激光測距傳感技術識別車型及檢測車流量

□ 文/鞏玨

前言

現代社會人們生活水平日新月異，機動車保有量不斷增加，無論發達國家還是發展中國家都毫不例外地面對交通擁擠和道路堵塞日益突顯，由此引發的各類交通事故以及違章現象頻頻發生等問題。為了解決日益惡化的交通狀況，智能交通系統應運而生。

智能交通以其巨大的發展潛力而成為物聯網發展的重點領域，在世界各地迅速推進，已經成為現代交通的重要標志。其主要是在完善的基礎設施之上，將先進的信息技術、通信技術、電子技術、控制技術及計算機技術有效地運用于整個交通管理體系中，使人、車、路密切地配合、和諧的統一，建立全方位發揮作用的實時、準確、高效安全的綜合交通管理系統。而車型識別與分類、車流量監測是交通監控系統自動化的基礎部分，為交通管理監管部門進一步提取、分析道路交通信息和控制車輛提供依據。

激光測距傳感技術應用

現代儀器儀表的智能化趨勢使得各種各樣傳感器的應用日益廣泛，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量和檢驗的新技術—激光測距傳感技術。利用激光諸多優點特性研發的激光檢測和控制系統具有先進的技術性能、方便的實用性和簡潔的系統結構。激光測距傳感器是一種主動光學探測方法，一般由激光發生器、光學器件和光電器件所構成。它是由探測系統向被測目標發射波束，波束被被測目標表面發射產生回波信號，回波信號中直接或間接的包含待測信息，接收與信號處理系統通過接收和分析回波信號，把被測物理量（如距離、流量、速度等）轉換為光信號，然后應用光電轉換器把光信號變成電信號，通過相應電路的過濾、放大和整流得到輸出信號，從而計算出被測量。

借助于激光所具有的優點（如方向性、亮度、單色性、相干性等），激光測距傳感器通常具有結構簡單可靠、抗干擾能力強、非機械接觸、分辨率高、精度準確、指示值誤差小、宜用于快速測量等優點。激光測距傳感技術不但被廣泛應用于宇宙空間探索領域、軍事領域……等，在智能交通領域也得到應用。

車型識別分類

車型識別是智能交通系統中一個重要組成，因每種型號的汽車都有其獨有的特征，車型識別原理就是根據汽車的外形特點進行數據采集、處理、模式識別，最后得出結果。

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，從而對車輛進行分析分類。激光測距傳感技術掃描的基本方法是將激光掃描發射、接收裝備安置在車道上方或側邊，向車道上發射掃描激光。激光掃描裝備與車輛行駛方向垂直安裝檢測，有效避免車輛之間的遮擋。車輛輪廓掃描所應用的激光測距傳感器測距范圍不宜過大，一般要求不大于30米即可，測速率一般要求能達到100赫茲，車身掃描采樣率達到100毫米每個點。

車輛輪廓描畫

激光掃描的區域一般為一個薄平面，此平面與車輛行駛方向垂直，在沒有車輛通行時，激光測距傳感器測出的是一個距離常量，也就是激光傳感器至道路地面的距離（即激光測距傳感器安裝高度），當車輛經過激光照射區域時，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面將反向掃描激光，使反向激光在一定時間和空間發生變化，根據反射激光的變化，實時輸出所測距離值的相對改變量，即可獲得發射激光那一面的二維狀態，如果再加入一些參照物，便可獲得車輛的三維形狀，進而描繪出所測車輛的輪廓。

車型分類

對于監控路段通行車輛能夠區分各種車型，利用激光測距傳感器采集車輛頂部高度和通過時間，換算出車輛長度。提取車輛的長度、高度作為外形尺寸特征，根據車輛頂部的不平整等特點，頂部高度方差與頂部相鄰高度差作為形狀特征，進行統計并用正態分布進行參數估計，估計出每種車型對應特征的大致分布范圍，還原出車輛輪廓。根據提取特征元素，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。

車流量監測

通常用的是對一個時間段內通過的車輛進行統計平均的方法，帶有很大的估算成分，而激光測距傳感技術統計方法為車流量統計提供了一種可行的方案。激光測距傳感技術采用以下原理監測車流量：垂直安裝檢測，可以有效避免車輛之間的遮擋，在沒有車輛通行的時候，激光測距傳感器測出的是一個常量，也就是激光傳感器至道路地面的距離；當有車輛從激光測距傳感器下方通行的時候，檢測到的距離值改變，當距離值再次為常量時即認為有一輛車已通過。根據這種方式可以對該路段的車流量進行監測，實現日車流量統計、月車流量統計、年車流量統計等實時數據。

車流量監測對通行車輛進行分析處理，可輸出的交通參數數據：

車輛計數：在觀測時間段，通行監測路段車輛總數；

車型計數：在觀測時間段，通行監測路段同一類型車輛總數；

平均車速：在觀測時間段，通行監測路段車輛的即時速度平均值；

即時車距：連續兩車輛先后通過同一觀測位置的時間間隔；

……

激光測距傳感技術對于重要路段通行車輛的檢測，區分各種車型、掌控通行數量，對限高、限長車輛能實時分辨，快速輸出檢測結果等智能交通系統發揮積極的作用。

結束語

為提高交通系統效率，獲取道路車輛行駛情況，實踐證明激光測距傳感技術對道路行駛車輛車型識別和車流量檢測具有很好的檢測效果。同時隨著數字處理技術以及微電子半導體工藝的發展，激光測距傳感技術將更加完善，朝著結構簡單、高精密、高適用范圍等方向發展。激光測距傳感技術作為檢測手段將被廣泛用于智能交通領域。