宋學(xué)青
(云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院,云南 昆明 650228)
機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差檢定裝置研制
宋學(xué)青
(云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院,云南 昆明 650228)
為更準(zhǔn)確地檢測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差,以社會(huì)車(chē)輛為目標(biāo)速度源,在機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的臨近位置,架設(shè)更高精度的測(cè)速裝置,對(duì)相同速度監(jiān)測(cè)和圖像采集區(qū)域內(nèi)的社會(huì)車(chē)輛,進(jìn)行同步測(cè)量和同步圖像采集,通過(guò)對(duì)比兩者的速度量值實(shí)現(xiàn)對(duì)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢定校準(zhǔn)。該裝置用于檢定道路超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的速度量值線(xiàn)性與誤差,可以測(cè)量足夠多的社會(huì)車(chē)輛樣本,重點(diǎn)選取限速點(diǎn)附近的速度測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析。裝置安裝簡(jiǎn)單,使用方便,可以大幅提升檢定效率與操作安全性。
機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng);速度監(jiān)測(cè);圖像采集;測(cè)量誤差;安全性
安裝在高速公路和城市快速路上的機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有超速監(jiān)測(cè)和執(zhí)法取證雙重功能,是道路交通執(zhí)法和交通管理的主要技術(shù)設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)速原理大多為雷達(dá)測(cè)速、地感線(xiàn)圈測(cè)速、激光測(cè)速等。針對(duì)不同測(cè)速原理的機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按相應(yīng)計(jì)量檢定規(guī)程要求,均需要先進(jìn)行模擬檢定,然后進(jìn)行實(shí)車(chē)路試檢定,并以實(shí)車(chē)路試檢定結(jié)果為最終依據(jù)[1]。因此,實(shí)車(chē)路試檢定環(huán)節(jié)十分重要。但目前采用實(shí)車(chē)路試的檢定方法,需要采取道路封閉措施,對(duì)道路交通影響較大,檢定人員開(kāi)車(chē)反復(fù)實(shí)跑,耗時(shí)大,效率低,安全隱患也較大,因此考慮采用更高精度的測(cè)速手段,利用道路上的社會(huì)車(chē)輛進(jìn)行路試檢定。
該檢定的基本思路與OIML R91-1990《機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)速儀》國(guó)際建議以及國(guó)際警察首長(zhǎng)協(xié)會(huì)IACP RADAR Module-2004《機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)速儀通用技術(shù)條件》是一致的。只是我國(guó)現(xiàn)行實(shí)車(chē)路試檢定多采用標(biāo)準(zhǔn)速度車(chē)(檢測(cè)車(chē)+車(chē)載標(biāo)準(zhǔn)速度儀)方式進(jìn)行檢定,國(guó)外實(shí)車(chē)路試檢定多采用社會(huì)車(chē)輛加更高精度測(cè)速儀的方式進(jìn)行檢定[2]。后者在解決了高精度車(chē)速測(cè)量技術(shù)難題后,具有更強(qiáng)的操作性和實(shí)用性。此前國(guó)內(nèi)無(wú)此類(lèi)原理的檢定裝置,本文提出的解決方案,對(duì)傳統(tǒng)檢定方式是一個(gè)較大的補(bǔ)充,也是未來(lái)測(cè)速檢定發(fā)展的趨勢(shì)。
機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差檢定裝置,主要由高精度測(cè)速雷達(dá)、智能攝像機(jī)、超速觸發(fā)數(shù)字接口、數(shù)據(jù)采集單元、檢測(cè)軟件等組成。測(cè)速雷達(dá)與智能攝像機(jī)通過(guò)RS485接口相連,攝像機(jī)與數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)連接[3]。
高精度測(cè)速及圖像采集的現(xiàn)場(chǎng)工作原理如圖1所示。測(cè)速雷達(dá)具有限速值設(shè)置調(diào)整功能,通過(guò)計(jì)算機(jī)RS232接口進(jìn)行設(shè)置。該現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差檢定裝置還可擴(kuò)展其他信號(hào)檢測(cè),如紅綠燈信號(hào)和違規(guī)越線(xiàn)觸發(fā)信號(hào),紅綠燈信號(hào)和違規(guī)越線(xiàn)觸發(fā)信號(hào)開(kāi)關(guān)依次連接;當(dāng)達(dá)到觸發(fā)閾值時(shí),啟動(dòng)智能攝像機(jī),進(jìn)行抓拍取證。
