一种车辆轮廓及轴距自动测量系统及测量算法
【专利摘要】本发明公开一种车辆轮廓及轴距自动测量系统及测量算法，包括三个距离测量单元、轮廓测量控制单元、轴距测量控制单元、取证单元、综合数据处理单元和检测通道；距离测量单元、轮廓测量控制单元、轴距测量控制单元、取证单元设置于检测通道上；三个距离测量单元分别为第一距离测量单元B1、第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3，轮廓测量控制单元分别与三个距离测量单元连接，轴距测量控制单元与第一距离测量单元B1连接，距离测量单元与综合数据处理单元连接，取证单元监控并记录车辆运行检测的实时状态。本发明能够自动测量包括车长、宽、高在内的车辆轮廓以及车辆轴距的数据，既保证测量精度，又提高测量效率。
【专利说明】一种车辆轮廓及轴距自动测量系统及测量算法【技术领域】
[0001]本发明涉及测量领域，特别是一种车辆轮廓及轴距的自动测量算法和装置。
【背景技术】
[0002]随着经济的快速发展，我国每年新增机动车数量惊人，为防止部分客货车私自改装车辆尺寸，公安部交通管理局车辆管理处每年都必须对车辆进行外轮廓尺寸检测。当前采用的传统人工测量方法效率较低，人工成本较高，而且受被测车辆的复杂结构影响和受测量工具的制约，测量精度具有较大误差。这就迫切要求采用自动方法和自动装置对车辆外轮廓尺寸进行检测，既保证测量精度，又提高测量效率。
[0003]为实现测量车辆尺寸的自动化监测，近年来也有一些自动测量方法和装置，目前从已有的车辆检测方法和装置相关的资料以及相关专利资料查明，当前对车辆尺寸进行检测的测量装置主要包括激光扫描仪、激光雷达、成像装置、光幕传感器阵列等。申请号为201210119598.7的中国专利公开了一种基于光幕的车辆尺寸自动测量系统及其测量方法，该系统需要多个光幕传感器阵列，结构复杂，功耗较大，此外一旦传感器阵列中有传感器损坏，不易检测和后期维修。申请号为201020645084.1的中国专利公布了一种利用激光扫描仪和成像装置的车辆尺寸自动检验测量装置，该装置以成像装置为主，激光扫描仪为辅，成本较高，结构复杂，而且图像易受到复杂背景、光线和阴影的影响，工作不稳定。申请号为201210175516.0的中国专利公开了一种利用激光雷达扫描进行车辆尺寸的测量方法和装置，该方法存在 以下缺点:(I)不能检测车辆的轴距；(2)不能去除车辆后视镜对宽度的影响；(3)由于雷达安装位置的限制，在车辆宽度的扫描中存在死角，所测车辆宽度只是车辆上表面宽度，不一定是车辆的最大宽度。(4)该方法无法达到本申请查新项目的精度要求。总之，现有的车辆尺寸自动测量方法和装置成本较高，性能不全，可用性不高。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种车辆轮廓尺寸的自动检测算法和装置。
[0005]一种车辆轮廓及轴距自动测量系统，包括三个距离测量单元、轮廓测量控制单元、轴距测量控制单元、取证单元、综合数据处理单元和检测通道；所述的检测通道由近端拱门架和远端拱门架组成，两个拱门架平行且均垂直于水平面，所述的距离测量单元、轮廓测量控制单元、轴距测量控制单元、取证单元设置于检测通道上；三个距离测量单元分别为第一距离测量单元、第二距离测量单元和第三距离测量单元，所述的轮廓测量控制单元与第一距离测量单元连接，轴距测量控制单元与第一距离测量单元连接，距离测量单元与综合数据处理单元连接，综合数据处理单元还分别与第二距离测量单元和第三距离测量单元连接，所述的取证单元监控并记录车辆运行检测的实时状态。
[0006]一种车辆轮廓及轴距自动测量算法，包括以下步骤:
[0007]步骤1，测量系统的相关参数，包括:第一距离测量单元中第一激光雷达与轮廓测量控制单元的轮廓测量传感器之间距离在水平面上的最短投影长度；第二距离测量单元距离地面的垂直距离；第三距离测量单元距离地面的垂直距离；近端拱门架的宽度和高度；
[0008]步骤2，启动系统，获取测量通道没有车辆时的雷达测量信息；
