CN106017334B - 一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法 - Google Patents

一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法 Download PDF

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Abstract

一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，属于汽车检验技术领域。包括按周期采样待测车辆（7）外轮廓坐标数据(x 1i ，z 11i )、(y 1i ，z 12i )、(x 2h ，z 21h )、(y 2h ，z 22h )；将该采样坐标数据进行数字滤波处理后获得拟合函数f n (x 1j )、f n (y 1p )、f m (x 2k )、f m (y 2s )及位移数列{z 11j }、{z 12p }、{z 21k }、{z 22s }；计算获得极大值、极小值序列及相应序列的最大值和最小值，从而准确计算待测车辆（7）外轮廓高度H、宽度W、长度L；实现该测量方法的测量装置用于各种环境安装、安装方便、成本低，可全自动准确测量全系车型的外轮廓尺寸。

Description

一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法
技术领域
一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，属于汽车检验技术领域。
背景技术
机动车辆成为目前社会必不可少的交通工具之一，然而部分用于货/客运用途的车辆使用者为了获取更大的经济利益，通过改装车辆尺寸以增加车辆容积，达到车辆一次性运输量的目的，从而降低运输成本，然而这一举措严重违反了车辆使用的安全标准，超越了国家标准的规定，尤其是加长加宽的车辆，改装后增加货运量严重超载已经成为恶性交通事故的主要原因。故而为了保障车辆的安全性，维护国家对“货车、挂车、车长大于6米的客车，在新车上户或年检时要对车辆外廓进行检测”的规定，每年都必须进行年检，但是目前在检测车辆的尺寸时往往是以人工测量方式进行的，这种测量方式效率低，对大型车辆进行车检时因受测量工具的制约，往往对测量车辆的长、宽、高度尺寸把抓不准、极为不便，测量准确度及违规操作难以控制。
为了解决上述问题，近年来出现了一些测量车辆尺寸的方法，如采用激光三维扫描仪的测量方法，这种方法其采用激光三角法测量原理的激光扫描仪进行实际测量，由于能够直接获取被测目标的三维空间数据并获取图像信息，在获取复杂曲面数据的应用上有着很大的优势，但是其存在以下缺点：
1. 无法显示被摄物体的边和角信息，或摄取物体边角不准确存在误差，在遇到非直角和非直边时误差会更大；
2. 被摄物体的最暗和最亮部分成像模糊得不到完整影像，受天气、光线影响较大；
3. 无法应用于室内测量，小货车在4米左右，一般货车在10~16米左右，大货车在21米左右，若不能合理配置测量相机，使被测物体全部处于相机所形成的测量场中，就不能够完整地测量出被测车辆的长宽高参数；
4. 占用场地太大，不适合场地较小的检测站使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够在各种环境下均能准确测量车辆外轮廓尺寸的可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，包括上位机、驱动装置、导轨、移动支架及固定在移动支架两侧的第一激光扫描装置和第二激光扫描装置，导轨平行于待测车辆的长度方向，驱动装置驱动移动支架沿导轨定向匀速移动，其特征在于：所述测量方法的具体步骤为：
S101，按周期t n 采样待测车辆外轮廓基于第一激光扫描装置测站坐标系下平行于待测车辆长度方向的竖直平面X 1 Z 1 的坐标数据(x 1i ，z 11i )和垂直于待测车辆长度方向的水平面Y 1 Z 1 的坐标数据(y 1i ，z 12i )，i∈[1，t n ]，i、n均为整数，1≤n≤T 1 ，T 1 为第一激光扫描装置扫描待测车辆所需要的时间；按周期t m 采样待测车辆外轮廓基于第二激光扫描装置测站坐标系下平行于待测车辆长度方向的竖直平面X 2 Z 2 的坐标数据(x 2h ，z 21h )和垂直于待测车辆长度方向的水平面Y 2 Z 2 的坐标数据(y 2h ，z 22h )，h∈[1，t m ]，h、m均为整数，1≤m≤T 2 ，T 2 为第二激光扫描装置扫描待测车辆所需要的时间；
S102，第一激光扫描装置和第二激光扫描装置将步骤S101中的采样坐标数据上传至上位机进行数字滤波处理；
