基于激光傳感器的收費(fèi)站入口管控系統(tǒng)研究

鐘秋 黃國萍

摘要：為解決收費(fèi)站入口治超對車輛造成物理性損傷的問題，提出一種基于激光傳感器車型識別及智能治超一體化的管控系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要由激光傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和必要輔助材料組成，結(jié)合智能算法，能夠檢測車輛的車型、軸型等信息，還可精確測量車輛的長度、寬度和高度等信息，配合車道軟件和治超軟件使用可實(shí)現(xiàn)智能治超。實(shí)際應(yīng)用表明，本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，推廣使用價(jià)值高。

Abstract： In order to solve the problem of physical damage caused by the entrance control of the toll station， a control system based on laser sensor model identification and intelligent governance is proposed. The system is mainly composed of laser sensor， data processing unit and necessary auxiliary materials. Combined with intelligent algorithm， it couldn't detect vehicle model， shaft type and other information， and could accurately measure the length， width and height of the vehicle， and cooperate with lane software and treatment. Ultra-software could be used to achieve intelligent governance. The practical application shows that the system is stable and reliable， and has high measurement accuracy， strong anti-interference ability and high promotion value.

關(guān)鍵詞：激光傳感器;收費(fèi)站入口;車型識別;智能治超;一體化系統(tǒng)

Key words： laser sensor;toll station entrance;model identification;intelligent governance;integrated system

中圖分類號：U491.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）20-0219-03

0? 引言

超限車輛的違規(guī)運(yùn)營對安全行車或運(yùn)輸造成了極大的危害，嚴(yán)重危及了自己和他人的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，誘發(fā)了大量的道路交通事故。因此，對超限車輛懲治和管理是必不可少的。目前，收費(fèi)站入口治超大部分還處在加裝強(qiáng)制限高限寬架、人工核查和人工錄入的階段，工作量大、效率低，同時(shí)存在對車輛造成物理性損傷的風(fēng)險(xiǎn)，不利于提高治超的效率和收費(fèi)效率。另外，針對大客車及危險(xiǎn)品車夜間闖禁行的行為，不能實(shí)時(shí)攔截。

因此引入一套自動化檢測車輛長寬高及車型、軸型等信息，并能智能識別攔截超限車輛和解決大客車及危險(xiǎn)品車夜間闖禁行，且穩(wěn)定可靠，測量精度高的設(shè)備，將會大大提高入口治超的工作效率，并能快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有利于提高執(zhí)法的公正性，降低一線治超員工的工作量。

1? 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由激光傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和必要輔助材料組成，設(shè)備安裝簡單，維護(hù)方便，無須破壞路面，是一種非接觸式的檢測設(shè)備。該系統(tǒng)基于先進(jìn)的激光檢測技術(shù)，通過掃描車輛三維外形實(shí)現(xiàn)車型、軸型和長寬高的檢測，同時(shí)能夠有效的識別行人和非機(jī)動車，具有測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)中的激光傳感器是一種掃描式的測距傳感器，采用脈沖和相位激光測距相結(jié)合的原理。通過鑒定發(fā)射脈沖和反射脈沖的相位求得兩者時(shí)間差進(jìn)而可以計(jì)算被測物體距離激光器之間的距離，通過高速電機(jī)帶動，即可獲得整個(gè)掃面上所有點(diǎn)距離激光器的距離?；诖嗽?，可以實(shí)現(xiàn)對過往車輛的輪廓進(jìn)行掃描，獲取車輛的外形特征數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理單元采用ARM系列處理器作為核心控制器，通過TCP/IP接口與三個(gè)激光傳感器通信，實(shí)時(shí)接收并處理三路波形數(shù)據(jù)，并將車型、軸型等信息以固定的協(xié)議格式上傳到車道收費(fèi)系統(tǒng)中，長寬高等信息上傳到車道治超系統(tǒng)中。兩系統(tǒng)分別接入省級對應(yīng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)各站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享機(jī)制。

