CN111322964B - 一种运动车辆的速度和外廓尺寸测量系统 - Google Patents

一种运动车辆的速度和外廓尺寸测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种运动车辆的速度和外廓尺寸测量系统。本发明中装置包括：架体竖直方向立柱、架体水平斜向横梁、步进电机、微处理器、检测器。本发明中方法以架体水平斜向横梁的左极限在地面上的投影为中心建立空间坐标系；微处理器通过检测器实时采集竖直距离，构建空间时间数组；根据竖直距离计算车辆高度；根据空间时间数组分别搜索车辆宽度右侧边缘点最大值和左侧边缘点最小值计算车辆宽度和车辆对称平面；根据车辆对称平面计算对称检测点间X轴检测点距离来计算车辆速度，根据空间时间数组分别搜索车辆长度后侧边缘点最大值和前侧边缘点最小值计算车辆扫描时长，根据车辆速度和车辆扫描时长计算车辆长度；本发明车辆三维尺寸的测量精度高。

Description

一种运动车辆的速度和外廓尺寸测量系统
技术领域
本发明属于车辆检测技术领域，特别是涉及一种运动车辆的速度和外廓尺寸测量系统。
背景技术
随着高速公路逐渐取消收费站，研究更易安装更高精度的车辆三维测量装置已愈发重要。现阶段，对车辆进行扫描来获取三维信息的方法大致分为两类：第一种是直接测量，分别对车辆的三维进行三个方向上的扫描，这种方法精度最高，但对场地要求较高，并且不宜安装；第二种是间接测量，一般采用一个或两个扫描仪器获取宽度和高度信息，以及一个测速装置类获取速度信息，然后用速度与扫描时间的乘积来推算车辆的长度，从而得到车辆的外廓信息。
目前，采用的多是第二种方法，然而为了获取车辆的速度信息，不可避免的需要测速装置来获取速度信息，这样既增加了道路设备安装成本，也不利于安装。
中国专利申请CN1605033A提出了一种基于检测车辆最大或最小纵向位置移动的距离和时间来推算出车辆速度的方法。此方法在车头和车尾边缘等具有显著纵向位置检测，因此可用的数据量十分有限。中国专利申请CN108132025A提出了一种基于车头位置相邻不等长的两条扫描线来确定路程差并推算出时间。此方法采集的数据需位于车辆边角等位置，因此数据量同样有限。这两种方法的潜在要求是车头车尾形状近似矩形，而市场上大多数车辆车头车尾都带有一定弧度，特别是车头，因此计算误差较大。同时这两种方法采集数据两种方法都采用的是固定安装激光雷达进行信息采集，然而单个固定检测装置扫描采集时光线总是倾斜射出的，这对于带有弧度的车身曲线来说，会产生测量死角和误差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种运动车辆的外廓尺寸测量系统。
本发明装置的技术方案为一种运动车辆的速度和外廓尺寸测量装置，其特征在于，包括：
架体竖直方向立柱、架体水平斜向横梁、步进电机、微处理器、检测器；
所述架体竖直方向立柱支撑立于道路边缘，所述架体水平斜向横梁与所述架体竖直方向立柱呈直角连接，所述架体水平斜向横梁与与道路边缘线的夹角为α；所述检测器安装于所述架体水平斜向横梁下；所述步进电机安装于所述架体水平斜向横梁下；所述微处理器分别与所述的步进电机、检测器通过有线方式依次连接，所述微处理器位于架体竖直方向立柱上；
所述架体水平斜向横梁用于所述检测器来回移动的承载体，横梁的长度为车道宽度；
所述步进电机根据所述微处理器的控制信号，用于驱动所述检测器在架体水平斜向横梁上进行来回移动；
所述步进电机可正向驱动和反向驱动，用于驱动检测器往返移动；
所述检测器实时测量所述检测器至地面或车辆表面的竖直距离；所述检测器的移动范围为所述架体水平斜向横梁的长度；所述检测器由所述架体水平斜向横梁靠近所述架体竖直方向立柱的端点移动到远离所述架体竖直方向立柱的端点，或远离所述架体竖直方向立柱的端点移动到靠近所述架体竖直方向立柱的端点为一次扫描，每次扫描的数据为一组数据。
本发明方法的技术方案为一种运动车辆的速度和外廓尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：以架体水平斜向横梁的左极限在地面上的投影为中心建立空间坐标系，X轴轴向为道路两侧连线方向，Y轴轴向为道路沿线方向，Z轴轴向为架体竖直方向立柱的竖直方向；
步骤2：所述检测器初始位置位于所述架体水平斜向横梁靠近架体竖直方向立柱的端点，所述检测器在所述架体水平斜向横梁匀速往返移动，微处理器通过所述检测器实时采集竖直距离，根据竖直距离构建竖直距离数组，计算所述检测器实时位置，根据所述检测器实时位置进一步构建空间时间数组，通过空间时间数组定义检测点；
步骤3：根据竖直距离计算车辆高度；
步骤4：根据空间时间数组分别搜索车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值，通过车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆宽度；
步骤5：根据车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆对称平面，在空间坐标系中根据车辆对称平面分别构建左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合，根据左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合计算X轴检测点距离，根据X轴检测点距离计算车辆速度，根据空间时间数组分别搜索车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值，通过车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值分别对应的时刻计算车辆扫描时长，根据车辆速度以及车辆扫描时长计算车辆长度；
作为优选，步骤2中所述竖直距离数组为：
hm,n，m∈[1,M],n∈[1,N]
其中，hm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的竖直距离，M为采样周期的数量，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量，每个采样周期的时长定义为T；
