雷達測速與區間測速系統測速誤差產生原因及解決方法

李震 江蘇尤特斯新技術有限公司

引言

超速違法的判定必須以定量方式準確測定機動車行駛速度，但由于測速系統取證證據的表示特性和計量特性，所引發的處罰爭議也最多，并經常成為社會關注焦點。

本文對常用的雷達測速系統和區間測速系統進行原理介紹，同時分析測速誤差的形成原因，并提出一些解決辦法，以提高測速精度、減少測速失誤，以期能促進提高測速系統行業工程技術水平。

1 測速誤差概述

1.1 測速系統的技術類別

近年來，交警部門在超速違法行為的自動取證工作中，雷達測速系統應用最為廣泛，而區間測速系統由于其特有的優點也在快速增加應用數量，所以本文重點討論這兩種測速模式。

其它的測速模式還有線圈測速、激光測速等，各有其優缺點，宜另行研究。

1.2 測速對象偏差

測速對象偏差嚴格來說，不屬于誤差范疇，是指測速系統測速對象和違法取證對象不同，將甲的超速違法行為由乙來承擔，是測速系統首先要避免的問題，然而卻是測速系統實際應用中經常引發爭議的現象，因此，必須引起高度重視。

1.3 測速精度誤差

誤差不可能完全消除，將測速誤差減少到何種范圍內，是系統設計和工程實施的首要考慮內容。

GB/T 21255-2007《機動車測速儀》和JJG 527-2015 《固定式機動車雷達測速儀檢定規程》等標準中，對各類測速系統的道路實測誤差要求相同：

< 100km/h時，（-6～0）km/h；≥100km/h時，-6%～0%。

由此可見，測速系統只允許負偏差，測速系統的測速值不得高于機動車實際行駛速度，且檢定規程中另有模擬測速誤差，要求（-4～0）km/h，所以在測速系統的設計、制造、安裝調試中，應保證測速系統理論最大允許負偏差不高于檢定規程的模擬測速誤差允許范圍。

2 雷達測速系統的誤差及解決方法

2.1 雷達測速系統工作原理

雷達測速是基于多普勒效應的應用，當發射出的雷達波遇到移動物體而反射后，反射波的頻率和發射頻率相比將發生微小的改變，雷達測速儀根據該頻率的改變值即可計算出移動物體的運動速度，計算的基礎方程式如下：

式中：

v：機動車行駛速度(km/h)

c ：電磁波傳輸速度（常量：2.9979×105km/h）

fd：多普勒頻率（Hz）

f0： 雷達發射頻率（MHz）

K：單位換算系數（常量：103/3.6）

2.2 雷達測速系統測速誤差的產生原因

2.2.1 測速對象偏差

雷達測速在工程中常采用兩種安裝方式，一種是側方位安裝，通常是一只雷達管控2-3個車道，一種是頂裝分車道雷達，每個車道都安裝一只雷達，僅對本車道測速。

當攝像機取景范圍內僅一輛機動車通過時，測得速度即為該車輛速度，在違法取證照片上也僅會出現該車輛。但如下圖，雷達當前實際測得速度為A車，但同時B車也進入了取景范圍，此時便存在爭議，一般建議作為無效照片處理。

而在頂裝式分車道雷達測速系統中，由于每只雷達的測速區域僅限于本車道，一般就不會發生測速對象錯判的情況，但是，由于雷達波肉眼不可見，如果安裝調試不夠細致，就有可能導致下圖所示的情況，A、B兩個雷達檢測區域都能對本車道車輛進行檢測，但因為跨車道重疊，導致本車道過車時會同時觸發相鄰車道的雷達，當1車道車輛超速，就有可能誤判為2車道車輛也超速。

2.2.2 角度修正偏差

雷達測速基礎方程式中，是以雷達發射波束與測速目標移動方向完全平行為前提的，但實際使用中這是不可能的，雷達波與車輛運動徑向之間總會存在一個夾角，從而產生cos效應，如下式一：

V0= VC÷cosθ （式一）

δ= (VX-V0)÷V0（式二）

式中V0：目標實際速度值

VC：雷達測得速度值

VX：修正后速度值

θ：雷達設定角度

δ：測速誤差（%）

側裝雷達的θ夾角定義如下圖：

頂裝雷達的θ夾角定義如下圖：

當雷達設定角度參數和實際安裝角度一致時，按上式一修正后的速度值與實際速度相等，但當實際安裝角度與設定角度參數不一致時，就會產生測速誤差，如上式二。

令雷達使用設計交角為25度，測速輸出值將以此角度進行COS效應修正，當安裝調試導致雷達實際安裝角度不是25度時，測速實際偏差試算如下表：

可見，當實際安裝角度存在負偏差時，測速輸出值將超過實際行駛速度而不合格；安裝角度正偏差達到5度時，測速負偏差超-4%也不合格。

實踐中，要求雷達安裝角度要借助于角度尺等工具進行測量輔助安裝，固定式雷達在首次準確安裝后一般不會再偏移，但車載測速雷達裝置、便攜式雷達測速儀等，由于其日常可移動性，難以保證每次都能精準定位在設定角度上。