[0009]步骤3，车辆进入通道，分别触发轮廓测量控制单元和轴距测量控制单元，轮廓测量控制单元向三个距离测量单元发送信号，轴距测量控制单元向第一距离测量单元发送信号，三个距离测量单元根据触发信号开始扫描车辆获得车辆的相关参数；
[0010]步骤4，综合数据处理单元根据步骤I和步骤3获得的相关参数计算得到车辆轮廓及轴距的数据,包括车长、车高、车宽和轴距的数据。
[0011]作为本发明的一种改进，车宽的计算算法在于利用直方图消除车辆后视镜数据后计算车辆宽度，其具体过程为:综合数据处理单元计算时删除步骤2获取的有阶跃式变化的数据后计算车宽。
[0012]本发明与现有技术相比，其显著优点在于:(I)本技术方案结构简单，由3个距离传感器和2组测量传感器构成，安装位置方便，易于维护；(2)被测车辆只需低速通过检测通道即可，无需停留，车辆完全通过检测通道后即可得出测量结果，整个检测时间不会超过30秒，和人工测量相比，大大节约了人力成本和提高了时间效率；(3)利用安装在不同高度的2个激光雷达实现对不同高度车辆的高和宽的无死角准确测量；(4)利用安装在车头行进正前方的激光雷达精确测量运动中的车辆的轴距；(5)利用直方图原理，基于凸出采样点过滤消除干扰数据，能够在车辆宽度测量过程中，消除反光镜等数据的干扰；(6)测量精度通过误差分析和实验测试，在保证安装精度符合要求的情况下，各个值的测量误差能够控制在1%以内。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明结构示意图；
[0014]图2是本发明系统总体框架示意图；
[0015]图3车长测量原理图；
[0016]图4车宽车高测量原理图；
[0017]图5车宽测量值直方图；
[0018]图6车辆反光镜位置不意图；
[0019]图7轴距测量原理图；
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，通过实施方式详细地描述本发明提供的车辆轮廓及轴距自动测量系统及测量算法。应理解，这些实施仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0021]一种车辆轮廓及轴距自动测量系统，包括三个距离测量单元、轮廓测量控制单元、轴距测量控制单元、取证单元、综合数据处理单元和检测通道；所述的检测通道由近端拱门架和远端拱门架组成，两个拱门架平行且均垂直于水平面，所述的距离测量单元、轮廓测量控制单元、轴距测量控制单元、取证单元设置于检测通道上；三个距离测量单元分别为第一距离测量单元B1、第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3，所述的轮廓测量控制单元与第一距离测量单元BI连接，轴距测量控制单元与第一距离测量单元BI连接，距离测量单元与综合数据处理单元连接，综合数据处理单元还分别与第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3连接，所述的取证单元监控并记录车辆运行检测的实时状态。
[0022]具体地，所述三个距离测量单元分别为第一距离测量单元B1、第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3，所述的第一距离测量单元BI安装在远端拱门架横梁中央，第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3以不同高度安装在近端拱门架的两个立柱上以实现对不同高度车辆的高和宽的无死角准确测量，例如，在实际测量中，测量单元离被测车辆越远精度越低，若第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3位于同样高度，很难同时满足大型车辆和中小型车辆的测量要求，若处于不同高度，则测量中小型车辆时，距离地面较低距离测量单元距被测车辆距离更进，测量的数据较为精确，测量大型车辆时，距离地面较高距离测量单元距离车辆更进，测量的数据较为精确；一般的中小型车辆其车辆高度在1.5米至2米之间，因此距离地面较低的距离测量单元固定与近端拱门架立柱距地面的3米处，而大型车辆的高度一般超过3米，因此距离地面较高的距离测量单元固定与近端拱门架立柱距地面的3.5米处。