所述采样周期T定义为：所述检测器在所述架体水平斜向横梁上由靠近所述架体竖直方向立柱的一端匀速运动至远离所述架体竖直方向立柱的一端的时长或者由远离所述架体竖直方向立柱的一端匀速运动至靠近所述架体竖直方向立柱的一端的时长；
步骤2中所述竖直距离数组为：
第m个采样周期内第n个采集的竖直距离数组，定义如下：
(hm,n,tm,n)，m∈[1,M],n∈[1,N]
其中，tm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，通过所述微处理器进行计时，M为采样周期的数量，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2计算所述检测器实时位置为：
所述检测器实时位置为所述检测器位于所述架体水平斜向横梁的位置，具体计算如下：
Figure BDA0002412687880000031
m∈[1,M],n∈[1,N]
其中，lm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的检测器实时位置，L表示所述架体水平斜向横梁的长度，tm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，T表示每个采样周期的时长，M为采样周期的数量，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2所述空间时间数组为：
(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)
xm,n＝lm,nsinα
ym,n＝lm,ncosα
m∈[1,M],n∈[1,N]
其中，α表示所述架体水平斜向横梁与道路边缘线的夹角，xm,n表示所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中X轴坐标，ym,n表示所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中Y轴坐标，hm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的竖直距离即，即所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中Z轴坐标，tm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，M为采样周期的数量，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2所述通过空间时间数组定义检测点为：将(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)定义为所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的检测点；
作为优选，步骤3所述根据竖直距离计算车辆高度为：
在hm,n，m∈[1,M],n∈[1,N]中，找出最小竖直距离为
Figure BDA0002412687880000041
找出最大竖直距离为
Figure BDA0002412687880000042
所述车辆高度为：
Figure BDA0002412687880000043
作为优选，步骤4根据空间时间数组搜索车辆宽度右侧边缘点最大值为：
在所述空间时间数组(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)中，m∈[1,M],n∈[1,N]中找出所有满足hm,n+1-hm,n<0的检测点定义为车辆宽度右侧边缘点集合，具体为：
Figure BDA0002412687880000044
其中，I为车辆宽度右侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆宽度右侧边缘点集合中空间坐标系中X轴坐标，搜索出空间坐标系中X轴坐标最大值为：
Figure BDA0002412687880000051
即为车辆宽度右侧边缘点最大值；
步骤4根据空间时间数组搜索车辆宽度左侧边缘点最小值为：
在所述空间时间数组(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)中，m∈[1,M],n∈[1,N]中找出所有满足hm,n+1-hm,n>0的检测点定义为车辆宽度左侧边缘点集合，具体为：
Figure BDA0002412687880000052
其中，J为车辆宽度左侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆宽度左侧边缘点集合中空间坐标系中X轴坐标，搜索出空间坐标系中X轴坐标最小值为：
Figure BDA0002412687880000053
即为车辆宽度左侧边缘点最小值；
步骤4所述计算车辆宽度为：
Figure BDA0002412687880000054
即为车辆的宽度值；
作为优选，步骤5所述根据车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆对称平面为：
Figure BDA0002412687880000055
步骤5所述在空间坐标系中根据车辆对称平面分别构建左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合为：
将空间时间数组(xm,n，ym，n，hm，n，tm，n)中，m∈[1，M]，n∈[1，N]中在步骤1所述空间坐标系中，搜索到车辆对称平面距离相等的检测点；
车辆对称平面左侧的检测点构建步骤5所述左侧X轴检测点对称集合：
Figure BDA0002412687880000056
其中,K为左侧X轴检测点对称集合中检测点的数量；
车辆对称平面右侧的检测点构建步骤5所述右侧X轴检测点对称集合：
