雷達測速與區(qū)間測速系統(tǒng)測速誤差產(chǎn)生原因及解決方法

李震 江蘇尤特斯新技術(shù)有限公司

引言

超速違法的判定必須以定量方式準(zhǔn)確測定機動車行駛速度，但由于測速系統(tǒng)取證證據(jù)的表示特性和計量特性，所引發(fā)的處罰爭議也最多，并經(jīng)常成為社會關(guān)注焦點。

本文對常用的雷達測速系統(tǒng)和區(qū)間測速系統(tǒng)進行原理介紹，同時分析測速誤差的形成原因，并提出一些解決辦法，以提高測速精度、減少測速失誤，以期能促進提高測速系統(tǒng)行業(yè)工程技術(shù)水平。

1 測速誤差概述

1.1 測速系統(tǒng)的技術(shù)類別

近年來，交警部門在超速違法行為的自動取證工作中，雷達測速系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，而區(qū)間測速系統(tǒng)由于其特有的優(yōu)點也在快速增加應(yīng)用數(shù)量，所以本文重點討論這兩種測速模式。

其它的測速模式還有線圈測速、激光測速等，各有其優(yōu)缺點，宜另行研究。

1.2 測速對象偏差

測速對象偏差嚴(yán)格來說，不屬于誤差范疇，是指測速系統(tǒng)測速對象和違法取證對象不同，將甲的超速違法行為由乙來承擔(dān)，是測速系統(tǒng)首先要避免的問題，然而卻是測速系統(tǒng)實際應(yīng)用中經(jīng)常引發(fā)爭議的現(xiàn)象，因此，必須引起高度重視。

1.3 測速精度誤差

誤差不可能完全消除，將測速誤差減少到何種范圍內(nèi)，是系統(tǒng)設(shè)計和工程實施的首要考慮內(nèi)容。

GB/T 21255-2007《機動車測速儀》和JJG 527-2015 《固定式機動車?yán)走_測速儀檢定規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)中，對各類測速系統(tǒng)的道路實測誤差要求相同：

< 100km/h時，（-6～0）km/h；≥100km/h時，-6%～0%。

由此可見，測速系統(tǒng)只允許負(fù)偏差，測速系統(tǒng)的測速值不得高于機動車實際行駛速度，且檢定規(guī)程中另有模擬測速誤差，要求（-4～0）km/h，所以在測速系統(tǒng)的設(shè)計、制造、安裝調(diào)試中，應(yīng)保證測速系統(tǒng)理論最大允許負(fù)偏差不高于檢定規(guī)程的模擬測速誤差允許范圍。

2 雷達測速系統(tǒng)的誤差及解決方法

2.1 雷達測速系統(tǒng)工作原理

雷達測速是基于多普勒效應(yīng)的應(yīng)用，當(dāng)發(fā)射出的雷達波遇到移動物體而反射后，反射波的頻率和發(fā)射頻率相比將發(fā)生微小的改變，雷達測速儀根據(jù)該頻率的改變值即可計算出移動物體的運動速度，計算的基礎(chǔ)方程式如下：

式中：

v：機動車行駛速度(km/h)

c ：電磁波傳輸速度（常量：2.9979×105km/h）

fd：多普勒頻率（Hz）

f0： 雷達發(fā)射頻率（MHz）

K：單位換算系數(shù)（常量：103/3.6）

2.2 雷達測速系統(tǒng)測速誤差的產(chǎn)生原因

2.2.1 測速對象偏差

雷達測速在工程中常采用兩種安裝方式，一種是側(cè)方位安裝，通常是一只雷達管控2-3個車道，一種是頂裝分車道雷達，每個車道都安裝一只雷達，僅對本車道測速。

當(dāng)攝像機取景范圍內(nèi)僅一輛機動車通過時，測得速度即為該車輛速度，在違法取證照片上也僅會出現(xiàn)該車輛。但如下圖，雷達當(dāng)前實際測得速度為A車，但同時B車也進入了取景范圍，此時便存在爭議，一般建議作為無效照片處理。

而在頂裝式分車道雷達測速系統(tǒng)中，由于每只雷達的測速區(qū)域僅限于本車道，一般就不會發(fā)生測速對象錯判的情況，但是，由于雷達波肉眼不可見，如果安裝調(diào)試不夠細(xì)致，就有可能導(dǎo)致下圖所示的情況，A、B兩個雷達檢測區(qū)域都能對本車道車輛進行檢測，但因為跨車道重疊，導(dǎo)致本車道過車時會同時觸發(fā)相鄰車道的雷達，當(dāng)1車道車輛超速，就有可能誤判為2車道車輛也超速。

2.2.2 角度修正偏差

雷達測速基礎(chǔ)方程式中，是以雷達發(fā)射波束與測速目標(biāo)移動方向完全平行為前提的，但實際使用中這是不可能的，雷達波與車輛運動徑向之間總會存在一個夾角，從而產(chǎn)生cos效應(yīng)，如下式一：