S103，根据至少两组数字滤波处理后的周期t n 内的采样值x 1j ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f n (x 1j )，同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 11j }，其中1≤j≤J，J为数字滤波后周期t n 内采样总数；根据至少两组数字滤波处理后的周期t n 内的采样值y 1m ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f n (y 1p )，同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 12p }，其中1≤p≤P，P为数字滤波后周期t n 内采样总数；根据至少两组数字滤波处理后的周期t m 内的采样值x 2k ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f m (x 2k )，同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 21k }，其中1≤k≤K，K为数字滤波后周期t m 内采样总数；根据至少两组数字滤波处理后的周期t m 内的采样值y 2n ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f m (y 2s )，同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 22s }，其中1≤s≤S，S为数字滤波后周期t m 内采样总数；
S104，根据f n (x 1j )计算f n (x 1j )在周期t n 内的极大值BX 1n 和极小值LX 1n ；根据f n (y 1p )计算f n (y 1p )在周期t n 内的极大值BY 1n 和极小值LY 1n ；根据f m (x 2k )计算f m (x 2k )在周期t m 内的极大值BX 2m 和极小值LX 2m ；根据f m (y 2s )计算f m (y 2s )在周期t m 内的极大值BY 2m 和极小值LY 2m ；
S105，将各周期t n 内的极大值BX 1n 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DX 1 ；将各周期t n 内的极大值BY 1n 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DY 1 ；上位机（6）将各周期t m 内的极大值BX 2m 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DX 2 ；将各周期t m 内的极大值BY 2m 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DY 2 ；上位机（6）将各周期t n 内的极小值LX 1n 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LX 1 ；将各周期t n 内的极小值LY 1n 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LY 1 ；上位机（6）将各周期t m 内的极小值LX 2m 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LX 2 ；将各周期t m 内的极小值LY 2m 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LY 2 ；
S106，依次计算序列DX 1 的最大值DX 1max ，计算序列LX 1 的最小值LX 1min ，计算序列DX 2 的最大值DX 2max ，计算序列LX 2 的最小值LX 2min ，计算序列DY 1 的最大值DY 1max ，计算序列LY 1 的最小值LY 1min ，计算序列DY 2 的最大值DY 2max ，计算序列LY 2 的最小值LY 2min ，计算序列{z 11j }的最大值BZ 11max 和最小值LZ 11min ，计算序列{z 12p }的最大值BZ 12max 和最小值LZ 12min ，计算序列{z 21k }的最大值BZ 21max 和最小值LZ 21min ，计算序列{z 22s }的最大值BZ 22max 和最小值LZ 22min ；
S107，按公式H=max{(DX 1max ―LX 1min )，(DX 2max ―LX 2min )}计算待测车辆外轮廓高度H；按公式W=max{(DY 1max ―LY 1min )，(LY 2max ―LY 2min )}计算待测车辆外轮廓宽度W；按公式
L=max{(v 1 ·Σt n +v 2 ·Σt m )/2，|BZ 11max ―LZ 11min |，|BZ 12max ―LZ 12min |，|BZ 21max ―LZ 21min |，|BZ 22max ―LZ 22min |}
计算待测车辆外轮廓长度L；其中，第一激光扫描装置的移动速度v 1 和第二激光扫描装置的移动速度v 2 均为已知设定量；Σt n =t 1 +t 2 +…t n ，n=T 1 ；Σt m =t 1 +t 2 +…t m ，m=T 2 。
优选的，步骤S101中所述第一激光扫描装置测站坐标系是以第一激光扫描装置的激光发射点为坐标原点，以竖直方向为X 1 轴，以水平且垂直于待测车辆的长度方向的方向为Y 1 轴，以水平且平行于待测车辆的长度方向的方向为Z 1 轴建立的坐标系，X 1 轴与Y 1 轴所在的平面为所述竖直平面X 1 Z 1 ，Y 1 轴与Z 1 轴所在的平面为所述水平面Y 1 Z 1 ；此测站坐标系下待测车辆各平面采样点的三维坐标通用表达式为：
x 1 =cosα 1 ·sinβ 1 ·w 1 /sin(α 1 +β 1 )，
y 1 =sinα 1 ·cosθ 1 ·sinβ 1 ·w 1 /sin(α 1 +β 1 )，
z 1 =sinθ 1 ·sinβ 1 ·sinα 1 ·w 1 /sin(α 1 +β 1 )；
其中，α 1 为第一激光扫描装置发射光线与第一激光扫描装置基线的夹角，β 1 为第一激光扫描装置入射光线与第一激光扫描装置基线的夹角，θ 1 为激光扫描装置的轴向自旋转角，w 1 为第一激光扫描装置基线的长度。