Figure BDA0002412687880000057
其中，K为右侧X轴检测点对称集合中检测点的数量；
所述到车辆对称平面距离相等的检测点为：
在步骤1所述空间坐标系中，
Figure BDA0002412687880000061
为车辆对称平面左侧的检测点，
Figure BDA0002412687880000062
为车辆对称平面右侧的检测点，且左侧检测点到对称平面与右侧检测点到对称平面的距离相等，e∈[1，K]；
Figure BDA0002412687880000063
为左侧X轴检测点对称集合中第e个检测点，
Figure BDA0002412687880000064
为右侧X轴检测点对称集合中第e个检测点；
步骤5所述左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合计算X轴检测点距离为：
在所述左侧X轴检测点对称集合中遍历每个检测点即：
Figure BDA0002412687880000065
在所述右侧X轴检测点对称集合中搜索与
Figure BDA0002412687880000066
在步骤1所述空间坐标系中Y轴坐标、Z轴坐标均相等的点为：
Figure BDA0002412687880000067
则右侧X轴检测点对称集合和左侧X轴检测点对称集合中，对称点间距离为：
Figure BDA0002412687880000068
e∈[1，K]，g∈[1，K]
其中，Δxe为第e个X轴检测点距离；
步骤5所述根据X轴检测点距离计算车辆速度为：
在所述左侧X轴检测点对称集合中，
Figure BDA0002412687880000069
e∈[1，K]，检测点所在数组组数为第mA，e组，则在所述空间时间数组(xm，n，ym,n,hm,n,tm，n)，m∈[1，M]，n∈[1，N]中，第mA，e组检测点集合可表示为：
Figure BDA00024126878800000610
在第mA，e组检测点集合中将
Figure BDA00024126878800000611
的点定义为C点
Figure BDA00024126878800000612
即C点是第mA，e组检测点集合和右侧X轴检测点对称集合的交点检测点，可知
Figure BDA0002412687880000071
步骤5所述车辆关于第e对右侧左侧对称点计算出的速度为：
Figure BDA0002412687880000072
将e∈[1，K]所有对称点算出的车辆速度加权平均后，可得车辆平均速度为:
Figure BDA0002412687880000073
步骤5所述根据空间时间数组分别搜索车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值为：
根据空间时间数组搜索车辆长度后侧边缘点最大值为：
在所述空间时间数组(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)中，m∈[1，M]，n∈[1，N]中找出所有满足hm，n+1-hm，n<0的检测点定义为车辆长度后侧边缘点集合，具体为：
Figure BDA0002412687880000074
其中，Q车辆长度后侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆长度后侧边缘点集合中空间坐标系中Y轴坐标，搜索出空间坐标系中Y轴坐标最大值为：
Figure BDA0002412687880000075
即为车辆长度后侧边缘点最大值；
步骤4根据空间时间数组搜索车辆长度前侧边缘点最小值为：
在所述空间时间数组(xm，n,ym，n,hm,n,tm,n)中，m∈[1,M],n∈[1,N]中找出所有满足hm,n+1-hm,n>0的检测点定义为车辆长度前侧边缘点集合，具体为：
Figure BDA0002412687880000076
其中，P为车辆长度前侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆长度前侧边缘点集合中空间坐标系中Y轴坐标，搜索出空间坐标系中Y轴坐标最小值为：
Figure BDA0002412687880000077
即为车辆长度前侧边缘点最小值；
步骤5所述通过车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值分别对应的时刻计算车辆扫描时长为：
车辆长度方向后侧边缘点最大值对应的时刻即
Figure BDA0002412687880000081
和前侧边缘点最小值对应的时刻即
Figure BDA0002412687880000082
计算所述车辆扫描时长为：
Figure BDA0002412687880000083
步骤5所述根据车辆速度以及车辆扫描时长计算车辆长度为：
Figure BDA0002412687880000084
本发明可以带来以下有益效果：本发明通过采用斜向来回移动的单个检测，可以做到对垂直扫描车身，解决了单个检测器无法获得车辆三维信息的问题和单个检测器出现车辆侧边死角的问题，同时用车身扫描数据推算出车辆速度的信息，车辆三维尺寸的测量精度高。
附图说明
图1：本发明装置框图；
图2：本发明装置安装视图；
图3：本发明车辆扫描示意图；
图4：本发明速度测量原理图；
图5：本发明方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明的装置示意图，本发明装置的技术方案为一种运动车辆的外廓尺寸测量装置，其特征在于，包括：
架体竖直方向立柱1、架体水平斜向横梁2、步进电机3、微处理器4、检测器5；
如图2所示，所述架体竖直方向立柱1支撑立于道路边缘，所述架体水平斜向横梁2与所述架体竖直方向立柱1呈直角连接，所述架体水平斜向横梁2与与道路边缘线的夹角为α＝45°,α取值范围为45°～75°；所述检测器5安装于所述架体水平斜向横梁2下；所述步进电机3安装于所述架体水平斜向横梁下；所述4微处理器分别与所述的步进电机3、检测器5通过有线方式依次连接，所述微处理器4位于架体竖直方向立柱1上。
