CN107228628A - 一种车辆行驶动态测量系统及其测量方法 - Google Patents

一种车辆行驶动态测量系统及其测量方法 Download PDF

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张建清
赵向南
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Abstract

一种车辆行驶动态测量系统及其测量方法，目的是测量精度高，性能稳定；本发明测量系统包括第一激光扫描传感器、第二激光扫描传感器、L型立杆、主控制器、分体错位式称重衡和LED显示器；第一激光扫描传感器的安装位置在每条车道中心线正上方，第一激光扫描传感器的扫描平面垂直于地面及车辆行驶方向；第二激光扫描传感器的扫描平面与竖杆的夹角为28°‑32°且与车道中心线相交；LED显示器、L型立杆、主控制器位于一条直线上，且该直线与车道行驶方向平行；主控制器通过网线与第一激光扫描传感器以及第二激光扫描传感器相连，主控制器通过RS232/RS485串口线与分体错位式称重衡以及LED显示器相连；本发明方法是分别测量车辆的长度、宽高以及重量。

Description

一种车辆行驶动态测量系统及其测量方法
技术领域
本发明涉及公路交通运输超限检测领域，尤其涉及一种车辆行驶动态测量系统及其测量方法。
背景技术
近年来，随着公路交通运输的快速发展，运输车辆中大型货运车辆、带挂汽车和集装箱运输车的数量和比重不断增加。受经济结构和利益驱动的双重影响，部分运输车辆为了片面追求利润，私自对车辆的车厢尺寸进行过度改装，导致出现了普遍的超限运输现象。超限运输危害巨大，严重破坏了公路和桥梁基础设施，缩短了公路和桥梁的使用寿命，同时给交通安全带来极大的事故隐患。目前，我国对车辆超限检测做了大量的研究，检测方法由人工化转向自动化，随着各种新检测技术的出现，以及对检测技术要求的提高，传统的人工测量效率低、测量误差大、不能满足现代自动化检测的需求。新检测技术中微波测量、红外测量、超声波测量，技术先进，但测量方法的使用均受环境限制，测量结果波动较大，激光测量凭借其具有良好的分辨率与灵敏度探测，系统的程序简单，处理速度快，受到了广泛应用。但现有激光测量车辆长宽高及传统称重的方案还存在着较大缺陷：首先是在同一车道车辆的长宽高不能同时测量，需要测量完宽高后再测量长度，检测时间长；其次是测量车辆的长宽高，需要安装多个激光扫描传感器，安装复杂，成本较高；三是车辆外轮廓与重量不能同时测量，需要测量宽高后驶入测重装置，限制车辆通行速度，降低了检测效率；同时，使用传统的称重装置，车辆容易出现作弊行驶，导致测量数据不准确。
发明内容
本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种测量精度高、性能稳定、安装方便、利用二维激光扫描传感器与分体错位式称重衡有机结合的方式动态快速测量车辆的外形尺寸以及重量的车辆行驶动态测量系统及其测量方法，并能够将检测结果输出到的LED显示器上进行判断车辆是否超限。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明车辆行驶动态测量系统，包括第一激光扫描传感器、第二激光扫描传感器、L型立杆、主控制器、分体错位式称重衡和LED显示器；L型立杆包括横梁和竖杆；竖杆装在路边，横梁装在竖杆顶部并与地面相互平行；横梁与地面之间的距离设在6m-7m；在横梁上装有第一激光扫描传感器，第一激光扫描传感器的安装位置在每条车道中心线正上方，在竖杆上装有第二激光扫描传感器,第二激光扫描传感器距地面3m-3.5m；第一激光扫描传感器的扫描平面垂直于地面及车辆行驶方向；第二激光扫描传感器的扫描平面与竖杆的夹角为28°-32°且与车道中心线相交；LED显示器、L型立杆、主控制器位于一条直线上，且该直线与车道行驶方向平行；LED显示器放置在待测车辆驶出端的一侧且与L型立杆相距30m-35m；主控制器放置在LED显示器与L型立杆之间；分体错位式称重衡安装在车道中间地面上且垂直于车辆行驶方向，分体错位式称重衡位于L型立杆与主控制器之间，分体错位式称重衡的称台板边缘与第一激光扫描传感器的扫描平面相交；主控制器通过网线与第一激光扫描传感器以及第二激光扫描传感器相连，主控制器通过RS232/RS485串口线与分体错位式称重衡以及LED显示器相连。
