激光測(cè)距傳感技術(shù)識(shí)別車型及檢測(cè)車流量

□ 文/鞏玨

前言

現(xiàn)代社會(huì)人們生活水平日新月異，機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，無論發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家都毫不例外地面對(duì)交通擁擠和道路堵塞日益突顯，由此引發(fā)的各類交通事故以及違章現(xiàn)象頻頻發(fā)生等問題。為了解決日益惡化的交通狀況，智能交通系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

智能交通以其巨大的發(fā)展?jié)摿Χ蔀槲锫?lián)網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，在世界各地迅速推進(jìn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代交通的重要標(biāo)志。其主要是在完善的基礎(chǔ)設(shè)施之上，將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)有效地運(yùn)用于整個(gè)交通管理體系中，使人、車、路密切地配合、和諧的統(tǒng)一，建立全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效安全的綜合交通管理系統(tǒng)。而車型識(shí)別與分類、車流量監(jiān)測(cè)是交通監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)部分，為交通管理監(jiān)管部門進(jìn)一步提取、分析道路交通信息和控制車輛提供依據(jù)。

激光測(cè)距傳感技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)代儀器儀表的智能化趨勢(shì)使得各種各樣傳感器的應(yīng)用日益廣泛，除了超聲波傳感器和普通光電傳感器外，還有一款能解決距離測(cè)量和檢驗(yàn)的新技術(shù)—激光測(cè)距傳感技術(shù)。利用激光諸多優(yōu)點(diǎn)特性研發(fā)的激光檢測(cè)和控制系統(tǒng)具有先進(jìn)的技術(shù)性能、方便的實(shí)用性和簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。激光測(cè)距傳感器是一種主動(dòng)光學(xué)探測(cè)方法，一般由激光發(fā)生器、光學(xué)器件和光電器件所構(gòu)成。它是由探測(cè)系統(tǒng)向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射波束，波束被被測(cè)目標(biāo)表面發(fā)射產(chǎn)生回波信號(hào)，回波信號(hào)中直接或間接的包含待測(cè)信息，接收與信號(hào)處理系統(tǒng)通過接收和分析回波信號(hào)，把被測(cè)物理量（如距離、流量、速度等）轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，然后應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器把光信號(hào)變成電信號(hào)，通過相應(yīng)電路的過濾、放大和整流得到輸出信號(hào)，從而計(jì)算出被測(cè)量。

借助于激光所具有的優(yōu)點(diǎn)（如方向性、亮度、單色性、相干性等），激光測(cè)距傳感器通常具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、抗干擾能力強(qiáng)、非機(jī)械接觸、分辨率高、精度準(zhǔn)確、指示值誤差小、宜用于快速測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。激光測(cè)距傳感技術(shù)不但被廣泛應(yīng)用于宇宙空間探索領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域……等，在智能交通領(lǐng)域也得到應(yīng)用。

車型識(shí)別分類

車型識(shí)別是智能交通系統(tǒng)中一個(gè)重要組成，因每種型號(hào)的汽車都有其獨(dú)有的特征，車型識(shí)別原理就是根據(jù)汽車的外形特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、模式識(shí)別，最后得出結(jié)果。

車輛輪廓掃描

車輛輪廓掃描的目的在于獲取車輛的外形信息，從而對(duì)車輛進(jìn)行分析分類。激光測(cè)距傳感技術(shù)掃描的基本方法是將激光掃描發(fā)射、接收裝備安置在車道上方或側(cè)邊，向車道上發(fā)射掃描激光。激光掃描裝備與車輛行駛方向垂直安裝檢測(cè)，有效避免車輛之間的遮擋。車輛輪廓掃描所應(yīng)用的激光測(cè)距傳感器測(cè)距范圍不宜過大，一般要求不大于30米即可，測(cè)速率一般要求能達(dá)到100赫茲，車身掃描采樣率達(dá)到100毫米每個(gè)點(diǎn)。

