CN104050811A - 激光机动车分型系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光机动车分型方法和系统，用于判定位于或经过测试区域的机动车车型，该系统包括顶置激光器、地置测量装置以及数据分析模块，顶置激光器置于测试区域上方预定高度，用于面向车顶发射脉冲激光测得机动车的顶面沿车长方向的高度脉冲扫描波形图，所述地置测量装置置于测试区域侧面或底下，用于测量机动车车轴数据和/或车轮数据，所述数据分析模块用于根据所述高度脉冲扫描波形图以及地置测量装置测得的数据进行分析比较，判断出车型。上述激光机动车分型系统通过顶置激光器测得顶面车高，包括车身高和车头高，地置测量装置测得车轴数据和/或车轮数据，通过这些数据进行分析即可快速精准判断出机动车车型，操作方便，成本较低。

Description

激光机动车分型系统及方法

技术领域

本发明涉及激光测控技术领域，具体涉及一种激光机动车分型系统及方法。

背景技术

目前，交管部门将机动车共分9类车，不同类的车超速的罚款方式不同，特别是高速公路分五类车型，不同的车型计费方式也不同，所以准确的在车高速通过或走走停停时，判断车型对于管理部门至关重要。判断机动车类型的主要指标依次为：车重、车头高、车轴数、车轮数、车长、车身高、车轴距等。

现有的车辆识别装置有接触式或非接触式，接触式常用的有地感线圈方式和压电称重方式，如同地磅。非接触式通常有视频扫描方式或者超声波检测方式。以监测高速上的机动车的车型为例，对于接触式识别装置，由于测重需要车停或走专用通道，而且设备安装复杂，需要剖开路面，成本高；一般只适用于货车。

通常，高速公路对机动车的分型主要采以下4种方式：

1. 线圈+视频：能测车长、车高，不能测准车头高、车轴数和车轮数，所以分型不准，且需要封路剖开路面安装复杂，且视频容易受天气和光线的影响判断错误；

2.线圈+视频+压电条：能测车长、车高、车轴数，不能测准车头高和车轮数，所以分型不准，且需要封路剖开路面安装复杂。且视频容易受天气和光线的影响判断错误；

3雷达：只能测出车长、车高，不能测出车头高、车轴数、车轮数，对于一二类车和二三类车的分型容易出错；

4 扫描激光：目前国外已应用的激光分型设备都是通过多点扫描，其最大的问题是不能测车轮数，这样二三类货车就分不清，且安装复杂，成本很高，不适合普及。

发明内容

有鉴于此，提供一种准确快速判断出车型、结构简便的激光机动车分型方法及系统。

一种激光机动车分型系统，用于判定位于或经过测试区域的机动车车型，其包括顶置激光器、地置测量装置以及数据分析模块，所述顶置激光器置于测试区域上方预定高度，用于面向车顶发射脉冲激光测得机动车的顶面沿车长方向的高度脉冲扫描波形图，所述地置测量装置置于测试区域侧面或底下，用于测量机动车车轴数据和/或车轮数据，所述数据分析模块用于根据所述高度脉冲扫描波形图以及地置测量装置测得的数据进行分析比较，判断出车型。

以及，一种激光机动车分型方法，其用上述的激光机动车分型系统判断位于或经过测试区域的机动车车型，该方法包括以下步骤：

控制顶置激光器面向车顶发出脉冲激光，使顶置激光器与机动车以相对运动方式进行扫描，得到机动车的顶面沿车长方向的高度脉冲扫描波形图； 

通过地置测量装置测量机动车车轴数据和/或车轮数据；

使数据分析模块根据所述高度脉冲扫描波形图以及地置测量装置测得的数据进行分析，并与各机动车的相应数据进行比较，判断出被测机动车的车型。

上述激光机动车分型系统包括顶置激光器和地置测量装置以及数据分析模块，通过顶置激光器测得顶面车高，包括车身高和车头高，地置测量装置测得车轴数据和/或车轮数据，通过这些数据进行分析即可快速精准判断出机动车车型。而且，本系统和方法属于非接触方式，安装顶置激光器和地置测量装置即可，系统结构简单，操作方便，成本较低，较适合普及在高速公路、桥梁及其出入口等位置安置，以便在这些地方对机动车进行分型。