圖1 高精度測(cè)速雷達(dá)及圖像采集現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差檢定裝置工作原理圖
系統(tǒng)工作原理:高精度測(cè)速雷達(dá)、智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、數(shù)字傳輸接口、數(shù)據(jù)采集單元是本檢定裝置的基本組成部分。工作時(shí),設(shè)置好測(cè)速雷達(dá)的限速值,當(dāng)社會(huì)車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)區(qū)域且超過(guò)限速值時(shí),雷達(dá)測(cè)得車(chē)輛速度值并輸出觸發(fā)信號(hào),啟動(dòng)攝像機(jī)抓拍取證。雷達(dá)測(cè)得的速度值與攝像機(jī)抓拍的照片在計(jì)算機(jī)中完成信息合成。通過(guò)查閱圖片上的速度值,與被測(cè)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的速度值進(jìn)行對(duì)比,即可實(shí)現(xiàn)速度量值的檢定校準(zhǔn)[4-5]。
該檢定裝置是在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有雷達(dá)測(cè)速模擬檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)裝置、地感線(xiàn)圈測(cè)速模擬檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)裝置和車(chē)載標(biāo)準(zhǔn)速度儀基礎(chǔ)上進(jìn)行的一種檢定校準(zhǔn)方式改進(jìn)研究。傳統(tǒng)路試方法采用車(chē)載標(biāo)準(zhǔn)速度儀通過(guò)GPS多普勒頻移變換原理測(cè)速,實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示檢測(cè)車(chē)運(yùn)行的自身速度。當(dāng)檢測(cè)車(chē)通過(guò)測(cè)速區(qū)域且超速時(shí),攝像機(jī)自動(dòng)拍攝檢測(cè)車(chē),并顯示該車(chē)的速度值。外掛顯示屏上的檢測(cè)車(chē)自身速度標(biāo)準(zhǔn)值也一并被拍攝。只需將兩個(gè)速度值進(jìn)行比較,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢定校準(zhǔn)。傳統(tǒng)方法的最大缺陷是需要用自身試驗(yàn)車(chē)來(lái)回反復(fù),工作量大,而且短距離內(nèi)提升車(chē)速的操作安全性也存在問(wèn)題[6]。
2.1 雷達(dá)測(cè)速基本原理
測(cè)速雷達(dá)是本裝置的關(guān)鍵,它是高精度測(cè)速的主體,觸發(fā)智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的信號(hào)是由高精度測(cè)速雷達(dá)發(fā)出的,控制信號(hào)通過(guò)RS485接口傳送到智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),并在100ms內(nèi)啟動(dòng)觸發(fā)圖像采集。因此,測(cè)速雷達(dá)測(cè)得的速度精度直接影響檢定精度[7]。
利用雷達(dá)波來(lái)檢測(cè)移動(dòng)物體速度的原理,其理論基礎(chǔ)皆源于“多普勒效應(yīng)”,多普勒的理論基礎(chǔ)為時(shí)間。波是由頻率及振幅所構(gòu)成,而無(wú)線(xiàn)電波是隨著波而前進(jìn)的。當(dāng)無(wú)線(xiàn)電波在行進(jìn)過(guò)程中,碰到物體時(shí),該無(wú)線(xiàn)電波會(huì)被反彈,而且反彈回來(lái)的波,其頻率及振幅都會(huì)隨著所碰到物體的移動(dòng)狀態(tài)而改變。若無(wú)線(xiàn)電波所碰到的物體是固定不動(dòng)的,那么反彈回來(lái)的無(wú)線(xiàn)電波頻率是不會(huì)改變的[8]。然而,若物體是朝著無(wú)線(xiàn)電發(fā)射方向前進(jìn)時(shí),所反彈回來(lái)的無(wú)線(xiàn)電波會(huì)被壓縮,因此該電波的頻率會(huì)隨之增加;反之,若物體是朝著遠(yuǎn)離無(wú)線(xiàn)電波方向行進(jìn)時(shí),反彈回來(lái)的無(wú)線(xiàn)電波頻率會(huì)隨之減小。
根據(jù)多普勒原理,由于雷達(dá)發(fā)射和接收共用一個(gè)天線(xiàn),且運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向與天線(xiàn)法線(xiàn)方向相一致,運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻率fd符合下列關(guān)系式。
將式(1)變?yōu)?/p>
其中:Vr——目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度;
C——電磁波在空氣中的傳播速度,是一個(gè)常數(shù);
ft——雷達(dá)的發(fā)射頻率,是一個(gè)已知量;
fd——測(cè)量到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引起的多普勒頻率,其測(cè)量精度由石英晶體振蕩器保證,并由計(jì)算機(jī)處理,進(jìn)行速度換算后送到顯示屏顯示。
2.2 SI-3測(cè)速雷達(dá)