所述激光扫描传感器的型号为 LMS 型双脉冲激光测距传感器。该设备是一种非接触型测距仪器，利用时间飞行时间原理来获取被测目标到测距仪之间的距离；主控制器为嵌入式工控机，选用FUSHENGTEK的工业BOX，该设备是一种加固的增强型工业计算机，具有控制、通讯和数据处理功能；分体错位式称重衡将一块常用称台板分成尺寸为1.75m*0.7m的两块称台板, 两个称台板前后错位0.2m-0.22m设置，每块称台板安装四个称重传感器，每一个称重传感器支撑在基座上且均匀分布在称台板下面的直角处。
利用上述车辆行驶动态测量系统进行车辆行驶动态测量方法：包括车辆长、宽、高的测量与车辆重量的测量；采用第一激光扫描传感器测量车辆宽高信息，采用第二激光扫描传感器测量车辆长度信息，采用分体错位式称重衡测量车辆的重量信息。具体测量方法如下：
(1)车辆的长度测量
第一步：安装调试
由于国家道路规范规定：每一条机动车道的宽度定为3.5m-3.75m，第二激光扫描传感器的扫描平面与L型立杆竖杆的夹角根据不同的车道宽度进行调整，调整至第二激光扫描传感器的扫描平面与车道中心线相交。
当车道宽为3.75m，L型立杆横梁与地面之间的距离为6m-7m时，第二激光扫描传感器安装在L型立杆竖杆上且距离地面3m-3.5m；第二激光扫描传感器的扫描平面与L型立杆竖杆的夹角为28.2°-32°且与车道中心线相交；调整第二激光扫描传感器工作频率和扫描角度，当没有车辆通过第二激光扫描传感器的扫描平面时，对第二激光扫描传感器进行初始值设定，标定结果保存在主控制器中。
第二步：测量
第二激光扫描传感器一直处于开机状态，有车辆驶入第二激光扫描传感器的扫描平面时，第二激光扫描传感器不断的向目标发射脉冲激光，对车身纵截面进行扫描，利用激光传播往返时间差的测量方法测量出第二激光扫描传感器距被测物体的距离N1``````Nn ；在获取的多组数据中，选取第二激光扫描传感器发射的脉冲激光距被测物体最大有效测量角度β对应的测量值Ni；根据β和Ni及锐角三角函数公式sin =L1/Ni，计算可得直角边长L1同理可得直角边长L2；
由公式：L=L1+L2
得到车辆长度L。
第三步：结果输出
根据第二步测量值，由主控制器计算结果并上传到LED显示器上，此车辆长度检测完毕。
(2)车辆的宽高测量
第一步：安装调试
在L型立杆横梁上装有第一激光扫描传感器，第一激光扫描传感器的安装位置在每条车道中心线正上方，第一激光扫描传感器与地面之间的距离设置在6m-7m，第一激光扫描传感器的扫描平面垂直于地面及车辆行驶方向，调整第一激光扫描传感器工作频率和扫描角度，当没有车辆通过第一激光扫描传感器的扫描平面时，对第一激光扫描传感器进行初始值设定，标定结果保存在主控制器中。
第二步：测量
第一激光扫描传感器一直处于开机状态，有车辆驶入第一激光扫描传感器的扫描平面时，第一激光扫描传感器不断的向目标发射脉冲激光，对车身横截面进行扫描，利用激光传播往返时间差的测量方法测量出第一激光扫描传感器距被测物体的距离M1``````Mn ；在获取的多组数据中，选取第一激光扫描传感器发射的脉冲激光距被测物体最大有效测量角度α对应的测量值Mi；根据选取的α和Mi 及锐角三角函数公式：sin=、cos=H1/Mi计算可得直角边长W1 和第一激光扫描传感器距离车的高度H1,同理可得直角边长W2；
由公式：H=H0-H1，W=W1+W2，得到车辆高度H和车辆宽度W，
其中，HO为第一激光扫描传感器距离路面的高度。
第三步：结果输出
根据第二步测量值，由主控制器计算结果并上传到LED显示器上，此车辆宽高检测完毕。
(3)车辆的重量测量
第一步：安装调试