所述架体水平斜向横梁2选型用于所述检测器5来回移动的承载体，横梁的长度为车道宽度；
所述步进电机根据所述微处理器4的控制信号，用于驱动所述检测器5在架体水平斜向横梁2上进行来回移动；
所述步进电机3可正向驱动和反向驱动，用于驱动检测器5往返移动；
所述检测器实时测量所述检测器5至地面或车辆表面的竖直距离；所述检测器5的移动范围为所述架体水平斜向横梁2的长度；所述检测器5由所述架体水平斜向横梁2靠近所述架体竖直方向立柱1的端点移动到远离所述架体竖直方向立柱1的端点，或远离所述架体竖直方向立柱1的端点移动到靠近所述架体竖直方向立柱1的端点为一次扫描，每次扫描的数据为一组数据。
所述架体竖直方向立柱1选型为：立柱竖直高度为4米；
所述架体水平斜向横梁2选型为：横梁水平长度为L＝3米；
所述步进电机3选型为：研控YK31323A三相混合式步进电机；
所述微处理器4选型为：ARMSTM32F103VE处理器；
所述检测器5选型为：TFminiPLUS激光雷达,检测频率设定为500Hz，检测器在横梁上安装高度为
Figure BDA0002412687880000091
下面结合图1至图5，以一辆BMW1系家用汽车为例介绍本发明的具体实施方式为本发明方法的技术方案为一种车辆外廓尺寸的测量方法，其中BMW1系家用汽车长、宽、高尺寸分别为4.45米、1.80米、1.55米，车速保持为5米/秒即18公里/小时,方法流程图如图5所示，具体包括以下步骤：
步骤1：以架体水平斜向横梁2的左极限在地面上的投影为中心建立空间坐标系，X轴轴向为道路两侧连线方向，Y轴轴向为道路沿线方向，Z轴轴向为架体竖直方向立柱1的竖直方向，图1和图2中空间坐标系即为所建立的空间坐标系；
步骤2：所述检测器5初始位置位于所述架体水平斜向横梁2靠近架体竖直方向立柱1的端点，所述检测器5在所述架体水平斜向横梁2匀速往返移动，在车身扫描形成的扫描效果如图3所示，微处理器4通过所述检测器实时采集竖直距离，根据竖直距离构建竖直距离数组，计算所述检测器5实时位置，根据所述检测器5实时位置进一步构建空间时间数组，通过空间时间数组定义检测点；
步骤2中所述竖直距离数组为：
hm,n，m∈[1,M],n∈[1,N]
其中，hm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的竖直距离，在本次家用汽车通过过程中，M为采样周期的数量，M＝10，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量，N＝75,每个采样周期的时长定义为T＝0.15秒；
所述采样周期T定义为：所述检测器在所述架体水平斜向横梁2上由靠近所述架体竖直方向立柱1的一端匀速运动至远离所述架体竖直方向立柱1的一端的时长或者由远离所述架体竖直方向立柱1的一端匀速运动至靠近所述架体竖直方向立柱1的一端的时长，如图3所示；
步骤2中所述竖直距离数组为：
第m个采样周期内第n个采集的竖直距离数组，定义如下：
(hm,n,tm,n)，m∈[1,10],n∈[1,75]
其中，tm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，通过所述微处理器4进行计时M＝10为采样周期的数量，N＝75为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2计算所述检测器5实时位置为：
所述检测器5实时位置为所述检测器5位于所述架体水平斜向横梁的位置，具体计算如下：
Figure BDA0002412687880000101
m∈[1,10],n∈[1,75]
其中，lm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的检测器实时位置，L＝3米表示所述架体水平斜向横梁2的长度，tm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，T＝0.15秒表示每个采样周期的时长，M＝10为采样周期的数量，N＝75为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2所述空间时间数组为：
(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)
xm,n＝lm,nsin45°
ym,n＝lm,ncos45°
m∈[1,10],n∈[1,75]
其中，α＝45°表示所述架体水平斜向横梁2与道路边缘线的夹角，xm,n表示所述检测器5在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中X轴坐标，ym,n表示所述检测器5在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中Y轴坐标，hm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的竖直距离即，即所述检测器5在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中Z轴坐标，tm,n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，M＝10为采样周期的数量，N＝75为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2所述通过空间时间数组定义检测点为：将(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)定义为所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的检测点；
步骤3：根据竖直距离计算车辆高度：
步骤3所述根据竖直距离计算车辆高度为：
在hm，n，m∈[1，10],n∈[1,75]中，找出最小竖直距离为
Figure BDA0002412687880000111
找出最大竖直距离为
Figure BDA0002412687880000112