本研究中,定制選用了SI-3高精度測(cè)速雷達(dá)。定制的SI-3高精度測(cè)速雷達(dá)速度測(cè)量分辨率可以達(dá)到0.1km/h,速度測(cè)量精度為±1%(100km/h時(shí)),達(dá)到高精度測(cè)速的目的。SI-3測(cè)速雷達(dá)主要參數(shù),測(cè)速范圍為5~320km/h。內(nèi)部精確度為±0.1km/h,雷達(dá)微波安全漏能值≤3μW/cm2,響應(yīng)時(shí)間≤10ms,連接方式:支持RS232和RS485接口,可以與計(jì)算機(jī)通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)分析。
智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是本系統(tǒng)的核心之一,攝像機(jī)為8路閃光燈同步輸出,它接收高精度測(cè)速雷達(dá)信號(hào),依據(jù)速度值觸發(fā)抓拍開(kāi)關(guān),對(duì)行駛車(chē)輛進(jìn)行拍照,發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)采集卡,由控制中心集成軟件對(duì)數(shù)據(jù)文檔進(jìn)行實(shí)時(shí)或保存處理。觸發(fā)智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的信號(hào)是由高精度測(cè)速雷達(dá)發(fā)出的信號(hào),控制信號(hào)通過(guò)RS485接口傳送到智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),并在100ms內(nèi)啟動(dòng)觸發(fā)圖像采集。
3.1 總體功能
智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是一種結(jié)合傳統(tǒng)抓拍機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的新一代抓拍機(jī),又稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)抓拍機(jī)。它可將影像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至地球另一端,且遠(yuǎn)端的瀏覽者不需要任何專(zhuān)業(yè)軟件,只要標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(如“Microsoft IE”)或配套的客戶(hù)端軟件即可監(jiān)視其影像。網(wǎng)絡(luò)抓拍機(jī)內(nèi)置有一個(gè)嵌入式芯片,采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)抓拍機(jī)能夠抓拍圖片并進(jìn)行車(chē)牌識(shí)別。網(wǎng)絡(luò)抓拍機(jī)傳送來(lái)的視頻信號(hào)數(shù)字化后由高效壓縮芯片壓縮,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)傳送給客戶(hù)端或管理服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)上用戶(hù)可直接用瀏覽器或客戶(hù)端軟件觀看網(wǎng)絡(luò)抓拍機(jī)或服務(wù)器上的圖像,授權(quán)用戶(hù)還可控制網(wǎng)絡(luò)抓拍機(jī)對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行操作。
本項(xiàng)目研究定制的智能高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)支持雙快門(mén)功能,視頻流和抓拍幀同時(shí)輸出,在抓拍的同時(shí)進(jìn)行道路監(jiān)控,采用先進(jìn)的視頻壓縮H.264技術(shù)編碼,壓縮比高,且處理非常靈活,抓拍幀采用JPEG編碼,圖片質(zhì)量可設(shè)。同時(shí)支持抓拍同步閃光燈輸出和智能識(shí)別等功能,廣泛適用于交通卡口通行車(chē)輛監(jiān)控、超速車(chē)輛監(jiān)控、闖紅燈記錄等領(lǐng)域。
3.2 功能模塊硬件電路
智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的主要功能模塊電路如圖2~圖4所示。
圖2 外部觸發(fā)輸入信號(hào)電路
圖3 閃光燈同步觸發(fā)輸出電路1
圖4 閃光燈同步觸發(fā)輸出電路2(5V)
高精度測(cè)速雷達(dá)架設(shè)在道路上方或側(cè)邊,準(zhǔn)確測(cè)量社會(huì)車(chē)輛車(chē)速,當(dāng)車(chē)速超過(guò)設(shè)定速度閾值時(shí),發(fā)出信號(hào)觸發(fā)智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)??刂菩盘?hào)通過(guò)RS485接口傳送到智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),并在100ms內(nèi)啟動(dòng)智能交通高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),觸發(fā)并進(jìn)行圖像抓拍采集。對(duì)相同速度監(jiān)測(cè)和圖像采集區(qū)域內(nèi)的社會(huì)車(chē)輛,進(jìn)行同步測(cè)量和同步圖像采集,通過(guò)對(duì)比兩者的速度量值實(shí)現(xiàn)對(duì)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢定校準(zhǔn)。