优选的，步骤S101中所述第二激光扫描装置测站坐标系是以第二激光扫描装置的激光发射点为坐标原点，以竖直方向为X 2 轴，以水平且垂直于待测车辆的长度方向的方向为Y 2 轴，以水平且平行于待测车辆的长度方向的方向为Z 2 轴建立的坐标系，X 2 轴与Y 2 轴所在的平面为所述竖直平面X 2 Y 2 ，Y 2 轴与Z 2 轴所在的平面为所述水平面Y 2 Z 2 ；此测站坐标系下待测车辆各平面采样点的三维坐标通用表达式为：
X 2 =cosα 2 ·sinβ 2 ·w 2 /sin(α 2 +β 2 )，
Y 2 =sinα 2 ·cosθ 2 ·sinβ 2 ·w 2 /sin(α 2 +β 2 )，
Z 2 =sinθ 2 ·sinβ 2 ·sinα 2 ·w 2 /sin(α 2 +β 2 )；
其中，α 2 为第二激光扫描装置发射光线与第二激光扫描装置基线的夹角，β 2 为第二激光扫描装置入射光线与第二激光扫描装置基线的夹角，θ 2 为第二激光扫描装置的轴向自旋转角，w 2 为第二激光扫描装置基线的长度。
优选的，步骤S101中所述按周期t n 采样或按周期t m 采样的采样方法为：
当按周期t n 采样待测车辆外轮廓基于第一激光扫描装置测站坐标系下X 1 Z 1 平面的坐标数据(x 1i ，z 11i )时，则按周期t m 采样待测车辆外轮廓基于第二激光扫描装置测站坐标系下Y 2 Z 2 平面的坐标数据(y 2h ，z 22h )；反之，当按周期t n 采样待测车辆外轮廓基于第一激光扫描装置测站坐标系下Y 1 Z 1 平面的坐标数据(y 1i ，z 12i )时，则按周期t m 采样待测车辆外轮廓基于第二激光扫描装置测站坐标系下X 2 Z 2 平面的坐标数据(x 2h ，z 21h )。
优选的，步骤S102中所述上位机将采样数据进行数字滤波处理的方法为：在X 1 Z 1 平面内，保留||y 1i+1 |―|y 1i ||<ε的采样坐标数据，在X 2 Z 2 平面内，保留||y 2h+1 |―|y 2h ||<ε的采样坐标数据，在Y 1 Z 1 平面内，保留||x 1i+1 |―|x 1i ||<ε的采样坐标数据，在Y 2 Z 2 平面内，保留|| x 2h+1 |―|x 2h ||<ε的采样坐标数据，其中ε≤0.001。
优选的，所述驱动装置装载在移动支架的底部并与导轨联接，驱动装置采用伺服电机作为动力源。
优选的，所述第一激光扫描装置和第二激光扫描装置相向正对安装在移动支架两立柱上端内侧。
优选的，步骤S102中第一激光扫描装置和第二激光扫描装置将步骤S101中的采样坐标数据上传至上位机所采用的上传通信方式为半双工RS485通信。
与现有技术相比，本发明的可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法所具有的有益效果是：
该测量方法采用在测站坐标系进行坐标数据采样并通过数字滤波和高阶多项式拟合求极值的方法获取相关采样数据并根据该采样数据计算待测车辆外轮廓的长度、高度和宽度，可以有效消除因物体的边和角信息，或摄取物体边角不准确存在的误差，解决被摄物体的最暗和最亮部分成像模糊得不到完整影像，而受天气、光线影响较大的问题。
实现该方法的装置采用两个相向正对的激光扫描装置分别从两侧进行分工测量，提高了待测车辆外轮廓的长度、高度和宽度测量的准确度和测量效率；且该装置适用于各种环境安装，如室内、小场地等，而且不需要增加用户基础建设成本；利用该测量方法的装置可以准确地全自动测量全系车型的外轮廓尺寸，测量无死角且结果准确，移动支架的定向匀速移动，保证了周期采样的连续性，从而保证了测量的准确度。
附图说明
图1 可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法流程图。
图2 实现可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法的装置示意图。
图3 图2中A处局部放大图。
图4 图2中B处局部放大图。
图5 第一激光扫描装置和第二激光扫描装置测站坐标系示意图。
图6 单位采样周期内的拟合曲线示意图
图中：1、第一激光扫描装置 2、第二激光扫描装置 3、移动支架 4、导轨 5、驱动装置 6、上位机 7、待测车辆 8、激光发射点 9、激光接收点 10、基线 11、发射光线 12、入射光线 13、透镜 14、扫描棱镜 15、被测物 16、发射光线与基线夹角 17、入射光线与基线夹角 18、轴向自旋转角。
具体实施方式
图1~6是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~6对本发明可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法的具体实施方式做进一步详细说明。
参照图1：图1是可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法流程图，包括如下步骤：
步骤S101，按周期t n 采样待测车辆7外轮廓基于第一激光扫描装置1测站坐标系下平行于待测车辆7长度方向的竖直平面即X 1 Z 1 平面和垂直于待测车辆7长度方向的水平面即Y 1 Z 1 平面的坐标数据(x 1i ，z 11i )和(y 1i ，z 12i )，i∈[1，t n ]，i、n均为整数，1≤n≤T 1 ，T 1 为第一激光扫描装置1扫描待测车辆7所需要的时间；按周期t m 采样待测车辆外轮廓基于第二激光扫描装置2测站坐标系下平行于待测车辆7长度方向的竖直平面即X 2 Z 2 平面和垂直于待测车辆7长度方向的水平面即Y 2 Z 2 平面的坐标数据(x 2h ，z 21h )和(y 2h ，z 22h )，h∈[1，t m ]，h、m均为整数，1≤m≤T 2 ，T 2 为第二激光扫描装置2扫描待测车辆7所需要的时间；
