蔣云清，廖小鵬

（1.蘇州獅山機(jī)動(dòng)車(chē)綜合性能檢測(cè)有限公司，江蘇 蘇州 215124；2.合肥市強(qiáng)科達(dá)科技開(kāi)發(fā)有限公司，合肥 230002）

機(jī)動(dòng)車(chē)超限超載已成為嚴(yán)重影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全、危及社會(huì)經(jīng)濟(jì)秩序穩(wěn)定的一個(gè)突出問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%的道路交通事故是由于車(chē)輛超限超載引發(fā)的，50%的群死群傷重特大道路交通事故與超限超載有直接關(guān)系。

目前，國(guó)內(nèi)各機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)機(jī)構(gòu)在對(duì)車(chē)輛的外廓尺寸進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，基本上采用人工手持鋼卷尺測(cè)量方法；另外，各道路的超載超限檢測(cè)站對(duì)超長(zhǎng)、超寬、超高的車(chē)輛也無(wú)法采用儀器進(jìn)行檢測(cè)。由于人工測(cè)量的不準(zhǔn)確性以及費(fèi)時(shí)費(fèi)力和不安全，迫切需要一種測(cè)量?jī)x器對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的外廓尺寸（包括貨箱欄板高度）進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，以減少檢測(cè)人員工作強(qiáng)度和人為因素的影響。為此，我們專(zhuān)門(mén)研發(fā)一種機(jī)動(dòng)車(chē)外廓尺寸動(dòng)態(tài)自動(dòng)測(cè)量裝置，可以方便地檢測(cè)低速行駛狀態(tài)下機(jī)動(dòng)車(chē)的外廓尺寸，并與該車(chē)輛的外廓尺寸原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而加強(qiáng)對(duì)車(chē)輛的監(jiān)督管理。

1 開(kāi)發(fā)背景及主要內(nèi)容

1.1 開(kāi)發(fā)背景

1.1.1 測(cè)量方法

目前機(jī)動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)總體有以下兩種方法：

1）基于對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)和ccd（charge coupled divice）傳感器的測(cè)量方法。該方法采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)測(cè)量車(chē)輛長(zhǎng)度和高度，用裝于車(chē)輛頂部的ccd成像測(cè)量車(chē)輛的寬度。

2）基于全ccd傳感器的測(cè)量方法[1]。該方法采用分立檢測(cè)車(chē)道兩側(cè)的ccd傳感器獲取車(chē)輛的高度，采用安裝于車(chē)輛頂部的ccd獲取車(chē)輛的長(zhǎng)度和寬度。

1.1.2 測(cè)量中遇到的問(wèn)題

比較以上兩種測(cè)量方法，發(fā)現(xiàn)如下幾個(gè)問(wèn)題：

1）利用ccd傳感器測(cè)量車(chē)輛寬度誤差大。由于ccd傳感器放置于車(chē)輛頂部，對(duì)車(chē)輛寬度的測(cè)量須依靠車(chē)輛成像的大小[2-3]和車(chē)輛高度綜合判定。而汽車(chē)的最寬處往往不在車(chē)輛頂部，所以即使知道車(chē)輛的高度，也無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算出車(chē)輛的寬度。

2）車(chē)輛測(cè)量范圍的限制。采用全ccd傳感器測(cè)量車(chē)輛外廓尺寸時(shí)[1]，由于ccd傳感器的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)地、環(huán)境、圖像算法有比較苛刻要求，特別是計(jì)算機(jī)圖像算法的缺陷，對(duì)幾何尺寸比較特殊的車(chē)輛，如車(chē)載起重機(jī)，不能百分之百測(cè)量出車(chē)輛的外廓尺寸。

3）無(wú)法模擬車(chē)輛的圖形。對(duì)于車(chē)輛后視鏡等附件的尺寸數(shù)據(jù)無(wú)法判斷和刪除，影響了車(chē)輛外廓尺寸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.2 技術(shù)方案的確定

為了解決以上問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套自動(dòng)快速、準(zhǔn)確高效、能對(duì)影響車(chē)輛外廓尺寸的因素進(jìn)行智能刪除的機(jī)動(dòng)車(chē)外廓尺寸測(cè)量系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。

其技術(shù)方案如下：

1）采用紅外線(xiàn)光幕和一字紅外線(xiàn)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行車(chē)輛長(zhǎng)度的測(cè)量和車(chē)輛長(zhǎng)度方向的定位。當(dāng)車(chē)頭部分進(jìn)入紅外線(xiàn)光幕區(qū)域后，軟件判斷一字紅外線(xiàn)定位開(kāi)關(guān)狀態(tài)。紅外線(xiàn)光幕的第一個(gè)被擋光電開(kāi)關(guān)到發(fā)生跳變的一字紅外線(xiàn)電開(kāi)關(guān)的距離就是車(chē)輛長(zhǎng)度。