附图说明

图1为本发明实施例一的激光机动车分型系统结构示意图。

图2为图1的测试系统中地置测量装置的俯视结构示意图。

图3为本发明实施例二的激光机动车分型系统结构示意图。

图4为本发明实施例的激光机动车分型系统模块框架示意图。

图5为本发明实施例的激光机动车分型方法测得的波形图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。

请参阅图1-2，显示本发明实施例一提供的激光机动车分型系统10，用于判定位于或经过测试区域的机动车车型，其包括顶置激光器11、地置测量装置12以及数据分析模块，顶置激光器11置于测试区域101上方预定高度，用于面向机动车20车顶21发射脉冲激光15，测得机动车20的顶面沿车长方向的高度脉冲扫描波形图，地置测量装置12置于测试区域101侧面或底下，用于测量机动车20车轴数据和/或车轮数据，数据分析模块用于根据高度脉冲扫描波形图以及地置测量装置测得的数据进行分析比较，判断出车型。

具体地，测试区域101上方设置有一个高脚架102，高脚架102比所有机动车的车顶高一定距离，顶置激光器11安装于高脚架102上，高脚架102具有顶梁102a和两个支脚102b，顶置激光器11优选为可滑动地安装于高脚架102的顶梁102a，可根据需要调整位置。本实施例以应用于高速公路上，测试区域101可以是高速公路任意路段，优选为高速公路的出入口。这样，本实施例的顶置激光器11以及地置测量装置12可以采用固定安装方式，对经过它们的机动车进行测定分析。当对停止不动的机动车进行测量时，可以顶置激光器11以及地置测量装置12可以采用移动方式或者摆动方式对机动车要测的部位进行扫描，如车顶全部顶面、车轮车轴等。因此，主要是使顶置激光器11以及地置测量装置12与机动车20相对运动，以便得到全车身较全面的测量数据。

本实施例中，地置测量装置12为地置激光器12，地置激光器12置于测试区域101侧面用于从侧面发射脉冲激光12a采用与机动车20相对运动方式扫描机动车车轮22，测得机动车车轮22的脉冲扫描波形图。本实施例以高速公路为例，对行驶经过或走走停停的机动车20进行测定。进一步地，地置激光器12出射的激光相对于车长方向或车行方向倾斜，优选地，所述倾斜角度为30-45度，优选地，地置激光器12距离测试区域101表面为使其发出的激光打到车轮胎的高度，更优选地，所述地置激光器12的高度为200mm-300mm，最佳为250mm。优选地，所述地置激光器发出的激光向下倾斜，向下倾斜的程度为激光到达测试区域中间时相对于测试区域的测试高度为125mm-135mm，这样，激光即可打在车轮22上。这样，通过地置激光器12测得车轮22的车轴数和车轮数，具体测量方式参照下面阐述。由于地置激光器非水平放置，而是向下倾斜，倾斜程度即激光打到车道中心位置时，激光距地面高度优选为130mm。这样往低射出激光便于打到各种类型的车轮胎，如果水平射出，高度单一，高度不方便把控。

顶置激光器11和地置激光器12优选为同步扫描以得到车轴及高度的同步脉冲扫描波形图，所述顶置激光器发射的脉冲激光是通过扩散处理后的扩散光束，所述地置激光器发射的是脉冲点光束。本实施例的同步扫描是指顶置激光器11和地置激光器12同时同步发出激光，发射到车身上的光束基本上是在同一截面上，一个是顶面，一个是车轮上。进一步地，通过顶置激光器11发出发散性脉冲激光，从而可以较广地覆盖机动车顶面，使顶置激光器11可以较全面扫描整个车宽范围的顶面，地置激光器12采用向下倾斜方式发出的激光，当机动车和激光器12相对运动时，地置激光器12相当于斜向扫描车轮。由于地置激光器12采用一定倾斜角度发射出点光束的激光，故可以打到近端车轮和远端车轮，而打到单车轮和双车轮反馈的脉冲形状不同，故可以准确判断出车轴两边是单或双轮，进而准确的算出车轮数。顶置激光器11扫描整个顶面，可获得整个长度方向上顶面的高度值，包括至高顶的高度以及车头23的高度（即车头高）。通过这些数据即可判定机动车20的车型。