第一激光扫描装置1的测站坐标系是以第一激光扫描装置1的激光发射点8为坐标原点，以竖直方向为X 1 轴，以水平且垂直于待测车辆7的长度方向的方向为Y 1 轴，以水平且平行于待测车辆7的长度方向的方向为Z 1 轴建立的坐标系，X 1 轴与Y 1 轴所在的平面为所述竖直平面X 1 Z 1 ，Y 1 轴与Z 1 轴所在的平面为所述水平面Y 1 Z 1 ；此测站坐标系下待测车辆7各平面采样点的三维坐标通用表达式为：
x 1 =cosα 1 ·sinβ 1 ·w 1 /sin(α 1 +β 1 )，
y 1 =sinα 1 ·cosθ 1 ·sinβ 1 ·w 1 /sin(α 1 +β 1 )，
z 1 =sinθ 1 ·sinβ 1 ·sinα 1 ·w 1 /sin(α 1 +β 1 )；
其中，α 1 为第一激光扫描装置1的发射光线11与第一激光扫描装置1的基线10的夹角，β 1 为第一激光扫描装置1的入射光线12与第一激光扫描装置1的基线10的夹角，θ 1 为激光扫描装置1的轴向自旋转角18，w 1 为第一激光扫描装置1的基线10的长度。
第二激光扫描装置2的测站坐标系是以第二激光扫描装置2的激光发射点8为坐标原点，以竖直方向为X 2 轴，以水平且垂直于待测车辆7的长度方向的方向为Y 2 轴，以水平且平行于待测车辆7的长度方向的方向为Z 2 轴建立的坐标系，X 2 轴与Y 2 轴所在的平面为所述竖直平面X 2 Y 2 ，Y 2 轴与Z 2 轴所在的平面为所述水平面Y 2 Z 2 ；此测站坐标系下待测车辆7各平面采样点的三维坐标通用表达式为：
X 2 =cosα 2 ·sinβ 2 ·w 2 /sin(α 2 +β 2 )，
Y 2 =sinα 2 ·cosθ 2 ·sinβ 2 ·w 2 /sin(α 2 +β 2 )，
Z 2 =sinθ 2 ·sinβ 2 ·sinα 2 ·w 2 /sin(α 2 +β 2 )；
其中，α 2 为第二激光扫描装置2的发射光线11与第二激光扫描装置2的基线10的夹角，β 2 为第二激光扫描装置2的入射光线12与第二激光扫描装置2的基线10的夹角，θ 2 为第二激光扫描装置2的轴向自旋转角18，w 2 为第二激光扫描装置2的基线10的长度。
当按周期t n 采样待测车辆7外轮廓基于第一激光扫描装置1的测站坐标系下X 1 Z 1 平面的坐标数据(x 1i ，z 11i )时，则按周期t m 只能采样待测车辆7外轮廓基于第二激光扫描装置2的测站坐标系下Y 2 Z 2 平面的坐标数据(y 2h ，z 22h )；反之，当按周期t n 采样待测车辆7外轮廓基于第一激光扫描装置1的测站坐标系下Y 1 Z 1 平面的坐标数据(y 1i ，z 12i )时，则按周期t m 只能采样待测车辆7外轮廓基于第二激光扫描装置2的测站坐标系下X 2 Z 2 平面的坐标数据(x 2h ，z 21h )；这样做的目的是为了提高测量效率和测量精度，通过第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2对同一法平面的两次不同测量的采样数据进行拟合平均滤波以获得更加准确的测量数据。比如，当待测车辆7被从头部扫描到尾部时，第一激光扫描装置1扫描在其测站坐标系下X 1 Z 1 平面的坐标数据(x 1i ，z 11i )，而此时第二激光扫描装置2扫描在其测站坐标系下Y 2 Z 2 平面的坐标数据(y 2h ，z 22h )；而当待测车辆7被从尾部扫描到头部时，则第一激光扫描装置1扫描在其测站坐标系下Y 1 Z 1 平面的坐标数据(y 1i ，z 12i )，而第二激光扫描装置2扫描在其测站坐标系下X 2 Z 2 平面的坐标数据(x 2h ，z 21h )；也就是说第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2要对待测待测车辆7分别进行至少一次两个不同法平面的扫描。
步骤S102，上位机6将采样数据进行数字滤波处理；数字滤波处理的方法为：在X 1 Z 1 平面内，保留||y 1i+1 |―|y 1i ||<ε的采样坐标数据，在X 2 Z 2 平面内，保留||y 2h+1 |―|y 2h ||<ε的采样坐标数据，在Y 1 Z 1 平面内，保留||x 1i+1 |―|x 1i ||<ε的采样坐标数据，在Y 2 Z 2 平面内，保留||x 2h+1 |―|x 2h ||<ε的采样坐标数据，其中ε≤0.001。此滤波方法的目的是将不在同一测站坐标系下同一法平面的数据剔除，保证采样数据均处于同一测站坐标系下的同一法平面，以便于后期上位机6的高阶多项式拟合。
对于第一激光扫描装置1或第二激光扫描装置2来说，测站坐标系下法平面扫描判定的方式为：当第一激光扫描装置1扫描测站坐标系下X 1 Z 1 平面的坐标数据(x 1i ，z 11i )，且出现周期t n 内连续大于四个以上的采样坐标数据||y 1i+1 |―|y 1i ||＞b时，则判定第一激光扫描装置1已偏离X 1 Z 1 平面扫描，上位机6控制第一激光扫描装置1返回X 1 Z 1 平面继续扫描；b值可根据精度的需求，选取的大小灵活，可取0.1、0.5等；对于其他平面的扫描可推知，即当垂直于扫描平面的法向坐标相邻采样值大于一个设定值b时，则上位机6认为第一激光扫描装置1或第二激光扫描装置2其扫描偏离该平面，进而控制第一激光扫描装置1或第二激光扫描装置2回到该扫描平面。
