浅析机动车外廓尺寸动态自动测量装置的应用_程炎星

浅析机动车外廓尺寸动态自动测量装置的应用

程炎星,杜颖,杨华西,麻伟明

(丽水市公安局交警支队检测站,浙江丽水323000)

摘要:目前,国内各公安车辆管理所、机动车检测等机构在对车辆的外廓尺寸进行检验时,基本上采用人工手持钢卷尺检验方法。人工检验误差大、费时费力和不安全。为改善这种状况,迫切需要一种测量仪器对机动车的外廓尺寸进行动态自动测量和把关,以减少检验人员工作强度和人为因素的干扰,从源头上禁止超限车辆。

关键词:机动车外廓尺寸;动态;自动;测量装置

doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2013.03.018

1技术背景

2009年6月1日实施的国家标准GB21861-20085机动车安全技术检测项目和方法6对机动车的外廓尺寸等技术参数提出了新的要求。2010年下半年至今,公安部交管局连续发文:5关于进一步加强机动车安全技术检验监管工作的通知6公交管[2010]312号、5关于印发2011年车辆和驾驶人管理重点工作的通知6公交管[2011]41号、5关于进一步落实客货运机动车和驾驶人管理措施的意见6公交管[2011]63号,明确要求严格检验和查验机动车外廓尺寸。目前,国内公安车辆管理所、机动车检测站等对车辆外廓尺寸检验基本上延用过去用钢卷尺等人工检验方法,检验一辆汽车至少花费数分钟,而且人为因数干扰多,一直没有较好的智能化测量方法。本文提出一种利用红外光和激光的组合装置,对行进中的车辆外廓进行扫描,并由PC计算机控制和管理,得出车辆的外廓三维图像及长度、宽度、高度、货箱栏板高度综合检测数据,并且将检测数据与车辆原始数据进行比对(或与车管所数据库中该车辆外廓尺寸原始数据自动进行比对和判定),便于车辆管理部门或车辆检测机构对车辆的监督管理。

当然,对机动车外廓尺寸自动测量系统,国内一些研究机构和公司有过不同的研究,总体说来有以下几种方法:

1)基于对射式光电开关和ccd传感器的测量方式:该方法采用对射式光电开关测量车辆长度和高度,用装于车辆顶部的ccd成像测量车辆的宽度。

2)基于全ccd的传感器的测量方式:该方法采用分立检测车道两侧的ccd传感器测取车辆的高度,采用安装于车辆顶部的ccd测取车辆的长度和宽度。

比较以上几种测量方法,我们发现如下几个问题:¹利用ccd传感器测量车辆宽度误差大。由于ccd传感器放置于车道顶部,对车辆宽度的测量须依靠车辆成像的大小和车辆高度综合判定。而汽车的宽度最宽处往往不在车辆顶部,因此即使知道车辆的高度,也无法准确计算出车辆的宽度。º车辆测量范围的限制。采用全ccd传感器测量车辆外廓尺寸时,由于ccd传感器的分辨率有限,为保证传感器的采样精度,只能牺牲测量的范围,因此无法测量大型车辆的长度。»无法模拟车辆的3d图形。对于车辆的后视镜等的尺寸数据无法判断和自动删除,从而影响了车辆外廓尺寸数据的准确性。

2技术方案

1)采用红外光幕和一线红外对射式光电开关对车辆长度方向定位和车辆长度进行测量。

2)利用分立车道两侧上方的激光测距扫描仪对车辆表面进行线扫描,以获取车辆的宽度和高度测量数据。

3)对以上采集到的数据进行软件处理,并绘制车辆的3d 图形。对影响车辆外廓尺寸的后视镜等数据进行智能剔除,并对检测结果数据进行存储和管理。

检测时,车辆以3~5k m/h的速度驶进检测车道,当车头部分进入红外光幕区域时,软件判断一线红外定位开关状态,当一线红外定位光电开关被车辆尾部遮挡后的电平发生跳变,记录该一线红外定位光电序号和红外光幕的光电开关状态。红外光幕被遮挡的光电开关与发生跳变的一线红外光电开关之间的距离就是车辆长度。在车辆行走过程中,两侧的激光测距扫描仪对车辆表面进行线扫描,结合车辆的行走,可以获取车辆周身包络面的空间数据。通过计算机软件模拟获取车辆的3D图像,并去除后视镜等因素,最终得到车辆的长度、