所述车辆高度为：
Figure BDA0002412687880000113
步骤4：根据空间时间数组分别搜索车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值，通过车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆宽度；
步骤4根据空间时间数组搜索车辆宽度右侧边缘点最大值为：
在所述空间时间数组(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)中，m∈[1,10],n∈[1,75]中找出所有满足hm,n+1-hm,n<0的检测点定义为车辆宽度右侧边缘点集合，具体为：
Figure BDA0002412687880000121
其中，I为车辆宽度右侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆宽度右侧边缘点集合中空间坐标系中X轴坐标，搜索出空间坐标系中X轴坐标最大值为：
Figure BDA0002412687880000122
即为车辆宽度右侧边缘点最大值，
Figure BDA0002412687880000123
步骤4根据空间时间数组搜索车辆宽度左侧边缘点最小值为：
在所述空间时间数组(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)中，m∈[1,10],n∈[1,75]中找出所有满足hm,n+1-hm,n>0的检测点定义为车辆宽度左侧边缘点集合，具体为：
Figure BDA0002412687880000124
其中，J为车辆宽度左侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆宽度左侧边缘点集合中空间坐标系中X轴坐标，搜索出空间坐标系中X轴坐标最小值为：
Figure BDA0002412687880000125
即为车辆宽度左侧边缘点最小值，
Figure BDA0002412687880000126
步骤4所述计算车辆宽度为：
Figure BDA0002412687880000127
即为车辆的宽度值；
步骤5：根据车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆对称平面，在空间坐标系中根据车辆对称平面分别构建左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合，根据左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合计算X轴检测点距离，根据X轴检测点距离计算车辆速度，根据空间时间数组分别搜索车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值，通过车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值分别对应的时刻计算车辆扫描时长，根据车辆速度以及车辆扫描时长计算车辆长度；
步骤5所述根据车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆对称平面为：
Figure BDA0002412687880000128
步骤5所述在空间坐标系中根据车辆对称平面分别构建左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合为：
将空间时间数组(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)中，m∈[1,10],n∈[1,75]中在步骤1所述空间坐标系中，搜索到车辆对称平面距离相等的检测点；
车辆对称平面左侧的检测点构建步骤5所述左侧X轴检测点对称集合：
Figure BDA0002412687880000131
其中,K为左侧X轴检测点对称集合中检测点的数量，K＝7；
车辆对称平面右侧的检测点构建步骤5所述右侧X轴检测点对称集合：
Figure BDA0002412687880000132
其中，K为右侧X轴检测点对称集合中检测点的数量，K＝7；
所述到车辆对称平面距离相等的检测点为：
在步骤1所述空间坐标系中，
Figure BDA0002412687880000133
为车辆对称平面左侧的检测点，
Figure BDA0002412687880000134
为车辆对称平面右侧的检测点，且左侧检测点到对称平面与右侧检测点到对称平面的距离相等，e∈[1,7]；
Figure BDA0002412687880000135
为左侧X轴检测点对称集合中第e个检测点，
Figure BDA0002412687880000136
为右侧X轴检测点对称集合中第e个检测点；
步骤5所述左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合计算X轴检测点距离为：
在所述左侧X轴检测点对称集合中遍历每个检测点即：
Figure BDA0002412687880000137
在所述右侧X轴检测点对称集合中搜索与
Figure BDA0002412687880000138
在步骤1所述空间坐标系中Y轴坐标、Z轴坐标均相等的点为：
Figure BDA0002412687880000139
则右侧X轴检测点对称集合和左侧X轴检测点对称集合中，对称点间距离为：
Figure BDA00024126878800001310
e∈[1,7],g∈[1，7]
其中，Δxe为第e个X轴检测点距离；
如图4所示，步骤5所述根据X轴检测点距离计算车辆速度为：
在所述左侧X轴检测点对称集合中，
Figure BDA0002412687880000141
e∈[1，K]，检测点所在数组组数为第mA，e组，则在所述空间时间数组(xm，n，ym，n,hm，n，tm，n)，m∈[1，M]，n∈[1，N]中，第mA，e组检测点集合可表示为：
Figure BDA0002412687880000142