每个距离测量单元均包括一个激光雷达和一个距离测量前端处理器，所述距离测量前端处理器的数据传输端与激光雷达连接，距离测量前端处理器发射端与综合数据处理单元连接，第一距离测量单元BI的第一距离测量前端处理器接收端与轮廓测量控制单元和轴距测量控制单元连接。其中，所述激光雷达采用单线激光雷达，该雷达一帧发射多条扫描线，当扫描线扫描到障碍物时，激光雷达接收到扫描线反射回的信号可以测量出雷达和障碍物之间该扫描线的长度以及该扫描线与地面法向量(方向向下)的夹角。所述距离测量前端处理器可以为嵌入式开发板镶嵌在激光雷达中或者其他具有计算和收发信号功能的装置，距离测量前端处理器与综合数据处理单元、轮廓测量控制单元和轴距测量控制单元的连接方式可以为无线连接，也可以为有线连接，通过这种安装方式，第一距离测量前端处理器可以将轮廓测量控制单元或轴距测量控制单元的触发信号传输给激光雷达使激光雷达开始或停止扫描以及将激光雷达扫描获得的参数传输给综合数据处理单元进行数据运算。
[0023]所述的轮廓测量控制单元包括一组轮廓测量传感器和轮廓测量前端处理器组成，所述轮廓测量传感器由两个光电管组成，一个光电管为第一发送端，另一个光电管为第一接收端，轮廓测量传感器第一发送端位于近端拱门架横梁中央，轮廓测量传感器第一接收端位于轮廓测量传感器第一发送端在水平面上的投影位置，轮廓测量前端处理器数据传输端与轮廓测量传感器第一发送端连接，轮廓测量前端处理器发送端分别与三个距离测量单元的距离测量前端处理器接收端连接。其中，所述轮廓测量前端处理器可以为嵌入式开发板镶嵌在轮廓测量传感器第一发送端中，轮廓测量前端处理器与距离测量单元的距离测量前端处理器接收端的连接方式可以为无线连接，也可以为有线连接，通过这种安装方式，当车辆触发轮廓测量传感器时，轮廓测量前端处理器将信号传递给距离测量单元，控制激光雷达开始或停止扫描车辆。
[0024]作为本发明的一种改进，轮廓测量控制单元分别与第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3连接，具体地，第二距离测量单元B2的第二距离测量前端处理器接收端与轮廓测量控制单元连接，第三距离测量单元B3的第三距离测量前端处理器接收端与轮廓测量控制单元连接。这种连接方式可以使第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3的扫描起始于车辆触发轮廓控制单元之时。[0025]轴距测量控制单元包括一组轴距测量传感器和轴距测量前端处理器组成，所述轴距测量传感器由两个光电管组成，一个光电管为第二发送端，另一个光电管为第二接收端，轴距测量传感器第二发送端安装于近端拱门架立柱一侧，轴距测量传感器第二接收端安装于检测通道中间且靠近近端拱门架的位置，所述轴距测量传感器第二接收端和第一距离测量单元B1、轮廓测量传感器组成一个平面，该平面垂直于水平面；所述的轴距测量前端处理器数据传输端与轴距测量传感器第二发送端连接，轴距测量前端处理器发送端与第一距离测量单元的距离测量前端处理器接收端连接。其中，所述轴距测量前端处理器可以为嵌入式开发板镶嵌在轴距测量传感器第一发送端中，轴距测量前端处理器与第一距离测量单元的距离测量前端处理器接收端的连接方式可以为无线连接，也可以为有线连接，通过这种安装方式，当车辆车轮触发轴距测量传感器时，轴距测量前端处理器将信号传递给第一距离测量单元，控制第一激光雷达开始或停止扫描车辆。
[0026]所述取证单元由多个摄像机组成，监控并记录车辆运行检测的实时状态，在本发明中取证单元有4个摄像机组成，分别为A1、A2、A3、A4，分别设置于近端拱门架横梁靠近中央位置、远端拱门架靠近中央位置、近端拱门架两个立柱上端。
[0027]所述综合数据处理单元一般为具有运算功能的计算机，用来接收各距离测量单元扫描获得的数据并通过程序元算得到车辆轮廓和轴距的精确数值。
[0028]一种车辆轮廓及轴距自动测量算法，包括以下步骤:
[0029]步骤I，测量系统的相关参数，包括:第一距离测量单元BI中第一激光雷达与轮廓测量控制单元的轮廓测量传感器之间距离在水平面上的最短投影长度LI ;第二距离测量单元B2距离地面的垂直距离L31 ;第三距离测量单元B3距离地面的垂直距离L32 ;近端拱门架的宽度L6和高度L7。
