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WDL-I-865激光式车辆检测系统技术方案上

日期:2016年6月29日 15:56

 

一、车辆检测器系统技术方案

1.概述

WDL-I-865 车辆检测器系统是万集科技自主研发的新一代非接触固定式车辆检测设备。该系统采用当前最先进的激光扫描技术,能精确获车辆的三维轮廓,在检测精度以及抗干扰方面具有优异的性能,具有全天候工作稳定可靠性。该系统符合交通运输部关于交调设备的最新标准《交调设备相关技术要求、管理办法及外场检测操作实施细则》中规定的 II 级设备要求,可以实现机动车自动分型(符合机动车型级分类要求)、流量统计、地点车速检测等功能,已经通过交通运输部权威鉴定,完全满足公路车检器工作的需要。

2.系统组成与工作原理

WDL-I-865车辆检测器系统由激光扫描传感器、中央数据采集控制器等组成。采用激光检测技术,前端设备安装简单,无须破坏路面,也不受路面施工影响,是一种非接触式交调设备。系统中提到的激光传感器是基于脉冲和相位激光测距相结合的基本原理。在脉冲方式测量下通过对脉冲相位的鉴别实现对发射和接收时间差的测量。该方案中,测距的精度由相位鉴别的精度决定,测距的频率由发射激光脉冲的频率决定,因此该方案能够在保证测量精度的同时实现高速测量。

激光测距的工作原理是通过测定脉冲激光在发射接收路线上往返所经过的时间,按下式求出距离值:

D=CT/2n

式中 D 为待测距离,n 为标准大气条件下传输介质对激光的平均折射率,C 为真空中光速,T 为激光脉冲在测线上往返传输所需要的时间。

一个典型的脉冲飞行时间激光测距系统通常由以下五个部分组成:激光发射单元、接收通道、时刻鉴别单元、高精度时刻间隔测量单元和处理控制单元。激光发射单元在 t 时刻发射激光脉冲,其中小部分功率直接进入回波接收单元,触发起始信号(START),开始时间间隔测量;其余功率向目标发射出去,经距离 L 后到达目标后被反射;接收通道的光电探测器接收到返回脉冲,经放大后到达信号的放大及整形单元,产生一中止信号(STOP),终止时间间隔测量;高精度计数单元把所测得的时间间隔结果 t 输出到处理控制单元最后得到距离 R。

图1 激光测距原理图

激光扫描测距的技术是专门为获取物体的三维信息而发展起来的一门新兴的立体测量技术,激光扫描测距传感器利用激光脉冲飞行时间的基本原理测定被测物的距离,脉冲激光束通过激光扫描测距传感器内部的旋转反射镜,以固定间隔的角度和时间进行扫描,对周围环境扫描出一个扇面,目标物体的轮廓线由接收到的一系列脉冲序列来决定。基于此原理,可以对车辆的轮廓进行扫描,获取车辆的外型特征数据

图2 激光扫描三维轮廓

WDL-I-865 车辆检测器系统基于先进的激光检测技术,通过扫描车辆三维外形来进行车辆分类,具有设备分型精度高、抗干扰能力强等特点。WDL-I-865 车辆检测器系统中央数据采集控制器外壳采用嵌入式机箱,体积小,重量轻,外部接线简单。采用先进的 ARM 处理器作为核心控制器,内部板卡之间采用高速数据总线进行通讯,共享各种信息,采用先进的多信息融合技术,保证系统优越的性能以及工作的稳定可靠。激光传感器采用目前最为先进的高速扫描测距传感器,稳定可靠,扫描精度高。

图3 激光车检器系统组成

          

     图4 激光传感器                 图5 激光控制柜

3.系统布局及工作流程

激光式车辆检测系统采用一只激光扫描测距传感器。该只传感器沿道路的横切面方向成一定角度方向扫描,在道路上形成的扫描投影线与道路横截面成一定夹角。利用扫描传感器测量高度,结合夹角计算出车辆的宽度,同时扫描传感器记录车辆进入、扫描到全车宽度的时刻,扫描全车宽最后一帧和车辆出车的时刻,通过这些时刻及车辆宽度进而计算出车辆的速度及长度。

3.1.正装布局

激光传感器安装于道路的中央分道线上方。对于双向四车道的道路,无中央隔离带的采用龙门架安装方式。有中央隔离带的道路可采用立杆方式安装。

图6 激光车检器系统正装布局图

此安装方式需满足以下条件:

要求一:正装情况下,激光器安装位置距离地面高度:路宽30米以内时离地面高度不得小于5.5米,路宽30--40米时离地面高度不得小于6.5米,路宽40--50米时离地面高度不得小于7.5米

要求二:中央隔离带上方安装时,车道数不得超过8个(不含应急车道),且在8车道时,隔离带宽度不得超过8米;

要求三:垂直激光器在路面上方的扫描断面不能被门架或树枝遮挡住,如果被遮挡,需要调整安装位置。

3.2.侧装布局

当道路没有中央隔离带活着龙门架不方便安装时,可以采用侧装方式,激光传感器安装于道路的一侧。采用立杆的方式,将激光器安装在立杆上面,其扫描面与道路横切面成一定角度。

图7 激光车检器系统侧装布局图

此安装方式时需满足以下条件:

要求一:路侧安装情况下,激光器安装位置距离地面高度:路宽15米以内时离地面高度不得小于5.5米,路宽15--20米时离地面高度不得小于6.5米,路宽20米以上时离地面高度不得小于7.5米

要求二:路侧安装,最大支持6车道,且安装点距离道路最远端的距离不得超过25米;

要求三:在路侧安装立杆,扫描双向车道的情况下,隔离带上的植物或建筑高度必须要低于1.5米,否则该点不适合安装;

要求四:特别注意,垂直激光器路面上方的扫描断面没有被门架或树枝遮挡住,如果被遮挡,需要调整安装位置。

3.3.工作流程

系统工作流程如下图所示,激光传感器采集的原始测距数据进入逻辑程序部分,对数据进行坐标转换、分车等处理后,如有车辆经过则将处理后的抛车数据交给算法程序;在算法中计算车辆长宽高等中间数据,经算法处理后生成车辆车型、速度等单车检测结果数据并存入缓存;统计数据写入SD卡中存储,并通过无线网络定时上传至中心服务器。

图8 系统工作流程图

4.数据上传方式

提供多种灵活的数据上传方式,满足交通部最新的 TCP/IP 协议标准,同时兼容 RTMS G4 车检器数据传输标准,此外支持数据GPRS 以及无线上传,方便用户灵活选用。与数据中心交互流程如下:

图9 数据上传流程图

 

5.车型分类标准

交通部《关于加强公路交通情况调查设备技术管理的指导意见(试行)》附件 1《固定式交通流量调查设备技术条件》中规定:根据使用功能的不同,设备分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个级别:

 

设备分类

分行驶方向

分车道

机动车分类

机动车分型

Ⅰ级

 

Ⅱ级

 

Ⅲ级

区分一般机动车(不含摩托车)和摩托车

表1 设备分级标准

Ⅰ级设备应具备机动车分型功能,且满足机动车二级分类的标准;Ⅱ级设备应具备机动车分类功能,且满足机动车一级分类的标准;Ⅲ级设备应能区分一般机动车(不含摩托车)和摩托车。

 

车型

一级分类

二级分类

额定荷载参数

轮廓及轴数特征参数

备注

汽车

小型车

中小客车

额定座位≤19座

车长<6m,2轴

 

小型货车

荷载质量2吨

包括三轮载荷汽车

中型车

大客车

额定座位>19座

6m≤车长≤12m,2轴

 

中型货车

2吨荷载质量7吨

包括专用汽车

大型车

大型货车

7吨荷载质量20吨

6m≤车长≤12m,3轴或4轴

 

特大型车

特大型货车

荷载质量20吨

车长>12m或4轴以上;

车高<3.8m或车高>4.2m

 

集装箱车

车长>12m或4轴以上;

且3.8m≤车高≤4.2m

 

摩托车

摩托车

发动机驱动

两轮或三轮摩托车

包括轻便、普通摩托车

拖拉机

拖拉机

 

 

包括大、小拖拉机

表2 车型分类标准

WDL-I-865车辆检测器系统符合 II 级设备要求,车型分类采用一级分类,即将车型分为小型车、中型车、大型车、特大型车、摩托车以及拖拉机六类车型。

6.系统主要功能

l能够实现如下检测功能:机动车交通流量、分型、地点车速、时间占有率等交通参数;

l支持多车道同时进行流量统计,用户可根据实际道路情况灵活设置;

l采用性能优良的ARM9工业级处理器与嵌入式实时操作系统,系统稳定可靠;

l不依靠外界光源,不受外界光线影响,夜间检测效果良好;

l具备自动加热功能,在雾、雨、雪条件下性能稳定;

l能够分车道以及分方向进行统计;

l系统升级方便,可根据用户自定义多种车型;

l支持TCP/IP网络传输、无线传输,用户可灵活选择;

l支持大容量SD卡,可用于海量数据存储,数据可保存10年;

l支持RS232/422串口通讯;

l支持实时数据传输以及按照数据处理周期传输;

l具备来电自动恢复以及数据断点续传能力;

l支持无线、光纤、局域网等多种联网方式;

l具备故障自动检测以及实时上报功能;

l具备车辆并线自动检测功能,并进行提示;

l施工以及调试简单,维护以及产品升级方便。

7.产品规格及性能指标 

7.1激光传感器

l类型: 高速扫描

l扫描角度:180°

l角度分辨率:0.5°

l电源电压 : 9V~30VDC

l通讯接口:Ethernet

l测距范围:0.5米~30米(10%反射率物体)

l测距误差:≤ 6 CM

l激光等级: I级 人眼安全

l光源波长:  905nm,不可见

l环境温度-55℃~70

l防护等级:IP68

l具有自动加热功能,在雨、雪、雾等恶劣气候条件下能够可靠检测

l可灵活划分车道。

7.2中央数据采集控制器

l流量统计精度≥98%;

l综合车型识别精度≥90%;

l速度检测范围: 0~200km/h;

l平均速度检测精度≥95%

l数据存储时间:≥10年;

l结构稳定性:最大抗风能力40m/s;

l工作电源:AC220V±15%,50HZ±4%;或直流DC24V;

l大气压力:50Kpa—106 Kpa;

l相对湿度:≤98%;

l工作温度:-55℃~70

l平均无故障时间:≥50000h

所属类别: 激光解决方案

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