CN106767450B - 一种基于函数标定的车辆超高超宽检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于函数标定的车辆超高超宽检测系统及方法，其利用系统中光带型激光发射器的投射角度及其与图像采集装置拍摄方位的几何位置关系，由检测控制处理装置通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的水平位移情况和长度情况，再利用预先通过函数标定而建立的车辆高宽测算函数模型测算出车辆的最大高度值和最大宽度值，从而实现非接触式的车辆超高超宽检测，其系统结构简单，实用性强，测量精度较高，并能够达到毫秒级的检测速率，能够实现保持长期运行执行自动在线的多辆车辆不停车连续检测和超高/超宽报警指示，避免造成交通堵塞的问题，具有很好的推广应用前景。

Description

一种基于函数标定的车辆超高超宽检测系统及方法

技术领域

本发明涉及交通运输安全检测技术领域，尤其涉及一种基于函数标定的车辆超高超宽检测系统及方法。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，我国高速公路建设和公路运输规模都得到了前所未有的发展，由此带来的车辆超限超载现象也日益严重。超限运输一方面会缩短公路和桥梁的使用寿命，另一方面会造成车体形状的改变及车辆性能的下降，形成交通安全的严重隐患。因此，车辆超限检测对于确保公路畅通、维护道路产权、保证运输安全及运输市场的健康发展都将起到重要作用。

目前，车辆超高超宽治理是治超工作的重要组成部分，大多还处于人工阶段，主要是依靠执法人员拦截，经人工检测确实超限，再引导到停车场，接受对其超限的处理。但这种检查方式存在如下的问题：一是需要较多的执法人员执法成本高；二是容易危及到执法人员的人身安全；三是很难做到真正意义上的24小时不间断检查。

为此用于智能检测车辆超高超宽的检测方法得到研究，如：车辆超宽超高定量检测装置(201120232493.3)公开了一种车辆超宽超高定量检测装置，当车辆通过检测通道时,可以自动完成对车辆的高度和宽度检测；一种城市隧道的自动超高车辆检测系统(201320097314.9)公开了一种使用雷达发射探头实现超高检测的系统；一种基于激光测距的车辆超高超宽监控方法(201410684562.2)公开了一种基于激光测距的车辆超高超宽监控方法，采用LMS二维激光测距传感器,实现对行进车辆的宽高检测和超限声光报警；一种通过激光自动测量物体宽高的方法(201410684812.2)公开了一种通过激光测距传感器左右运动和上下运动分析得出物体的宽度和高度的方法。这些发明大多是利用激光或者超声波对车辆的高度和宽度进行检测，但是这些检测方法主要存在三个问题：

一是，当车载货物存在部位(如钢筋、支架)伸出车外时，这些体积不大的物体可能会被漏测，造成测量结果存在较大误差；

二是，结构复杂，需要布设多种类型的多个传感器进行同步实时采集；

三是，检测过程中需要车辆在检测区域停留，难以实现不停车连续检测，从而容易造成交通堵塞。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明目的在于提供一种结构简单、实用性强、测量精度较高的基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，且其能够保持长期运行执行自动在线的不停车连续检测，避免造成交通堵塞的问题。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，包括架设在水平路面车道上方的光带型激光发射器和图像采集装置，以及检测控制处理装置和报警指示器；

所述光带型激光发射器用于倾斜向下发射出一道平面激光带，所发射的平面激光带与水平面的夹角为α，0°＜α＜90°，使其能够在投射到水平路面车道上后形成一条沿车道宽度方向横跨过水平路面车道的激光直线条；

所述图像采集装置的镜头轴线垂直向下设置，用于俯视向下的对平面激光带从光带型激光发射器射出后投射到水平路面车道的投射经过区域进行视频图像采集；

所述检测控制处理装置的图像数据采集端与图像采集装置的图像数据输出端进行通信连接，检测控制处理装置的信号通信端与报警指示器的信号接收端进行通信连接，且检测控制处理装置中预先通过标定存储有车辆高宽测算函数模型，所述车辆高宽测算函数模型用于记录视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系以及平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系；检测控制处理装置用于接收图像采集装置所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条以及投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段，将图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值代入至车辆高宽测算函数模型中，换算得到车辆的最大高度值和最大宽度值，分别与预设的车辆高度限值和车辆宽度限值进行比较判断车辆是否超高或超宽，且在判定车辆超高或超宽时通知报警指示器执行相应的超高指示或超宽指示操作。

上述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统中，作为改进方案，所述水平路面车道的两侧标设有能够通过图像采集识别的车道示宽标线。

上述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统中，作为改进方案，所述水平路面车道上位于图像采集装置正下方位置处标设有能够通过图像采集识别的矩形标示线框。