[0030]步骤2，启动系统，获取测量通道没有车辆时的激光雷达测量信息。启动系统后，第一距离测量单元BI进入等待工作状态，此时不进行扫描；而第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3由于没有轮廓测量单元的控制开始进行扫描得到检测通道内没有车辆通过时的静止信号，直到车辆开始通过检测通道，第二激光雷达和第三激光雷达扫描的信号发生变化时开始获取车辆数据。
[0031]步骤3，扫描测量车辆并获取参数，车辆进入通道，分别触发轮廓测量控制单元和轴距测量控制单元，轮廓测量控制单元向第一距离测量单元BI发送信号，轴距测量控制单元向第一距离测量单元BI发送信号，第一距离测量单元BI根据触发信号开始扫描车辆获得车辆的相关参数；当车辆开始进入检测通道时，第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3开始扫描车辆获取相关参数；三个距离测量单元将所获得的车辆参数实时传输给综合数据处理单元。
[0032]步骤4，车辆驶出检测通道，三个距离测量单元将获取的信号传输给综合数据处理单元完毕，综合数据处理单元根据步骤I和步骤3获得的相关参数计算得到车辆轮廓及轴距的数据。
[0033]其中步骤3中扫描测量车辆包括车辆长度测量、车辆宽度测量、车辆高度测量和车辆轴距测量，具体为:
[0034]车辆长度测量中被测车辆通过测量通道上的入口，车辆覆盖轮廓测量传感器，在车尾越过轮廓测量传感器时，给第一距离测量单元BI—个触发信号，此时第一距离测量单兀BI扫描车辆,获得参数包括:车尾越过轮廓测量传感器时第一激光雷达扫描一巾贞所发射的一条射线到达车辆头部的长度Dli和该条射线与地面的法向量的夹角Θ Ii, i的取值范围为车尾越过轮廓测量传感器时第一激光雷达扫描一帧所发射的射线数；
[0035]车辆高度测量和车辆宽度测量同时进行，且在计算车辆高度和宽度时所用的参数相同。在车辆高度测量中被测车辆进入检测通道的近端拱门架，两侧不同高度的第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3扫描到车辆信号，在车尾越过检测通道的近端拱门架时，第二距离测量单元B2和第二距离测量单元B3完成对车辆的扫描，这一过程中获取参数包括:第二激光雷达扫描一帧所发射的一条射线到达车辆的长度D2(lk)和该条射线与地面的法向量的夹角Θ 3(m，n)，以及第三激光雷达扫描一帧所发射的一条射线到达车辆的长度D3(m；n)和该条射线与地面的法向量的夹角Θ 3(m，n)，其中j的取值范围为第二激光雷达扫描一帧所发射的射线数，k的取值范围为第二激光雷达扫描的帧数，m的取值范围为第三激光雷达扫描一帧所发射的射线数，η的取值范围为第三激光雷达扫描的帧数；
[0036]车辆轴距测量中被测车辆车轮第一次通过轴距测量控制单元时，触发轴距测量，轴距测量控制单元发送信号至第一距离测量单元BI，第一距离测量单元BI扫描被测车辆，此后，对每次车轮的触发信号，第一距离测量单元BI均扫描被测车辆，获得参数包括:第一激光雷达扫描一巾贞所发射的一条射线到达车辆头部的长度D4 (x； y)和该条射线与地面的法向量的夹角Θ 4(x，y)，x的取值范围为第一激光雷达扫描一帧所发射的射线数，y的取值范围为车轮通过轴距测量控制单元的次数。
[0037]步骤4中综合数据处理单元具体计算过程为:
[0038]车长的计算方法:首先根据所获得的Dli和Θ Ii计算第一激光雷达与车辆之间在地面上的投影距离Kli = DliXsin Θ Ii ;然后从Kli中选取最小值L2 = minlKlJ ;计算车长L1 = L1-L2 ；
[0039]车宽的计算方法:首先根据所获得的D2ak)、D3(ni，n)、Θ 2ak)、Θ 3(m；n)计算第二激光雷达和车辆之间在地面上的投影距离Wl(j，k) = D2(j,k)Xsin Θ 2(j，k)，和第三激光雷达和车辆之间在地面上的投影距离W2(m，n) = D3(m；n)Xsin Θ 3(m；n);然后从Wl(j，k)和W2(m，n)选取最小值L4 = min {ffl(J；k)}和 L5 = min{W2(m；n)};计算车宽 Lw = L6-L4-L5。
