CN105352439B - 基于全光栅结构的车辆外形参数测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于全光栅结构的车辆外形参数测量系统及方法，该系统包括：依次相连的全光栅结构、信息采集存储模块和计算处理模块，其中：全光栅结构与信息采集存储模块相连并传输光信号信息，信息采集存储模块和计算处理模块相连并传输带时间戳的光信号信息；所述的全光栅结构包括：检测触发光栅、横向光栅组与垂向光栅组构成的光栅龙门架和纵向光栅组。本发明通过使用低成本的全光栅结构，在不影响车辆正常行驶的情况下，实现对待检车辆的长度、宽度、高度、轮轴数目、轮轴间距等外形参数的高精度快速测量，有助于及时发现非法改装车辆，减少非法改装车辆引起的重大交通事故。

Description

基于全光栅结构的车辆外形参数测量系统及方法

技术领域

本发明涉及一种测试计量领域的技术，具体是一种基于全光栅结构的车辆外形参数测量系统及方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，物流运输行业中各种大型货车的使用率逐年升高。由于竞争日益剧烈，很多车辆运输企业管理者通过压缩运输成本来增加企业营业额，他们通常会对大型货车进行一些非法改装，以期增加车辆的运载能力，降低运输成本。但是非法改装货车引起的重大交通事故频频发生，导致了大量的财产及人员损失。为避免此类事故的发生，我们需要对车辆外形的各项参数进行检测，据此判断车辆是否被非法改装。而目前国内对于车辆外形参数测量的方式主要为人工卷尺测量，即在车辆静止情况下由测量人员通过人工方式用卷尺对车辆的长度、宽度、高度及轮轴距等外形参数进行测量，这种方法在很多情况下需要依靠测量人员的目视，测量效率较低，误差较大，同时信息保存较困难。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103453836A，公开(公告)日2013.12.18，公开了一种基于机器视觉及激光光幕车辆外轮廓尺寸测量系统与方法，包括：车辆外轮廓长度尺寸测量模块、车辆外轮廓宽度尺寸测量模块及车辆外轮廓高度尺寸测量模块，同时待检测车辆行驶测量区域的一侧，相对于横向激光光幕相同高度的位置安装有一组一维激光探测器阵列，用以检测未被待检测车辆遮挡的横向激光光幕输出的激光光束。但该方法需要使用多台相机进行检测，系统较为复杂，搭建需要的场地较大，不仅要求车辆的全车身都处在检测区域，而且对待检车辆的长度有一定的限制，另外这种方法只能够检测车辆的长宽高，对轮轴间距无法进行检测，因此存在一定的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于全光栅结构的车辆外形参数测量系统及方法，利用三组光栅构成的全光栅，在不影响车辆正常行驶的情况下，实现对待检车辆长度、宽度、高度、轮轴数目和车辆总轮轴间距等外形参数进行高精度快速测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于全光栅结构的车辆外形参数测量系统，包括：依次相连的全光栅结构、信息采集存储模块和计算处理模块，其中：全光栅结构与信息采集存储模块相连并传输光信号信息，信息采集存储模块和计算处理模块相连并传输带时间戳的光信号信息。

所述的全光栅结构包括：检测触发光栅、垂向光栅组与横向光栅组构成的光栅龙门架和纵向光栅组，其中：光栅龙门架中的光点间隔为15mm～20mm，总共250～300个光点，光栅龙门架的安装高度和宽度均在5m至6m。

本发明涉及上述系统的测量方法，通过在车辆运行过程中，阶段性采集信息，判断车型并计算得到待检车辆的外形参数信息。

所述的待检车辆的外形参数信息包括：长度、宽度、高度、轮轴数目和车辆总轮轴间距。

所述的阶段性采集信息包括：

阶段一，采集车辆前缘进入光栅龙门架检测区域时的光信号信息、第一组车轮遮挡纵向光栅组上即将达到的光点和前一光点的光信号信息及第N_a个光点的光信号信息，并在车辆前缘进入光栅龙门架检测区域时开始采集光栅结构垂向、横向的光信号信息，其中：第N_a个光点位于光栅龙门架左侧，距离光栅龙门架水平距离为X_a；