上述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统中，作为优选方案，所述光带型激光发射器通过横跨设置在水平路面车道上的检测门架而架设在水平路面车道的上方；所述检测门架包括两根竖立设置在水平路面车道两侧的立柱，以及沿车道宽度方向横跨设置在两根立柱上的横梁，光带型激光发射器架设安装在检测门架的横梁上。

上述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统中，作为进一步改进方案，所述光带型激光发射器上安装有第一角度传感器，用于感测光带型激光发射器的俯仰扭转角度；所述检测门架的立柱上安装有第二角度传感器，用于感测检测门架的立柱的俯仰扭转角度；

所述检测控制处理装置的角度数据采集端还分别与第一角度传感器和第二角度传感器的角度数据输出端进行电连接，用于获取第一角度传感器和第二角度传感器输出的角度数据，计算出因检测光带型激光发射器的俯仰扭转角度和检测门架的立柱的俯仰扭转角度的变化而导致由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值，从而根据所述位移误差值对车辆的最大高度值和最大宽度值的测算进行误差补偿修正。

上述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统中，作为改进方案，以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，在所述车道检测区域的车辆驶入位置处和车辆驶出位置处均设有减速带，且车道检测区域的车辆驶入位置处和车辆驶出位置处的减速带内分别设有驶入侧压电传感器和驶出侧压电传感器；所述检测控制处理装置的压电信号采集端分别与驶入侧压电传感器和驶出侧压电传感器的压电信号输出端进行电连接，且检测控制处理装置的控制信号输出端分别与光带型激光发射器和图像采集装置的启/停控制端进行电连接，用于在接收到来自驶入侧压电传感器的压电信号时控制光带型激光发射器和图像采集装置启动工作，在接收到来自驶出侧压电传感器的压电信号时控制光带型激光发射器和图像采集装置停止工作。

相应地，本发明还提供了采用上述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统的车辆超高超宽检测方法。为此，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于函数标定的车辆超高超宽检测方法，采用上述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统进行检测，该方法包括如下步骤：

A)预先对车辆超高超宽检测系统进行标定，记录视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系以及平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系，构建形成车辆高宽测算函数模型，存储在车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置中；

B)以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，在车辆经过所述车道检测区域的过程中，控制车辆超高超宽检测系统中的光带型激光发射器和图像采集装置保持工作运行状态，由图像采集装置对车辆经过车道检测区域的过程进行视频图像采集，由检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段，将图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值代入至车辆高宽测算函数模型中，换算得到车辆的最大高度值和最大宽度值；

C)车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置将测算所得车辆的最大高度值和最大宽度值分别与预设的车辆高度限值和车辆宽度限值进行比较，判断车辆是否超高或超宽，且在判定车辆超高或超宽时通知报警指示器执行相应的超高指示或超宽指示操作。

上述基于函数标定的车辆超高超宽检测方法中，具体而言，所述步骤A)中，对车辆超高超宽检测系统进行标定而构建形成车辆高宽测算函数模型的具体流程为：

a1)启动车辆超高超宽检测系统中的光带型激光发射器和图像采集装置工作运行，以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，由图像采集装置对车道检测区域进行图像采集，由光带型激光发射器倾斜向下发射出一道与水平面的夹角为α的平面激光带，0°＜α＜90°，使其能够在投射到水平路面车道上后形成一条沿车道宽度方向横跨过水平路面车道的激光直线条，并通过测量得到设置于水平路面车道上的车道检测区域内的一个预设长度标记的实际长度W_mark，输入至检测控制处理装置；

a2)由车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的图像数据，通过图像处理识别出图像数据中的预设长度标记以及由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条，并记录图像数据中所述预设长度标记的长度像素值w_mark以及由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位置，计算出图像像素当量

a3)使用已知实际最大高度H_i和实际最大宽度W_i的第i辆标定车辆驾驶经过车道检测区域，由图像采集装置对第i辆标定车辆经过车道检测区域的过程进行视频图像采集，由检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的第i辆标定车辆上形成的激光直线段，并记录图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值w_i,max及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值L_i,max，从而计算得到第i辆标定车辆的最大宽度测算值w_vi＝K·w_i,max和最大高度测算值h_vi＝tanα·K·L_i,max；

a4)使用n辆实际最大高度和实际最大宽度各不相同的标定车辆n次重复执行步骤a3)，n为大于1的自然数，得到n辆标定车辆各自对应的最大高度测算值h_v1,h_v2,…,h_vi,…,h_vn和最大宽度测算值w_v1,w_v2,…,w_vi,…,w_vn，i＝1,2,…,n；

a5)将n辆标定车辆的实际最大高度H₁,H₂,…,H_i,…,H_n与各自对应的最大高度测算值h_v1,h_v2,…,h_vi,…,h_vn进行函数拟合，得到由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系H_i＝F₁(h_vi)＝F₁(tanα·K·L_i,max)，将n辆标定车辆的实际最大宽度W₁,W₂,…,W_i,…,W_n与各自对应的最大宽度测算值w_v1,w_v2,…,w_vi,…,w_vn进行函数拟合，得到由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系W_i＝F₂(w_vi)＝F₂(K·w_i，max)，进而构建形成车辆高宽测算函数模型，存储在车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置中。

