激光测距传感器下方通行的时候，检测到的距离值改变，当距离值再次为常量时即认为有一辆车已通过。根据这种方式可以对该路段的车流量进行监测，实现日车流量统计、月车流量统计、年车流量统计等实时数据。

车流量监测对通行车辆进行分析处理，可输出的交通参数数据：

车辆计数：在观测时间段，通行监测路段车辆总数；

车型计数：在观测时间段，通行监测路段同一类型车辆总数；

平均车速：在观测时间段，通行监测路段车辆的即时速度平均值；

即时车距：连续两车辆先后通过同一观测位置的时间间隔；

……

激光测距传感技术对于重要路段通行车辆的检测，区分各种车型、掌控通行数量，对限高、限长车辆能实时分辨，快速输出检测结果等智能交通系统发挥积极的作用。

结束语

为提高交通系统效率，获取道路车辆行驶情况，实践证明激光测距传感技术对道路行驶车辆车型识别和车流量检测具有很好的检测效果。同时随着数字处理技术以及微电子半导体工艺的发展，激光测距传感技术将更加完善，朝着结构简单、高精密、高适用范围等方向发展。激光测距传感技术作为检测手段将被广泛用于智能交通领域。