[0040]作为本发明的一种改进，考虑到在车辆尺寸检测时后视镜一般不作为检测内容，而且大部分车辆后视镜都处于车辆的最宽处，因此在计算车宽时应当将该部分数据删除，然后计算车辆宽度，其具体过程为:综合数据处理单元在计算车宽时，利用直方图原理，基于采样点直方图阶跃式变化特征过滤消除少量干扰数据的一套算法机制，将车辆反光镜等干扰数据消去，统计第二激光雷达和第三激光雷达测量的车辆宽度数据，画出车宽数据直方图，后视镜等干扰数据位于直方图的极小值处，且与总体数据存在明显阶跃式数据差异，消去直方图中此部分，在余下的数据中选择车宽数据，即将Wlak)所有数据由低到高形成直方图，将Wl(j，k)所有数据由低到高形成直方图；综合数据处理单元计算时删除绝对值|Wl(j.k)U|W2(ffl,n)中有阶跃式变化的数据后计算车宽。如图5所示，X轴是激光雷达和车辆之间在水平面上的投影距离，y轴表示第二激光雷达或第三激光雷达测量过程中获得的相同绝对值的数量，从图上看出，在绝对值最小处有明显的阶跃式变化，此处即为后视镜的数据，消去这些数据后再计算车宽可得到正确的车宽值。
[0041]作为本发明的一种改进，利用被测车辆的形态特征删除车辆后视镜的相应数据，车辆的形态特征主要指后视镜位于车辆的具体位置，如图6所示，对于大型车辆，车辆的后视镜总在车体的最前方，而对于中小型车辆，后视镜位于车辆最高处的车顶之前，具体过程为:
[0042]第一步，在计算车辆宽度之前，向综合数据处理单元输入车辆类型；
[0043]第二步，根据所获得的D2u，k)、D3(m，n)、θ 2ak)、Θ 3(m，n)计算第二激光雷达和车辆之间在地面上的投影距离Wlak) = D2(j,k)Xsin Θ 2(j，k)，和第三激光雷达和车辆之间在地面上的投影距 1? W2(m；n) = D3(m；n) X sin Θ 3(m，n)；
[0044]第三步，计算第二激光雷达和车辆之间在地面上的所有投影距离的平均值和第三激光雷达和车辆之间在地面上的所有投影距离的平均值;
[0045]第四步，综合数据处理单元选择所要删除的数据是Wlak)中小于『1(M)的数据和
W2(ffl,n)中小于妒2(mB)的数据，所删除的数据根据车辆类型有所不同，对于大型车辆，综合数
据处理单元删除的数据为车辆轮胎第一次通过轴距测量控制单元之前的数据，对于中小型车辆，综合数据处理单元删除的数据为车辆最高处开始通过近端拱门架之前的数据。
[0046]作为本发明的一种改进，在计算车宽时，可以将利用直方图原理消除干扰数据方法和利用被测车辆形态特征消除干扰数据方法相结合，这样获得的数据更为精确，具体方法为:
[0047] 第一步，统计第二激光雷达和第三激光雷达测量的车辆宽度数据，画出车宽数据直方图，选择位于直方图的极小值处，且与总体数据存在明显阶跃式差异的数据。
[0048]第二步，利用被测车辆形态特征计算方法，选择出第二距离测量单元Β2、第三距离测量单元Β3测量数据中存在后视镜数据的部分:对于大型车辆，为车辆轮胎第一次通过轴距测量控制单元之前的数据，对于中小型车辆，为车辆最高处开始通过近端拱门架之前的数据。
[0049]第三步，查找第一步选择的数据与第二步选择的数据中重合的部分，此部分为后视镜数据，将其删除。
[0050]车高的计算方法:首先在计算车高前向综合数据处理单元输入车辆类型为大型车辆或小型车辆；然后根据所获得的D2ak)、D3(m，n)、Θ 2ak)、Θ 3(m；n)计算第二激光雷达与车体顶部之间的最短垂直投影距离Hl(j，k) = -D2ak)Xcos θ 2αk)和第三激光雷达与车体顶部之间的最短垂直投影距离H2(m，n) = -D3(m；n)Xcos Θ 3(m，n)，其中Hlak)和H2(m，n)可以为负值；然后从Hlak)和H2(m，n)选取最大值L8 = max {Hl(J；k)}和L9 = max {H2(m；n)};计算第二激光雷达测量车高Lhl = L31+L8，计算第三激光雷达测量车高Lh2 = L32+L9 ;根据车辆类型的不同，从Lhl和Lh2中选择一个作为车高数值，对于大中型车辆，依据距地面较高的距离测量单元所获得的参数为基础运算出来的数值为其车辆高度数值，而对于小型车辆，依据距地面较低的距离测量单元所获得的参数为基础运算出来的数值为其车辆高度数值。