上述基于函数标定的车辆超高超宽检测方法中，作为改进方案，所述光带型激光发射器通过横跨设置在水平路面车道上的检测门架而架设在水平路面车道的上方；所述检测门架包括两根竖立设置在水平路面车道两侧的立柱，以及沿车道宽度方向横跨设置在两根立柱上的横梁，光带型激光发射器架设安装在检测门架的横梁上；所述光带型激光发射器上安装有第一角度传感器，用于感测光带型激光发射器的俯仰扭转角度；所述检测门架的立柱上安装有第二角度传感器，用于感测检测门架的立柱的俯仰扭转角度；

所述检测控制处理装置的角度数据采集端还分别与第一角度传感器和第二角度传感器的角度数据输出端进行电连接，用于获取第一角度传感器和第二角度传感器输出的角度数据，计算出因检测光带型激光发射器的俯仰扭转角度和检测门架的立柱的俯仰扭转角度的变化而导致由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值，从而根据所述位移误差值对车辆的最大高度值和最大宽度值的测算进行误差补偿修正，其误差补偿修正方式为：

计算出因检测光带型激光发射器的俯仰扭转角度和检测门架的立柱的俯仰扭转角度的变化而导致由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值ΔD：

其中，L_p为检测门架的立柱长度，α为光带型激光发射器在初始状态时所发射的平面激光带与水平面的夹角，β为检测门架的立柱在初始状态时与水平面的夹角，Δα为光带型激光发射器所发射的俯仰扭转角度，Δβ为检测门架的立柱的俯仰扭转角度；从而，在计算图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值时，将平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值ΔD计算在内，进行误差补偿修正。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明基于函数标定的车辆超高超宽监测系统，利用系统中光带型激光发射器的投射角度及其与图像采集装置拍摄方位的几何位置关系，由检测控制处理装置通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的水平位移情况和长度情况，再利用预先通过函数标定而建立的车辆高宽测算函数模型测算出车辆的最大高度值和最大宽度值，从而实现非接触式的车辆超高超宽检测。

2、本发明的车辆超高超宽监测系统，其系统结构简单，易于安装在任意环境的检测现场，实用性强，并且由于其检测方法是通过函数标定而建立的车辆高宽测算函数模型进行检测，仅存在拟合误差，测量精度较高。

3、本发明的车辆超高超宽监测系统及其检测方法，由于主要借助激光以及图像拍摄、识别处理而进行检测，其检测频率与图像拍摄的帧速相匹配，能够达到毫秒级的检测速率，检测效率高，且检测过程无需人工值守，因此能够实现保持长期运行执行自动在线的多辆车辆不停车连续检测和超高/超宽报警指示，避免造成交通堵塞的问题。

4、本发明的车辆超高超宽监测系统中还可以针对每个车道设置一组光带型激光发射器和图像采集装置，分别对每个车道的路经车辆进行超高超宽检测，从而实现多车道的车辆超高超宽自动在线检测和报警功能。

5、本发明的车辆超高超宽监测系统及其检测方法为车辆的超高超宽检测提供了新的解决方案，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1为本发明基于函数标定的车辆超高超宽检测系统的一种具体实施结构的侧视结构示意图。

图2为本发明基于函数标定的车辆超高超宽检测系统的检测原理示意图。

图3为本发明车辆超高超宽检测系统的扭转误差计算示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，如图1和图2所示，该系统包括架设在水平路面车道1上方的光带型激光发射器2和图像采集装置3，以及检测控制处理装置4和报警指示器5。其中，光带型激光发射器2用于倾斜向下发射出一道平面激光带，所发射的平面激光带与水平面的夹角为α，0°＜α＜90°，使其能够在投射到水平路面车道上后形成一条沿车道宽度方向横跨过水平路面车道的激光直线条。图像采集装置3的镜头轴线垂直向下设置，用于俯视向下的对平面激光带从光带型激光发射器射出后投射到水平路面车道的投射经过区域进行视频图像采集，使其能够采集到平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条以及投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段；如图2所示，如果没有车辆6的阻挡，平面激光带能够投射到水平路面车道上形成的激光直线条，即图2中AD连通后所形成的直线条；但由于有车辆6的阻挡，平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条被隔断为AB、CD两段，而平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成了的激光直线段EF；同时通过图1可以看到，由于平面激光带与水平面的夹角为α，0°＜α＜90°，因此平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成了的激光直线段与平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条之间存在一定的水平位移量7；这些图像信息则将通过图像采集装置进行采集。检测控制处理装置4的图像数据采集端与图像采集装置3的图像数据输出端进行通信连接，检测控制处理装置4的信号通信端与报警指示器5的信号接收端进行通信连接，且检测控制处理装置5中预先通过标定存储有车辆高宽测算函数模型，该车辆高宽测算函数模型用于记录视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系以及平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系；检测控制处理装置5用于接收图像采集装置3所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条以及投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段，将图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值代入至车辆高宽测算函数模型中，换算得到车辆的最大高度值和最大宽度值，分别与预设的车辆高度限值和车辆宽度限值进行比较判断车辆是否超高或超宽，且在判定车辆超高或超宽时通知报警指示器4执行相应的超高指示或超宽指示操作。