2）采用分立車(chē)道兩側(cè)的測(cè)高紅外線(xiàn)對(duì)射式光幕掃描車(chē)輛高度，結(jié)合車(chē)輛的行走掃描，以獲取整車(chē)的高度數(shù)據(jù)幀。

3）采用安裝于龍門(mén)架上方和地面的紅外線(xiàn)對(duì)射式光幕掃描車(chē)輛寬度，結(jié)合車(chē)輛的行走掃描，以獲取整車(chē)的寬度數(shù)據(jù)幀。

4）采用安裝于龍門(mén)架上方的激光測(cè)距傳感器測(cè)量貨車(chē)欄板高度，結(jié)合高度光幕測(cè)量的欄板邊沿高度值，計(jì)算出欄板深度。見(jiàn)圖2。

5）采用計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)對(duì)以上采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制車(chē)輛的模擬圖形。

6）對(duì)影響車(chē)輛外廓尺寸的后視鏡等因素進(jìn)行智能刪除，并獲得最終測(cè)量數(shù)據(jù)。

7）對(duì)最終測(cè)量數(shù)據(jù)與達(dá)標(biāo)車(chē)型出廠合格證數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和計(jì)算。

1.3 主要技術(shù)原理及關(guān)鍵技術(shù)

紅外線(xiàn)光幕由間隔1cm的數(shù)字測(cè)量紅外光電開(kāi)關(guān)組成。左右兩側(cè)的紅外線(xiàn)發(fā)射接收對(duì)一一對(duì)應(yīng)。通過(guò)光電開(kāi)關(guān)接收端的接收狀態(tài)，就可以判斷車(chē)頭的位置。采用紅外線(xiàn)光電開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)：紅外光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射角度大，安裝校對(duì)方便，抗干擾能力強(qiáng)。為此，對(duì)軟件算法進(jìn)行重新修改，得到以下結(jié)果：

1）一字紅外線(xiàn)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。一字紅外線(xiàn)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射端由一個(gè)60°角度的紅外線(xiàn)發(fā)射器組成，其安裝高度為0.2m。為避免相鄰紅外線(xiàn)定位開(kāi)關(guān)組之間的干擾，在紅外線(xiàn)發(fā)射器前安裝有金屬擋條，以阻止紅外線(xiàn)光向兩側(cè)外溢。接收端由間隔2cm的紅外線(xiàn)接收器組成，總高度為2.2m。

2）由紅外線(xiàn)發(fā)射器和接收端最高位置的接收器和最低位置的接收器組成的三角面即為掃描面。掃描垂直間隔最大為2cm。由于車(chē)輛的對(duì)稱(chēng)性，該三角形的掃描面一般能掃描到車(chē)輛的最后位置處，即車(chē)輛尾部最長(zhǎng)點(diǎn)在該三角面內(nèi)的基本上都將被掃描到。

3）測(cè)高光幕。測(cè)高光幕由垂直安裝的間隔1cm的紅外線(xiàn)發(fā)射接收對(duì)組成，最低光幕點(diǎn)離地90cm，最高點(diǎn)離地426cm。測(cè)量時(shí)，紅外線(xiàn)光幕從上往下逐點(diǎn)掃描車(chē)輛最高點(diǎn)。掃描到第一個(gè)被擋住的點(diǎn)，即車(chē)輛在該橫截面上的最高高度。車(chē)輛從進(jìn)入光幕開(kāi)始掃描，到離開(kāi)光幕區(qū)域掃描結(jié)束，這樣將得到完整的車(chē)輛從前到后所有橫截面上的最高高度值。

4）測(cè)寬光幕。測(cè)寬光幕分為左測(cè)寬和右測(cè)寬兩組光幕，每組光幕由安裝于龍門(mén)架上方的發(fā)射光幕和地面上的接收光幕組成。左右光幕長(zhǎng)度均為112cm，光幕紅外線(xiàn)采集間隔1cm，左右光幕間隔100cm。測(cè)寬光幕的測(cè)量原理同測(cè)高光幕。通過(guò)掃描左右光幕的狀態(tài)測(cè)量車(chē)輛左右邊緣的寬度值。

5）激光測(cè)距測(cè)量欄板深度。激光測(cè)距傳感器安裝在龍門(mén)架上方中間，測(cè)量欄板貨車(chē)時(shí)，激光測(cè)距傳感器連續(xù)讀取車(chē)輛中心線(xiàn)附近的高度值，測(cè)得的車(chē)輛后半部的中心高度值即欄板底部的高度。對(duì)應(yīng)的測(cè)高光幕測(cè)得的高度值即欄板邊沿高度，通過(guò)軟件計(jì)算兩者之差以獲取欄板深度值。