在第mA，e组检测点集合中将
Figure BDA0002412687880000143
的点定义为C点
Figure BDA0002412687880000144
即C点是第mA,e组检测点集合和右侧X轴检测点对称集合的交点检测点，可知
Figure BDA0002412687880000145
步骤5所述车辆关于第e对右侧左侧对称点计算出的速度为：
Figure BDA0002412687880000146
将e∈[1,7]所有对称点算出的车辆速度加权平均后，可得车辆平均速度为:
Figure BDA0002412687880000147
以家用汽车为例，右侧左侧第3对检测点信息分别为x4,49,y4,49,h4,49,t4,49和(x5,31,y5,31,h5,31,t5,31)，则C点在左侧检测点所在组数第组中检测点信息为(x5,49,y5,49,h5,49,t5,49)，则
Δx5＝x4,49-x5,31＝2.025米-1t249米＝0.776米
t5,49-t4,49＝0.155秒
则关于第5对右侧左侧对称点计算出的速度为
Figure BDA0002412687880000148
通过将e∈[1,7]所有对称点算出的车辆速度加权平均后可得：
Figure BDA0002412687880000149
步骤5所述根据空间时间数组分别搜索车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值为：
根据空间时间数组搜索车辆长度后侧边缘点最大值为：
在所述空间时间数组(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)中，m∈[1,10],n∈[1,75]中找出所有满足hm,n+1-hm,n<0的检测点定义为车辆长度后侧边缘点集合，具体为：
Figure BDA0002412687880000151
其中，Q车辆长度后侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆长度后侧边缘点集合中空间坐标系中Y轴坐标，搜索出空间坐标系中Y轴坐标最大值为：
Figure BDA0002412687880000152
即为车辆长度后侧边缘点最大值；
步骤4根据空间时间数组搜索车辆长度前侧边缘点最小值为：
在所述空间时间数组(xm,n,ym,n,hm,n,tm,n)中，m∈[1,10],n∈[1,75]中找出所有满足hm,n+1-hm,n>0的检测点定义为车辆长度前侧边缘点集合，具体为：
Figure BDA0002412687880000153
其中，P为车辆长度前侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆长度前侧边缘点集合中空间坐标系中Y轴坐标，搜索出空间坐标系中Y轴坐标最小值为：
Figure BDA0002412687880000154
即为车辆长度前侧边缘点最小值；
步骤5所述通过车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值分别对应的时刻计算车辆扫描时长为：
车辆长度方向后侧边缘点最大值对应的时刻即
Figure BDA0002412687880000155
和前侧边缘点最小值对应的时刻即
Figure BDA0002412687880000156
计算所述车辆扫描时长为：
Figure BDA0002412687880000159
步骤5所述根据车辆速度以及车辆扫描时长计算车辆长度为：
Figure BDA0002412687880000157
即
Figure BDA0002412687880000158
通过计算出的车辆长宽高尺寸和实际尺寸相比，可知本发明方法精度高。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于运动车辆的速度和外廓尺寸测量装置的测量方法，其特征在于：
所述运动车辆的速度和外廓尺寸测量装置包括：
架体竖直方向立柱、架体水平斜向横梁、步进电机、微处理器、检测器；
所述架体竖直方向立柱支撑立于道路边缘，所述架体水平斜向横梁与所述架体竖直方向立柱呈直角连接，所述架体水平斜向横梁与道路边缘线的夹角为α；所述检测器安装于所述架体水平斜向横梁下；所述步进电机安装于所述架体水平斜向横梁下；所述微处理器分别与所述的步进电机、检测器通过有线方式依次连接，所述微处理器位于架体竖直方向立柱上；
所述架体水平斜向横梁用于所述检测器来回移动的承载体，横梁的长度为车道宽度；
所述步进电机根据所述微处理器的控制信号，用于驱动所述检测器在架体水平斜向横梁上进行来回移动；
所述步进电机可正向驱动和反向驱动，用于驱动检测器往返移动；
所述检测器实时测量所述检测器至地面或车辆表面的竖直距离；所述检测器的移动范围为所述架体水平斜向横梁的长度；所述检测器由所述架体水平斜向横梁靠近所述架体竖直方向立柱的端点移动到远离所述架体竖直方向立柱的端点，或远离所述架体竖直方向立柱的端点移动到靠近所述架体竖直方向立柱的端点为一次扫描，每次扫描的数据为一组数据；
所述测量方法包括以下步骤：
步骤1：以架体水平斜向横梁的左极限在地面上的投影为中心建立空间坐标系，X轴轴向为道路两侧连线方向，Y轴轴向为道路沿线方向，Z轴轴向为架体竖直方向立柱的竖直方向；
步骤2：所述检测器初始位置位于所述架体水平斜向横梁靠近架体竖直方向立柱的端点，所述检测器在所述架体水平斜向横梁匀速往返移动，微处理器通过所述检测器实时采集竖直距离，根据竖直距离构建竖直距离数组，计算所述检测器实时位置，根据所述检测器实时位置进一步构建空间时间数组，通过空间时间数组定义检测点；
步骤3：根据竖直距离计算车辆高度；
步骤4：根据空间时间数组分别搜索车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值，通过车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆宽度；
