區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)校準(zhǔn)方法的探討與不確定度分析

吳晶

【摘要】區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)普遍安裝在重要交通路段，對(duì)道路交通安全起著至關(guān)重要的作用。本文介紹了區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的原理及重要性，以及目前國(guó)內(nèi)對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)檢測(cè)所關(guān)注的相關(guān)計(jì)量指標(biāo)，并對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)速度誤差的測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】區(qū)間測(cè)速系統(tǒng);校準(zhǔn);不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.007

Discussion on Calibration Method and Uncertainty Evaluation of Interval Speed Measuring System

WU Jing

（Liaoning Institute of Measurement，Shengyang 110004，China）

Abstract：Interval speed measuring system is widely installed in important traffic sections，which plays a vital role in road traffic safety. This paper introduces the principle and importance of the interval speed measuring system，and analyzes the uncertainty of the measurement results.

Key words：interval speed measuring system;calibration;uncertainty

1測(cè)量原理

區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)是繼雷達(dá)測(cè)速、激光式測(cè)速、地感線圈式測(cè)速之后，逐步發(fā)展起來的一種測(cè)速方式。它與傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)速方式有很大的互補(bǔ)性。

區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)是在固定距離道路的兩端各設(shè)置一個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，測(cè)量被測(cè)車輛通過前后兩個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭的時(shí)間，通過距離除以時(shí)間的方式來計(jì)算被測(cè)車輛在該段區(qū)間的平均速度，進(jìn)而來判定車輛是否超速。目前，遼寧省越來越多的道路用區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)來替代單點(diǎn)測(cè)速裝置。區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)可以幫助交警部門更好地掌握機(jī)動(dòng)車在行駛過程中的整體狀況。圖1為區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)工作原理示意圖。

另外，交警部門在設(shè)置區(qū)間測(cè)速裝置的同時(shí)，要在測(cè)速裝置前一定距離安裝區(qū)間測(cè)速警示牌、區(qū)間測(cè)速起點(diǎn)標(biāo)志牌以及區(qū)間測(cè)速終點(diǎn)標(biāo)志牌，以提醒駕駛者即將進(jìn)入?yún)^(qū)間測(cè)速路段。提示牌如圖2所示。

目前，區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的國(guó)家檢定規(guī)程及校準(zhǔn)規(guī)范還尚未出臺(tái)，各省（直轄市、自治區(qū)）依據(jù)各自起草的地方檢定規(guī)程及校準(zhǔn)規(guī)范開展區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的溯源工作。根據(jù)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的原理，區(qū)間距離與測(cè)量時(shí)間的準(zhǔn)確度將直接影響測(cè)量結(jié)果。

2校準(zhǔn)方法的探討

由于國(guó)家尚無區(qū)間測(cè)速裝置的檢定規(guī)程及校準(zhǔn)規(guī)范，各省（直轄市、自治區(qū)）起草的地方校準(zhǔn)規(guī)范及規(guī)程中的計(jì)量項(xiàng)目也有所區(qū)別。

山西省的檢定規(guī)程JJG（晉）13—2013《機(jī)動(dòng)車區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)》，要求對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控終端號(hào)牌識(shí)別準(zhǔn)確率、當(dāng)前時(shí)刻、時(shí)間同步間隔以及測(cè)速誤差進(jìn)行檢定;新疆維吾爾自治區(qū)的校準(zhǔn)規(guī)范JJF（新）44—2019《機(jī)動(dòng)車區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范》，要求對(duì)測(cè)速區(qū)間距離、測(cè)速誤差、計(jì)時(shí)誤差進(jìn)行校準(zhǔn);黑龍江省的地方規(guī)程JJG（黑）06—2014《機(jī)動(dòng)車區(qū)間測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》，要求對(duì)區(qū)間行駛時(shí)間間隔誤差、區(qū)間距離測(cè)量誤差以及現(xiàn)場(chǎng)區(qū)間平均速度誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。因?yàn)楸粶y(cè)車輛的區(qū)間速度主要由區(qū)間距離與行駛時(shí)間的比值求得，所以本文作者認(rèn)為對(duì)區(qū)間距離及計(jì)時(shí)誤差的檢測(cè)是十分必要的。

2.1距離與時(shí)間的校準(zhǔn)

由于被測(cè)車輛在限速區(qū)間內(nèi)的平均速度值與區(qū)間距離及通過該段區(qū)間的時(shí)間直接相關(guān)，因此，本文采用對(duì)區(qū)間距離及時(shí)間的校準(zhǔn)方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

對(duì)于區(qū)間距離校準(zhǔn)，本文將經(jīng)過檢驗(yàn)合格的非接觸式測(cè)速儀安裝在被測(cè)車輛上（如圖3所示），調(diào)試到測(cè)距功能后，從區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的起始點(diǎn)出發(fā)并行駛到終點(diǎn)，在行駛途中不更換車道，這樣往返3次，取3次往返測(cè)量的最小值，將最小值作為該段區(qū)間的距離值。

而在區(qū)間時(shí)間的校準(zhǔn)上，使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。不僅要校準(zhǔn)被測(cè)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)刻的準(zhǔn)確性，同時(shí)也要確保區(qū)間起點(diǎn)與區(qū)間終點(diǎn)時(shí)鐘的同步性。并且要對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的授時(shí)終端進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，保證其運(yùn)行24 h以上，日差不超過1s。