2.3 雷達測速系統測速誤差的解決方法

2.3.1 合理選用雷達

JJF 1335-2012《定角式雷達測速儀型式評價大綱》中，要求測速雷達的水平面主瓣寬度≤6°，通常將符合該指標的雷達稱之為窄波雷達。

在側裝應用中，窄的水平面主瓣可以讓同時進入雷達測速有效范圍的車輛發生概率更少，同時讓車輛在波瓣內通過的時間更短，受到的COS效應影響更小，從而提高了測速精確度。

在頂裝應用中，窄的水平面主瓣可以讓雷達波束僅僅覆蓋本車道，而不會跨車道造成超速車輛誤判，能夠更好的保證測速對象的唯一性。

另外，注意不要將頂裝雷達和側裝雷達混用。

2.3.2 提高安裝調試技術水平

測速角度修正要注意以下兩點：

一是要嚴格按照雷達產品說明書進行安裝調試，精細調整雷達測速角度，使之與雷達設定工作角度誤差小于±1°。當雷達拆下維修或年度送檢后，仍要重復新裝時的精細調試過程。

二是對于側裝雷達，當測速垂直角度和車輛高度差異不大時，可不進行垂直角度COS修正，但是，當雷達安裝較高時，除了要考慮水平夾角COS修正外，還要考慮垂直角度COS修正。

有關測速對象偏差，要認真做以下試驗工作：

當測速點路段具備試跑條件時，頂裝分車道雷達應至少做兩次相鄰車道試驗：讓試驗車從被試驗車道的左車道、右車道緊貼著分道線駛過，保證被試驗車道雷達不被觸發，否則重新調試。

當測速點路段不具備試跑條件時，要大量驗看實際抓拍圖片。將系統測速起拍點暫時降到道路限速值以下，然后逐個驗看抓拍圖片中是否有本車道空拍現象，有條件的，用計算機程序自動挑選出車牌識別為空或者車牌定位信息偏差過大的車道抓拍圖片，認真研究原因并加以解決。

3 區間測速系統的誤差及解決方法

3.1 區間測速系統工作原理

區間測速是在同一路段上設置兩個相隔一定距離的監控點，基于車輛通過前后兩個監控點的時間差來計算車輛在該路段上的平均行駛速度，判定車輛是否超速違法。以往的單點測速儀，在司機熟知測速點的情況下，可以通過臨時剎車降低車速逃避處罰，很容易造成追尾事故。而區間測速采取計算平均車速的方法來檢測車輛是否超速，堵住了司機投機取巧的可能，更加科學公正。

3.2 區間測速系統測速誤差的產生原因

3.2.1 距離誤差

目前沒有技術標準對區間距離做出要求，常見的區間設定距離從數百米到數幾十公里不等，例如在城市快速干道隧道中，區間距離可短于500米。

在區間測速系統中，測速區間距離是一個常量，在系統首次投入運行前，需要進行精確的測量，測量精度應精確到米（或小于區間長度的1%），且不允許有正誤差。

3.2.2 測速對象偏差

區間測速的廣泛應用，主要是得益于當今車牌自動識別技術的高可靠性，維護良好的抓拍相機，識別準確率可以超過99%。然而，當系統連續工作時間較久后，因防護罩玻璃臟污將導致車牌識別準確率顯著下降，尤其是隧道工作環境，受汽車尾氣影響，基本上每三個月就要人工擦洗防護罩玻璃。

當識別準確率下降時，會漏檢超速違法行為，也會導致偶發的起點、終點非同一輛車而恰好因車牌識別錯誤而配對成功，再因間隔時間較短被系統誤判為超速違法，雖然這種現象發生概率很小，但由于過車數據基數大，實際上此類現象的發生并不鮮見。

3.2.3 計時誤差

計時誤差，是造成區間測速誤差的主要因素。系統工作原理上，要求起點和終點的系統時鐘應始終保持同步，但往往由于通信系統故障、時間同步軟件失常而導致時間誤差，計時誤差導致的測速誤差試算如下：。

可知區間長度越短，受計時誤差影響就越大，當區間長度500米時起點終點的時間差超過0.5秒或區間長度10公里時間差超過10秒，就足以導致測速系統不合格。

區間測速的前后抓拍點因距離較遠，所以一般各有獨立的供電系統和局域網系統，因此各有相對獨立的系統時間，若起點終點時間不能同步，起點終點各系統的走時誤差就肯定能積累到不可允許的范圍。

3.3 區間測速系統測速誤差的解決方法

3.3.1 實時監測時鐘同步

時間誤差很難在事后的證據有效性審核中被發現。所以，必須有可靠機制保證系統時間精度。工程實踐中，常采用以下方式保障起點終點時鐘的一致性：常規狀態下，起點終點計算機系統均與后臺指定的服務器進行實時校時，該服務器可進一步與同網中的專用校時服務器校時，最終與北京時間同步。系統軟件實時監測時鐘同步軟件狀態，當網絡中斷或者其它系統故障時，測速系統即時停止測速，僅保留治安過車數據。

3.3.2 合理選擇測速區間長度

當測速區間設置較長，測速精度更容易得到保證，但其實用性會大大下降，比如跨過服務區，期間會停車休息；經過互通樞紐，超速車輛會分流；超速違法車輛的階段性超速因區間過長也會難以識別，但其危害性不減，這些都會導致測速系統失去實用性。當需要管控較長的區間道路時，不應設置過長的單個測速區間，而推薦采用起點終點接力的連續測速區間。

3.3.3 車牌二次識別

為避免產生對象誤差，除了加強維護保持高水平車牌識別正確率之外，也可在后臺進行二次車牌識別，將前端檢測出的超速違法行為取證圖片傳送給二次車牌識別系統，再一次自動核對起點終點車牌號碼，一致的轉入正常流程，不一致的存檔或提交人工干預。

4 結束語

各種技術模式的測速系統，由于其測速工作原理固有的特性，總是存在難以完全避免的測速精度誤差和對象偏差，作為測速系統的設計、安裝調試和維護者，應該對這些現象和其產生原因有客觀、完整的認識，并在項目實施中，通過提高工程技術和施工工藝水平，盡可能減小測速精度誤差，降低測速對象偏差的發生概率，在依法處罰超速違法行為保障交通安全的同時，促進社會和諧。