步骤5：根据车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆对称平面，在空间坐标系中根据车辆对称平面分别构建左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合，根据左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合计算X轴检测点距离，根据X轴检测点距离计算车辆速度，根据空间时间数组分别搜索车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值，通过车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值分别对应的时刻计算车辆扫描时长，根据车辆速度以及车辆扫描时长计算车辆长度。
2.根据权利要求1所述的基于运动车辆的速度和外廓尺寸测量装置的测量方法，其特征在于：步骤2中所述竖直距离数组为：
hm，n，m∈[1，M]，n∈[1，N]
其中，hm，n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的竖直距离，M为采样周期的数量，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量，每个采样周期的时长定义为T；
所述采样周期T定义为：所述检测器在所述架体水平斜向横梁上由靠近所述架体竖直方向立柱的一端匀速运动至远离所述架体竖直方向立柱的一端的时长或者由远离所述架体竖直方向立柱的一端匀速运动至靠近所述架体竖直方向立柱的一端的时长；
步骤2中所述竖直距离数组为：
第m个采样周期内第n个采集的竖直距离数组，定义如下：
(hm，n，tm，n)，m∈[1，M]，n∈[1，N]
其中，tm，n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，通过所述微处理器进行计时，M为采样周期的数量，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2计算所述检测器实时位置为：
所述检测器实时位置为所述检测器位于所述架体水平斜向横梁的位置，具体计算如下：
Figure FDA0002791957540000031
其中，lm，n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的检测器实时位置，L表示所述架体水平斜向横梁的长度，tm，n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，T表示每个采样周期的时长，M为采样周期的数量，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2所述空间时间数组为：
(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)
xm，n＝lm，nsinα
ym，n＝lm，ncosα
m∈[1，M]，n∈[1，N]
其中，α表示所述架体水平斜向横梁与道路边缘线的夹角，xm，n表示所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中X轴坐标，ym，n表示所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中Y轴坐标，hm，n表示第m个采样周期内第n个采集时刻的竖直距离，即所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的空间坐标系中Z轴坐标，tm，n表示第m个采样周期内第n个采集时刻，M为采样周期的数量，N为每个采样周期内采集的竖直距离的数量；
步骤2所述通过空间时间数组定义检测点为：将(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)定义为所述检测器在第m个采样周期内第n个采集时刻的检测点。
3.根据权利要求1所述的基于运动车辆的速度和外廓尺寸测量装置的测量方法，其特征在于：步骤3所述根据竖直距离计算车辆高度为：
在hm，n，m∈[1，M]，n∈[1，N]中，找出最小竖直距离为
Figure FDA0002791957540000032
找出最大竖直距离为
Figure FDA0002791957540000033
所述车辆高度为：
Figure FDA0002791957540000034
4.根据权利要求1所述的基于运动车辆的速度和外廓尺寸测量装置的测量方法，其特征在于：步骤4根据空间时间数组搜索车辆宽度右侧边缘点最大值为：
在所述空间时间数组(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)中，m∈[1，M]，n∈[1，N]中找出所有满足hm，n+1-hm，n＜0的检测点定义为车辆宽度右侧边缘点集合，具体为：
Figure FDA0002791957540000041
其中，I为车辆宽度右侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆宽度右侧边缘点集合中空间坐标系中X轴坐标，搜索出空间坐标系中X轴坐标最大值为：
Figure FDA0002791957540000042
即为车辆宽度右侧边缘点最大值；
步骤4根据空间时间数组搜索车辆宽度左侧边缘点最小值为：
在所述空间时间数组(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)中，m∈[1，M]，n∈[1，N]中找出所有满足hm，n+1-hm，n＞0的检测点定义为车辆宽度左侧边缘点集合，具体为：
Figure FDA0002791957540000043
其中，J为车辆宽度左侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆宽度左侧边缘点集合中空间坐标系中X轴坐标，搜索出空间坐标系中X轴坐标最小值为：
Figure FDA0002791957540000044