采用本发明基于函数标定的车辆超高超宽检测系统进行车辆超高超宽检测，主要包含有标定、测量、超高超宽对比检测三个步骤，其方法如下：

A)预先对车辆超高超宽检测系统进行标定，记录视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系以及平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系，构建形成车辆高宽测算函数模型，存储在车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置中。

该步骤是完成对车辆超高超宽检测系统进行标定，从而构建形成车辆高宽测算函数模型，其具体流程为：

a1)启动车辆超高超宽检测系统中的光带型激光发射器和图像采集装置工作运行，以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，由图像采集装置对车道检测区域进行图像采集，由光带型激光发射器倾斜向下发射出一道与水平面的夹角为α的平面激光带，0°＜α＜90°，使其能够在投射到水平路面车道上后形成一条沿车道宽度方向横跨过水平路面车道的激光直线条，并通过测量得到设置于水平路面车道上的车道检测区域内的一个预设长度标记的实际长度W_mark，输入至检测控制处理装置。

该步骤中，测量得到设置于水平路面车道上的车道检测区域内的一个预设长度标记的实际长度W_mark，是用以作为实际尺寸的参照数据，为后期的标定运算提供数据基础。设置于水平路面车道上的车道检测区域内的预设长度标记，在具体实现时可以有多种实现方式；例如，可以在水平路面车道的两侧标设能够通过图像采集识别的车道示宽标线，从而以平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条在车道两侧的车道示宽标线之间的部分作为预设长度标记，测量其实际长度；又例如，可以在水平路面车道上位于图像采集装置正下方位置处标设有能够通过图像采集识别的矩形标示线框，由此可以利用该矩形标示线框的任一边长线作为预设长度标记，测量其实际长度。

a2)由车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的图像数据，通过图像处理识别出图像数据中的预设长度标记以及由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条，并记录图像数据中所述预设长度标记的长度像素值w_mark以及由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位置，计算出图像像素当量

计算得到的图像像素当量K，是用以作为图像采集装置的图像采集尺寸的参照数据，为后期的标定运算提供数据基础。

a3)使用已知实际最大高度H_i和实际最大宽度W_i的第i辆标定车辆驾驶经过车道检测区域，由图像采集装置对第i辆标定车辆经过车道检测区域的过程进行视频图像采集，由检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的第i辆标定车辆上形成的激光直线段，并记录图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值w_i,max及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值L_i,max，从而计算得到第i辆标定车辆的最大宽度测算值w_vi＝K·w_i,max和最大高度测算值h_vi＝tanα·K·L_i,max。

这一步骤的测算过程，体现了本发明车辆超高超宽检测系统的检测原理。以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，当有车辆通过车道检测区域时，由于车辆的车身对光带型激光发射器倾斜向下发射出的平面激光带形成遮挡，故被遮挡部分会投射在车辆顶部，使得平面激光带投射到车辆上形成一道激光直线段，并且由于平面激光带是倾斜向下射出的(与水平面的夹角为α，0°＜α＜90°)，相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条而言，平面激光带投射到车辆上形成的激光直线段在水平方向上会产生一定的位移，该位移量会因车辆高度的不同而不同，车辆高度越大则该位移量越大，也就是说，由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距，与车辆实际高度之间存在对应关系；同时，由平面激光带投射到车辆上形成的激光直线段的长度也直观的反映了车辆的宽度情况。因此在第i辆标定车辆驾驶经过车道检测区域的过程中通过图像采集装置进行视频图像采集，通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的第i辆标定车辆上形成的激光直线段，用以确定该激光直线段的长度和水平位移情况；由于车身不同位置处的高度、宽度可能不尽相同，因此从视频图像数据的不同图像帧中识别出的投射到车辆上的激光直线段的位置和长度可能不尽相同，从图像帧t1～tm的m帧图像中识别出的投射到车辆上的激光直线段的长度像素值分别为w_i,t1,w_i,t2,…,w_i,tm、其各自相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值分别为L_i,t1,L_i,t2,…,L_i,tm，从其中筛选出图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值w_i，max＝max(w_i，t1，w_i，t2，…，w_i，im)及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值L_i，max＝max(L_i，t1，L_i，t2，…，L_i，tm)并加以记录，然后便能够根据几何位置关系以及图像像素当量K，初步换算得到第i辆标定车辆的最大宽度测算值w_vi和最大高度测算值h_vi，用以与第i辆标定车辆的实际最大高度H_i和实际最大宽度W_i进行数据比较。

