CN102435141B - 一种对行驶车辆体积测试的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对行驶车辆体积测试的装置和方法，在车辆行驶车道上沿车辆前进方向前方顶端上方安装一个用于向来车方向发射激光光波扫描待测车辆车体正面的顶面激光雷达，在检测区域进口端与车道垂直的平面内于待测车辆两侧分别安装一个侧面激光雷达和一个激光测距仪，所述侧面激光雷达位于待测车辆的侧上方，激光测距仪位于待测车辆的另一侧下方，且侧面激光雷达和激光测距仪距离为设定距离。本发明对行驶车辆体积的测试，可在车辆运动中完成，且对车辆行驶速度无特别要求，即使车辆做非匀速运动甚至短停，也不影响最终的测试结果，提高测试效率，具有较强的适用性，克服了其他方法在此方面的弊端；成本相对较低；精度较人工测量有极大提高。

Description

一种对行驶车辆体积测试的装置和方法

技术领域

本发明属于光电子及其激光技术领域，具体为一种对运动不规则物体的体测量或识别的方法，尤其涉及一种对行驶车辆体积测试的方法。

背景技术

在某些场合，需要对车辆等运动物体进行体积测试等测量工作。常规进行车辆体积测量的方法，是将需要测量的车辆停驶，由人工或仪器进行轮廓测量，缺点是效率较低，在车辆装载不平整的情况下，还将影响体积测量的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种对行驶车辆体积测试的装置，以解决现有测量方法效率低、准确性低的问题，同时提供一种利用该装置对行驶车辆体积测试的方法。

为实现上述目的，本发明提供的对行驶车辆体积测试的装置的技术方案如下：一种对行驶车辆体积测试的装置，在车辆行驶车道上沿车辆前进方向前方顶端上方安装一个用于向来车方向发射激光光波扫描待测车辆车体正面的顶面激光雷达，在检测区域进口端与车道垂直的平面内于待测车辆两侧分别安装一个侧面激光雷达和一个激光测距仪，所述侧面激光雷达位于待测车辆的侧上方，激光测距仪位于待测车辆的另一侧下方，且侧面激光雷达和激光测距仪距离为设定距离。

所述顶面激光雷达、侧面激光雷达和一个激光测距仪均与一个用于数据计算的计算机连接。

本发明提供的对行驶车辆体积测试的方法的技术方案如下：一种对行驶车辆体积测试的方法，该方法的步骤如下：

(1)在车辆行驶车道上沿车辆前进方向前方顶端上方安装一个用于向来车方向发射激光光波扫描待测车辆车体正面的顶面激光雷达，在检测区域进口端与车道垂直的平面内于待测车辆两侧分别安装一个侧面激光雷达和一个激光测距仪，侧面激光雷达位于待测车辆的侧上方，激光测距仪位于待测车辆的另一侧下方，且侧面激光雷达和激光测距仪距离为设定距离d；

(2)当车辆驶入由侧面激光雷达和激光测距仪构成的横向扫描面时，开始对行驶中的车辆进行扫描测量：利用侧面激光雷达和激光测距仪计算待测车辆的截面积S_i；

(3)顶面激光雷达对车辆驶来方向进行垂直于路面的扫描，在每一个时刻t_i，可以得到车辆相对于前一时刻的移动量Δl_i；

(4)当待测车辆驶出由侧面激光雷达和激光测距仪构成的横向扫描面时，结束对车辆的扫描测量；

(5)根据公式(1)行驶车辆的体积V：

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i{\mathrm{\Δl}}_i---\left(1\right)$

其中，Δl_i为车辆沿行驶方向的移动量，S_i是车辆的截面积。

所述步骤(2)中利用侧面激光雷达和激光测距仪计算待测车辆的截面积的过程如下：侧面激光雷达测试车辆的一个对应侧面及其顶面轮廓，同时测得车辆距离车辆一侧车道基准的距离d1，激光测距仪测试车辆另一侧面距离激光测距仪的距离d2，则利用公式(2)得到车辆的宽度：

D＝d-d1-d2              (2)

在t_i时刻，侧面激光雷达测量车辆的侧面和顶面轮廓，侧面激光雷达测量车辆顶面轮廓时得到的车辆宽度D’比较D’和已经求得的车辆实际宽度D，当D’小于D时，根据车辆装载的对称性，对位于侧面激光雷达另一侧的车体轮廓进行对称补足，根据补足算法得到t_i时刻通过侧面激光雷达扫描面的车辆截面全轮廓数据再根据积分算法公式(3)计算出当前时刻车辆的截面积：