宽度和高度数据。

技术与市场技术研发第20卷第3期2013年

图1 测量装置的设计框图

注解:1)))信号采集模块;2)))信号处理模块;3)))采集处理模块;4)))软件处理模块;5)))测长(红外光幕);6)))被测车辆;7)))一线红外定位开关组;8)))

激光扫描仪

图2 测量装置工作原理图

3 技术原理311 红外光幕

红外光幕由红外光电开关组成,左右两侧的红外发射接

收对一一对应。通过光电开关接收端的接收状态,就可以判断车辆头部的位置。采用红外光电开关的优点是:红外光电开关的发射角度大,安装校准方便,抗干扰能力强。312 一线红外定位开关

一线红外定位开关的发射端由一个红外发射器组成,其安装高度为0.2m 。为避免相邻红外定位开关组之间的干扰,在红外发射器前安装有金属档条,以阻止红外光向两侧外溢。接收端由红外接收器组成。

由每个红外发射器与接收端最高位置和最低位置的接收器组成的三角形扇面即为扫描面。由于车辆的对称性,该扫描面一般能覆盖车辆尾部最后位置。313 激光测距扫描仪

激光测距扫描仪分立车道两侧上方。对车辆表面进行线扫描,获取的是车辆表面点到激光测距扫描仪的距离。通过该点与激光测距扫描仪之间距离和角度可换算出车身表面在激光测距扫描仪坐标系里的平面坐标数据,经过映射变换,可获得车身表面对车道的平面坐标。车辆行走时,结合一线红外对车辆的定位,计算出激光测距扫描仪对车辆的扫描面在车辆长度方向所处的位置,这样车辆表面点的三维坐标即可

全部知道。通过软件模拟出来的汽车的三维图形可较真实的反映车辆的外廓形状。314 精度分析

1)激光测距扫描精度的影响

激光测距扫描仪的扫描精度为?1cm.相邻激光光束间隔角度为0.25度。激光测距扫描仪的安装高度5m,距离行车中心线4m 。

高度方向的误差公式为:

h=p*cos(H )

宽度方向的误差公式:

h=p*sin(H )

其中p 为激光测距扫描仪的精度,本装置为?1cm.H 为扫描线与地面垂直方向的夹角。由于cos(H )<=1 sin(H )<=1激光测距仪引起的测量误差<=1cm.2)激光测距扫描仪的采样间隔的分析

激光测距扫描仪在垂直方向的扫描间隔,影响到车辆两侧表面的采样点数,间隔越小,采样点越多,对车辆3D 成像越为真实,精确。在水平方向的扫描间隔,也影响到车辆顶部的采样点数,也直接影响到车辆顶部的成像和高度的精度。

车辆水平方向的采样间隔:

$X=(hd-hw)*[tan(H +B )-tan(H )]

车辆垂直方向的采样间隔:

$Y=$X/tan(H +B )=(hd-h w)*[1-tan(H )/tan(H +B )]其中:hd 为激光测距扫描仪的安装高度(5m).

Hw 为扫描点的高度。

H 为扫描线与地面垂直方向的夹角B 为相邻扫描线夹角,本装置为0.25度

从以上公式看,对水平采样间隔的影响主要是扫描点高度h w 和扫描线与垂直方向的夹角H 。Hw 越小,H 越大,$X 越大。

(下转第36页)

Vol.20,No.3,2013