V0= VC÷cosθ （式一）

δ= (VX-V0)÷V0（式二）

式中V0：目標(biāo)實際速度值

VC：雷達測得速度值

VX：修正后速度值

θ：雷達設(shè)定角度

δ：測速誤差（%）

側(cè)裝雷達的θ夾角定義如下圖：

頂裝雷達的θ夾角定義如下圖：

當(dāng)雷達設(shè)定角度參數(shù)和實際安裝角度一致時，按上式一修正后的速度值與實際速度相等，但當(dāng)實際安裝角度與設(shè)定角度參數(shù)不一致時，就會產(chǎn)生測速誤差，如上式二。

令雷達使用設(shè)計交角為25度，測速輸出值將以此角度進行COS效應(yīng)修正，當(dāng)安裝調(diào)試導(dǎo)致雷達實際安裝角度不是25度時，測速實際偏差試算如下表：

可見，當(dāng)實際安裝角度存在負(fù)偏差時，測速輸出值將超過實際行駛速度而不合格；安裝角度正偏差達到5度時，測速負(fù)偏差超-4%也不合格。

實踐中，要求雷達安裝角度要借助于角度尺等工具進行測量輔助安裝，固定式雷達在首次準(zhǔn)確安裝后一般不會再偏移，但車載測速雷達裝置、便攜式雷達測速儀等，由于其日常可移動性，難以保證每次都能精準(zhǔn)定位在設(shè)定角度上。

2.3 雷達測速系統(tǒng)測速誤差的解決方法

2.3.1 合理選用雷達

JJF 1335-2012《定角式雷達測速儀型式評價大綱》中，要求測速雷達的水平面主瓣寬度≤6°，通常將符合該指標(biāo)的雷達稱之為窄波雷達。

在側(cè)裝應(yīng)用中，窄的水平面主瓣可以讓同時進入雷達測速有效范圍的車輛發(fā)生概率更少，同時讓車輛在波瓣內(nèi)通過的時間更短，受到的COS效應(yīng)影響更小，從而提高了測速精確度。

在頂裝應(yīng)用中，窄的水平面主瓣可以讓雷達波束僅僅覆蓋本車道，而不會跨車道造成超速車輛誤判，能夠更好的保證測速對象的唯一性。

另外，注意不要將頂裝雷達和側(cè)裝雷達混用。

2.3.2 提高安裝調(diào)試技術(shù)水平

測速角度修正要注意以下兩點：

一是要嚴(yán)格按照雷達產(chǎn)品說明書進行安裝調(diào)試，精細(xì)調(diào)整雷達測速角度，使之與雷達設(shè)定工作角度誤差小于±1°。當(dāng)雷達拆下維修或年度送檢后，仍要重復(fù)新裝時的精細(xì)調(diào)試過程。

二是對于側(cè)裝雷達，當(dāng)測速垂直角度和車輛高度差異不大時，可不進行垂直角度COS修正，但是，當(dāng)雷達安裝較高時，除了要考慮水平夾角COS修正外，還要考慮垂直角度COS修正。

有關(guān)測速對象偏差，要認(rèn)真做以下試驗工作：

當(dāng)測速點路段具備試跑條件時，頂裝分車道雷達應(yīng)至少做兩次相鄰車道試驗：讓試驗車從被試驗車道的左車道、右車道緊貼著分道線駛過，保證被試驗車道雷達不被觸發(fā)，否則重新調(diào)試。

當(dāng)測速點路段不具備試跑條件時，要大量驗看實際抓拍圖片。將系統(tǒng)測速起拍點暫時降到道路限速值以下，然后逐個驗看抓拍圖片中是否有本車道空拍現(xiàn)象，有條件的，用計算機程序自動挑選出車牌識別為空或者車牌定位信息偏差過大的車道抓拍圖片，認(rèn)真研究原因并加以解決。

3 區(qū)間測速系統(tǒng)的誤差及解決方法

3.1 區(qū)間測速系統(tǒng)工作原理

區(qū)間測速是在同一路段上設(shè)置兩個相隔一定距離的監(jiān)控點，基于車輛通過前后兩個監(jiān)控點的時間差來計算車輛在該路段上的平均行駛速度，判定車輛是否超速違法。以往的單點測速儀，在司機熟知測速點的情況下，可以通過臨時剎車降低車速逃避處罰，很容易造成追尾事故。而區(qū)間測速采取計算平均車速的方法來檢測車輛是否超速，堵住了司機投機取巧的可能，更加科學(xué)公正。

3.2 區(qū)間測速系統(tǒng)測速誤差的產(chǎn)生原因

3.2.1 距離誤差

目前沒有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對區(qū)間距離做出要求，常見的區(qū)間設(shè)定距離從數(shù)百米到數(shù)幾十公里不等，例如在城市快速干道隧道中，區(qū)間距離可短于500米。