分体错位式称重衡安装在车道中间地面上且垂直于车辆行驶方向，分体错位式称重衡位于L型立杆与主控制器之间，分体错位式称重衡的称台板边缘与第一激光扫描传感器的扫描平面相交；当没有车辆通过分体错位式称重衡时，对分体错位式称重衡进行初始值设定，标定结果保存在主控制器中。
第二步：测量
当有车辆通过分体错位式称重衡，称重传感器将所承受的压力信号按一定比例转换成电压信号传送主控制器后计算得出轴重量；当车辆驶离称重传感器后，通过判断被压传感器个数确定轮胎宽度,计算得出轮胎个数信息；最后，通过检测车轴距离确定轮轴个数；根据获得的每个轴重量及轮轴个数信息，累计得出车辆总重量并传输给主控制器。
第三步：结果输出
根据第二步测量值，由主控制器计算结果并上传到LED显示器，此车辆重量检测完毕。
本系统由两个二维激光扫描传感器与分体错位式称重衡有机组合实现了车辆长宽高及重量同时测量，检测速度快、精度高、性能稳定、安装方便、成本低；同时，利用第一激光扫描传感器对通行车辆进行分离，取代了车辆分离器；系统中测重装置使用分体错位式称重衡能够从根本上克服车辆作弊行驶现象，提高车辆测重的准确率。可同步进行车辆的长、宽、高与重量的测量，测量时间短,不影响车辆的正常行驶，提高了超限检测效率。
附图说明：
图1是本发明系统整体结构示意图；
图2是本发明车辆长度测量示意图；
图3是本发明车辆宽高尺寸测量示意图；
图4是本发明分体错位式称重衡结构示意图；
图中：1、第一激光扫描传感器，2、第二激光扫描传感器，3、L型立杆，31、横梁，32、竖杆，4、主控制器，5、分体错位式称重衡，6、LED显示器，7、称台板，8、称重传感器，9、基座。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步描述说明，但该描述仅仅用于解释本发明，而不用于限定本发明。
本发明车辆行驶动态测量系统包括第一激光扫描传感器1、第二激光扫描传感器2、L型立杆3、主控制器4、分体错位式称重衡5、LED显示器6；L型立杆3包括横梁31和竖杆32，横梁位于竖杆顶部而且与竖杆相互垂直，横梁与地面之间的距离设置在6m-7m；在L型立杆横梁31上装有第一激光扫描传感器1，第一激光扫描传感器1的安装位置在每条车道中心线正上方，在L型立杆竖杆32上装有第二激光扫描传感器2,当车道宽为3.75m时，第二激光扫描传感器2距地面3m-3.5m；第一激光扫描传感器1的扫描平面垂直于地面及车辆行驶方向，第二激光扫描传感器2的扫描平面与L型立杆竖杆32的夹角为28.2°-32°且与车道中心线相交；分体错位式称重衡5安装在车道中间地面上且垂直于车辆行驶方向，分体错位式称重衡5位于L型立杆3与主控制器4之间，分体错位式称重衡5的称台板7边缘与第一激光扫描传感器1的扫描平面相交。
LED显示器6、L型立杆3、主控制器4位于一条直线上，且该直线与车道行驶方向平行；LED显示器6放置在待测车辆驶出端的一侧与L型立杆3相距30m-35m；主控制器4放置在LED显示器6与L型立杆3之间；主控制器4通过网线与第一激光扫描传感器1和第二激光扫描传感器2相连，主控制器4通过RS232/RS485串口线与分体错位式称重衡5和LED显示器6相连。
在对动态车辆测量前，先根据车道宽度调整激光扫描传感器工作频率和扫描角度，当没有车辆通过激光扫描传感器的扫描平面时，对第一激光扫描传感器1、第二激光扫描传感器2和分体错位式称重衡5进行初始值设定，标定结果保存在主控制器4中。
第一激光扫描传感器1、第二激光扫描传感器2、一直处于开机状态，有车辆驶入第二激光扫描传感器2的扫描平面时，第二激光扫描传感器2开始对车身纵截面进行扫描，不停地获取数据,测出第二激光扫描传感器2到车头和车尾的距离，计算得出车辆长度信息；有车辆驶入第一激光扫描传感器1的扫描平面时，第一激光扫描传感器1对车身横截面进行扫描，测出第一激光扫描传感器1到车身两侧的距离，计算得出车辆宽高信息；同时，分体错位式称重衡5开始称重，通过测出每个车辆轴的重量，累加计算得出车辆的总重量，最后所有测量值数据传至主控制器4，由主控制器4计算结果并上传到LED显示器6上，此车辆长、宽、高及重量检测完毕。

