一种基于激光测距的车辆跑偏检测方法、装置及系统与流程

本发明涉及激光测距领域，尤其涉及一种基于激光测距的车辆跑偏检测方法、装置及系统。

背景技术：

车辆行驶跑偏普遍存在，较为严重的跑偏现象将对驾驶员的操作带来额外负荷，甚至造成交通事故和人身安全。故我国《机动车运行安全技术条件》(GB7258-2012)标准对车辆的跑偏做出了定性的规定。相关汽车厂商也将车辆行驶跑偏检测作为出厂自检的最后一道测试项。常用的跑偏检测参数含义，如图1所示：

①车辆平均速度：测试时车辆在行驶区内的平均速度，可以通过测试区长度和通过时间差计算得到；

②入射角θ₀：指车辆进入测试区时，测试起点的车辆中心线与道路中心线(y轴)夹角。

③行驶跑偏方向：由于机械设计上的原因，车辆发生跑偏会一直朝左或右偏离。行驶跑偏方向指后一时刻相对于前一时刻向左或右发生偏移的倾向。

④行驶跑偏角Δθ：指测试区终点时车辆中心线与测试起点时车辆中心线之间夹角。

⑤行驶跑偏量ΔL：指车辆在测试区内车身在道路宽度方向发生的偏移值，其以毫米/单位长度衡量；比如2cm/100m，指每100m内偏移2cm；在同一单位长度内，该值越大发生的偏移也越大。

为了检测出上述跑偏参数，现有技术中常用的车辆行驶跑偏检测方法如下：

1、人工检测法，包括洒水或人工观测。人工肉眼观察进行定性的分析跑偏情况。洒水定位可操作性低，精度低，效率也低。该类方法 技术手段落后，人为因素大，且只能定性观测，自动化程度较低，早已淘汰；

2、视觉图像检测法，该方法以视觉检测技术为基础，通过靶标定位方式进行车辆定位，实现跑偏检测。相对于人工洒水法而言，在技术上是一大跨越，实现了自动化检测，精度较高的定量检测，是目前较好的方式。但存在阴雨天，晚上光线较差时，精度降低的问题，即使有辅助光能加以改善，仍无法克服天气光线的影响。另外，需借助辅助靶标定位，系统实施上和检测操作上略显复杂；

3、GPS定位检测法，该类方法原理简单。但需要在测试车辆上安置卫星机，操作起来不便，此外GPS定位精度向民用开发精度较低。即使用差分方法进行改善，也容易受到气候，空气湿度等影响；

4、激光测距仪检测法，该方法精度较高，操作便捷。但是由于不是所有的车辆侧面都是平坦的，因此采用现有技术通过在同一测点的两个测距仪测得的距离值确定入射角的方法存在较大的误差。

上述方法中，在测量精度、成本、抗干扰能力、操作简易性方面存在一项或多项不足，因此有必要需找一种兼具测量精度、成本、抗干扰能力、操作简便性、自动化的车辆行驶跑偏检测方法。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提出了解决上述技术问题的一种基于激光测距的车辆跑偏检测方法、装置及系统，抗干扰能力强，设备精简，操作简单。

第一方面，本发明提供一种基于激光测距的车辆跑偏检测方法，包括：

获取待测车辆经过第一测距单元的第一测距平面时，由所述第一测距单元所采集的待测车辆车身的多帧第一测距数据，根据所述多帧第一测距数据确定所述待测车辆进入所述第一测距平面的第一时刻以及每帧第一测距数据在路面宽度方向上投影的中心点形成的第一坐标 集；

获取待测车辆经过第二测距单元的第二测距平面时，由所述第二测距单元所采集的待测车辆车身的多帧第二测距数据，根据所述多帧第二测距数据确定所述待测车辆进入所述第二测距平面的第二时刻以及每帧第二测距数据在路面宽度方向上投影的中心点形成的第二坐标集；