6）后視鏡尺寸消除的原理及采用的技術(shù)。為了盡量減少后視鏡視角的盲區(qū)，幾乎所有車(chē)型左右后視鏡的安裝都會(huì)超出車(chē)身最寬點(diǎn)。為此，我們對(duì)測(cè)量的寬度數(shù)據(jù)要進(jìn)行后視鏡尺寸剔除[4]。研究各種車(chē)型的后視鏡發(fā)現(xiàn)，部分大客車(chē)的后視鏡因?yàn)榍吧於冮L(zhǎng)，長(zhǎng)度一般不超過(guò)1m；其他車(chē)型車(chē)輛的后視鏡的厚度一般不超過(guò)30cm。為此，分車(chē)型對(duì)后視鏡區(qū)域進(jìn)行處理：第一步找到檢測(cè)數(shù)據(jù)左右最大點(diǎn)，即后視鏡最突出的部位。如果該點(diǎn)位于車(chē)輛最前部而檢測(cè)車(chē)輛的車(chē)型為大客車(chē)，沿該點(diǎn)向后剔除1m，否則沿該點(diǎn)前、后各剔除20cm（即40cm），剔除后的剩下部分即為真實(shí)車(chē)身的寬度數(shù)據(jù)[5]。

1.4 測(cè)量精度與誤差控制

1）長(zhǎng)度測(cè)量精度。長(zhǎng)度測(cè)量精度取決于以下幾個(gè)因素：

①測(cè)長(zhǎng)光幕點(diǎn)的間距。這是影響測(cè)長(zhǎng)精度的最主要因素。測(cè)量系統(tǒng)的光幕點(diǎn)間距為1cm。

②電路板的制作和安裝誤差。這兩個(gè)誤差要求共控制在5mm以?xún)?nèi)。

③車(chē)輛行駛速度和光幕點(diǎn)采集周期。光幕點(diǎn)采集周期為1ms，當(dāng)車(chē)輛以5km/h的速度行駛，1ms內(nèi)走過(guò)的距離為0.001×5×1000/3600=0.0014m=1.4mm。為保證長(zhǎng)度測(cè)量的精度，實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，要求車(chē)輛行駛速度不得大于5km/h[6]。

④分別記錄測(cè)長(zhǎng)立柱（車(chē)尾部）和測(cè)長(zhǎng)光幕（車(chē)頭）的跳變時(shí)間，計(jì)算其時(shí)間差。根據(jù)計(jì)算車(chē)輛行駛的平均速度，對(duì)測(cè)量車(chē)子長(zhǎng)度結(jié)果進(jìn)行修正，有效提高了長(zhǎng)度的測(cè)量精度。

綜合以上條件，長(zhǎng)度的測(cè)量精度為±（5mm+5mm+1.4mm），即±1.14cm。

寬度和高度的測(cè)量精度只取決于光幕點(diǎn)間距和電路板制作安裝誤差，測(cè)量精度為±（5mm+5mm），即±1cm。寬度和高度測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)紅外線(xiàn)交叉照射的方式（第一組紅外線(xiàn)發(fā)射，第二組紅外線(xiàn)接收），對(duì)測(cè)量結(jié)果加以補(bǔ)償，以提高測(cè)量精度[7]。

2）車(chē)速對(duì)高度和寬度采集點(diǎn)的影響。寬、高光幕的采集周期為16ms，車(chē)速為5km/h時(shí)，寬、高每采集一幀時(shí)，車(chē)輛行駛了0.016×5×1000/3600=0.0222m，即每?jī)蓭g隔長(zhǎng)度為2.2cm。

2 使用效果

2.1 動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x技術(shù)指標(biāo)

外廊尺寸動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x使用環(huán)境溫度：-25℃～+45℃；相對(duì)濕度：20%～85%；電源電壓：AC220V±10%；功率：250W；分辨率：±1mm；測(cè)量車(chē)體長(zhǎng)度：3000～20000mm；測(cè)量車(chē)體寬度：1500～3200mm；測(cè)量車(chē)體高度：900～4500mm；測(cè)量貨車(chē)欄板高度：300～3500mm；測(cè)量精度：±15mm。

可以依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1589-2004[8]要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，方便地濾除示位燈、后視鏡等附件因素的影響。滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)GB/T 3730.3-92[9]、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委文件（國(guó)經(jīng)貿(mào)產(chǎn)業(yè)[2002]768號(hào)）[10]第三條第（八）項(xiàng)第1款:車(chē)輛產(chǎn)品尺寸公差允許范圍±1%的要求，測(cè)量精度≤±20mm。