Claims (5)

1.一种车辆行驶动态测量系统，其特征是包括第一激光扫描传感器、第二激光扫描传感器、L型立杆、主控制器、分体错位式称重衡和LED显示器；L型立杆包括横梁和竖杆；竖杆装在路边，横梁装在竖杆顶部并与地面相互平行；横梁与地面之间的距离设在6m-7m；在横梁上装有第一激光扫描传感器，第一激光扫描传感器的安装位置在每条车道中心线正上方，在竖杆上装有第二激光扫描传感器,第二激光扫描传感器距地面3m-3.5m；第一激光扫描传感器的扫描平面垂直于地面及车辆行驶方向；第二激光扫描传感器的扫描平面与竖杆的夹角为28°-32°且与车道中心线相交；LED显示器、L型立杆、主控制器位于一条直线上，且该直线与车道行驶方向平行；LED显示器放置在待测车辆驶出端的一侧且与L型立杆相距30m-35m；主控制器放置在LED显示器与L型立杆之间；分体错位式称重衡安装在车道中间地面上且垂直于车辆行驶方向，分体错位式称重衡位于L型立杆与主控制器之间，分体错位式称重衡的称台板边缘与第一激光扫描传感器的扫描平面相交；主控制器通过网线与第一激光扫描传感器以及第二激光扫描传感器相连，主控制器通过RS232/RS485串口线与分体错位式称重衡以及LED显示器相连。
2.如权利要求1所述的车辆行驶动态测量系统，其特征是分体错位式称重衡包括称台板、称重传感器、基座；称台板有两块，每块尺寸为1.75m*0.7m；两个称台板前后错位0.2m-0.22m设置；每块称台板下面安装有四个称重传感器，每一个称重传感器均支撑在基座上且均匀分布在称台板下面的直角处。
3.如权利要求1或2所述的车辆行驶动态测量系统，其特征是所述第一、第二激光扫描传感器的型号均为 LMS 型双脉冲激光测距传感器。
4.如权利要求1或2所述的车辆行驶动态测量系统，其特征是主控制器为嵌入式工控机，选用FUSHENGTEK的工业BOX，是一种加固的增强型工业计算机。
5.一种利用如权利要求1所述车辆行驶动态测量系统进行车辆行驶动态测量的方法，其特征是：
(1)测量车辆的长度：
1）调试；调整第二激光扫描传感器工作频率和扫描角度，当没有车辆通过第二激光扫描传感器的扫描平面时，对第二激光扫描传感器进行初始值设定，标定结果保存在主控制器中；
2）测量；第二激光扫描传感器一直处于开机状态，有车辆驶入第二激光扫描传感器的扫描平面时，第二激光扫描传感器不断的向目标发射脉冲激光，对车身纵截面进行扫描，利用激光传播往返时间差的测量方法测量出第二激光扫描传感器距被测物体的距离N1``````Nn ；在获取的多组数据中，选取第二激光扫描传感器发射的脉冲激光距被测物体最大有效测量角度β对应的测量值Ni；根据β和Ni及锐角三角函数公式sin= L1 /Ni，计算可得直角边长L1 同理可得直角边长L2；由公式L=L1+L2，得到车辆长度L；
3）结果输出；根据上述测量值，由主控制器计算结果并上传到LED显示器上，此车辆长度检测完毕；
(2)测量车辆的宽高：
1）调试；调整第一激光扫描传感器工作频率和扫描角度，当没有车辆通过第一激光扫描传感器的扫描平面时，对第一激光扫描传感器进行初始值设定，标定结果保存在主控制器中；
2）测量；第一激光扫描传感器一直处于开机状态，有车辆驶入第一激光扫描传感器的扫描平面时，第一激光扫描传感器不断的向目标发射脉冲激光，对车身横截面进行扫描，利用激光传播往返时间差的测量方法测量出第一激光扫描传感器距被测物体的距离M1``````Mn；在获取的多组数据中，选取第一激光扫描传感器发射的脉冲激光距被测物体最大有效测量角度α对应的测量值Mi；根据选取的α和Mi 及锐角三角函数公式：sin=、cos=H1/Mi,计算可得直角边长W1 和第一激光扫描传感器距离车的高度H1,同理可得直角边长W2；由公式：H=H0-H1、W=W1+W2，得到车辆高度H和车辆宽度W，其中，HO为第一激光扫描传感器距离路面的高度；
3）结果输出；根据上述测量值，由主控制器计算结果并上传到LED显示器上，此车辆宽高检测完毕；
(3)测量车辆的重量：
1）调试；当没有车辆通过分体错位式称重衡时，对分体错位式称重衡进行初始值设定，标定结果保存在主控制器中；
2）测量；当有车辆通过分体错位式称重衡，称重传感器将所承受的压力信号按一定比例转换成电压信号传送主控制器后计算得出轴重量；当车辆驶离称重传感器后，通过判断被压传感器个数确定轮胎宽度,计算得出轮胎个数信息；最后，通过检测车轴距离确定轮轴个数；根据获得的每个轴重量及轮轴个数信息，累计得出车辆总重量并传输给主控制器；
3）结果输出；根据上述测量值，由主控制器计算结果并上传到LED显示器，此车辆重量检测完毕。
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