a4)使用n辆实际最大高度和实际最大宽度各不相同的标定车辆n次重复执行步骤a3)，n为大于1的自然数，得到n辆标定车辆各自对应的最大高度测算值h_v1,h_v2,…,h_vi,…,h_vn和最大宽度测算值w_v1,w_v2,…,w_vi,…,w_vn，i＝1,2,…,n。

通过对多辆宽、高尺寸不同的标定车辆分别进行步骤a3)的测算过程，能够得到各不同的实际宽、高尺寸下对应的最大高度测算值和最大宽度测算值。

a5)将n辆标定车辆的实际最大高度H₁,H₂,…,H_i,…,H_n与各自对应的最大高度测算值h_v1,h_v2,…,h_vi,…,h_vn进行函数拟合，得到由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系H_i＝F₁(h_vi)＝F₁(tanα·K·L_i,max)，将n辆标定车辆的实际最大宽度W₁,W₂,…,W_i,…,W_n与各自对应的最大宽度测算值w_v1,w_v2,…,w_vi,…,w_vn进行函数拟合，得到由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系W_i＝F₂(w_vi)＝F₂(K·w_i，max)，进而构建形成车辆高宽测算函数模型，存储在车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置中。

借助多组不同的实际宽、高尺寸下对应的最大高度测算值和最大宽度测算值进行函数拟合，便能够分别得到由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系以及平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系，用以构建形成车辆高宽测算函数模型。该车辆高宽测算函数模型由于是经过宽、高尺寸的测算值与实际值相互拟合而得到，因此利用其通过宽、高尺寸的测算值换算实际值仅存在拟合误差，测量精度高，能够很好的用于后期执行车辆超高超宽检测。

B)以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，在车辆经过所述车道检测区域的过程中，控制车辆超高超宽检测系统中的光带型激光发射器和图像采集装置保持工作运行状态，由图像采集装置对车辆经过车道检测区域的过程进行视频图像采集，由检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段，将图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值代入至车辆高宽测算函数模型中，换算得到车辆的最大高度值和最大宽度值。

该步骤是对经过所述车道检测区域的车辆进行最大高度值和最大宽度值的测量操作。同样，由于车辆通过车道检测区域时，车辆的车身对光带型激光发射器倾斜向下发射出的平面激光带形成遮挡，进而在车辆上投射形成一道激光直线段，且相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条而言存在一定的位移，车辆高度越大则该位移量越大，并且该激光直线段的长度也直观的反映了车辆的宽度情况；因此，通过图像采集装置对车辆经过车道检测区域的过程进行视频图像采集，利用检测控制处理装置通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段，将图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值代入至车辆高宽测算函数模型中，换算得到车辆的最大高度值和最大宽度值。

C)车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置将测算所得车辆的最大高度值和最大宽度值分别与预设的车辆高度限值和车辆宽度限值进行比较，判断车辆是否超高或超宽，且在判定车辆超高或超宽时通知报警指示器执行相应的超高指示或超宽指示操作。

通过上述的车辆超高超宽检测流程可以看出，本发明基于函数标定的车辆超高超宽监测系统的检测原理是，利用系统中光带型激光发射器的投射角度及其与图像采集装置拍摄方位的几何位置关系，由检测控制处理装置通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的水平位移情况和长度情况，再利用预先通过函数标定而建立的车辆高宽测算函数模型测算出车辆的最大高度值和最大宽度值，从而实现非接触式的车辆超高超宽检测，其系统结构简单，易于安装在任意环境的检测现场，实用性强，并且由于通过函数标定而建立的车辆高宽测算函数模型仅存在拟合误差，若结合图像采集装置的镜头畸变校正算法，可以使得车辆的最大高度值和最大宽度值的测算误差控制在毫米级；同时，由于主要借助激光以及图像拍摄、识别处理而进行检测，其检测频率与图像拍摄的帧速相匹配，能够达到毫秒级的检测速率，检测效率高，且检测过程无需人工值守，因此能够实现保持长期运行执行自动在线的多辆车辆不停车连续检测和超高/超宽报警指示，避免造成交通堵塞的问题；并且，针对于多车道的情况，本发明的车辆超高超宽检测系统中还可以针对每个车道设置一组光带型激光发射器和图像采集装置，分别对每个车道的路经车辆进行超高超宽检测，从而实现多车道的车辆超高超宽自动在线检测和报警功能。