車輛輪廓描畫

激光掃描的區(qū)域一般為一個(gè)薄平面，此平面與車輛行駛方向垂直，在沒有車輛通行時(shí)，激光測(cè)距傳感器測(cè)出的是一個(gè)距離常量，也就是激光傳感器至道路地面的距離（即激光測(cè)距傳感器安裝高度），當(dāng)車輛經(jīng)過激光照射區(qū)域時(shí)，車輛將被激光平面切割，其中車輛與激光傳感器大致平行的一個(gè)面將反向掃描激光，使反向激光在一定時(shí)間和空間發(fā)生變化，根據(jù)反射激光的變化，實(shí)時(shí)輸出所測(cè)距離值的相對(duì)改變量，即可獲得發(fā)射激光那一面的二維狀態(tài)，如果再加入一些參照物，便可獲得車輛的三維形狀，進(jìn)而描繪出所測(cè)車輛的輪廓。

車型分類

對(duì)于監(jiān)控路段通行車輛能夠區(qū)分各種車型，利用激光測(cè)距傳感器采集車輛頂部高度和通過時(shí)間，換算出車輛長(zhǎng)度。提取車輛的長(zhǎng)度、高度作為外形尺寸特征，根據(jù)車輛頂部的不平整等特點(diǎn)，頂部高度方差與頂部相鄰高度差作為形狀特征，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并用正態(tài)分布進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，估計(jì)出每種車型對(duì)應(yīng)特征的大致分布范圍，還原出車輛輪廓。根據(jù)提取特征元素，可以擬將車輛分為：小汽車、城市越野車、面包車、客車、皮卡、廂式貨車（小中大型）、牽引車（小中大型）、拖掛車等。

車流量監(jiān)測(cè)

通常用的是對(duì)一個(gè)時(shí)間段內(nèi)通過的車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均的方法，帶有很大的估算成分，而激光測(cè)距傳感技術(shù)統(tǒng)計(jì)方法為車流量統(tǒng)計(jì)提供了一種可行的方案。激光測(cè)距傳感技術(shù)采用以下原理監(jiān)測(cè)車流量：垂直安裝檢測(cè)，可以有效避免車輛之間的遮擋，在沒有車輛通行的時(shí)候，激光測(cè)距傳感器測(cè)出的是一個(gè)常量，也就是激光傳感器至道路地面的距離；當(dāng)有車輛從激光測(cè)距傳感器下方通行的時(shí)候，檢測(cè)到的距離值改變，當(dāng)距離值再次為常量時(shí)即認(rèn)為有一輛車已通過。根據(jù)這種方式可以對(duì)該路段的車流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)日車流量統(tǒng)計(jì)、月車流量統(tǒng)計(jì)、年車流量統(tǒng)計(jì)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

車流量監(jiān)測(cè)對(duì)通行車輛進(jìn)行分析處理，可輸出的交通參數(shù)數(shù)據(jù)：

車輛計(jì)數(shù)：在觀測(cè)時(shí)間段，通行監(jiān)測(cè)路段車輛總數(shù)；

車型計(jì)數(shù)：在觀測(cè)時(shí)間段，通行監(jiān)測(cè)路段同一類型車輛總數(shù)；

平均車速：在觀測(cè)時(shí)間段，通行監(jiān)測(cè)路段車輛的即時(shí)速度平均值；

即時(shí)車距：連續(xù)兩車輛先后通過同一觀測(cè)位置的時(shí)間間隔；

……

激光測(cè)距傳感技術(shù)對(duì)于重要路段通行車輛的檢測(cè)，區(qū)分各種車型、掌控通行數(shù)量，對(duì)限高、限長(zhǎng)車輛能實(shí)時(shí)分辨，快速輸出檢測(cè)結(jié)果等智能交通系統(tǒng)發(fā)揮積極的作用。

結(jié)束語

為提高交通系統(tǒng)效率，獲取道路車輛行駛情況，實(shí)踐證明激光測(cè)距傳感技術(shù)對(duì)道路行駛車輛車型識(shí)別和車流量檢測(cè)具有很好的檢測(cè)效果。同時(shí)隨著數(shù)字處理技術(shù)以及微電子半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，激光測(cè)距傳感技術(shù)將更加完善，朝著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精密、高適用范圍等方向發(fā)展。激光測(cè)距傳感技術(shù)作為檢測(cè)手段將被廣泛用于智能交通領(lǐng)域。