根据所述第一坐标集、第二坐标集、第一时刻及第二时刻确定待测车辆跑偏参数，以实现对待测车辆的跑偏检测。

优选的，所述车辆跑偏参数包括：车辆平均速度ν、入射角θ₀、跑偏量ΔL、跑偏角Δθ和跑偏方向中的至少一个。

优选的，所述车辆平均速度通过以下公式计算：

其中，L为第一测距平面及第二测距平面之间的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻；

所述入射角θ₀通过以下公式计算：

其中，{x₁′,x′₂,x₃′...x′_n}为第一坐标集，n为第一坐标集中元素的个数，ν为平均速度，T₀为所述第一测距单元和第二测距单元的测距周期；

所述跑偏量ΔL通过以下公式计算：

其中，{x″₁,x″₂,x″₃...x″_m}为第二坐标集；

所述跑偏角Δθ的计算公式如下：

其中，m为第二坐标集中元素的个数；

所述跑偏方向γ由所述跑偏角Δθ的正负确定。

优选的，所述第一测距数据为高度大于第一预设高度的测距数据；所述第二测距数据为高度大于第二预设高度的测距数据。

第二方面，本发明提供一种基于激光测距的车辆跑偏检测装置，包括：

第一获取模块，用于获取待测车辆经过第一测距单元的第一测距平面时，由所述第一测距单元所采集的待测车辆车身的多帧第一测距数据，根据所述多帧第一测距数据确定所述待测车辆进入所述第一测距平面的第一时刻以及每帧第一测距数据在路面宽度方向上投影的中心点形成的第一坐标集；

第二获取模块，用于获取待测车辆经过第二测距单元的第二测距平面时，由所述第二测距单元所采集的待测车辆车身的多帧第二测距数据，根据所述多帧第二测距数据确定所述待测车辆进入所述第二测距平面的第二时刻以及每帧第二测距数据在路面宽度方向上投影的中心点形成的第二坐标集；

确定模块，用于根据所述第一坐标集、第二坐标集、第一时刻及第二时刻确定待测车辆跑偏参数，以实现对待测车辆的跑偏检测。

优选的，所述车辆跑偏参数包括：车辆平均速度入射角θ₀、跑偏量ΔL、跑偏角Δθ和跑偏方向中的至少一个。

优选的，所述车辆平均速度通过以下公式计算：

其中，L为第一测距平面及第二测距平面之间的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻；

所述入射角θ₀通过以下公式计算：

其中，{x₁′,x′₂,x₃′...x′_n}为第一坐标集，n为第一坐标集中元素的个数， 为平均速度，T₀为所述第一测距单元和第二测距单元的测距周期；

所述跑偏量ΔL通过以下公式计算：

其中，{x₁″,x″₂,x₃″...x″_m}为第二坐标集；

所述跑偏角Δθ的计算公式如下：

其中，m为第二坐标集中元素的个数；

所述跑偏方向γ由所述跑偏角Δθ的正负确定。

优选的，所述第一测距数据为高度大于第一预设高度的测距数据；所述第二测距数据为高度大于第二预设高度的测距数据。第三方面，本发明提供一种基于激光测距的车辆跑偏检测系统，包括：第一测距单元、第二测距单元和所述车辆跑偏检测装置，所述第一测距单元和第二测距单元均与所述车辆跑偏检测装置相连；

优选的，所述第一测距单元和第二测距单元分别为一个或多个扫描式激光测距仪或单点式激光测距仪。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于激光测距的车辆跑偏检测方法、装置及系统，其中，所述方法包括，获取待测车辆经过第一测距单元的第一测距平面时的第一测距数据，根据测距数据得到车身中心点第一坐标集；获取待测车辆经过第二测距单元的第二测距平面时的第二测距数据，根据测距数据得到车身中心点第二坐标集，根据第一坐标集、第二坐标集及相关参数，求取待测车辆的一系列跑偏参数，实现对待测车辆的跑偏检测。由此，可提高测距精度，精简设备，并且使车辆跑偏检测不受外界环境和光线的干扰，实现全天候24小时跑偏检测。

附图说明

图1为常用的车辆跑偏检测参数示意图；

图2为本发明一实施例的基于激光测距的车辆跑偏检测方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例的测距平面示意图；

图4为本发明一实施例的建立o-xyz坐标系示意图；

图5为本发明一实施例的扫描式单次测距示意图；

图6为本发明一实施例的单点式单次测距示意图；

图7为本发明一实施例的边界提取示意图；

图8为本发明一实施例的第一车辆中心线l₁示意图；

图9为本发明另一实施例系统布局示意图；

图10为本发明另一实施例的基于激光测距的车辆跑偏检测装置的示意图；

图11为本发明另一实施例的基于激光测距的车辆跑偏检测系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的基于激光测距的车辆跑偏检测方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的基于激光测距的车辆跑偏检测方法如下所述。