对于本发明基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，在技术实现上，光带型激光发射器是技术成熟的产品，可以通过是够获得；图像采集装置可以采用摄像机得以实现；检测控制处理装置则可以采用具备信号控制、数据采集和数据处理能力的计算设备配合软件程序而得以实现，例如可以采用具备相应检测控制处理软件程序的计算机、智能移动终端等设备实现，或者采用自行设计的以单片机、可编程逻辑器件、ARM芯片等具备一定数据存储和数据处理能力的逻辑芯片为核心的集成电路所构成专用的检测控制处理设备来实现；报警指示器则可以是报警灯、警铃，用以进行声光报警，或者是报警信息显示器，用以进行超高/超宽报警信息的显示操作，又或者是具有车辆超高超宽报警显示功能的智能移动终端设备，用以进行超高/超宽报警信息的文字/数据显示和语音播报，等等。而系统中的图像采集装置与检测控制处理装置之间、以及检测控制处理装置与报警指示器之间的通信连接，则可以根据实际应用情况的不同，采用有线通信连接或者无线通信连接的方式来得以实现。

在本发明基于函数标定的车辆超高超宽检测系统中，光带型激光发射器和图像采集装置假设在水平路面车道上方的架设实施方案可以根据实际检测车道环境的施工情况进行确定。但考虑到光带型激光发射器的安装情况可能对检测精度带来一定影响，因此作为一种优选方案，光带型激光发射器可以通过横跨设置在水平路面车道上的检测门架而架设在水平路面车道的上方，该检测门架包括两根竖立设置在水平路面车道两侧的立柱，以及沿车道宽度方向横跨设置在两根立柱上的横梁，光带型激光发射器架设安装在检测门架的横梁上。这样以来，不仅可以保证水平路面车道上的车辆能够顺利通过进行检测，而且检测门架的结构也避免了光带型激光发射器发生车道宽度方向上的摆动而引起测量误差的情况。当然，在系统长时间运行工作的环境中，该检测门架以及光带型激光发射器有可能因风力、外力等作用发生俯仰扭转而带来检测误差；针对于此情况，作为进一步的改进方案，可以设计在光带型激光发射器上增加安装第一角度传感器，用于感测光带型激光发射器的俯仰扭转角度；在检测门架的立柱上增加安装第二角度传感器，用于感测检测门架的立柱的俯仰扭转角度；而检测控制处理装置的角度数据采集端还分别与第一角度传感器和第二角度传感器的角度数据输出端进行电连接，用于获取第一角度传感器和第二角度传感器输出的角度数据，计算出因检测光带型激光发射器的俯仰扭转角度和检测门架的立柱的俯仰扭转角度的变化而导致由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值，从而根据所述位移误差值对车辆的最大高度值和最大宽度值的测算进行误差补偿修正，其误差补偿修正方式为：

如图3所示，若L_p为检测门架的立柱长度(即图3中线段AB、AB'的长度)，α为光带型激光发射器在初始状态时所发射的平面激光带与水平面的夹角，β为检测门架的立柱在初始状态时与水平面的夹角，Δα为光带型激光发射器所发射的俯仰扭转角度，Δβ为检测门架的立柱的俯仰扭转角度，则根据几何关系，可以按下式计算出因检测光带型激光发射器的俯仰扭转角度和检测门架的立柱的俯仰扭转角度的变化而导致由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值ΔD(即图3中线段CC'的长度)：

从而，在计算图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值时，将平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值ΔD计算在内，进行误差补偿修正。由此，通过进一步的误差补偿修正，本发明的车辆超高超宽检测系统便能够在实际检测使用过程中更好地保持较高的检测精度。

此外，考虑到本发明的车辆超高超宽检测系统可能处于长期在先工作状态，为了节省系统能耗，作为一种优选实施方案，系统中以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，可以在所述车道检测区域的车辆驶入位置处和车辆驶出位置处均增加设置减速带，且车道检测区域的车辆驶入位置处和车辆驶出位置处的减速带内分别设有驶入侧压电传感器和驶出侧压电传感器；而检测控制处理装置的压电信号采集端分别与驶入侧压电传感器和驶出侧压电传感器的压电信号输出端进行电连接，且检测控制处理装置的控制信号输出端分别与光带型激光发射器和图像采集装置的启/停控制端进行电连接，用于在接收到来自驶入侧压电传感器的压电信号时控制光带型激光发射器和图像采集装置启动工作，在接收到来自驶出侧压电传感器的压电信号时控制光带型激光发射器和图像采集装置停止工作。由此，车辆超高超宽检测系统便能够通过自动控制光带型激光发射器和图像采集装置在有车辆驶入车道检测区域时启动工作、在车辆驶出车道检测区域时停止工作，达到检测过程的自动启/停效果，以节省系统能耗。