2? 系統(tǒng)布局及工作流程

2.1 系統(tǒng)布局

如圖2所示，激光器1和激光器2分別通過L桿或立桿安裝在車道兩側(cè)，兩立桿在行車道方向上相差30cm，激光器1和激光器2的掃描方向與車輛行駛方向垂直，且激光器1安裝高度大于6m，激光器2安裝高度約為1.5m左右，向下傾斜20度。激光器3通過立桿安裝或者通過車道頂棚吊裝在車道正上方，安裝高度約為6m，激光器3的掃描方向平行于車輛行駛方向。激光器3和激光器1（或激光器2）沿車輛行駛方向相距一定距離，該距離根據(jù)超限車輛的界限長度而定。

2.2 系統(tǒng)工作原理

當(dāng)激光器1和/或激光器2檢測到有車輛駛?cè)霋呙鑵^(qū)域時(shí)，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)激光器1的掃描信息獲取車輛的右側(cè)面邊界信息，根據(jù)激光器2的掃描信息獲取車輛的左側(cè)面邊界信息，同時(shí)根據(jù)激光器1和激光器2的掃描信息獲取車輛的頂部信息。當(dāng)激光器1或激光器2檢測到車輛駛離掃描區(qū)域時(shí)，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)激光器3的掃描信息計(jì)算車輛長度;同時(shí)數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)激光器1和激光器2的掃描信息確定的車輛左右側(cè)面邊界信息和頂部信息計(jì)算車輛寬度和高度。

根據(jù)激光器2的掃描數(shù)據(jù)，對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可實(shí)現(xiàn)車輛的輪軸識別。

結(jié)合激光器1和激光器2的掃描數(shù)據(jù)，對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)提取的局部外形特征，可實(shí)現(xiàn)客貨區(qū)分，以及一些特殊車型如兩客一危的識別，如圖3所示為車輛的三維點(diǎn)云圖。

根據(jù)激光器3的掃描數(shù)據(jù)，分析車道內(nèi)車輛的車頭和車尾位置，從而實(shí)現(xiàn)車輛行進(jìn)方向的判斷，如果結(jié)合自動發(fā)卡機(jī)使用，可以實(shí)現(xiàn)倒車取卡預(yù)警功能。

數(shù)據(jù)處理單元分別將車型、軸型和長寬高信息上傳到車道軟件和治超軟件，治超軟件根據(jù)上傳的長寬高數(shù)據(jù)判斷是有有超限行為，如果有則告知車道軟件不發(fā)卡，并讓其控制欄桿機(jī)不放行。如果沒有則告知車道軟件寫卡，抬桿放行。

3? 數(shù)據(jù)交互流程

系統(tǒng)提供多種靈活的數(shù)據(jù)上傳方式，同時(shí)支持有線以太網(wǎng)和串行通信方式，方便用戶靈活應(yīng)用，該系統(tǒng)與車道軟件、治超軟件的交互流程如圖4所示。

系統(tǒng)啟動時(shí)，與車道軟件和治超軟件建立連接。當(dāng)車輛進(jìn)入車道，行駛到崗?fù)び|發(fā)線圈時(shí)，車道軟件識別到車輛進(jìn)入，發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令包，系統(tǒng)接收到命令包后，解析校驗(yàn)，并分別將當(dāng)前車輛的車型、軸型和長寬高等信息發(fā)送給車道軟件和治超軟件。如果車道軟件和治超軟件成功接收車輛數(shù)據(jù)包則返回應(yīng)答信息包，反之，則不發(fā)應(yīng)答信息包。系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)，沒有接收到應(yīng)答信息包，會重發(fā)車輛數(shù)據(jù)包，直到成功接收到應(yīng)答信息包，之后，清除當(dāng)前車輛的信息緩存。

治超軟件接收到車輛長寬高信息后，判斷該輛車是否存在超限情況，并將情況結(jié)果發(fā)送給車道軟件，車道軟件接收治超系統(tǒng)的信息包后，根據(jù)信息包內(nèi)容決定是否發(fā)卡、抬桿放行。

4? 結(jié)論

本文基于收費(fèi)站入口治超的現(xiàn)狀提出了一套基于激光傳感器的車型識別及智能治超一體化的檢測系統(tǒng)，并就激光檢測技術(shù)、系統(tǒng)布局、系統(tǒng)工作原理和數(shù)據(jù)交互流程等方面做了詳細(xì)介紹。本文提出的系統(tǒng)已應(yīng)用在多個(gè)收費(fèi)站上，應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)性能指標(biāo)如表1所示，完全滿足收費(fèi)站入口治超的應(yīng)用需求。

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