S101、获取待测车辆经过第一测距单元的第一测距平面时，由所述第一测距单元所采集的待测车辆车身的多帧第一测距数据，根据所述多帧第一测距数据确定所述待测车辆进入所述第一测距平面的第一时刻以及每帧第一测距数据在路面宽度方向上投影的中心点形成的第一坐标集。

可以理解的是，当待测车辆经过第一测距单元的第一测距平面时，第一测距单元按预设测距周期采集待测车辆车身的多帧第一测距数 据。

具体的，第一测距平面为第一测距单元所有测距点所在平面，如图3所示，测距平面为平面SMN；测距周期为第一测距单元沿着测距平面进行单次测量的时间间隔。

所有的测距数据都是基于o-xyz坐标系下的数据，具体的，如图4所示，以路面宽度方向为x轴，路面长度方向为y轴，与路面垂直的方向为z轴，x轴、y轴与z轴交于o点，建立o-xyz坐标系。

当待测车辆经过第一测距单元的第一测距平面时，第一测距单元按预设测距周期采集待测车辆车身的多帧第一测距数据。

为了确定第一时刻，在这里需要依据测距数据中前后帧车身区域出现和消失判断待测车辆的进出状态，具体的，如果前一帧中不存在车身区域，当前帧找到车身区域，即认定待测车辆进入，得到车辆进入的时刻即第一时刻。如果前一时刻存在车身区域，当前时刻找不到车身区域，即认定待测车辆出去。

为了确定待测车辆的每帧第一测距数据每帧在路面宽度方向上投影的中心点形成的第一坐标集，首先在车辆通过第一激光测距单元时，每测距一次便能得到一帧车身测距数据，单次测距如图5、图6所示。通过坐标整理、边界提取便能得到当前帧待测车辆的中心点坐标。待测车辆通过时所有帧的中心点坐标构成第一坐标集。

所述第一测距数据为高度大于第一预设高度的测距数据。

具体的，如图7所示，边界提取是根据第一测距数据在o-xz坐标平面内z坐标值大小，找到z坐标大于高度阈值的连续点集作为车身轮廓，取该车身轮廓x坐标最大和最小点作为边界点。在本实施例中，高度阈值可以设置为400mm，因此，在o-xz坐标平面内找到z坐标大于400mm的连续点集{p₁,p₂,…p₁₂}，作为车身轮廓，然后取这些车身轮廓内最左点(车身轮廓点x坐标最小)和最右点(车身轮廓点x坐标最大)作为边界点，取两边界点x坐标均值作为当前帧车身中心点的x坐 标。

S102、获取待测车辆经过第二测距单元的第二测距平面时，由所述第二测距单元所采集的待测车辆车身的多帧第二测距数据，根据所述多帧第二测距数据确定所述待测车辆进入所述第二测距平面的第二时刻以及每帧第二测距数据在路面宽度方向上投影的中心点形成的第二坐标集。

相应的，在步骤102中的数据处理的所有过程和步骤101保持一致，在此不再赘述。

S103、根据所述第一坐标集、第二坐标集、第一时刻及第二时刻确定待测车辆跑偏参数，以实现对待测车辆的跑偏检测。

具体的，车辆平均速度通过以下公式计算：

其中，L为第一测距平面及第二测距平面之间的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻。

在得到平均速度ν以后，根据第一测距单元和第二测距单元的测距周期T₀可以得到车辆每个中心点坐标x对应的坐标y的值，如图8所示，第一帧中心点y’₁＝0，第二帧中心点第三帧中心点 以此递推得到每一帧中心点y坐标，进而画出第一车辆中心线l₁。

根据第一车辆中心线l₁计算入射角θ₀，入射角θ₀通过以下公式计算：

其中，{x₁′,x₂′...x′_n}为第一坐标集，n为第一坐标集中元素的个数，ν为平均速度，T₀为所述第一测距单元和第二测距单元的测距周期。

通过中心点x坐标集{x₁′,x₂′...x′_n}、入射角θ₀、第一和第二扫描激光测距单元之间的距离L计算跑偏量ΔL,跑偏量ΔL通过以下公式计 算：

其中，{x₁″,x₂″...x″_m}为第二坐标集。

根据平均速度第一测距单元和第二测距单元的测距周期T₀可以得到车辆每个中心点坐标x对应的坐标y的值，得到第二测距单元的测距数据中，车辆中心点y坐标集{y₁″,y₂″...y″_m}第意帧中心点y’₁＝0，第二帧中心点第三帧中心点以此递推得到每一帧中心点y坐标，进而画出第一车辆中心线l₁。