2.2 檢測(cè)工作效率得到提高

人工測(cè)量需要引車(chē)員1名和檢測(cè)員2名，使用鉛垂、卷尺、高度尺測(cè)量車(chē)輛的長(zhǎng)度、寬度及高度。采用外廓尺寸動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x后，只要各引車(chē)員將車(chē)輛慢速通過(guò)測(cè)量?jī)x器，儀器自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)的采樣就完成了，大大節(jié)省了人工成本。有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 人工測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x器效率比較

2.3 檢測(cè)準(zhǔn)確性得到提高

人工測(cè)量方式的誤差由量具誤差、讀數(shù)誤差、測(cè)量操作誤差組成。其中讀數(shù)誤差、測(cè)量操作誤差均較難受控，而外廓尺寸動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x僅存在儀器誤差。測(cè)量操作時(shí)，若車(chē)速高于5km/h，則無(wú)測(cè)試數(shù)據(jù)。因此，只需控制儀器的測(cè)量精確度，測(cè)量誤差相對(duì)可控，測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較高。

隨機(jī)抽取10輛檢測(cè)車(chē)輛的外廓測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量誤差情況見(jiàn)表2。

表2 外廓測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量誤差情況

用同一輛車(chē)重復(fù)多次測(cè)量，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 重復(fù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)比較

因?yàn)橛械钠?chē)制造與其公布的標(biāo)準(zhǔn)尺寸有較大的誤差，所以以上測(cè)量的最大誤差是與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較。從以上數(shù)據(jù)可以看到，測(cè)量的最大誤差不超過(guò)1%，外廓尺寸動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x測(cè)量誤差符合設(shè)計(jì)要求，能滿(mǎn)足檢測(cè)線(xiàn)對(duì)車(chē)輛外廓的快速測(cè)量。

綜合以上各點(diǎn)，外廓尺寸動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x節(jié)省了人工，提高了檢測(cè)速度，測(cè)量數(shù)據(jù)可靠，是有其使用價(jià)值和推廣意義的。

2.4 社會(huì)效益

車(chē)輛外廓尺寸（包括貨箱欄板高度）檢測(cè)后，與該車(chē)輛原始外廓尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，便于對(duì)車(chē)輛的監(jiān)督管理。防止車(chē)輛擅自改裝，超載超限運(yùn)輸。它在使用上具有安全、準(zhǔn)確、方便、高效的顯著特點(diǎn)，可以有效維護(hù)道路交通秩序。該裝置的研發(fā)成功，對(duì)預(yù)防和減少交通事故具有重要意義。如果發(fā)現(xiàn)有私自改裝的車(chē)輛，移交道路運(yùn)輸管理部門(mén)依法處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大量車(chē)輛的測(cè)量，檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足了檢測(cè)長(zhǎng)度誤差小于±1%，寬度誤差小于±1%、高度誤差小于±1%、測(cè)量精度≤±15mm的技術(shù)要求。它在使用上具有安全、準(zhǔn)確、方便、高效的顯著特點(diǎn)。該裝置的研發(fā)成功，對(duì)預(yù)防和減少交通事故具有重要意義。

[1]卞曉東，張為公，郭占軍.利用視覺(jué)伺服技術(shù)進(jìn)行車(chē)輛尺寸測(cè)量的方法[J].汽車(chē)工程，2004，（3）:94-97.

[2]胡永舉.基于圖像的車(chē)輛外型尺寸識(shí)別技術(shù)[J].道路交通與安全，2007，（2）:35-37.

[3]林國(guó)余，張為公，卞曉東.基于立體視覺(jué)的車(chē)輛尺寸參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)研究[J].輕型汽車(chē)技術(shù)，2005，（9）:16-19.

[4]孫志喜.車(chē)輛外廓尺寸自動(dòng)測(cè)量與車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津：南開(kāi)大學(xué)，2005.

[5]GB18565-2001，營(yíng)運(yùn)車(chē)輛綜合性能要求和檢測(cè)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[6]GB7258-2012，機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[7]榮銳兵，嚴(yán)運(yùn)兵，方園，等.基于激光測(cè)距的車(chē)輛行駛跑偏測(cè)量系統(tǒng)[J].公路與汽運(yùn)，2012，（3）

[8]GB1589-2004，道路車(chē)輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[9]GB/T 3730.3-92，汽車(chē)和掛車(chē)的術(shù)語(yǔ)及其定義車(chē)輛尺寸[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

[10]國(guó)經(jīng)貿(mào)產(chǎn)業(yè)[2002]768號(hào).關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)車(chē)輛公告管理和注冊(cè)登記有關(guān)事項(xiàng)的通知[EB/OL].（2013-09-30）.http://wenku.baidu.com/view/102a3ac48bd63186bcebbcf5.html