在區(qū)間測速系統(tǒng)中，測速區(qū)間距離是一個常量，在系統(tǒng)首次投入運行前，需要進行精確的測量，測量精度應(yīng)精確到米（或小于區(qū)間長度的1%），且不允許有正誤差。

3.2.2 測速對象偏差

區(qū)間測速的廣泛應(yīng)用，主要是得益于當(dāng)今車牌自動識別技術(shù)的高可靠性，維護良好的抓拍相機，識別準(zhǔn)確率可以超過99%。然而，當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)工作時間較久后，因防護罩玻璃臟污將導(dǎo)致車牌識別準(zhǔn)確率顯著下降，尤其是隧道工作環(huán)境，受汽車尾氣影響，基本上每三個月就要人工擦洗防護罩玻璃。

當(dāng)識別準(zhǔn)確率下降時，會漏檢超速違法行為，也會導(dǎo)致偶發(fā)的起點、終點非同一輛車而恰好因車牌識別錯誤而配對成功，再因間隔時間較短被系統(tǒng)誤判為超速違法，雖然這種現(xiàn)象發(fā)生概率很小，但由于過車數(shù)據(jù)基數(shù)大，實際上此類現(xiàn)象的發(fā)生并不鮮見。

3.2.3 計時誤差

計時誤差，是造成區(qū)間測速誤差的主要因素。系統(tǒng)工作原理上，要求起點和終點的系統(tǒng)時鐘應(yīng)始終保持同步，但往往由于通信系統(tǒng)故障、時間同步軟件失常而導(dǎo)致時間誤差，計時誤差導(dǎo)致的測速誤差試算如下：。

可知區(qū)間長度越短，受計時誤差影響就越大，當(dāng)區(qū)間長度500米時起點終點的時間差超過0.5秒或區(qū)間長度10公里時間差超過10秒，就足以導(dǎo)致測速系統(tǒng)不合格。

區(qū)間測速的前后抓拍點因距離較遠，所以一般各有獨立的供電系統(tǒng)和局域網(wǎng)系統(tǒng)，因此各有相對獨立的系統(tǒng)時間，若起點終點時間不能同步，起點終點各系統(tǒng)的走時誤差就肯定能積累到不可允許的范圍。

3.3 區(qū)間測速系統(tǒng)測速誤差的解決方法

3.3.1 實時監(jiān)測時鐘同步

時間誤差很難在事后的證據(jù)有效性審核中被發(fā)現(xiàn)。所以，必須有可靠機制保證系統(tǒng)時間精度。工程實踐中，常采用以下方式保障起點終點時鐘的一致性：常規(guī)狀態(tài)下，起點終點計算機系統(tǒng)均與后臺指定的服務(wù)器進行實時校時，該服務(wù)器可進一步與同網(wǎng)中的專用校時服務(wù)器校時，最終與北京時間同步。系統(tǒng)軟件實時監(jiān)測時鐘同步軟件狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷或者其它系統(tǒng)故障時，測速系統(tǒng)即時停止測速，僅保留治安過車數(shù)據(jù)。

3.3.2 合理選擇測速區(qū)間長度

當(dāng)測速區(qū)間設(shè)置較長，測速精度更容易得到保證，但其實用性會大大下降，比如跨過服務(wù)區(qū)，期間會停車休息；經(jīng)過互通樞紐，超速車輛會分流；超速違法車輛的階段性超速因區(qū)間過長也會難以識別，但其危害性不減，這些都會導(dǎo)致測速系統(tǒng)失去實用性。當(dāng)需要管控較長的區(qū)間道路時，不應(yīng)設(shè)置過長的單個測速區(qū)間，而推薦采用起點終點接力的連續(xù)測速區(qū)間。

3.3.3 車牌二次識別

為避免產(chǎn)生對象誤差，除了加強維護保持高水平車牌識別正確率之外，也可在后臺進行二次車牌識別，將前端檢測出的超速違法行為取證圖片傳送給二次車牌識別系統(tǒng)，再一次自動核對起點終點車牌號碼，一致的轉(zhuǎn)入正常流程，不一致的存檔或提交人工干預(yù)。

4 結(jié)束語

各種技術(shù)模式的測速系統(tǒng)，由于其測速工作原理固有的特性，總是存在難以完全避免的測速精度誤差和對象偏差，作為測速系統(tǒng)的設(shè)計、安裝調(diào)試和維護者，應(yīng)該對這些現(xiàn)象和其產(chǎn)生原因有客觀、完整的認(rèn)識，并在項目實施中，通過提高工程技術(shù)和施工工藝水平，盡可能減小測速精度誤差，降低測速對象偏差的發(fā)生概率，在依法處罰超速違法行為保障交通安全的同時，促進社會和諧。