$S_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{\mathrm{\Δx}}_i---\left(3\right)$

本发明对行驶车辆体积测试方法，可在车辆运动中完成，且对车辆行驶速度无特别要求，即使车辆做非匀速运动甚至短停，也不影响最终的测试结果，提高测试效率，具有较强的适用性，克服了其他方法在此方面的弊端；成本相对较低；精度较人工测量有极大提高。

附图说明

图1是本发明对行驶车辆体积测试装置的结构示意图；

图2是侧面激光雷达和激光测距仪的测量原理图；

图3是车辆截面积计算原理图；

图4是顶面激光雷达的测量原理图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步介绍。

本发明是利用激光雷达的测量原理进行测量的，激光测量的原理如下：激光源发出激光波束，当激光波束遇到物体后，部分能量返回，激光接收器收到返回的激光波束，这样，激光雷达可以计算出它到物体的距离值。当激光脉冲波束以二维形式发射时，激光雷达可以扫描一个二维区域内的物体。利用激光波束反射的特性，检测扫描范围内物体表面与激光器的距离，根据物体上不同点到激光器的距离不同，可以测量、计算出物体在该扫描面上的位置和形状。

如图1所示为本发明行驶车辆体积测试装置的原理图，该测量装置的设备配置如下：在车辆行驶车道上沿车辆前进方向前方顶端上方安装一个用于向来车方向发射激光光波扫描待测车辆车体正面的顶面激光雷达，扫描面与车辆垂直相交于车头正面中部垂线，保证在车辆行驶中该扫描面始终能够扫描到车体正面，该传感器用于测试车辆速度，测定了侧面扫描的间隔，为积分算法提供了计算依据；在检测区域进口端与车道垂直的平面内于待测车辆两侧分别安装一个侧面激光雷达和一个激光测距仪，侧面激光雷达位于待测车辆的侧上方，激光测距仪位于待测车辆的另一侧下方，且侧面激光雷达和激光测距仪距离为设定距离d；在车辆行驶过程中，侧面激光雷达和激光测距仪距相互配合，实现车辆侧面轮廓、顶部轮廓、车辆宽度的测量，在每一个扫描间隔(Δ1)，测量获得车俩的横截面积，同时也获得了车辆进入和驶出测试区间、获得积分算法的积分区间。

根据实时传输获得的积分间隔(Δ1)、车辆在每一时刻的横截面积、积分区间可以获得该行驶中的车辆体积测量值。

这样的设备配置可以形成两个扫描面：相对于车辆行进方向，位于车道中心的纵向垂直扫描面；垂直于车道的横向扫描面(如图1所示)，顶面激光雷达、侧面激光雷达和一个激光测距仪均与一个用于数据计算的计算机连接。

具体的测量步骤如下：

(1)当车辆驶入由侧面激光雷达和激光测距仪构成的横向扫描面时，开始对行驶中的车辆进行扫描测量；

(2)侧面激光雷达及其与之相对的激光测距仪相对发射激光波束进行工作(如图2所示)：侧面激光雷达测试车辆的一个对应侧面及其顶面轮廓，同时测得车辆距离车辆一侧车道基准的距离d1；为了稳定、可靠的测试车辆宽度，激光测距仪测试车辆另一侧面距离激光测距仪的距离d2，由于激光测距仪同车道基准的距离d在设备标定校准时已明确，则利用公式(1)得到车辆的宽度

D＝d-d1-d2               (1)

由于已利用侧面激光雷达测得在t_i时刻车辆侧面及其顶面轮廓，因此可以准确得到t_i时刻的车辆截面积S_i；

S_i的计算过程如下所述：

如图3所示，在t_i时刻，侧面激光雷达测量车辆的侧面和顶面轮廓，考虑到某些车辆由于装载的原因，其横截面不是规整的矩形，使得侧面激光雷达扫描车辆轮廓的扫描线可能被遮挡，导致位于侧面激光雷达另一侧的部分车体轮廓不能测得，因此需要比较侧面激光雷达测量车辆顶面轮廓时得到的车辆宽度D’和已经求得的实际车辆宽度D，当D’小于D时，根据车辆装载的对称性，对位于侧面激光雷达另一侧的车体轮廓进行对称补足，根据补足算法得到t_i时刻通过侧面激光雷达扫描面的车辆截面全轮廓数据，再根据积分算法公式(2)计算出当前时刻车辆的截面积：