阶段二，采集第一组车轮遮挡即将遇到的第N_s个光点的光信号信息，并采集最后一组车轮遮挡相邻两个光点的光信号信息，其中：光栅龙门架右侧距离光栅龙门架为纵向光栅组长度的四分之一处，最接近该处的光点为第N_s个光点；

阶段三，采集车辆尾缘离开光栅龙门架检测区域时的光信号信息、最后一组车轮遮挡纵向光栅组上即将达到的光点和前一光点的光信号信息及第N_b个光点的光信号信息，并在车辆尾缘离开光栅龙门架检测区域时停止采集光栅结构垂向、横向的光信号信息，其中：第N_b个光点位于光栅龙门架右侧，距离光栅龙门架水平距离为X_b；

所述的判断车型是指判断车辆总轮轴间距，根据第一组车轮和最后一组车轮在纵向光栅组上的光信号信息，若第一车轮遮挡纵向光栅组上第N_s个光点而最后一组车轮尚未进入纵向光栅组的检测区域，则判断为长轴车型，否则为普通车型；

所述的计算包括：1)计算车辆宽度和高度：测量结束后，横向光栅组反映出待检车辆在光栅龙门架处横向上光点的遮挡情况，根据遍历搜索每帧数据得到遮挡光点数最多的一次数据，即车辆在宽度方向上距离最大的一处，记为车辆的宽度值W；垂向光栅组能够反映出待检车辆在光栅龙门架处垂向上光点的遮挡情况，根据遍历搜索每帧数据得到遮挡光点数最多的一次数据，即车辆在高度方向上距离最大的一处，记为车辆的高度值H₁，由于垂向光栅组的安装距离地面存在一定的距离，因此车辆的准确高度还要加上安装高度补偿值H₂，记为车辆的实际高度值H＝H₁+H₂；2)计算车辆长度、轮轴数目和车辆总轮轴间距：根据上述三个阶段采集的信息，分别计算车辆前缘到第一组车轮的距离L₀、最后一组车轮到车辆尾缘的距离L_f以及根据判断的车型计算相邻车轮的轴距L_i，最终得到车辆的近似长度以及车辆轮轴数M＝m+1，其中：m为程序算法记录的检测系统检测的相邻轮轴间距个数。

所述的光点其计数方向以车辆进入全光栅结构为起点，以车辆离开全光栅结构为终点。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过使用低成本的全光栅结构，在不影响车辆正常行驶的情况下，实现对待检车辆的长度、宽度、高度、轮轴数目、车辆总轮轴间距等外形参数的高精度快速测量，有助于及时发现非法改装车辆，减少非法改装车辆引起的重大交通事故。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明测量方法总流程图；

图3为待检车辆长度尺寸、轮轴数目和车辆总轮轴间距测量的算法流程图；

图4为车辆前缘与第一组车轮之间距离的计算原理图；

图5为两轮轴普通车型车辆总轮轴间距的计算原理图；

图6为两轮轴长轴车型车辆总轮轴间距的计算原理图；

图7为车辆最后一组车轮与车辆尾缘之间距离的计算原理图；

图中：全光栅结构1、检测触发光栅111、横向光栅组112、垂向光栅组113、光栅龙门架13、纵向光栅组14、信息采集存储模块2、计算处理模块3、第N_a个光点4、第N_b个光点5、第一组车轮即将经过的第n个光点6、第N_s个光点7、最后一组车轮即将经过的第n个光点8、第1个光点9、第一组车轮即将经过的第n个光点10、最后一组车轮即将经过的第n个光点11。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例中系统的各项参数为：光栅龙门架13的横向光栅组112和垂向光栅组113光点间隔均设为20mm，各设有250个光点；纵向光栅组14上光点间隔设为200mm，共设32个光点，安装长度在6m至7m，其中：N_a＝16，X_a＝100mm，N_b＝17，X_b＝100mm，N_s＝21；信息采集存储模块2每5ms探测一次全光栅结构1得到三组带有时间戳的光信号信息并进行存储、传输至计算处理模块3；。

