基于自适应滤波算法的车辆轮廓信息检测系统*

魏汉明，赵 靓

(山西省信息产业技术研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

交通运输行业是我国的基础产业，但在近几年道路交通设施的建设速度远小于机动车增长速度[1]。我们已经清楚地认识到汽车产业迅猛发展的同时，对我国新能源推广、环境治理、交通安全管控等方面都带来了极大的挑战。机动车在高速公路行驶过程中，恶劣天气、交通事故都会给本就紧张的交通带来巨大的通行压力。尤其是让不符合标准的大型货运车辆进入高速公路通行，不仅其自身行驶速度慢，还会降低车道上其他车辆的行驶速度，对公路交通带来极大的不安全因素。

基于此种情况，设计了一种利用智能优化算法的车辆轮廓信息检测系统。凭借前端自动采集设备与后端处理平台的配合，获得进入车辆的宽高数据。利用多元回归方法、自适应滤波算法，准确建立车辆边缘模型，减小算法和数据处理中带来的误差，提高数据精度[2]，为车辆全天候不停车安全通行提供有力保证。

1 系统结构设计

本设计由数据采集模块、数据处理模块、管理控制模块、信息显示模块构成[3]。本设计整体组成示意图如图1所示。通过利用自动化采集设备对车辆边缘轮廓信息进行不停车检测，通过智能优化算法重构车辆边缘轮廓模型，实现车辆信息的动态采集、识别、存储、调用、显示等功能。

图1 车辆轮廓信息检测系统组成示意图

2 技术关键

2.1 脉冲式激光测距技术

测距技术在各个行业中都有很广泛的应用，以超声波技术为主的间接测距技术在激光器出现前就已经存在，但是由于超声波其自身抗干扰能力太低、测量距离太近的限制，目前在各个行业中的应用已经十分少见。当激光器出现以后，由于其自身准直性好的特点迅速占据了市场。激光测距技术是一种非接触式测量，量程远、精度高[4]。具有连续调制和脉冲调制两种方式，半导体激光器发出激光束，激光束在碰到障碍物后反射回来，一旦接收到信号就可以计算出相对应的距离。

2.2 高精度动态车辆辨识技术

车辆轮廓模型构建时涉及到多个参考变量，通过引入多元回归算法，尽量滤除激光传感器主振荡器产生的调制频率误差。图2所示为参考变量筛选流程图。通过引入合适的参考变量可以提高车辆边缘轮廓尺寸信息的精度，反之则会降低检测精度。

图2 参考变量筛选流程图

2.3 智能优化算法重新建立车辆边缘模型

滤波技术是信号处理中的一种基本方法和技术，数字滤波理论的研究一直都备受很多发达国家的重视，使用范围十分广泛。数字滤波器分为经典滤波器和现代滤波器两种。本设计选用现代滤波器中的一种，递推最小二乘(RLS,Recursive Least Squares)滤波器结构较为简单，功能较好，收敛速度快，特性稳定且收敛特性良好[5]。在自适应迭代过程中每一步都能达到最佳的迭代算法。通过选择自适应滤波器的权系数，使观察期间输出信号在最小二乘的意义上尽可能与期望信号达到匹配，最小化过程需要利用得到的全部输入信号[5]。

通过建立边缘检测系统的RLS自适应滤波模型实现对车辆边缘信息的重新建模。自适应滤波器可依据输入数据的统计特性，使自身参数随其变化而变化，从而达到对输入信号进行滤波的作用。信息处理的过程由两部分组成，第一步可根据具体实现功能设置参数可调的数字滤波器，主要有有限长单位冲激响应滤波器(FIR,Finite Impulse Response)和无限长单位冲激响应滤波器(IIR,Infinite Impulse Response)[6]。图3所示为FIR、IIR滤波示意图。

图3 FIR、IIR滤波示意图

第二步是自适应(权值调整)的过程。滤波器输出信号y(n)在自适应过程中不断与参考信号d(n)相接近，滤波器输出信号y(n)与参考信号d(n)之差设置为e(n)，e(n)运用自适应法则使其对权值进行不断调整。图4所示为自适应滤波过程示意图。当滤波器调整到最佳工作状态后滤波完成。通过两个步骤的运行，可有效减少车辆边缘轮廓信息在非正常环境下的误报率，提高数据信息精度。

图4 自适应滤波过程示意图

3 软件设计

上位机软件接收到自动化硬件设备采集的信息后，首先分析数据信息类型，如果是车辆的轮廓信息，则利用多元回归算法、自适应滤波算法处理后存入数据库中，分析车辆轮廓信息是否符合设定的阈值，若符合则允许此车辆通过；若不符合则禁止此车辆通过。图5所示是上位机记录车辆轮廓信息检测的工作流程图。

图5 上位机记录车辆轮廓信息检测工作流程图

4 总结信息

上位机软件接收到自动化设备采集的车辆数据信息，通过识别数据类型、优化算法处理后在软件界面中显示出车辆的宽高信息，同时与设定的阈值相比对决定此车辆能否可以正常通行。图6所示为上位机软件显示采集车辆宽高数据的信息。

图6 软件界面示意图

5 结论

本文对车辆轮廓信息检测系统的组成结构、关键技术、工作业务流程、软件界面做了详细的叙述，主要通过应用脉冲式激光测距技术、高精度动态车辆轮廓辨识技术、自适应滤波算法，实现对车辆轮廓信息的全天候不停车自动化精确采集处理，提高了车辆卡口处通行效率，降低了公路交通不安全因素发生的概率，为高速公路上的车辆高效管理提供了有力保障。