即为车辆宽度左侧边缘点最小值；
步骤4所述计算车辆宽度为：
Figure FDA0002791957540000045
即为车辆的宽度值。
5.根据权利要求1所述的基于运动车辆的速度和外廓尺寸测量装置的测量方法，其特征在于：步骤5所述根据车辆宽度右侧边缘点最大值、车辆宽度左侧边缘点最小值计算车辆对称平面为：
Figure FDA0002791957540000046
步骤5所述在空间坐标系中根据车辆对称平面分别构建左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合为：
将空间时间数组(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)中，m∈[1，M]，n∈[1，N]中在步骤1所述空间坐标系中，搜索到车辆对称平面距离相等的检测点；
车辆对称平面左侧的检测点构建步骤5所述左侧X轴检测点对称集合：
Figure FDA0002791957540000051
其中，K为左侧X轴检测点对称集合中检测点的数量；
车辆对称平面右侧的检测点构建步骤5所述右侧X轴检测点对称集合：
Figure FDA0002791957540000052
其中，K为右侧X轴检测点对称集合中检测点的数量；
所述到车辆对称平面距离相等的检测点为：
在步骤1所述空间坐标系中，
Figure FDA0002791957540000053
为车辆对称平面左侧的检测点，
Figure FDA0002791957540000054
为车辆对称平面右侧的检测点，且左侧检测点到对称平面与右侧检测点到对称平面的距离相等，e∈[1，K]；
Figure FDA0002791957540000055
为左侧X轴检测点对称集合中第e个检测点，
Figure FDA0002791957540000056
为右侧X轴检测点对称集合中第e个检测点；
步骤5所述左侧X轴检测点对称集合、右侧X轴检测点对称集合计算X轴检测点距离为：
在所述左侧X轴检测点对称集合中遍历每个检测点即：
Figure FDA0002791957540000057
在所述右侧X轴检测点对称集合中搜索与
Figure FDA0002791957540000058
在步骤1所述空间坐标系中Y轴坐标、Z轴坐标均相等的点为：
Figure FDA0002791957540000059
则右侧X轴检测点对称集合和左侧X轴检测点对称集合中，对称点间距离为：
Figure FDA00027919575400000510
其中，Δxe为第e个X轴检测点距离；
步骤5所述根据X轴检测点距离计算车辆速度为：
在所述左侧X轴检测点对称集合中，
Figure FDA0002791957540000061
Figure FDA0002791957540000062
检测点所在数组组数为第mA，e组，则在所述空间时间数组(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)，m∈[1，M]，n∈[1，N]中，第mA，e组检测点集合可表示为：
Figure FDA0002791957540000063
在第mA，e组检测点集合中将
Figure FDA0002791957540000064
的点定义为C点
Figure FDA0002791957540000065
即C点是第mA，e组检测点集合和右侧X轴检测点对称集合的交点检测点，可知
Figure FDA0002791957540000066
步骤5所述车辆关于第e对右侧左侧对称点计算出的速度为：
Figure FDA0002791957540000067
将e∈[1，K]所有对称点算出的车辆速度加权平均后，可得车辆平均速度为：
Figure FDA0002791957540000068
步骤5所述根据空间时间数组分别搜索车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值为：
根据空间时间数组搜索车辆长度后侧边缘点最大值为：
在所述空间时间数组(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)中，m∈[1，M]，n∈[1，N]中找出所有满足hm，n+1-hm，n＜0的检测点定义为车辆长度后侧边缘点集合，具体为：
Figure FDA0002791957540000069
其中，Q车辆长度后侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆长度后侧边缘点集合中空间坐标系中Y轴坐标，搜索出空间坐标系中Y轴坐标最大值为：
Figure FDA00027919575400000610
即为车辆长度后侧边缘点最大值；
步骤4根据空间时间数组搜索车辆长度前侧边缘点最小值为：
在所述空间时间数组(xm，n，ym，n，hm，n，tm，n)中，m∈[1，M]，n∈[1，N]中找出所有满足hm，n+1-hm，n＞0的检测点定义为车辆长度前侧边缘点集合，具体为：
Figure FDA0002791957540000071
其中，P为车辆长度前侧边缘点集合中检测点的数量；
根据车辆长度前侧边缘点集合中空间坐标系中Y轴坐标，搜索出空间坐标系中Y轴坐标最小值为：
Figure FDA0002791957540000072
即为车辆长度前侧边缘点最小值；
步骤5所述通过车辆长度后侧边缘点最大值、车辆长度前侧边缘点最小值分别对应的时刻计算车辆扫描时长为：
车辆长度方向后侧边缘点最大值对应的时刻即
Figure FDA0002791957540000073
和前侧边缘点最小值对应的时刻即
Figure FDA0002791957540000074
计算所述车辆扫描时长为：
Figure FDA0002791957540000075
步骤5所述根据车辆速度以及车辆扫描时长计算车辆长度为：
Figure FDA0002791957540000076
其中，Lcar为车辆长度。
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