如图1所示，本实施例包括：依次相连的全光栅结构1、信息采集存储模块2和计算处理模块3，其中：全光栅结构1与信息采集存储模块2相连并传输光信号信息，信息采集存储模块2和计算处理模块3相连并传输带时间戳的光信号信息；

所述的全光栅结构1包括：检测触发光栅111、横向光栅组112与垂向光栅组113构成的光栅龙门架13和纵向光栅组14。

所述的检测触发光栅111、横向光栅组112、垂向光栅组113和纵向光栅组14均设置有发射光栅和接受光栅。

所述的光栅龙门架13优选为设置在纵向光栅组14中间部位，即纵向光栅组14上第N_a个4和第N_b个光点5到光栅龙门架13上同一位置的距离相同。

如图2和图3所示，本实施例涉及上述系统的测量方法，通过在车辆运行过程中，阶段性采集信息，判断车型并计算得到待检车辆的外形参数信息。

所述的待检车辆的外形参数信息包括：长度、宽度、高度、轮轴数目和车辆总轮轴间距。

所述的阶段性采集信息包括：阶段一，采集车辆前缘进入光栅龙门架13检测区域时的光信号信息以及第一组车轮遮挡即将达到的光点和前一光点的光信号信息及第N_a个光点4的光信号信息，并在车辆前缘进入光栅龙门架13检测区域时开始采集光栅结构垂向、横向的光信号信息，其中：第N_a个光点4位于光栅龙门架13左侧，距离光栅龙门架13水平距离为X_a；阶段二，采集第一组车轮遮挡即将遇到的第N_s个光点的光信号信息，并采集最后一组车轮遮挡相邻两个光点的光信号信息，其中：光栅龙门架13右侧距离光栅龙门架13为纵向光栅组14长度的四分之一处，最接近该处的光点为第N_s个光点；阶段三，采集车辆尾缘离开光栅龙门架13检测区域时的光信号信息、最后一组车轮遮挡即将达到的光点和前一光点的光信号信息及第N_b个光点5的光信号信息，并在车辆尾缘离开光栅龙门架13检测区域时停止采集光栅结构垂向、横向的光信号信息，其中：第N_b个光点5位于光栅龙门架13右侧，距离光栅龙门架13水平距离为X_b；

所述的计算包括：1)计算车辆宽度和高度：测量结束后，横向光栅组112反映出待检车辆在光栅龙门架13横向上光点的遮挡情况，根据搜索算法得到遮挡光点数最多的一次数据，即车辆在宽度方向上距离最大的一处，记为车辆的宽度值W；垂向光栅组能够反映出待检车辆在光栅龙门架13垂向上光点的遮挡情况，根据遍历搜索每帧数据得到遮挡光点数最多的一次数据，即车辆在高度方向上距离最大的一处，记为车辆的高度值H₁，由于垂向光栅组的安装距离地面存在一定的距离，因此车辆的准确高度还要加上安装高度补偿值H₂，记为车辆的实际高度值H＝H₁+H₂；2)计算车辆长度、轮轴数目和车辆总轮轴间距：根据上述三个阶段采集的信息，分别计算车辆前缘到第一组车轮的距离L₀、相邻车轮的轴距L_i以及最后一组车轮到车辆尾缘的距离L_f，最终得到车辆长度以及车辆轮轴数M＝m+1，若检测出现长轴情况，L_i的计算公式按照长轴情况L_f计算，其中：m为程序算法记录的检测系统检测的相邻轮轴间距个数。

如图4所示，所述的车辆前缘到第一组车轮的距离近似为：

L₀＝((t_n-t_a)×v_n+200×(N_a-n)+X_a)/1000，单位为m，其中：N_a＞n，t_a表示车辆前缘进入光栅龙门架13的时间点，t_n表示第一组车轮在纵向光栅组14上遮挡即将遇到的第n个光点6的时间点，表示第一组车轮在纵向光栅组14上遮挡第n‐1个光点到遮挡第n个光点6这段距离内汽车的平均速度，t_n‐1表示第一组车轮遮挡第n‐1个光点的时间点。