通过本发明基于函数标定的车辆超高超宽检测系统的上述结构及其检测方法的工作原理可以看到，该车辆超高超宽检测系统能够实现非接触式的车辆超高超宽检测，且系统结构简单，易于安装在任意环境的检测现场，实用性强，测量精度较高，同时其能够达到毫秒级的检测速率，检测效率高，能够实现保持长期运行执行自动在线的多车道、多辆车辆不停车连续检测和超高/超宽报警指示，为车辆的超高超宽检测提供了新的解决方案，具有很好的推广应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，其特征在于，包括架设在水平路面车道上方的光带型激光发射器和图像采集装置，以及检测控制处理装置和报警指示器；

所述光带型激光发射器用于倾斜向下发射出一道平面激光带，所发射的平面激光带与水平面的夹角为α，0°＜α＜90°，使其能够在投射到水平路面车道上后形成一条沿车道宽度方向横跨过水平路面车道的激光直线条；

所述图像采集装置的镜头轴线垂直向下设置，用于俯视向下的对平面激光带从光带型激光发射器射出后投射到水平路面车道的投射经过区域进行视频图像采集；

所述检测控制处理装置的图像数据采集端与图像采集装置的图像数据输出端进行通信连接，检测控制处理装置的信号通信端与报警指示器的信号接收端进行通信连接，且检测控制处理装置中预先通过标定存储有车辆高宽测算函数模型，所述车辆高宽测算函数模型用于记录视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系以及平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系；检测控制处理装置用于接收图像采集装置所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条以及投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段，将图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值代入至车辆高宽测算函数模型中，换算得到车辆的最大高度值和最大宽度值，分别与预设的车辆高度限值和车辆宽度限值进行比较判断车辆是否超高或超宽，且在判定车辆超高或超宽时通知报警指示器执行相应的超高指示或超宽指示操作。

2.根据权利要求1所述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，其特征在于，所述水平路面车道的两侧标设有能够通过图像采集识别的车道示宽标线。

3.根据权利要求1所述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，其特征在于，所述水平路面车道上位于图像采集装置正下方位置处标设有能够通过图像采集识别的矩形标示线框。

4.根据权利要求1所述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，其特征在于，所述光带型激光发射器通过横跨设置在水平路面车道上的检测门架而架设在水平路面车道的上方；所述检测门架包括两根竖立设置在水平路面车道两侧的立柱，以及沿车道宽度方向横跨设置在两根立柱上的横梁，光带型激光发射器架设安装在检测门架的横梁上。

5.根据权利要求4所述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，其特征在于，所述光带型激光发射器上安装有第一角度传感器，用于感测光带型激光发射器的俯仰扭转角度；所述检测门架的立柱上安装有第二角度传感器，用于感测检测门架的立柱的俯仰扭转角度；

所述检测控制处理装置的角度数据采集端还分别与第一角度传感器和第二角度传感器的角度数据输出端进行电连接，用于获取第一角度传感器和第二角度传感器输出的角度数据，计算出因检测光带型激光发射器的俯仰扭转角度和检测门架的立柱的俯仰扭转角度的变化而导致由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值，从而根据所述位移误差值对车辆的最大高度值和最大宽度值的测算进行误差补偿修正。

6.根据权利要求1所述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统，其特征在于，以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，在所述车道检测区域的车辆驶入位置处和车辆驶出位置处均设有减速带，且车道检测区域的车辆驶入位置处和车辆驶出位置处的减速带内分别设有驶入侧压电传感器和驶出侧压电传感器；

所述检测控制处理装置的压电信号采集端分别与驶入侧压电传感器和驶出侧压电传感器的压电信号输出端进行电连接，且检测控制处理装置的控制信号输出端分别与光带型激光发射器和图像采集装置的启/停控制端进行电连接，用于在接收到来自驶入侧压电传感器的压电信号时控制光带型激光发射器和图像采集装置启动工作，在接收到来自驶出侧压电传感器的压电信号时控制光带型激光发射器和图像采集装置停止工作。

7.一种基于函数标定的车辆超高超宽检测方法，其特征在于，采用如权利要求1所述基于函数标定的车辆超高超宽检测系统进行检测，该方法包括如下步骤：

A)预先对车辆超高超宽检测系统进行标定，记录视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系以及平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系，构建形成车辆高宽测算函数模型，存储在车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置中；

B)以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，在车辆经过所述车道检测区域的过程中，控制车辆超高超宽检测系统中的光带型激光发射器和图像采集装置保持工作运行状态，由图像采集装置对车辆经过车道检测区域的过程进行视频图像采集，由检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段，将图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值代入至车辆高宽测算函数模型中，换算得到车辆的最大高度值和最大宽度值；

C)车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置将测算所得车辆的最大高度值和最大宽度值分别与预设的车辆高度限值和车辆宽度限值进行比较，判断车辆是否超高或超宽，且在判定车辆超高或超宽时通知报警指示器执行相应的超高指示或超宽指示操作。

