超限檢測技術的創新與應用

激光雷達，英文全稱為Light Detection And Ranging，簡稱LiDAR，即光探測與測量，激光雷達最大的優勢就是精準和快速、高效作業。它是一種用于精確獲得三維位置信息的傳感器，其在機器中的作用相當于人類的眼睛，能夠確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質。

激光雷達最初起源于軍事需要，作為目標探測和跟蹤系統，被認為是更難被敵軍干擾和探測到的裝置，憑借激光雷達實現高清晰度的成像，收集足夠的細節來識別目標，如坦克、飛機或步行中的人，這也促使機載激光雷達比地面激光雷達更具優勢，應用場景更為豐富。

早在20世紀70年代，由美國航天局研發，LiDAR測繪技術空載激光掃描技術開始了發展，并且速度飛快，約在1995年開始商業化。除了軍事領域的應用，激光雷達也迅速向民用市場擴展。

激光雷達原理

激光雷達使用的技術是飛行時間（TOF，Time of Flight），通過測量激光信號的時間差、相位差確定距離，通過水平旋轉掃描或相控掃描測角度，并根據這兩個數據建立二維的極坐標系；再通過獲取不同俯仰角度的信號獲得第三維的高度信息。

激光雷達運作時，只需進行非接觸掃描就可以在短時間內獲取物體和環境空間點的三維數據和信息，由于收集的數據是以點的形式組成，所以這些數據被稱作點云數據，其最大的特點是可以后期處理，依靠獲取的數據便能夠建立完整的三維立體模型。

激光雷達獲取的數據可以進行障礙物識別、動態物體檢測及定位，如果精度太差則無法達到以上目的；但是，精度太高也有問題，高精度對激光雷達的硬件提出很大的要求，計算量會非常大，成本也會非常高。所以精度應該以需求為重，適合最好。

激光雷達是通過發射激光束來探測目標位置、速度等特征量的雷達系統，具有測量精度高、方向性好等優點，具體包括：具有極高的分辨率；抗干擾能力強；獲取的信息量豐富；可全天時工作。

激光雷達分類

激光雷達原理圖

激光雷達與車輛外廓尺寸檢測

與自動駕駛三維激光測距雷達相比，二維激光雷達只在平面上掃描，結構簡單、測距速度快、系統穩定可靠。二維激光雷達掃描器可在戶外使用，并專為移動、低功耗應用而設計。它只用了競爭對手近四分之一的成本，這將給這類傳感器帶來全新的應用。在激光雷達成熟的應用領域中，車輛外廓尺寸檢測系統，交通情況調查系統等都是應用二維激光雷達實現的。

車輛超限超載運輸被稱為“公路第一殺手”，不僅讓公路設施不堪重負，過早破損，更重要的是，車輛超限超載成為道路交通安全事故的重大誘因，嚴重威脅百姓生命財產安全。為此，2016年交通運輸部出臺了第62號令等法律法規對超載超限違法行為進行全面整治。

其中車輛外廓尺寸超限檢測一直是公安交管部門的“頭疼事”，目前機動車外廓尺寸檢測采用傳統人工測量方法效率較低，人工成本高，而且受被測車輛的復雜結構和測量工具的影響，測量精度具有較大誤差。通過激光雷達實現外廓尺寸檢測方案便可以很好地解決以上問題。

在車輛外廓尺寸檢測系統中如何高精度地處理采集的數據是關鍵的一環。激光雷達會采集豐富的點云數據，信息量龐大，目前常用的數據存儲格式不統一，存儲數據時存在種種不足，數據精度很難保證，如何讓硬件、軟件和終端用戶實現數據格式的統一，是整個激光雷達市場接下來必將面臨的難題。

杜格科技在激光雷達行業深耕將近十年，從2014年起組建自己的研發團隊，擁有自己的核心算法，歷經4年不斷改良設計，具有800多個案例的實踐。至今，杜格研發團隊仍在不斷優化車輛外廓尺寸系統的核心算法，不斷提高系統檢測的精度，目前低速外廓尺寸檢測系統誤差低于0.8%，高速外廓尺寸檢測系統誤差低于1%。

低速車輛外廓尺寸檢測系統在虎門大橋入口治超項目的應用

高速車輛外廓尺寸檢測系統在珠海治超非現場執法項目的應用

激光雷達在虎門大橋中的應用

虎門大橋工程位于廣東省珠江三角洲中部，是廣州-深圳-珠海高速公路跨越珠江的一座特大型公路橋梁。虎門大橋日均車流量超過了20萬輛次，如此大的車流量，如果車輛超載超限行駛，勢必對大橋產生嚴重的影響。在虎門大橋的高速公路入口勸返治超使用了杜格科技研發的低速車輛外廓尺寸檢測系統。行駛車輛通過大橋治超站，檢測系統3秒內即可精準檢測出車輛的長寬高，檢測數據實時上傳，極大地方便了信息共享與查詢。通過對車輛輪廓尺寸的檢測進行治超，有力地提高了治超檢測的效率，提高了執法的公正性，降低執法人員的工作量，為大橋的正常運行提供了保障。

另外，在珠海治超非現場執法現場安裝了一套不停車車輛外廓尺寸檢測系統，據杜格科技專家介紹，該系統可以正常檢測120公里時速以下車輛外廓尺寸數據，誤差低于1%，車輛以正常行駛速度通過檢測區域，0.2秒內即可檢測出車輛外廓尺寸數據，系統結構設計緊湊、安裝方便，環境適應力強，也使得監測網點的規劃、布局更加靈活，有效地避免超載車輛繞行規避執法檢測。

激光雷達與交通流量調查

公路交通量數據是公路規劃、建設、管理和養護工作的基礎。公路交通情況調查統計工作的目的和任務是通過對國道、省道、縣道、鄉道及專用公路的交通狀況進行定期或不定期調查，掌握各級公路的交通流量、構成、分布和車輛運行速度等交通流特性，并進行統計、分析和預測，為各級公路規劃、設計、建設、管理、養護和科研部門及社會公眾提供公路交通信息。

公路交通情況調查工作發展狀況已成為體現國家或地區公路管理水平和信息化水平的重要標志。交通量是合理確定路網建設規模和布局，有效調整路網結構的重要依據。交通量是加大路網運行監管力度，提升公路交通應對突發事件能力的重要支撐。

傳統的交通調查系統，多為地感線圈式、壓電式、雷達微波式，布設方式要求高、只能進行交通調查這一單一功能，無法確認和審核交通調查數據。通過激光雷達與視頻實現的可視化交通調查系統，可實現機動車車型識別、流量統計、車速統計，跟車百分比統計等功能，在交通調查的同時，可以聯動視頻圖像，確認、審核，并兼顧視頻監控的功能。比如杜格科技自主研發的激光交調系統，數據采集精度高達98%，檢測范圍廣，安裝維護方便，故障率低，成為交通管理部門的得力“助手”。