作者在檢測(cè)過程中曾發(fā)現(xiàn)，區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的起點(diǎn)時(shí)刻與終點(diǎn)時(shí)刻差距很大。如在某次區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)準(zhǔn)確度的測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的起始時(shí)刻為13：25：05，終點(diǎn)時(shí)刻為13：31：11，而被測(cè)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的起點(diǎn)時(shí)刻為13：25：05，終點(diǎn)時(shí)刻為13：32：18。誤差產(chǎn)生的原因主要是被測(cè)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的終點(diǎn)時(shí)刻沒有及時(shí)授時(shí)，導(dǎo)致了當(dāng)前時(shí)刻嚴(yán)重超差，從而使區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)行駛時(shí)間段的誤差變大，直接導(dǎo)致區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)平均速度值的誤差增大。因此，區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的起始時(shí)刻與終點(diǎn)時(shí)刻要確保在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行授時(shí)，授時(shí)時(shí)間間隔可采用整點(diǎn)授時(shí)一次。

2.2平均速度的校準(zhǔn)

由于區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)是判斷被測(cè)車輛在被測(cè)區(qū)間內(nèi)的行駛速度是否超過規(guī)定速度，相關(guān)同行認(rèn)為可以直接采用高精度測(cè)速儀作為標(biāo)準(zhǔn)器。將高精度測(cè)速儀安裝在被測(cè)車內(nèi)，被測(cè)車輛從區(qū)間起點(diǎn)進(jìn)入并從區(qū)間終點(diǎn)駛出。將高精度測(cè)速儀記錄的平均速度值與區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)記錄的平均速度值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

另外，作者在對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，有的高速路段上的被測(cè)區(qū)間內(nèi)設(shè)置服務(wù)區(qū)，這樣即使被測(cè)車輛在區(qū)間內(nèi)部分路段超速行駛，若在服務(wù)區(qū)停留一段時(shí)間，則整體區(qū)間行駛時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，使得被測(cè)車輛在整段被測(cè)區(qū)間內(nèi)的平均行駛速度降低，躲避超速抓拍風(fēng)險(xiǎn)。一般來說，區(qū)間測(cè)速裝置常常設(shè)置在路況可以適合車輛進(jìn)行高速行駛的區(qū)間，從而提醒駕駛者控制好行車速度，以免發(fā)生交通事故。

3區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)校準(zhǔn)不確定度分析

以本文2.1中的校準(zhǔn)方法為例，對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的不確定度來源進(jìn)行分析。

3.1建立測(cè)量模型

根據(jù)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的工作原理，區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的測(cè)量模型公式如下：

式中，Δ——區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)速度示值誤差，km/h;

v——區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的速度示值，km/h;

s——區(qū)間距離的測(cè)量值，km;

t——區(qū)間行駛時(shí)間的測(cè)量值，h。

根據(jù)上述公式，可以分析得出區(qū)間測(cè)速裝置速度誤差的不確定度來源主要包括區(qū)間距離的測(cè)量不確定度、區(qū)間行駛時(shí)間的不確定度以及區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)速度測(cè)量值的不確定度。因此，該模型的不確定度傳播率公式為：

根據(jù)不確定度傳播率公式，計(jì)算各不確定來源的靈敏系數(shù)如下：

3.2不確定度的評(píng)定過程

1）區(qū)間距離的不確定度u（s）評(píng)定

2）區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)時(shí)間的不確定度u（t）評(píng)定

3）機(jī)動(dòng)車區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)速度分辨力引入的不確定度u（v）評(píng)定

這里用B類評(píng)定方法——極差法，評(píng)定不確定度，由于為正態(tài)分布，且采用的方法為非接觸式測(cè)速儀的測(cè)速功能，作三次平均速度測(cè)量，在v=60 km/h時(shí)，計(jì)算得單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：s=（最大值-最小值）÷極差系數(shù)=2÷1.69=1.18。

由上述測(cè)量及計(jì)算結(jié)果，并將各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量合成，得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

因主要分量中可視為正態(tài)分布，當(dāng)P=95%時(shí)，可取包含因子k=2，則：

U=ku（Δv）=1.4 km/h

因此，當(dāng)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的速度測(cè)量值為60km/h時(shí)：

U=1.4km/h，k=2

4結(jié)語

區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)相比較傳統(tǒng)的固定點(diǎn)測(cè)速以及移動(dòng)抓拍測(cè)速系統(tǒng)已經(jīng)有了很大進(jìn)步，不僅可以在很大程度上避免駕駛者到達(dá)抓拍點(diǎn)臨時(shí)減速而逃避超速懲罰，而且可以與單點(diǎn)測(cè)速的方式互補(bǔ)，在固定點(diǎn)及行駛過程中始終對(duì)行駛車輛的速度進(jìn)行監(jiān)控。

區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的測(cè)量過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的因素有很多，如區(qū)間距離的測(cè)量、區(qū)間時(shí)間的測(cè)量、授時(shí)間隔的設(shè)置、人員操作等諸多因素，其不確定度的評(píng)定也是一個(gè)涉及多個(gè)參數(shù)的復(fù)雜評(píng)定過程，在評(píng)定過程中，要考慮不同變量的不確定度來源，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大的一定要考慮。

區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)目前尚無國(guó)家規(guī)程及規(guī)范，但該系統(tǒng)對(duì)交通安全起著十分重要的作用，并且已經(jīng)在我國(guó)各大城市的道路車輛行駛速度監(jiān)管中發(fā)揮著重要功能。因此，各專業(yè)技術(shù)人員要根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及地方有效技術(shù)依據(jù)切實(shí)保證區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)量值的準(zhǔn)確可靠，為交警執(zhí)法及人民出行安全保駕護(hù)航。

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