请参阅图3，以模块框架结构方式显示激光机动车分型系统10的主要组成。除以上描述的结构组成之外，系统10还包括数据分析模块16，分析模块16包括计算模块161、比较模块162和车型标准数据库163。顶置激光器11和地置测量装置12测得的数据反馈到分析模块16，具体为反馈到计算模块161，计算模块161用于根据反馈的数据，在本实施例为根据高度脉冲扫描波形图和车轮脉冲扫描波形图计算出车型数据，车型数据具体包括车身高、车头高、车轴数量和车轮数量，比较模块162用于将所得车型数据与车型标准数据库163的标准数据比较，判断出机动车20的车型。

请参阅4，显示本发明实施例二的激光机动车分型系统30，实施例二的系统30与实施例一的系统10的结构基本相同，主要不同之处在于，地置测量装置为压电传感器32，压电传感器32置于测试区域101底部并让机动车20在其上压过而感测机动车20的车轴数量、轴距、车轮数量和轮距。对于车轮数测量：为了探测双轮胎，通常在与车流方向成一定角度，优选但不限是30-45度的角度安装一个压电传感器32。当双轮胎经过斜埋的传感器时，会产生一个双峰脉冲，通过电路的处理可识别双轮胎信号，即可测出车轮数。对于轮距测量：有些国家如南韩，车辆的分类需要检测轮距，我国车辆的种类很多，存在同轴距不同轮距的问题，如解放车和黄河车，其载重能力的差别很大。如果检测器能分辨轮距，将增加系统的覆盖率和准确性。将压电传感器32以一定角度斜埋就可解决这个问题，优选地，压电传感器32的长度延伸方向与车流方向倾斜成预定角度，更优选地，所述预定角度是30-45度。以高速公路为例，压电传感器32埋于地表下面，图示显示采用一个压电传感器32，一个车道用一条压电传感器，以与车流方向成一定角度斜埋，可覆盖整个车道。压电传感器32不仅具有良好的性能，高度的可靠性，简易的安装方法，还有逐步降低的价格，这些独特的特性使其在日益扩展的应用中成为理想的选择。

当机动车20压过压电传感器32时，机动车20的前后各排车轮依次压过压电传感器32，每个车轮22经过时，压电传感器32检测轮胎压过的力，每感测到一排车轮胎（或称为车轴）压力时，即计数一次。因此即使在车量靠得很近时也很容易测出车轴轴数。由于车速在3米或小于3米的距离内基本上是均速，用前后车轮经过压电传感器32建立的信号时间差乘以车速，就得出轴距。这样，本实施例二的压电传感器32可测出车轴轴数、车轴轴距、车轮胎数，车轮胎距。

与实施例一相同，实施例二的系统30还包括分析模块16，不同之处主要在于，分析模块16的计算模块161接收的数据为高度脉冲扫描波形图和车轴轴数、车轴轴距、车轮胎数、车轮胎距。同理，比较模块162再根据这些数据计算出车型数据，车型数据具体包括车身高，车头高，车轴数，车轴距，车轮数和车轮距，比较模块162用于将所得车型数据与车型标准数据库163的标准数据比较，判断出机动车20的车型。

本发明实施例还提供激光机动车分型方法，用上述的激光机动车分型系统10判断位于或经过测试区域101的机动车20的车型，该方法包括以下步骤：

S01，控制顶置激光器11面向车顶21发出脉冲激光，使顶置激光器11与机动车20以相对运动方式进行扫描，得到机动车20的顶面沿车长方向的高度脉冲扫描波形图； 

S02，通过地置测量装置12测量机动车20车轴数据和/或车轮数据；

S03，使数据分析模块16根据所述高度脉冲扫描波形图以及地置测量装置12测得的数据进行分析，并与各机动车20的相应数据进行比较，判断出被测机动车20的车型。

如上所述，地置测量装置12为地置激光器或置于测试区域底部的压电传感器，采用激光器12时，方法进一步包括控制所述地置测量装置即激光器12由侧面发出与车长方向或车行方向倾斜的激光并以与机动车20相对运动方式扫描车轮23，得到车轮23扫描脉冲波形图，采用压电传感器32时，控制压电传感器32感测由其上压过的机动车20的车轴数量、各车轴间的轴距、车轮胎数、车轮胎距。