8.根据权利要求7所述基于函数标定的车辆超高超宽检测方法，其特征在于，所述步骤A)中，对车辆超高超宽检测系统进行标定而构建形成车辆高宽测算函数模型的具体流程为：

a1)启动车辆超高超宽检测系统中的光带型激光发射器和图像采集装置工作运行，以水平路面车道上被图像采集装置的图像采集范围所覆盖的区域作为车道检测区域，由图像采集装置对车道检测区域进行图像采集，由光带型激光发射器倾斜向下发射出一道与水平面的夹角为α的平面激光带，0°＜α＜90°，使其能够在投射到水平路面车道上后形成一条沿车道宽度方向横跨过水平路面车道的激光直线条，并通过测量得到设置于水平路面车道上的车道检测区域内的一个预设长度标记的实际长度W_mark，输入至检测控制处理装置；

a2)由车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的图像数据，通过图像处理识别出图像数据中的预设长度标记以及由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条，并记录图像数据中所述预设长度标记的长度像素值w_mark以及由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位置，计算出图像像素当量

a3)使用已知实际最大高度H_i和实际最大宽度W_i的第i辆标定车辆驾驶经过车道检测区域，由图像采集装置对第i辆标定车辆经过车道检测区域的过程进行视频图像采集，由检测控制处理装置接收图像采集装置所采集的视频图像数据，并通过图像处理识别出视频图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的第i辆标定车辆上形成的激光直线段，并记录图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段的最大长度像素值w_i,max及其相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值L_i,max，从而计算得到第i辆标定车辆的最大宽度测算值w_vi＝K·w_i,max和最大高度测算值h_vi＝tanα·K·L_i,max；

a4)使用n辆实际最大高度和实际最大宽度各不相同的标定车辆n次重复执行步骤a3)，n为大于1的自然数，得到n辆标定车辆各自对应的最大高度测算值h_v1,h_v2,…,h_vi,…,h_vn和最大宽度测算值w_v1,w_v2,…,w_vi,…,w_vn，i＝1,2,…,n；

a5)将n辆标定车辆的实际最大高度H₁,H₂,…,H_i,…,H_n与各自对应的最大高度测算值h_v1,h_v2,…,h_vi,…,h_vn进行函数拟合，得到由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的水平间距像素值与该车辆实际高度之间的对应换算关系H_i＝F₁(h_vi)＝F₁(tanα·K·L_i,max)，将n辆标定车辆的实际最大宽度W₁,W₂,…,W_i,…,W_n与各自对应的最大宽度测算值w_v1,w_v2,…,w_vi,…,w_vn进行函数拟合，得到由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段长度像素值与该车辆实际宽度之间的对应换算关系W_i＝F₂(w_vi)＝F₂(K·w_i,max)，进而构建形成车辆高宽测算函数模型，存储在车辆超高超宽检测系统的检测控制处理装置中。

9.根据权利要求7所述基于函数标定的车辆超高超宽检测方法，其特征在于，所述光带型激光发射器通过横跨设置在水平路面车道上的检测门架而架设在水平路面车道的上方；所述检测门架包括两根竖立设置在水平路面车道两侧的立柱，以及沿车道宽度方向横跨设置在两根立柱上的横梁，光带型激光发射器架设安装在检测门架的横梁上；所述光带型激光发射器上安装有第一角度传感器，用于感测光带型激光发射器的俯仰扭转角度；所述检测门架的立柱上安装有第二角度传感器，用于感测检测门架的立柱的俯仰扭转角度；

所述检测控制处理装置的角度数据采集端还分别与第一角度传感器和第二角度传感器的角度数据输出端进行电连接，用于获取第一角度传感器和第二角度传感器输出的角度数据，计算出因检测光带型激光发射器的俯仰扭转角度和检测门架的立柱的俯仰扭转角度的变化而导致由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值，从而根据所述位移误差值对车辆的最大高度值和最大宽度值的测算进行误差补偿修正，其误差补偿修正方式为：

计算出因检测光带型激光发射器的俯仰扭转角度和检测门架的立柱的俯仰扭转角度的变化而导致由平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值ΔD：

其中，L_p为检测门架的立柱长度，α为光带型激光发射器在初始状态时所发射的平面激光带与水平面的夹角，β为检测门架的立柱在初始状态时与水平面的夹角，Δα为光带型激光发射器所发射的俯仰扭转角度，Δβ为检测门架的立柱的俯仰扭转角度；从而，在计算图像数据中由平面激光带投射到经过水平路面车道的车辆上形成的激光直线段相对于平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的最大水平间距像素值时，将平面激光带投射到水平路面车道上形成的激光直线条的位移误差值ΔD计算在内，进行误差补偿修正。