步骤S103，上位机6根据至少两组数字滤波处理后的周期t n 内的采样值x 1j ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f n (x 1j )，上位机6同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 11j }，其中1≤j≤J，J为数字滤波后周期t n 内采样总数；上位机6根据至少两组数字滤波处理后的周期t n 内的采样值y 1m ，采用至少二阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f n (y 1p )，上位机6同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 12p }，其中1≤p≤P，P为数字滤波后周期t n 内采样总数；上位机6根据至少两组数字滤波处理后的周期t m 内的采样值x 2k ，采用至少二阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f m (x 2k )，上位机6同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 21k }，其中1≤k≤K，K为数字滤波后周期t m 内采样总数；上位机6根据至少两组数字滤波处理后的周期t m 内的采样值y 2n ，采用至少二阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f m (y 2s )，上位机6同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 22s }，其中1≤s≤S，S为数字滤波后周期t m 内采样总数；
步骤S104，上位机6根据f n (x 1j )计算f n (x 1j )在周期t n 内的极大值BX 1n 和极小值LX 1n ；上位机6根据f n (y 1p )计算f n (y 1p )在周期t n 内的极大值BY 1n 和极小值LY 1n ；上位机6根据f m (x 2k )计算f m (x 2k )在周期t m 内的极大值BX 2m 和极小值LX 2m ；上位机6根据f m (y 2s )计算f m (y 2s )在周期t m 内的极大值BY 2m 和极小值LY 2m ；
步骤S105，上位机6将各周期t n 内的极大值BX 1n 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DX 1 ；将各周期t n 内的极大值BY 1n 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DY 1 ；上位机6将各周期t m 内的极大值BX 2m 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DX 2 ；将各周期t m 内的极大值BY 2m 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DY 2 ；上位机6将各周期t n 内的极小值LX 1n 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LX 1 ；将各周期t n 内的极小值LY 1n 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LY 1 ；上位机6将各周期t m 内的极小值LX 2m 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LX 2 ；将各周期t m 内的极小值LY 2m 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LY 2 ；
步骤106，上位机6依次计算序列DX 1 的最大值DX 1max ，计算序列LX 1 的最小值LX 1min ，计算序列DX 2 的最大值DX 2max ，计算序列LX 2 的最小值LX 2min ，计算序列DY 1 的最大值DY 1max ，计算序列LY 1 的最小值LY 1min ，计算序列DY 2 的最大值DY 2max ，计算序列LY 2 的最小值LY 2min ，计算序列{z 11j }的最大值BZ 11max 和最小值LZ 11min ，计算序列{z 12p }的最大值BZ 12max 和最小值LZ 12min ，计算序列{z 21k }的最大值BZ 21max 和最小值LZ 21min ，计算序列{z 22s }的最大值BZ 22max 和最小值LZ 22min ；
步骤107，上位机6按公式H=max{(DX 1max ―LX 1min )，(DX 2max ―LX 2min )}计算待测车辆7的高度H；上位机6按公式W=max{(DY 1max ―LY 1min )，(LY 2max ―LY 2min )}计算待测车辆7的宽度W；上位机6按公式
L=max{(v 1 ·Σt n +v 2 ·Σt m )/2，|BZ 11max ―LZ 11min |，|BZ 12max ―LZ 12min |，|BZ 21max ―LZ 21min |，|BZ 22max ―LZ 22min |}