该方法则进一步包括控制顶置激光器11和地置激光器12同步发出发散性并覆盖整个车宽度方向的脉冲激光进行扫描，得到车轴及高度的同步脉冲扫描波形图。（由顶置激光器发出扩散性并覆盖整个车道宽度的扩散脉冲激光，地置激光器以一定角度发射出可以扫描到每一个车轮的点光束脉冲激光）

本实施例优选为地置激光器12，顶置激光器11和地置激光器12优选为同步扫描以得到车轴及高度的同步脉冲扫描波形图，并进一步对顶置激光器发出的激光作扩散处理以使其发出发散性光束并覆盖整个车宽度方向，以及使所述地置激光器发出点光束。通过顶置激光器11发出发散性脉冲激光，从而可以较广地覆盖机动车顶面，使顶置激光器11可以较全面扫描整个车宽范围的顶面，地置激光器12采用向下倾斜方式发出的激光，当机动车和激光器12相对运动时，地置激光器12相当于斜向扫描车轮。由于地置激光器12采用一定倾斜角度发射出点光束的激光，故可以打到近端车轮和远端车轮，而打到单车轮和双车轮反馈的脉冲形状不同，故可以准确判断出车轴两边是单或双轮，进而准确的算出车轮数。顶置激光器11扫描整个顶面，可获得整个长度方向上顶面的高度值，包括至高顶的高度以及车头23的高度（即车头高）。通过这些数据即可判定机动车20的车型。

该方法进一步包括通过计算模块161根据高度脉冲扫描波形图结合车轮脉冲扫描波形图或者车轴数据计算出车型数据，以及通过比较模块将所得车型数据与车型标准数据库的标准数据比较，判断出机动车的车型，所述车型数据包括车身高、车头高、车轴数量和车轮数量。

本实施例以在高速公路监测到的一个机动车20为例进行说明测量过程。

请再参阅图1和3，以采用两个激光器11、12为例，当机动车20经过测试区域，如高速检查关口时，顶置激光器11和地置激光器12同时分别发射出发散性脉冲激光和点光束脉冲激光，由于机动车20走过顶置激光器11和地置激光器12，相当于是两个激光器11、12扫描整个车身、全部车轴车轮，机动车20经过后，即得到所需数据。

请参阅图5，显示测试波形图，如图所示，同时获得两个波形图。上方波形图H为顶置激光器11测出的车顶面高度脉冲波形图，下方波形图W的为地置激光器12测出的车轮脉冲扫描波形图。由于采用同步扫描，上下两方的波形图与车身的走向同步一致，根据这些脉冲波形图可以得出车型数据。具体地，当机动车20是单排轮时，测试波形图W顶部为单峰脉冲，当为两排轮时，测试波形图H会出现双峰脉冲，因为双排轮中间有空隙，激光测距会远，即，通过激光点光束打到双轮胎中间缝隙时与打到轮胎上的距离比会偏远，测距数值更大，根据测试预先设定好的公式：波形图显示高度=预设测试距离-点光束测试距离，因此，打到中间缝隙时虽然距离比打轮胎时远，但公式计算后显示的波形图高度数值反而要低，所以出现双峰脉冲。由图5的波形图W可知，被测机动车20为两车轴，前车轴为单排轮，后车轴为双排轮，共6个车轮。当地置激光器12打到前轮车轴时，由于是同步测量，车轴所对应的车身高即可判断是车头高还是车后轮车高，故根据车轴的位置取出相应的车身高即可，如图5所示，前车轴所对应的车身高即为车头高。由此，根据图5的波形图即可得到车头高、车轴数和车轮数，再通过比较模块162与车型标准数据库163的数据进行比较，即可判断出具体车型。

上述激光机动车分型系统包括顶置激光器和地置测量装置以及数据分析模块，通过顶置激光器测得顶面车高，包括车身高和车头高，地置测量装置测得车轴数据和/或车轮数据，通过这些数据进行分析即可快速精准判断出机动车分型。而且，本系统和方法属于非接触方式，安装顶置激光器和地置测量装置即可，系统结构简单，操作方便，成本较低，较适合普及在高速公路、桥梁及其出入口等位置安置，以便在这些地方对机动车进行分型。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种激光机动车分型系统，用于判定位于或经过测试区域的机动车车型，其特征在于，包括顶置激光器、地置测量装置以及数据分析模块，所述顶置激光器置于测试区域上方预定高度，用于面向车顶发射脉冲激光测得机动车的顶面沿车长方向的高度脉冲扫描波形图，所述地置测量装置置于测试区域侧面或底下，用于测量机动车车轴数据和/或车轮数据，所述数据分析模块用于根据所述高度脉冲扫描波形图以及地置测量装置测得的数据进行分析比较，判断出车型。