根据第一、第二车辆中心线l₁和l₂，计算计算车辆跑偏角Δθ，跑偏角Δθ的计算公式如下：

其中，m为第二坐标集中元素的个数。

所述跑偏方向γ由所述跑偏角Δθ的正负确定。

在上述方法中，通过两个激光测距单元采集待测车辆的测距数据，通过对测距数据处理，获取车身中心点坐标集和待测车辆进入测距单元的时刻，从而确定车辆跑偏参数，以实现对待测车辆的跑偏检测，本方法有益效果如下：

1、平均速度计算更准确：本方法无需额外辅助触发装置，直接通过第一和第二测距单元捕获待测车辆进入时刻，计时更准，速度也相对准确些。

2、能得到准确的入射角：由于激光测距单元能捕获到待测车辆通过所有测距数据，从而提取出待测车辆边界得到车辆中心线，进而得到准确的入射角。

3、抗干扰：由于采用的是扫描激光测距技术，其不受天气和光照影响，能实现全天候24小时抗干扰检测。

下面通过一个具体的实施例来对上述方法进行具体的说明。

如图9所示，将一段长为200m，宽5m的平整路段作为检测区，采用本发明提供的基于激光测距的车辆跑偏检测方法进行车辆跑偏检测。

整个检测区前50m作为引导区，剩下的150m作为测试区。

在测试区起点处，横跨检测区道路安装高为6m的龙门架，在龙门架上，道路中心线上方安装第一测距单元，包含2个扫描式激光测距仪。

在测试区终点处，横跨检测区道路也安装高为6m的龙门架，在龙门架上，道路中心线上方安装第二测距单元，包含2个扫描式激光测距仪。

其中，第一、第二激光测距单元测距平面平行道路宽度方向，测距周期T₀＝20ms。

具体的跑偏参数计算参照如下方法：

S1：建立o-xyz坐标系；

具体的建系方法为，以路面宽度方向x轴，路面长度方向为y轴，与路面垂直的方向为z轴，x轴、y轴与z轴交于点o，建立o-xyz坐标系。

S2：第一测距单元按预设测距周期T₀采集第一测距数据；

S3：对第一测距数据进行边界提取和进出状态识别，得到车辆进入时刻t₁和每帧测距数据中待测车辆中心点x坐标集{x₁′,x₂′...x′_n}；

S4：第二测距单元按预设周期T₀采集第二测距数据；

S5：对第二测距波形进行边界提取和进出状态识别，得到车辆进入时刻t₂和每帧测距数据中待测车辆中心点x坐标集{x₁″,x₂″...x″_m}；

S6：通过进入第一和第二激光测距单元之间的距离L和时间差Δt计算车辆平均速度

S7:通过平均速度和测距周期T₀，得到第一测距波形数据中车辆 中心点y坐标集{y₁′,y₂′...y′_n}，结合第一测距波形数据中车辆中心点x坐标集{x₁′,x₂′...x_n′},得到第一车辆中心线

S8：根据第一车辆中心线计算入射角θ₀：

S9：通过平均速度和测距周期T₀，得到第二测距波形数据中车辆中心点y坐标集{y₁″,y₂″...y″_m}，结合第二测距波形车辆中心点x坐标集{x₁″,x₂″...x″_m}得到第一车辆中心线

S10：根据第一、第二车辆中心线和计算计算车辆跑偏角Δθ：

S11：根据Δθ的正负性判断跑偏方向γ；

S12：通过中心点x坐标集{x₁″,x₂″...x″_m}、入射角θ₀、第一和第二扫描激光测距单元之间的距离L计算跑偏量ΔL:

一次测试过程中：

第一测距单元处，进入时间为t₁＝10:12:25:342，单位为ms,车辆中心点x坐标集为{0,3,6,9,12}，单位为mm。

第二激光测距单元处，进入时间为t₂＝10:12:32:842,单位为ms,车辆中心点x坐标集为{1250，1300，1350，1400，1450}，单位为mm。

通过时间差计算得到平均速度:

通过平均速度和测距周期T₀计算第一车辆中心线上中心点y坐标集合{0，400,800,1200,1600}，单位为mm，从而得到第一车辆中心线上点在o-xy坐标平面内坐标{(0,0),(3,400),(6,800),(9,1200),(12,1600)}。

根据第一车辆中心线计算入射角θ₀：

通过平均速度和测距周期T₀计算第二车辆中心线上中心点y坐标集合{150000，150400,150800,151200,151600}，单位为mm，从而得到第二车辆中心线上l₁点坐标{(1250,150000)，(1300,150400)，(1350,150800)，(1400,151200)，(1450,151600)}。

通过第一、第二车辆中心线和计算得到Δθ：

由于Δθ＝0.237°＞0，为正，跑偏方向γ为向右(规定左负右正)。

最后根据上述已知量计算行驶跑偏量ΔL：

图10为本发明另一实施例提供的基于激光测距的车辆跑偏检测装置的结构示意图，如图4所示，本实施例中的基于激光测距的车辆跑偏检测装置包括：第一获取模块101、第二获取模块102和确定模块103。

第一获取模块101，用于获取待测车辆经过第一测距单元的第一测距平面时，由所述第一测距单元所采集的待测车辆车身的多帧第一测距数据，根据所述多帧第一测距数据确定所述待测车辆进入所述第一测距平面的第一时刻以及每帧第一测距数据在路面宽度方向上投影的中心点形成的第一坐标集；

第二获取模块102，用于获取待测车辆经过第二测距单元的第二测距平面时，由所述第二测距单元所采集的待测车辆车身的多帧第二测 距数据，根据所述多帧第二测距数据确定所述待测车辆进入所述第二测距平面的第二时刻以及每帧第二测距数据在路面宽度方向上投影的中心点形成的第二坐标集；

确定模块103，用于根据所述第一坐标集、第二坐标集、第一时刻及第二时刻确定待测车辆跑偏参数，以实现对待测车辆的跑偏检测。

所述车辆跑偏参数包括：车辆平均速度ν、入射角θ₀、跑偏量ΔL、跑偏角Δθ和跑偏方向中的至少一个。

所述车辆平均速度通过以下公式计算：

其中，L为第一测距平面及第二测距平面之间的距离，t₁为第一时刻，t₂为第二时刻。

所述入射角θ₀通过以下公式计算：

其中，{x₁′,x₂′...x′_n}为第一坐标集，n为第一坐标集中元素的个数，ν为平均速度，T₀为所述第一测距单元和第二测距单元的测距周期。

所述跑偏量ΔL通过以下公式计算：

其中，{x₁″,x₂″...x″_m}为第二坐标集。

所述跑偏角Δθ的计算公式如下：

其中，m为第二坐标集中元素的个数。

所述跑偏方向γ由所述跑偏角Δθ的正负确定。

所述第一测距数据为高度大于第一预设高度的测距数据；所述第二测距数据为高度大于第二预设高度的测距数据。

上述装置采用两个测距单元沿着道路宽度方向进行测距，得到一系列待测车辆通过时的横向测距数据，进而通过边界提取、进出状态识别得到车辆进出入时刻和车身中心点坐标、车辆中心线，求取行驶跑偏需要的一系列参数。依据激光测距技术，测距精度高，可以不受外界环境和光线的干扰实现全天候24小时跑偏检测。

图11示出了本发明另一实施例提供的基于激光测距的车辆跑偏检测系统的结构示意图，如图11所示，本实施例中的基于激光测距的车辆跑偏检测系统包括：第一测距单元111、第二测距单元112和权利要求5～8中任一项所述的车辆跑偏检测装置113。

所述第一测距单元111和第二测距单元112均与所述车辆跑偏检测装置113相连；

所述第一测距单元111和第二测距单元112为一个或多个扫描式激光测距仪或单点式激光测距仪。

可以理解的是，所述的第一测距单元111、第二测距单元112，二者参数相同，均包含M(M>＝1)个扫描式或单点式激光测距仪，测距平面平行道路宽度方向，测距周期为T₀；第一和第二激光测距单元安装间隔为L，L优选在100m到200m之间。

上述系统使得车辆跑偏系统结构精简，不需要在车身或路测临时安装辅助定位部件即可实现测量，例如现有技术中使用的辅助定位靶标、光电开关对或车载移动卫星机等，具有测量精度高、成本低、抗干扰能力强、操作简便等优点。

本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在于该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组 合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

最后应说明的是：本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。