例如第二距离测量单元B2距地面较低，第三距离测量单元B3距地面较高，即L31〈L32:当小型车辆通过检测通道时，由于第三距离测量单元B3与车辆的距离较远，测量误差较大，此时即便以第二距离测量单元B2获得的数据为依据计算得到的车高数据小于以第三距离测量单元B3获得的数据为依据计算得到的车高数据，也会选择较小的数值作为车辆高度的数值；相反如果大型车辆，特别是车高高于或等于距地面较高的第三距离测量单元B3时，选择以第三距离测量单元B3获得的数据为依据计算得到的车高数据会更为精确。
[0051]轴距的计算方法:首先根据所获得的D4(x，y)和Θ 4(x,y)计算第一激光雷达与车辆之间在地面上的投影距离K2(x，y) = D4(x，y) X sin Θ 4(x,y);选取车轮每次通过轴距测量控制单元时第一激光雷达每一帧所获距离的最小值LlOy = min{K2(x,y)};计算车辆相邻两组车轮之
间轮轴的距
【权利要求】
1.一种车辆轮廓及轴距自动测量系统，其特征在于:该系统包括三个距离测量单元、轮廓测量控制单元(C)、轴距测量控制单元(D)、取证单元、综合数据处理单元和检测通道；所述的检测通道由近端拱门架和远端拱门架组成，两个拱门架平行且均垂直于水平面，所述的距离测量单元、轮廓测量控制单元、轴距测量控制单元、取证单元设置于检测通道上；三个距离测量单元分别为第一距离测量单元(BI)、第二距离测量单元(B2)和第三距离测量单元(B3)，所述的轮廓测量控制单元与第一距离测量单元(BI)连接，轴距测量控制单元与第一距离测量单元(BI)连接，距离测量单元与综合数据处理单元连接，综合数据处理单元还分别与第二距离测量单元(B2)和第三距离测量单元(B3)连接，所述的取证单元监控并记录车辆运行检测的实时状态。
2.根据权利要求1所述的车辆轮廓及轴距自动测量系统，其特征在于:所述的第一距离测量单元(BI)安装在远端拱门架横梁中央，第二距离测量单元(B2)和第三距离测量单元(B3)以不同高度安装在近端拱门架的两个立柱上，每个距离测量单元均包括一个激光雷达和一个距离测量前端处理器，所述距离测量前端处理器的数据传输端与激光雷达连接，距离测量前端处理器发射端与综合数据处理单元连接，第一距离测量单元(BI)的第一距离测量前端处理器接收端分别与轮廓测量控制单元(C)和轴距测量控制单元(D)连接。
3.根据权利要求2所述的车辆轮廓及轴距自动测量系统，其特征在于:轮廓测量控制单元(C)包括一组轮廓测量传感器和轮廓测量前端处理器组成，所述轮廓测量传感器包括第一发送端和第一接收端，轮廓测量传感器第一发送端位于近端拱门架横梁中央，轮廓测量传感器第一接收端位于轮廓测量传感器第一发送端在水平面上的投影位置，轮廓测量前端处理器数据传输端与轮廓测量传感器第一发送端连接，轮廓测量前端处理器发送端与第一距离测量单元(BI)的距离测量前端处理器接收端连接。
4.根据权利要求2所述的车辆轮廓及轴距自动测量系统，其特征在于:轴距测量控制单元(D)包括一组轴距测量传感器和轴距测量前端处理器组成，所述轴距测量传感器包括第二发送端和第二接收端，轴距测量传感器第二发送端安装于近端拱门架立柱一侧，轴距测量传感器第二接收端安装于检测通道中间且靠近近端拱门架的位置，所述轴距测量传感器第二接收端和第一距离测量单元(BI)、轮廓测量传感器组成一个平面，该平面垂直于水平面；所述的轴距测量前端处理器数据传输端与轴距测量传感器第二发送端连接，轴距测量前端处理器发送端与第一距离测量单元的距离测量前端处理器接收端连接。