计算待测车辆7的长度L；其中，扫描装置1的移动速度v 1 和扫描装置2的移动速度v 2 均为已知设定量；Σt n =t 1 +t 2 +…t n ，n=T 1 ；Σt m =t 1 +t 2 +…t m ，m=T 2 。
参照图2、图3和图4：图2是实现可移动式激光扫描待测车辆外轮廓尺寸的测量方法的装置示意图和图2中A处和B处的局部放大图，包括上位机6、驱动装置5、导轨4、移动支架3及固定在移动支架3的两侧并相向正对的第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2；驱动装置5驱动移动支架3沿导轨4定向匀速移动，第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2对待测车辆7的车身数据周期采样，并将该采样数据发送至上位机6，上位机6根据该采样数据利用所述可移动式激光扫描待测车辆外轮廓尺寸的测量方法计算输出待测车辆7的长度、高度和宽度。
驱动装置5装载在移动支架3的底部并与导轨4联接，驱动装置5采用伺服电机作为动力源。第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2相向正对安装在移动支架3两立柱上端内侧；第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2为光束激光器，如红外光束激光器。第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2与上位机6的数据通信方式为半双工RS485通信。
第一激光扫描装置1或第二激光扫描装置2可以由上位机6控制其内部的步进电机的具体动作，从而驱动控制其进行各自测站坐标系下360°范围内的全景扫描。
实现可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸测量方法的装置的测量过程为：待测车辆7驶入两导轨4之间，然后第一激光扫描仪1和第二激光扫描仪2随移动支架3从待测车辆7的车头向车尾移动，分别从待测车辆7的两侧及顶部对待测车辆7进行测量，完成采样数据的周期采集并通过半双工RS485通信方式上传至上位机6。上位机6按照参照图1所示的步骤流程，分析计算得到待测车辆7外轮廓的长度L、宽度W、高度H；便于相关部门将此数据与待测车辆7的原始外廓尺寸数据进行比对和判定，提高对待测车辆的监督管理效率、灵活其管理方式。由于只是各法平面的坐标数据点采集，克服了因无法显示被摄物体的边和角信息，或摄取物体边角不准确存在误差或者在遇到非直角和非直边时误差会更大的不足；而且避免了因被摄物体的最暗和最亮部分成像模糊得不到完整影像，受天气、光线影响较大的问题。
参照图5：图5是第一激光扫描装置和第二激光扫描装置测站坐标系示意图；第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2的扫描方式均通过激光发射点8、激光接收点9、基线10、发射光线11、入射光线12、透镜13和扫描棱镜14来实现；其中，激光发射点8射出的光线经扫描棱镜14后变为发射光线11发射到被测物15上，发射光线11经被测物15反射后变为入射光线12，入射光线12经透镜13聚光后被激光接收点9接收。对于第一激光扫描装置1来说，发射光线与基线夹角16即为α 1 ，入射光线与基线夹角17即为β 1 ，基线10的长度为w 1 ，第一激光扫描装置1对应的的轴向自旋转角18即为θ 1 ，相应的测站坐标系为X 1 Y 1 Z 1 ；对于第二激光扫描装置2来说，发射光线与基线夹角16即为α 2 ，入射光线与基线夹角17即为β 2 ，基线10的长度为w 2 ，第二激光扫描装置2的轴向自旋转角18即为θ 2 ，相应的测站坐标系为X 2 Y 2 Z 2 ；上述角度可通过激光扫描装置自身的角度传感器获得。
参照图6：图6是单位采样周期内的拟合曲线示意图，示意的是第二激光扫描装置2按周期t m 采样的待测车辆7外轮廓基于第二激光扫描装置2测站坐标系下X 2 Z 2 平面的坐标数据(x 2h ，z 21h )所得出的拟合曲线函数f m (x 2k )，并获得相应滤波位移数列{z 21k }，图中的O、U、E、Q、V各点为函数f m (x 2k )在该采样周期t m 内的极小值点，而图中的C、D、F、G各点为函数f m (x 2k )在该采样周期t m 内的极大值点，之所以出现这样的拟合曲线，与待测车辆7的实际状态有关，一般待测车辆7的表面是不平整的尤其在高度上受车身曲线或是装载货物高度不同的影响，这样拟合的好处是可以很好的侦测到待测车辆高点集合，以便准确的获得待测车辆7的高度，很显然图中最大极大值点与最小极小值点的差值即为该周期t m 内待测车辆7外轮廓的高度值，而当把所有周期t m 内的极大值点与极小值点差值的大小的最大值求出来即为待测车辆7外轮廓的最终确定高度值。一般上位机6采用的软件可以很好的进行采样数据的滤波、拟合和求取极值等，如常用的MATLAB工具；如若进行采样数据的滤波可以根据方案：在X 2 Z 2 平面内，保留||y 2h+1 |―|y 2h ||<0.001的坐标采样数据，采用abs命令等进行M文件的编写以达到滤波的效果；而滤波数据的拟合常采用的函数命令有polyfit或采用cftool工具箱进行可视化操作，可进行多阶拟合以达到准确的拟合效果；求取函数极值可转化为符号函数运算采用求解一阶和二阶导数的方式进行求解（常用命令syms、diff、double、solve、subs等命令编写M文件，利用一阶导数为零，二阶导数小于零，则为极大值点反之为极小值点的原理进行求解）或采用fminbnd命令编写M文件进行求解，这也是为什么周期采样坐标数据的原因，可以将采样周期限定在一个很小的范围内，有利于准确求出极大值和极小值；而求最大值或最小值则可以采用命令max或min进行M文件的编写以获得相应数据。