如图5和图6所示，车辆总轮轴间距及轮轴数目计算：

两轮轴普通车型：单位为m，其中：n＜N_s，表示第一组车轮遮挡即将遇到的第N_s个光点7的时间点，t_n表示最后一组车轮遮挡即将遇到的第n个光点8的时间点，表示最后一组车轮经过第n‐1个光点和第n个光点8这段距离内汽车的平均速度，t_n‐1表示最后一组车轮遮挡第n‐1个光点的时间点；

如图7所示，当测量长轴距情况下，由于轮轴距过长，当第一组车轮刚遮挡第N_s个光点7时，最后一组车轮还未进入检测区域，因此需要使用不同的检测方式：

两轮轴长轴车型：单位为m，其中：t₁表示最后一组车轮遮挡第1个光点9的时间点，t_n表示第一组车轮遮挡即将遇到的第n个光点10的时间点，表示最后一组车轮经过第1个光点9和第2个光点这段距离内汽车的平均速度，t₂表示最后一组车轮遮挡第2个光点的时间点。

多轮轴长轴车型：

如图7所示，所述的最后一组车轮到车辆尾缘的距离近似为：

L_f＝(200×(n-N_b)+X_b-(t_n-t_e)×v_n)/1000，单位为m，其中：n＞N_b，t_e表示车辆尾缘离开光栅龙门架13的时间点，t_n表示最后一组车轮遮挡即将遇到的第n个光点11的时间点，表示最后一组车轮遮挡第n‐1个光点到遮挡第n个光点11这段距离内汽车的平均速度，t_n‐1表示最后一组车轮遮挡第n‐1个光点的时间点。

轮轴数目M：M＝m+1，其中：m为程序算法记录的检测系统检测的相邻轮轴间距个数。

普通轿车测量结果：

项目

实际值

测量值1

测量值2

测量值3

测量值4

测量值5

轮轴数目

2

2

2

2

2

2

轮轴间距

2.75m

2.749m

2.765m

2.741m

2.751m

2.750m

整车长度

4.843m

4.825m

4.833m

4.854m

4.810m

4.887m

宽度

1.84m

1.84m

1.84m

1.86m

1.86m

1.86m

高度

1.48m

1.45m

1.45m

1.45m

1.45m

1.45m

误差大小均在2％以内。

多轮轴长轴距卡车测量结果：

误差大小均在2％以内。

Claims (6)

1.一种基于全光栅结构的车辆外形参数的测量方法，其特征在于，通过在车辆运行过程中，阶段性采集信息，判断车型并计算得到待检车辆的外形参数信息；

所述的待检车辆的外形参数信息包括：长度、宽度、高度、轮轴数目和车辆总轮轴间距；

所述的全光栅结构包括：检测触发光栅、横向光栅组与垂向光栅组构成的光栅龙门架和纵向光栅组；

所述的阶段性采集信息包括：

阶段一，采集车辆前缘进入光栅龙门架检测区域时的光信号信息、第一组车轮遮挡纵向光栅组上即将达到的光点和前一光点的光信号信息及第N_a个光点的光信号信息，并在车辆前缘进入光栅龙门架检测区域时开始采集光栅结构垂向、横向的光信号信息，其中：第N_a个光点位于光栅龙门架左侧，距离光栅龙门架水平距离为X_a；

阶段二，采集第一组车轮遮挡即将遇到的第N_s个光点的光信号信息，并采集最后一组车轮遮挡相邻两个光点的光信号信息，其中：光栅龙门架右侧距离光栅龙门架为纵向光栅组长度的四分之一处，最接近该处的光点为第N_s个光点；

阶段三，采集车辆尾缘离开光栅龙门架检测区域时的光信号信息、最后一组车轮遮挡纵向光栅组上即将达到的光点和前一光点的光信号信息及第N_b个光点的光信号信息，并在车辆尾缘离开光栅龙门架检测区域时停止采集光栅结构垂向、横向的光信号信息，其中：第N_b个光点位于光栅龙门架右侧，距离光栅龙门架水平距离为X_b。

2.根据权利要求1所述的基于全光栅结构的车辆外形参数的测量方法，其特征是，所述的判断车型是指判断车辆总轮轴间距，根据第一组车轮和最后一组车轮在纵向光栅组上的光信号信息判断，若第一车轮遮挡第N_s个光点而最后一组车轮尚未进入纵向光栅组的检测区域，则判断为长轴车型，否则为普通车型。