$S_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{\mathrm{\Δx}}_i---\left(2\right)$

其中，x_i为t_i时刻侧面激光雷达测量车辆顶面轮廓时得到的车辆宽度，y_i为t_i时刻侧面激光雷达测量车辆顶面轮廓时得到的车辆高度；

(3)顶面激光雷达对车辆驶来方向进行垂直于路面的扫描(如图4所示)，在每一个时刻，如t₁、t₂、t₃……等，可以得到车辆相对于前一时刻的移动量Δl₁、Δl₂、Δl₃……，即在每一个时刻t_i，可以得到车辆相对于前一时刻的移动量Δl_i；

(4)当待测车辆驶出由侧面激光雷达和激光测距仪构成的横向扫描面时，结束对车辆的扫描测量；

(5)根据公式(3)行驶车辆的体积V：

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i{\mathrm{\Δl}}_i---\left(3\right)$

其中，Δl_i为车辆沿行驶方向的移动量，S_i是车辆的截面积。

本发明中，虽然各个激光扫描传感器可以安装在固定测试场合(车道上方和侧方两侧)，激光扫描传感器保持不动，但实际上利用了车辆的运动，等效于激光扫描传感器对整个车辆进行了扫描。

Claims (2)

1.一种对行驶车辆体积测试的方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

（1）在车辆行驶车道上沿车辆前进方向前方顶端上方安装一个用于向来车方向发射激光光波扫描待测车辆车体正面的顶面激光雷达，在检测区域进口端与车道垂直的平面内于待测车辆两侧分别安装一个侧面激光雷达和一个激光测距仪，侧面激光雷达位于待测车辆的侧上方，激光测距仪位于待测车辆的另一侧下方，且侧面激光雷达和激光测距仪距离为设定距离d；

（2）当车辆驶入由侧面激光雷达和激光测距仪构成的横向扫描面时，开始对行驶中的车辆进行扫描测量：利用侧面激光雷达和激光测距仪计算待测车辆的截面积S_i，其过程如下：侧面激光雷达测试车辆的一个对应侧面及其顶面轮廓，同时测得车辆距离车辆一侧车道基准的距离d1，激光测距仪测试车辆另一侧面距离激光测距仪的距离d2，则利用公式（2）得到车辆的宽度

D=d－d1－d2   （2）

在ti时刻，侧面激光雷达测量车辆的侧面和顶面轮廓，侧面激光雷达测量车辆顶面轮廓时得到的车辆宽度D’，比较D’和已经求得的车辆实际宽度D，当D’小于D时，根据车辆装载的对称性，对位于侧面激光雷达另一侧的车体轮廓进行对称补足，根据补足算法得到ti时刻通过侧面激光雷达扫描面的车辆截面全轮廓数据，再根据积分算法公式（3）计算出当前时刻车辆的截面积：

$S_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{\mathrm{\Δx}}_i---\left(3\right);$

（3）顶面激光雷达对车辆驶来方向进行垂直于路面的扫描，在每一个时刻ti，可以得到车辆相对于前一时刻的移动量Δl_i；

（4）当待测车辆驶出由侧面激光雷达和激光测距仪构成的横向扫描面时，结束对车辆的扫描测量；

（5）根据公式（1）行驶车辆的体积V：

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i{\mathrm{\Δl}}_i---\left(1\right)$

其中，Δl_i为车辆沿行驶方向的移动量，S_i是车辆的截面积。

2.一种使用如权利要求1所述的对行驶车辆体积测试方法的装置，其特征在于：在车辆行驶车道上沿车辆前进方向前方顶端上方安装一个用于向来车方向发射激光光波扫描待测车辆车体正面的顶面激光雷达，在检测区域进口端与车道垂直的平面内于待测车辆两侧分别安装一个侧面激光雷达和一个激光测距仪，所述侧面激光雷达位于待测车辆的侧上方，激光测距仪位于待测车辆的另一侧下方，且侧面激光雷达和激光测距仪距离为设定距离；所述顶面激光雷达、侧面激光雷达和一个激光测距仪均与一个用于数据计算的计算机连接。

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