基于激光傳感器的收費站入口管控系統研究

鐘秋 黃國萍

摘要：為解決收費站入口治超對車輛造成物理性損傷的問題，提出一種基于激光傳感器車型識別及智能治超一體化的管控系統。本系統主要由激光傳感器、數據處理單元和必要輔助材料組成，結合智能算法，能夠檢測車輛的車型、軸型等信息，還可精確測量車輛的長度、寬度和高度等信息，配合車道軟件和治超軟件使用可實現智能治超。實際應用表明，本系統穩定可靠，測量精度高，抗干擾能力強，推廣使用價值高。

Abstract： In order to solve the problem of physical damage caused by the entrance control of the toll station， a control system based on laser sensor model identification and intelligent governance is proposed. The system is mainly composed of laser sensor， data processing unit and necessary auxiliary materials. Combined with intelligent algorithm， it couldn't detect vehicle model， shaft type and other information， and could accurately measure the length， width and height of the vehicle， and cooperate with lane software and treatment. Ultra-software could be used to achieve intelligent governance. The practical application shows that the system is stable and reliable， and has high measurement accuracy， strong anti-interference ability and high promotion value.

關鍵詞：激光傳感器;收費站入口;車型識別;智能治超;一體化系統

Key words： laser sensor;toll station entrance;model identification;intelligent governance;integrated system

中圖分類號：U491.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）20-0219-03

0? 引言

超限車輛的違規運營對安全行車或運輸造成了極大的危害，嚴重危及了自己和他人的生命安全和財產安全，誘發了大量的道路交通事故。因此，對超限車輛懲治和管理是必不可少的。目前，收費站入口治超大部分還處在加裝強制限高限寬架、人工核查和人工錄入的階段，工作量大、效率低，同時存在對車輛造成物理性損傷的風險，不利于提高治超的效率和收費效率。另外，針對大客車及危險品車夜間闖禁行的行為，不能實時攔截。

因此引入一套自動化檢測車輛長寬高及車型、軸型等信息，并能智能識別攔截超限車輛和解決大客車及危險品車夜間闖禁行，且穩定可靠，測量精度高的設備，將會大大提高入口治超的工作效率，并能快速實現數據共享，有利于提高執法的公正性，降低一線治超員工的工作量。

1? 系統架構

本系統主要由激光傳感器、數據處理單元和必要輔助材料組成，設備安裝簡單，維護方便，無須破壞路面，是一種非接觸式的檢測設備。該系統基于先進的激光檢測技術，通過掃描車輛三維外形實現車型、軸型和長寬高的檢測，同時能夠有效的識別行人和非機動車，具有測量精度高、抗干擾能力強等特點，系統架構如圖1所示。

系統中的激光傳感器是一種掃描式的測距傳感器，采用脈沖和相位激光測距相結合的原理。通過鑒定發射脈沖和反射脈沖的相位求得兩者時間差進而可以計算被測物體距離激光器之間的距離，通過高速電機帶動，即可獲得整個掃面上所有點距離激光器的距離。基于此原理，可以實現對過往車輛的輪廓進行掃描，獲取車輛的外形特征數據。

數據處理單元采用ARM系列處理器作為核心控制器，通過TCP/IP接口與三個激光傳感器通信，實時接收并處理三路波形數據，并將車型、軸型等信息以固定的協議格式上傳到車道收費系統中，長寬高等信息上傳到車道治超系統中。兩系統分別接入省級對應系統中，實現各站數據的實時共享機制。

2? 系統布局及工作流程

2.1 系統布局

如圖2所示，激光器1和激光器2分別通過L桿或立桿安裝在車道兩側，兩立桿在行車道方向上相差30cm，激光器1和激光器2的掃描方向與車輛行駛方向垂直，且激光器1安裝高度大于6m，激光器2安裝高度約為1.5m左右，向下傾斜20度。激光器3通過立桿安裝或者通過車道頂棚吊裝在車道正上方，安裝高度約為6m，激光器3的掃描方向平行于車輛行駛方向。激光器3和激光器1（或激光器2）沿車輛行駛方向相距一定距離，該距離根據超限車輛的界限長度而定。

2.2 系統工作原理

當激光器1和/或激光器2檢測到有車輛駛入掃描區域時，數據處理單元根據激光器1的掃描信息獲取車輛的右側面邊界信息，根據激光器2的掃描信息獲取車輛的左側面邊界信息，同時根據激光器1和激光器2的掃描信息獲取車輛的頂部信息。當激光器1或激光器2檢測到車輛駛離掃描區域時，數據處理單元根據激光器3的掃描信息計算車輛長度;同時數據處理單元根據激光器1和激光器2的掃描信息確定的車輛左右側面邊界信息和頂部信息計算車輛寬度和高度。

根據激光器2的掃描數據，對掃描數據進行分析，可實現車輛的輪軸識別。

結合激光器1和激光器2的掃描數據，對掃描數據進行分析，根據提取的局部外形特征，可實現客貨區分，以及一些特殊車型如兩客一危的識別，如圖3所示為車輛的三維點云圖。

根據激光器3的掃描數據，分析車道內車輛的車頭和車尾位置，從而實現車輛行進方向的判斷，如果結合自動發卡機使用，可以實現倒車取卡預警功能。

數據處理單元分別將車型、軸型和長寬高信息上傳到車道軟件和治超軟件，治超軟件根據上傳的長寬高數據判斷是有有超限行為，如果有則告知車道軟件不發卡，并讓其控制欄桿機不放行。如果沒有則告知車道軟件寫卡，抬桿放行。

3? 數據交互流程

系統提供多種靈活的數據上傳方式，同時支持有線以太網和串行通信方式，方便用戶靈活應用，該系統與車道軟件、治超軟件的交互流程如圖4所示。

系統啟動時，與車道軟件和治超軟件建立連接。當車輛進入車道，行駛到崗亭觸發線圈時，車道軟件識別到車輛進入，發送數據請求命令包，系統接收到命令包后，解析校驗，并分別將當前車輛的車型、軸型和長寬高等信息發送給車道軟件和治超軟件。如果車道軟件和治超軟件成功接收車輛數據包則返回應答信息包，反之，則不發應答信息包。系統在一定時間內，沒有接收到應答信息包，會重發車輛數據包，直到成功接收到應答信息包，之后，清除當前車輛的信息緩存。

治超軟件接收到車輛長寬高信息后，判斷該輛車是否存在超限情況，并將情況結果發送給車道軟件，車道軟件接收治超系統的信息包后，根據信息包內容決定是否發卡、抬桿放行。

4? 結論

本文基于收費站入口治超的現狀提出了一套基于激光傳感器的車型識別及智能治超一體化的檢測系統，并就激光檢測技術、系統布局、系統工作原理和數據交互流程等方面做了詳細介紹。本文提出的系統已應用在多個收費站上，應用結果表明，該系統穩定可靠，測量精度高，抗干擾能力強。系統性能指標如表1所示，完全滿足收費站入口治超的應用需求。

參考文獻：

[1]武宏偉，唐川.激光式自動車型分類技術在ETC聯網稽查中的應用[J].中國交通信息化，2016（s1）：64-65.

[2]許俊，唐先亮.自動發卡車道車型識別解決方案探討[J].中國交通信息化，2018（s1）.

[3]林琪鋒，荊嘉欣，鄒劍濤，項國邦，陳發鑫.基于激光位移傳感器的三維曲面逆向建模系統開發[J].價值工程，2019，38（20）：140-142.