3.根据权利要求1所述的基于全光栅结构的车辆外形参数的测量方法，其特征是，所述的计算包括：

1)计算车辆宽度和高度：测量结束后，横向光栅组反映出待检车辆在光栅龙门架处横向上光点的遮挡情况，根据搜索算法得到遮挡光点数最多的一次数据，即车辆在宽度方向上距离最大的一处，记为车辆的宽度值W；垂向光栅组能够反映出待检车辆在光栅龙门架处垂向上光点的遮挡情况，根据遍历搜索每帧数据得到遮挡光点数最多的一次数据，即车辆在高度方向上距离最大的一处，记为车辆的高度值H₁，由于垂向光栅组的安装距离地面存在一定的距离，因此车辆的准确高度还要加上安装高度补偿值H₂，记为车辆的实际高度值H＝H₁+H₂；

2)计算车辆长度、轮轴数目和车辆总轮轴间距：根据上述三个阶段采集的信息，分别计算车辆前缘到第一组车轮的距离L₀、相邻车轮的轴距L_i以及最后一组车轮到车辆尾缘的距离L_f，最终得到车辆长度以及车辆轮轴数M＝m+1，若检测车辆的轮轴间距中出现长轴情况，L_i的计算公式按照长轴情况L_f计算，其中：m为程序算法记录的检测系统检测的相邻轮轴间距个数，M表示车辆轮轴个数。

4.根据权利要求1所述的基于全光栅结构的车辆外形参数的测量方法，其特征是，所述计算车辆长度包括：

1)所述的车辆前缘到第一组车轮的距离近似为：

L₀＝((t_n-t_b)×v_n1+200×(N_a-n)+X_a)/1000，单位为m，其中：N_a＞n，t_b表示车辆前缘进入光栅龙门架的时间点，t_n表示第一组车轮遮挡即将遇到的第n个光点的时间点，表示第一组车轮遮挡第n-1个光点到遮挡第n个光点这段距离内汽车的平均速度，t_n-1表示第一组车轮遮挡第n-1个光点的时间点；

2)所述的车辆总轮轴间距：

a)两轮轴普通车型：单位为m，其中：n＜N_s，表示第一组车轮遮挡即将遇到的第N_s个光点的时间点，t_n表示最后一组车轮遮挡即将遇到的第n个光点的时间点，表示最后一组车轮车轮遮挡第n-1个光点到遮挡第n个光点这段距离内汽车的平均速度，t_n-1表示最后一组车轮遮挡第n-1个光点的时间点；

b)两轮轴长轴车型：单位为m，其中：t₁表示最后一组车轮遮挡第1个光点的时间点，t_n表示第一组车轮遮挡即将遇到的第n个光点的时间点，表示最后一组车轮经过第1个光点和第2个光点这段距离内汽车的平均速度，t₂表示最后一组车轮遮挡第2个光点的时间点；

c)多轮轴长轴车型：

3)所述的最后一组车轮到车辆尾缘的距离近似为：

L_f＝(200×(n-N_b)+X_b-(t_n-t_e)×v_n4)/1000，单位为m，其中：n＞N_b，t_e表示车辆尾缘离开光栅龙门架的时间点，t_n表示最后一组车轮遮挡即将遇到的第n个光点的时间点，表示最后一组车轮遮挡第n-1个光点到遮挡第n个光点这段距离内汽车的平均速度，t_n-1表示最后一组车轮遮挡第n-1个光点的时间点。

5.一种实现上述任一权利要求所述方法的车辆外形参数测量系统，其特征在于，包括：依次相连的全光栅结构、信息采集存储模块和计算处理模块，其中：全光栅结构与信息采集存储模块相连并传输光信号信息，信息采集存储模块和计算处理模块相连并传输带时间戳的光信号信息；

所述的全光栅结构包括：检测触发光栅、横向光栅组与垂向光栅组构成的光栅龙门架和纵向光栅组。

6.根据权利要求5所述的车辆外形参数测量系统，其特征是，所述的检测触发光栅、垂向光栅组、横向光栅组和纵向光栅组均设置有发射光栅和接受光栅。