以上是以第二激光扫描装置2测站坐标系下X 2 Z 2 平面的坐标数据的拟合计算来求得待测车辆7外轮廓高度的说明，而第二激光扫描装置2测站坐标系下Y 2 Z 2 平面坐标数据拟合计算待测车辆7外轮廓宽度的方法据此可以推知；同样的方法适用于第一激光扫描装置1扫描X 1 Z 1 平面计算待测车辆7外轮廓高度和第一激光扫描装置1扫描Y 1 Z 1 平面计算待测车辆7外轮廓宽度的情况。第一激光扫描装置1和第二激光扫描装置2计算出的结果取其中较大的作为最终待测车辆7外轮廓宽度和高度，也即按公式
H=max{(DX 1max ―LX 1min )，(DX 2max ―LX 2min )}计算待测车辆7的高度H；
按公式W=max{(DY 1max ―LY 1min )，(LY 2max ―LY 2min )}计算待测车辆7的宽度W。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，包括上位机（6）、驱动装置（5）、导轨（4）、移动支架（3）及固定在移动支架（3）两侧的第一激光扫描装置（1）和第二激光扫描装置（2），导轨（4）平行于待测车辆（7）的长度方向，驱动装置（5）驱动移动支架（3）沿导轨（4）定向匀速移动，其特征在于：所述测量方法的具体步骤为：
S101，按周期t n 采样待测车辆（7）外轮廓基于第一激光扫描装置（1）测站坐标系下平行于待测车辆（7）长度方向的竖直平面X 1 Z 1 的坐标数据(x 1i ，z 11i )和垂直于待测车辆（7）长度方向的水平面Y 1 Z 1 的坐标数据(y 1i ，z 12i )，i∈[1，t n ]，i、n均为整数，1≤n≤T 1 ，T 1 为第一激光扫描装置（1）扫描待测车辆（7）所需要的时间；按周期t m 采样待测车辆（7）外轮廓基于第二激光扫描装置（2）测站坐标系下平行于待测车辆（7）长度方向的竖直平面X 2 Z 2 的坐标数据(x 2h ，z 21h )和垂直于待测车辆（7）长度方向的水平面Y 2 Z 2 的坐标数据(y 2h ，z 22h )，h∈[1，t m ]，h、m均为整数，1≤m≤T 2 ，T 2 为第二激光扫描装置（2）扫描待测车辆（7）所需要的时间；
S102，第一激光扫描装置（1）和第二激光扫描装置（2）将步骤S101中的采样坐标数据上传至上位机（6）进行数字滤波处理；
S103，根据至少两组数字滤波处理后的周期t n 内的采样值x 1j ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f n (x 1j )，同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 11j }，其中1≤j≤J，J为数字滤波后周期t n 内采样总数；根据至少两组数字滤波处理后的周期t n 内的采样值y 1m ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f n (y 1p )，同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 12p }，其中1≤p≤P，P为数字滤波后周期t n 内采样总数；根据至少两组数字滤波处理后的周期t m 内的采样值x 2k ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f m (x 2k )，同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 21k }，其中1≤k≤K，K为数字滤波后周期t m 内采样总数；根据至少两组数字滤波处理后的周期t m 内的采样值y 2n ，采用至少2阶的多项式拟合方法来获得拟合函数f m (y 2s )，同时获得其数字滤波后对应的位移数列{z 22s }，其中1≤s≤S，S为数字滤波后周期t m 内采样总数；
S104，根据f n (x 1j )计算f n (x 1j )在周期t n 内的极大值BX 1n 和极小值LX 1n ；根据f n (y 1p )计算f n (y 1p )在周期t n 内的极大值BY 1n 和极小值LY 1n ；根据f m (x 2k )计算f m (x 2k )在周期t m 内的极大值BX 2m 和极小值LX 2m ；根据f m (y 2s )计算f m (y 2s )在周期t m 内的极大值BY 2m 和极小值LY 2m ；
S105，将各周期t n 内的极大值BX 1n 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DX 1 ；将各周期t n 内的极大值BY 1n 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DY 1 ；上位机（6）将各周期t m 内的极大值BX 2m 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DX 2 ；将各周期t m 内的极大值BY 2m 的绝对值按照由大到小的顺序排序获得序列DY 2 ；上位机（6）将各周期t n 内的极小值LX 1n 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LX 1 ；将各周期t n 内的极小值LY 1n 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LY 1 ；上位机（6）将各周期t m 内的极小值LX 2m 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LX 2 ；将各周期t m 内的极小值LY 2m 的绝对值按照由小到大的顺序排序获得序列LY 2 ；