5.一种车辆轮廓及轴距自动测量算法，其特征在于，测量算法包括以下步骤: 步骤I，测量系统的相关参数， 测量系统各单元和检测通道之间的距离参数，包括:第一距离测量单元(BI)中第一激光雷达与轮廓测量控制单元的轮廓测量传感器之间距离在水平面上的最短投影长度LI ；第二距离测量单元(B2)距离地面的垂直距离L31 ;第三距离测量单元(B3)距离地面的垂直距离L32 ;近端拱门架的宽度L6和高度L7 ； 步骤2，启动系统，获取测量通道没有车辆时的激光雷达测量信息， 第二距离测量单元B2和第三距离测量单元B3在系统启动后开始进行扫描，获取测量通道没有车辆时的激光雷达测量信息； 步骤3，扫描测量车辆并获取参数，将所获参数传输给综合数据处理单元， 车辆进入检测通道，分别触发轮廓测量控制单元和轴距测量控制单元，轮廓测量控制单元向第一距离测量单元(BI)发送信号，轴距测量控制单元向第一距离测量单元(BI)发送信号，第一距离测量单元(BI)根据触发信号扫描车辆获得车辆的相关参数；车辆进入检测通道，第二距离测量单元(B2)和第三距离测量单元(B3)扫描车辆获得车辆的相关参数；三个距离测量单元将所获得的车辆参数实时传输给综合数据处理单元； 步骤4，运算得到车辆的轮廓和轴距的数据， 车辆驶出检测通道，三个距离测量单元获得的参数传输给综合数据处理单元完毕，综合数据处理单元根据步骤I和步骤3获得的相关参数计算得到车辆轮廓及轴距的数据。
6.根据权利要求5所述的车辆轮廓及轴距自动测量算法，其特征在于:步骤3中扫描测量车辆包括车辆长度测量、车辆宽度测量、车辆高度测量和车辆轴距测量； 车辆长度测量中被测车辆通过测量通道上的入口，车辆覆盖轮廓测量传感器，在车尾越过轮廓测量传感器时，给第一距离测量单元(BI) —个触发信号，此时第一距离测量单元(BI)中的第一激光雷达发射扫描线对车辆进行扫描，获得参数包括:车尾越过轮廓测量传感器时第一激光雷达与车辆头部之间扫描一帧所发射的一条扫描线的长度Dli和该条扫描线与地面的法向量的夹角Θ Ii, i的取值范围为车尾越过轮廓测量传感器时第一激光雷达扫描一帧所发射的扫描线的数量； 车辆宽度测量中被测车辆进入检测通道的近端拱门架，两侧不同高度的第二距离测量单元(B2)和第三距离测量单元(B3)扫描到车辆信号，第二距离测量单元(B2)中的第二激光雷达和第三距离测量单元(B3)中的第三激光雷达发射扫描线对车辆进行扫描，在车尾越过检测通道的近端拱门架时，第二距离测量单元(B2)和第二距离测量单元(B3)完成对车辆的扫描，这一 过程中获取参数包括:第二激光雷达与车辆之间扫描一帧所发射的一条扫描线的长度D2(j，k)和该条扫描线与地面的法向量的夹角Θ 3(m，n)，以及第三激光雷达与车辆之间扫描一帧所发射的一条扫描线的长度D 3 (m，n)和该条扫描线与地面的法向量的夹角Θ 3(m，n)，其中j的取值范围为第二激光雷达扫描一帧所发射的扫描线的数量，k的取值范围为第二激光雷达扫描的帧数，m的取值范围为第三激光雷达扫描一帧所发射的扫描线的数量，η的取值范围为第三激光雷达扫描的帧数； 车辆高度测量中被测车辆进入检测通道的近端拱门架，两侧不同高度的第二距离测量单元(Β2)和第三距离测量单元(Β3)扫描到车辆信号，第二距离测量单元(Β2)中的第二激光雷达和第三距离测量单元(Β3)中的第三激光雷达发射扫描线对车辆进行扫描，在车尾越过检测通道的近端拱门架时，第二距离测量单元(Β2)和第二距离测量单元(Β3)完成对车辆的扫描，这一过程中获取参数包括:第二激光雷达与车辆之间扫描一帧所发射的一条扫描线的长度D2(j，k)和该条扫描线与地面的法向量的夹角Θ 3(m，n)，以及第三激光雷达与车辆之间扫描一帧所发射的一条扫描线的长度D 3 (m，n)和该条扫描线与地面的法向量的夹角Θ 3(m，n)，其中j的取值范围为第二激光雷达扫描一帧所发射的扫描线的数量，k的取值范围为第二激光雷达扫描的帧数，m的取值范围为第三激光雷达扫描一帧所发射的扫描线的数量，η的取值范围为第三激光雷达扫描的帧数； 车辆轴距测量中被测车辆第一组车轮通过轴距测量控制单元时，触发轴距测量，轴距测量控制单元发送信号至第一距离测量单元(BI)，第一距离测量单元(BI)中的第一激光雷达发射扫描线对车辆进行扫描，此后，对每次车轮的触发信号，第一距离测量单元(BI)均扫描被测车辆，获得参数包括:第一激光雷达与车辆头部之间扫描一帧所发射的一条扫描线的长度D4(x，y)和该条扫描线与地面的法向量的夹角Θ 4(x；y), X的取值范围为第一激光雷达扫描一帧所发射的扫描线的数量，y的取值范围为车轮通过轴距测量控制单元的次数。
