雙激光傳感器測量車輛高度和寬度

朱 旭，李麗宏

（1.太原理工大學 控制理論與控制工程，山西 太原 030024；2.太原理工大學 信息工程學院，山西 太原 030024）

在日常生活中，經常要求測量物體的高度和寬度，但遇到物體形狀不規則，或是物體過高過寬的情況或測量工具有限等情況，測量無法到達物體的邊緣，造成測量不方便，結果不準確。在公路管理中，特別需要注意車輛的高度和寬度，防止超高超寬車輛駛入高速公路。激光傳感器是一種常見的非接觸式測量的工具，具有單色性好、相干性好、方向性好等特點[1]。將激光傳感器應用于車輛寬高檢測中，能夠動態檢測車輛及貨物的最高值和最寬值，且不受車輛行駛位置和所載貨物形狀的影響，給超限工作提供一個可靠的數據，使得管理有效和準確。本系統是基于雙激光傳感器測量車輛高度和寬度。

1 系統工作原理

1.1 系統布局

如圖1所示，1為龍門架，2為一號傳感器3為二號傳感器，4為被測物（車輛）。將2個傳感器安裝于龍門架2側，實時檢測其到地面的距離，判斷是否有車輛通過，由24 V開關電源給其供電，通過網線傳輸信號。

圖1 系統布局圖Fig.1 System structure

為保證2個傳感器信號不會相互干擾，因此將2個傳感器以“背對背”方式安裝。這樣可以保證每個傳感器的信號只能被自身傳感器所接收，避免反射能量被另一個所接收。

1.2 系統原理

傳統單頭傳感器測量，其不足有：1）測量準確度不高。如果汽車走偏，可能導致掃描不完全或者掃描不到車輛，造成測量誤差；2）掃描范圍有限。如果車上拉有很高的貨物，貨物極有可能擋住了下面的物體，導致激光掃描范圍變小，進而影響測量精度。基于雙激光傳感器的寬高檢測系統可有效避免上述問題。

激光傳感器測量原理：激光傳感器發射激光到地面，接收反射回來激光能量判斷距離，將接收回來的各點高度值和傳感器到地面的距離H比較，若小于H，則認為有車通過，否則，認為無車。若有車通過，則比較每次掃描的各點中高度和寬度最小值，同時，比較在汽車通過掃描區域過程中，各次掃描的寬度和高度最小值，直到汽車完全通過掃描區域。當出車后，得出車輛的最寬值和最高值。

2 上位機軟件

2.1 流 程

上位機軟件由VB語言編寫，各控件組合構成，其流程如圖2所示。

圖2 系統流程圖Fig.2 System flow

啟動程序后，加載控件，并設定winsock控件的RemoteIP和RemoteHost屬性，初始化各參數，發送命令啟動傳感器工作，使其工作在連續測量模式，實時檢測是否有車輛通過，若有車輛通過，記錄保存下每次掃描后的數據，直到車輛走出掃描區域后比較各次最值，輸出結果。

2.2 算 法

左右傳感器的處理數據的方式相同，通過winsock控件發送命令并接受傳感器發送的數據，處理數據的步驟如圖3所示。

圖3 數據處理流程圖Fig.3 Data processing flow

表1 實驗數據Tab.1 Experimental data

首先，驗證收到數據的準確性，根據協議判斷字符頭和字符尾，截取一幀完整數據，尋找數據中有用信息，將16進制轉換為10進制，并將極坐標系轉換成直角坐標系，濾除其中奇異數據和誤差數據，比較單次掃描下高度和寬度最小值，保存于數組中，這樣，多次掃描后得到保存了各次掃描的最值數據的數組，再比較各次的最值，用已知寬度和高度與最值運算，得到車輛的最寬值和最高值。

3 實驗數據與分析

實驗數據如表1所示，此數據采集于不同時間、不同天氣、不同車型、不同速度等各種情況下得到測量結果。結果顯示，寬度最大誤差為0.164 m，高度最大誤差為0.142 m，符合客戶要求。此方式檢測車輛寬高更加接近于真實值。

4 結 論

通過上面的分析和實驗驗證，基于雙激光傳感器的車輛高度和寬度測量能夠有效測量出車輛和貨物的高度和寬度，具有精度高，誤差小的特點，測量情況不受車輛行駛位置的限制。對于一些形狀不規則的情況，更能貼近真實值，可廣泛應用于路口、碼頭、貨物進出廠等領域。

[1]宋永剛，郝飛，王海鳴.激光傳感器在工程機械中的應用[J].建筑機械，2007（9）：62-65.

SONG Yong-gang，HAO Fei，WANG Hai-ming.Application of laser sensor in engineering machinery[J].Construction Machinery，2007（9）：62-65.

[2]李麗宏，邢桂甲，李曉林.激光傳感器在車輛寬高超限檢測中的應用[J].電子設計工程，2011（10）：86-88.

LI Li-hong，XING Gui-jia，LI Xiao-lin.Application of pulse laser measuring sensor at the measurement system of the width and height of moving vehicle[J].Electronic Design Engineering，2011（10）：86-88.

[3]劉巖川，王玲芬，欒慧，等.基于激光測距技術的汽車防撞系統的研究[J].儀表技術與傳感器，2008（11）：96-98.

LIU Yan-chuan，WANG Ling-fen，LUAN Hui， et al.Research of automobile collision avoidance system based on laser rangefinder theory[J].Instrument Technique and Sensor，2008（11）：96-98.

[4]SICK公司.LMS***Laser Measurement Systems Operating Instructions[EB/OL].（2009）.http://www.sick.com.

[5]馮占軍，王磊，羅顯光.基于激光傳感器的工件外徑尺寸檢測系統[J].電子測量與儀器學報，2007（6）:82-84.

FENG Zhan-jun，WANG Lei，LUO Xian-guang.Part outer diameter test system based on CCD-Laser sensor[J].Journal of Electronic Measurement and Instrument，2007（6）:82-84.

[6]陳建永.激光測距技術在智能交通中的應用 [J].中國安防，2010（10）:94-97.

CHEN Jian-yong.Laser range finder technology in intelligent transportation of application[J].China Security&Protection，2010（10）:94-97.

[7]程翔，胡春波，何國強，等.激光擊穿不同氣體的激光推進實驗研究[J].火箭推進，2007（2）:40-43.

CHENG Xiang，HU Chun-bo，HE Guo-qiang.Experimental study of laser propulsion in different gases[J].Journal of Rocket Propulsion，2007（2）:40-43.