2.如权利要求1所述的激光机动车分型系统，其特征在于，所述地置测量装置为地置激光器，所述地置激光器置于测试区域侧面用于从侧面发射脉冲激光采用与机动车相对运动方式扫描机动车车轮，测得机动车车轮脉冲扫描波形图。

3.如权利要求2所述的激光机动车分型系统，其特征在于，所述地置激光器出射的激光相对于车长方向或车行方向倾斜，优选地，所述倾斜角度为30-45度，优选地，所述地置激光器距离测试区域表面为使其发出的激光打到车轮胎的高度，更优选地，所述地置激光器相对于测试区域的安装高度为200mm-300mm，优选地，所述地置激光器发出的激光向下倾斜，向下倾斜的程度为激光到达测试区域中间时相对于测试区域的测试高度为125mm-135mm。

4.如权利要求3所述的激光机动车分型系统，其特征在于，所述顶置激光器和地置激光器为同步扫描以得到车轴及高度的同步脉冲扫描波形图，所述顶置激光器发射的脉冲激光是通过扩散处理后的扩散光束，所述地置激光器发射的是脉冲点光束。

5.如权利要求1所述的激光机动车分型系统，其特征在于，所述地置测量装置为压电传感器，所述压电传感器置于测试区域底部并让机动车在其上压过而感测机动车的车轴轴数、车轴轴距、车轮胎数、车轮胎距，优选地，所述压电传感器的长度延伸方向与车流方向倾斜成预定角度，更优选地，所述预定角度是30-45度。

6.如权利要求4所述的激光机动车分型系统，其特征在于，所述数据分析模块包括计算模块、比较模块和车型标准数据库，所述计算模块用于根据所述高度脉冲扫描波形图和车轮脉冲扫描波形图计算出车型数据，所述车型数据包括车身高、车头高、车轴数量和车轮数量，所述比较模块用于将所得车型数据与车型标准数据库的标准数据比较，判断出机动车的车型。

7.一种激光机动车分型方法，用权利要求1所述的激光机动车分型系统判断位于或经过测试区域的机动车车型，该方法包括以下步骤：

控制顶置激光器面向车顶发出脉冲激光，使顶置激光器与机动车以相对运动方式进行扫描，得到机动车的顶面沿车长方向的高度脉冲扫描波形图；

通过地置测量装置测量机动车车轴数据和/或车轮数据；

使数据分析模块根据所述高度脉冲扫描波形图以及地置测量装置测得的数据进行分析，并与各机动车的相应数据进行比较，判断出被测机动车的车型。

8.如权利要求7所述的激光机动车分型方法，其特征在于，所述地置测量装置为地置激光器或置于测试区域底部的压电传感器，所述方法进一步包括控制所述地置测量装置由侧面发出与车长方向或车行方向倾斜的激光并以与机动车相对运动方式扫描车轮，得到车轮扫描脉冲波形图，或者控制所述压电传感器感测由其上压过的机动车的车轴轴数、车轴轴距、车轮胎数、车轮胎距。

9.如权利要求7所述的激光机动车分型方法，其特征在于，进一步控制所述顶置激光器和地置激光器同步发出激光以得到车轴及高度的同步脉冲扫描波形图，并对顶置激光器发出的激光作扩散处理以使其发出发散性光束并覆盖整个车宽度方向，以及使所述地置激光器发出点光束。

10.如权利要求8所述的激光机动车分型方法，其特征在于，所述数据分析模块包括计算模块、比较模块和车型标准数据库，所述方法进一步包括通过所述计算模块根据所述高度脉冲扫描波形图结合车轮脉冲扫描波形图或者车轴数据计算出车型数据，以及通过比较模块将所得车型数据与车型标准数据库的标准数据比较，判断出机动车的车型，所述车型数据包括车身高、车头高、车轴数量和车轮数量。