7.根据权利要求6所述的车辆轮廓及轴距自动测量算法，其特征在于:步骤4中综合数据处理单元具体计算过程为: 车长的计算方法:首先根据所获得的Dli和Θ Ii计算第一激光雷达与车辆之间在地面上的投影距离Kli = DliXsin Θ Ii ;然后从Kli中选取最小值L2 = min{KlJ ;计算车长L1=L1-L2 ； 车宽的计算方法:首先根据所获得的D2ak)、D3(m，n)、Θ2αι0、Θ 3(m，n)计算第二激光雷达和车辆之间在地面上的投影距离Wlak) = D2(j,k)Xsin Θ 2(j，k)，和第三激光雷达和车辆之间在地面上的投影距离W2(m，n) = D3(m；n)Xsin Θ 3(m’n);然后从Wl(j，k)和W2(m，n)选取最小值L4 =min{ffl(j,k)}和 L5 = min{W2(m；n)};计算车宽 Lw = L6-L4-L5 ； 车高的计算方法:首先根据所获得的D2ak)、D3(m，n)、Θ 2ak)、Θ 3(m，n)计算第二激光雷达与车体顶部之间垂直投影距离Hlak) = -D2(j,k)Xcos Θ 2(j,k)和第三激光雷达与车体顶部之间垂直投影距尚H2(m，n) = _D3(m；n) Xcos Θ 3(m，n);然后从Hl(j，k)和H2(m，n)选取取大值L8 =max {Hl(J；k)}和L9 = max {H2(m；n)};计算第二激光雷达测量车高Lhl = L31+L8,计算第三激光雷达测量车高Lh2 = L32+L9 ;根据车辆类型的不同，从Lhl和Lh2中选择一个作为车高，对于大中型车辆，依据距地面较高的距离测量单元所获得的参数为基础运算出来的数值为其车辆高度数值，而对于小型车辆，依据距地面较低的距离测量单元所获得的参数为基础运算出来的数值为其车辆高度数值； 轴距的计算方法:首先根据所获得的D4(x，y)和Θ 4(x,y)计算第一激光雷达与车辆之间在地面上的投影距离K2(x，y) =D4(x,y)Xsin0 4(x,y);选取车轮每次通过轴距测量控制单元时第一激光雷达每一帧所获距离的最小值LlOy = min{K2(x；y)};计算车辆相邻两组车轮之间轮轴的距离L, ^LlOy-LlOytl ;计算车辆轴距
8.根据权利要求7所述的车辆轮廓及轴距自动测量算法，其特征在于，在车宽的计算过程中利用直方图消除车辆后视镜数据后计算车辆宽度，利用直方图消除车辆后视镜数据的具体过程为:将Wl(j，k)所有数据由低到高形成直方图，将W2(m，n)所有数据由低到高形成直方图；综合数据处理单元计算时删除|Wlak)|、|W2(ffl,n)中有阶跃式变化的数据后计算车宽。
9.根据权利要求6所述的车辆轮廓及轴距自动测量算法，其特征在于，在车宽的计算过程中利用车辆的形态特征消除车辆后视镜数据后计算车辆宽度，利用车辆的形态特征消除车辆后视镜数据的具体过程为: 在计算车辆宽度之前，向综合数据处理单元输入车辆类型； 根据所获得的D2ak)、D3(m，n)、Θ 2ak)、Θ 3(m；n)计算第二激光雷达和车辆之间在地面上的投影距离Wl(j，k) = D2ak)Xsin Θ 2ak)，和第三激光雷达和车辆之间在地面上的投影距离W2(m；n) = D3(m；n)Xsin Θ 3(m；n)；计算第二激光雷达和车辆之间在地面上的所有投影距离的平均值和第三激光雷达和车辆之间在地面上的所有投影距离的平均值W2(m,n)综合数据处理单元选择所要删除的数据是Wl(j，k)中小于@~的数据和W2(m，n)中小于W2(m,n)的数据，所删除的数据根据车辆类型有所不同，对于大型车辆，综合数据处理单元删除的数据为车辆轮胎第一次通过轴距测量控制单元之前的数据，对于中小型车辆，综合数据处理 单元删除的数据为车辆最高处开始通过近端拱门架之前的数据。
【文档编号】G01B11/04GK103954222SQ201410177283
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】蔡云飞, 唐振民, 李纯圣, 贾修一 申请人:南京理工大学