雙激光傳感器測量車輛高度和寬度

朱 旭，李麗宏

（1.太原理工大學(xué) 控制理論與控制工程，山西 太原 030024；2.太原理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，山西 太原 030024）

在日常生活中，經(jīng)常要求測量物體的高度和寬度，但遇到物體形狀不規(guī)則，或是物體過高過寬的情況或測量工具有限等情況，測量無法到達(dá)物體的邊緣，造成測量不方便，結(jié)果不準(zhǔn)確。在公路管理中，特別需要注意車輛的高度和寬度，防止超高超寬車輛駛?cè)敫咚俟?。激光傳感器是一種常見的非接觸式測量的工具，具有單色性好、相干性好、方向性好等特點(diǎn)[1]。將激光傳感器應(yīng)用于車輛寬高檢測中，能夠動態(tài)檢測車輛及貨物的最高值和最寬值，且不受車輛行駛位置和所載貨物形狀的影響，給超限工作提供一個可靠的數(shù)據(jù)，使得管理有效和準(zhǔn)確。本系統(tǒng)是基于雙激光傳感器測量車輛高度和寬度。

1 系統(tǒng)工作原理

1.1 系統(tǒng)布局

如圖1所示，1為龍門架，2為一號傳感器3為二號傳感器，4為被測物（車輛）。將2個傳感器安裝于龍門架2側(cè)，實時檢測其到地面的距離，判斷是否有車輛通過，由24 V開關(guān)電源給其供電，通過網(wǎng)線傳輸信號。

圖1 系統(tǒng)布局圖Fig.1 System structure

為保證2個傳感器信號不會相互干擾，因此將2個傳感器以“背對背”方式安裝。這樣可以保證每個傳感器的信號只能被自身傳感器所接收，避免反射能量被另一個所接收。

1.2 系統(tǒng)原理

傳統(tǒng)單頭傳感器測量，其不足有：1）測量準(zhǔn)確度不高。如果汽車走偏，可能導(dǎo)致掃描不完全或者掃描不到車輛，造成測量誤差；2）掃描范圍有限。如果車上拉有很高的貨物，貨物極有可能擋住了下面的物體，導(dǎo)致激光掃描范圍變小，進(jìn)而影響測量精度?；陔p激光傳感器的寬高檢測系統(tǒng)可有效避免上述問題。

激光傳感器測量原理：激光傳感器發(fā)射激光到地面，接收反射回來激光能量判斷距離，將接收回來的各點(diǎn)高度值和傳感器到地面的距離H比較，若小于H，則認(rèn)為有車通過，否則，認(rèn)為無車。若有車通過，則比較每次掃描的各點(diǎn)中高度和寬度最小值，同時，比較在汽車通過掃描區(qū)域過程中，各次掃描的寬度和高度最小值，直到汽車完全通過掃描區(qū)域。當(dāng)出車后，得出車輛的最寬值和最高值。

2 上位機(jī)軟件

2.1 流 程

上位機(jī)軟件由VB語言編寫，各控件組合構(gòu)成，其流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖Fig.2 System flow

啟動程序后，加載控件，并設(shè)定winsock控件的RemoteIP和RemoteHost屬性，初始化各參數(shù)，發(fā)送命令啟動傳感器工作，使其工作在連續(xù)測量模式，實時檢測是否有車輛通過，若有車輛通過，記錄保存下每次掃描后的數(shù)據(jù)，直到車輛走出掃描區(qū)域后比較各次最值，輸出結(jié)果。

2.2 算 法

左右傳感器的處理數(shù)據(jù)的方式相同，通過winsock控件發(fā)送命令并接受傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)的步驟如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.3 Data processing flow

表1 實驗數(shù)據(jù)Tab.1 Experimental data

首先，驗證收到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，根據(jù)協(xié)議判斷字符頭和字符尾，截取一幀完整數(shù)據(jù)，尋找數(shù)據(jù)中有用信息，將16進(jìn)制轉(zhuǎn)換為10進(jìn)制，并將極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)系，濾除其中奇異數(shù)據(jù)和誤差數(shù)據(jù)，比較單次掃描下高度和寬度最小值，保存于數(shù)組中，這樣，多次掃描后得到保存了各次掃描的最值數(shù)據(jù)的數(shù)組，再比較各次的最值，用已知寬度和高度與最值運(yùn)算，得到車輛的最寬值和最高值。

3 實驗數(shù)據(jù)與分析

實驗數(shù)據(jù)如表1所示，此數(shù)據(jù)采集于不同時間、不同天氣、不同車型、不同速度等各種情況下得到測量結(jié)果。結(jié)果顯示，寬度最大誤差為0.164 m，高度最大誤差為0.142 m，符合客戶要求。此方式檢測車輛寬高更加接近于真實值。

4 結(jié) 論

通過上面的分析和實驗驗證，基于雙激光傳感器的車輛高度和寬度測量能夠有效測量出車輛和貨物的高度和寬度，具有精度高，誤差小的特點(diǎn)，測量情況不受車輛行駛位置的限制。對于一些形狀不規(guī)則的情況，更能貼近真實值，可廣泛應(yīng)用于路口、碼頭、貨物進(jìn)出廠等領(lǐng)域。

[1]宋永剛，郝飛，王海鳴.激光傳感器在工程機(jī)械中的應(yīng)用[J].建筑機(jī)械，2007（9）：62-65.

SONG Yong-gang，HAO Fei，WANG Hai-ming.Application of laser sensor in engineering machinery[J].Construction Machinery，2007（9）：62-65.

[2]李麗宏，邢桂甲，李曉林.激光傳感器在車輛寬高超限檢測中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2011（10）：86-88.

LI Li-hong，XING Gui-jia，LI Xiao-lin.Application of pulse laser measuring sensor at the measurement system of the width and height of moving vehicle[J].Electronic Design Engineering，2011（10）：86-88.

[3]劉巖川，王玲芬，欒慧，等.基于激光測距技術(shù)的汽車防撞系統(tǒng)的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2008（11）：96-98.

LIU Yan-chuan，WANG Ling-fen，LUAN Hui， et al.Research of automobile collision avoidance system based on laser rangefinder theory[J].Instrument Technique and Sensor，2008（11）：96-98.

[4]SICK公司.LMS***Laser Measurement Systems Operating Instructions[EB/OL].（2009）.http://www.sick.com.

[5]馮占軍，王磊，羅顯光.基于激光傳感器的工件外徑尺寸檢測系統(tǒng)[J].電子測量與儀器學(xué)報，2007（6）:82-84.

FENG Zhan-jun，WANG Lei，LUO Xian-guang.Part outer diameter test system based on CCD-Laser sensor[J].Journal of Electronic Measurement and Instrument，2007（6）:82-84.

[6]陳建永.激光測距技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用 [J].中國安防，2010（10）:94-97.

CHEN Jian-yong.Laser range finder technology in intelligent transportation of application[J].China Security&Protection，2010（10）:94-97.

[7]程翔，胡春波，何國強(qiáng)，等.激光擊穿不同氣體的激光推進(jìn)實驗研究[J].火箭推進(jìn)，2007（2）:40-43.

CHENG Xiang，HU Chun-bo，HE Guo-qiang.Experimental study of laser propulsion in different gases[J].Journal of Rocket Propulsion，2007（2）:40-43.