S106，依次计算序列DX 1 的最大值DX 1max ，计算序列LX 1 的最小值LX 1min ，计算序列DX 2 的最大值DX 2max ，计算序列LX 2 的最小值LX 2min ，计算序列DY 1 的最大值DY 1max ，计算序列LY 1 的最小值LY 1min ，计算序列DY 2 的最大值DY 2max ，计算序列LY 2 的最小值LY 2min ，计算序列{z 11j }的最大值BZ 11max 和最小值LZ 11min ，计算序列{z 12p }的最大值BZ 12max 和最小值LZ 12min ，计算序列{z 21k }的最大值BZ 21max 和最小值LZ 21min ，计算序列{z 22s }的最大值BZ 22max 和最小值LZ 22min ；
S107，按公式H=max{(DX 1max ―LX 1min )，(DX 2max ―LX 2min )}计算待测车辆（7）外轮廓高度H；按公式W=max{(DY 1max ―LY 1min )，(LY 2max ―LY 2min )}计算待测车辆（7）外轮廓宽度W；按公式
L=max{(v 1 ·Σt n +v 2 ·Σt m )/2，|BZ 11max ―LZ 11min |，|BZ 12max ―LZ 12min |，|BZ 21max ―LZ 21min |，|BZ 22max ―LZ 22min |}
计算待测车辆（7）外轮廓长度L；其中，第一激光扫描装置（1）的移动速度v 1 和第二激光扫描装置（2）的移动速度v 2 均为已知设定量；Σt n =t 1 +t 2 +…t n ，n=T 1 ；Σt m =t 1 +t 2 +…t m ，m=T 2 。
2.根据权利要求1所述的一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，其特征在于：步骤S101中所述第一激光扫描装置（1）测站坐标系是以第一激光扫描装置（1）的激光发射点（8）为坐标原点，以竖直方向为X 1 轴，以水平且垂直于待测车辆（7）的长度方向的方向为Y 1 轴，以水平且平行于待测车辆（7）的长度方向的方向为Z 1 轴建立的坐标系，X 1 轴与Y 1 轴所在的平面为所述竖直平面X 1 Z 1 ，Y 1 轴与Z 1 轴所在的平面为所述水平面Y 1 Z 1 。
3.根据权利要求1所述的一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，其特征在于：步骤S101中所述第二激光扫描装置（2）测站坐标系是以第二激光扫描装置（2）的激光发射点（8）为坐标原点，以竖直方向为X 2 轴，以水平且垂直于待测车辆（7）的长度方向的方向为Y 2 轴，以水平且平行于待测车辆（7）的长度方向的方向为Z 2 轴建立的坐标系，X 2 轴与Y 2 轴所在的平面为所述竖直平面X 2 Y 2 ，Y 2 轴与Z 2 轴所在的平面为所述水平面Y 2 Z 2 。
4.根据权利要求1所述的一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，其特征在于：步骤S101中所述按周期t n 采样或按周期t m 采样的采样方法为：
当按周期t n 采样所述坐标数据(x 1i ，z 11i )时，则按周期t m 采样所述坐标数据(y 2h ，z 22h )；当按周期t n 采样所述坐标数据(y 1i ，z 12i )时，则按周期t m 采样所述坐标数据(x 2h ，z 21h )。
5.根据权利要求1所述的一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，其特征在于：步骤S102中所述将采样数据进行数字滤波处理的方法为：在竖直平面X 1 Z 1 内，保留|| y 1i+1 |―|y 1i ||<ε的采样坐标数据，在竖直平面X 2 Z 2 内，保留||y 2h+1 |―|y 2h ||<ε的采样坐标数据，在水平面Y 1 Z 1 内，保留||x 1i+1 |―|x 1i ||<ε的采样坐标数据，在水平面Y 2 Z 2 内，保留||x 2h+1 |―|x 2h ||<ε的采样坐标数据，其中ε≤0.001。
6.根据权利要求1所述的一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，其特征在于：所述驱动装置（5）装载在移动支架（3）的底部并与导轨（4）联接，驱动装置（5）采用伺服电机作为动力源。
7.根据权利要求1所述的一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，其特征在于：所述第一激光扫描装置（1）和第二激光扫描装置（2）相向正对安装在移动支架（3）两立柱上端内侧。
8.根据权利要求1所述的一种可移动式激光扫描车辆外轮廓尺寸的测量方法，其特征在于：步骤S102中第一激光扫描装置（1）和第二激光扫描装置（2）将步骤S101中的采样坐标数据上传至上位机（6）所采用的上传通信方式为半双工RS485通信。
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