機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差檢定裝置的檢測(cè)軟件主要由數(shù)據(jù)交互子模塊和合格判斷子模塊兩部分組成。檢測(cè)軟件對(duì)雷達(dá)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理分析,然后存入串口緩存器;接收數(shù)據(jù)采集單元發(fā)出的指令,同時(shí)發(fā)出控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路觸發(fā)攝像機(jī)抓拍,并進(jìn)行圖像與數(shù)據(jù)合成。數(shù)據(jù)交互模塊主要用于測(cè)速單元與圖像采集單元間的數(shù)據(jù)通信。
檢測(cè)軟件用統(tǒng)一的數(shù)字通信接口協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送具體流程如圖5所示。
合格判斷子模塊中,將高精度測(cè)速雷達(dá)對(duì)社會(huì)車(chē)輛測(cè)得的速度值作為標(biāo)準(zhǔn)值,與機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)測(cè)量的速度值進(jìn)行對(duì)比后,判斷其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差是否合格[9]。
圖5 數(shù)據(jù)交互模塊收發(fā)軟件流程圖
為了驗(yàn)證機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差檢定裝置的計(jì)量性能,用安裝有0.5%(100km/h時(shí))準(zhǔn)確度等級(jí)的車(chē)載標(biāo)準(zhǔn)速度儀試驗(yàn)車(chē)(標(biāo)準(zhǔn)車(chē))對(duì)其進(jìn)行實(shí)車(chē)路試檢驗(yàn),將標(biāo)準(zhǔn)車(chē)速度值與機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差檢定裝置的速度值進(jìn)行對(duì)比,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。
由表1可以看出,將標(biāo)準(zhǔn)車(chē)速度視為標(biāo)準(zhǔn)值,兩者相對(duì)誤差在±1%以?xún)?nèi),后者能夠滿(mǎn)足檢定規(guī)程對(duì)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)速度測(cè)量誤差的量傳要求:δ<100 km/h時(shí),為-6~0km/h,δ≥100km/h時(shí),為-6%~0。
表1 標(biāo)準(zhǔn)車(chē)與裝置的速度值對(duì)比結(jié)果
實(shí)際檢定時(shí),在機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的領(lǐng)近位置,架設(shè)本項(xiàng)目研制的檢定裝置,對(duì)相同速度監(jiān)測(cè)和圖像采集區(qū)域內(nèi)的社會(huì)車(chē)輛,進(jìn)行同步測(cè)量,同步圖像采集,通過(guò)對(duì)比兩者的速度量值實(shí)現(xiàn)對(duì)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的檢定校準(zhǔn)。該方式可以方便地測(cè)量足夠多的社會(huì)車(chē)輛樣本,對(duì)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)速度量值的線(xiàn)性和誤差進(jìn)行檢定校準(zhǔn)。
檢定工作實(shí)踐表明,傳統(tǒng)檢定校準(zhǔn)方法,大量時(shí)間消耗在自身試驗(yàn)車(chē)的往復(fù)試跑和被檢設(shè)備前期調(diào)整上。一旦被檢設(shè)備前期速度量值線(xiàn)性調(diào)整完畢,后期實(shí)車(chē)路試檢定就方便快捷很多。因此,本項(xiàng)目研制的現(xiàn)場(chǎng)誤差檢定裝置以社會(huì)車(chē)輛作為目標(biāo)速度源進(jìn)行檢定校準(zhǔn),可以大幅提升檢定效率和操作安全性。
[1]戴金洲,彭鐵軍.非接觸式測(cè)速儀檢測(cè)方法淺析[J].中國(guó)計(jì)量,2010(4):110-111.
[2]張子劍,高奎賀,田禹,等.機(jī)動(dòng)車(chē)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的在線(xiàn)檢測(cè)[J].中國(guó)計(jì)量,2007(3):69-70.
[3]高奎賀,山毓俊,孫達(dá).基于虛擬視頻技術(shù)的機(jī)動(dòng)車(chē)視頻測(cè)速儀模擬檢測(cè)方法的研究[J].中國(guó)計(jì)量,2011(3):82-83.
[4]江東,曾亞光.機(jī)動(dòng)車(chē)視頻測(cè)速系統(tǒng)及主要問(wèn)題分析[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù),2007,33(5):41-43.
[5]吳長(zhǎng)順.關(guān)于機(jī)動(dòng)車(chē)超速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)量檢定和型式評(píng)價(jià)的一些問(wèn)題探討[J].科技論壇,2012(25):95-96.
[6]王林波,呂軍.機(jī)動(dòng)車(chē)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢定規(guī)程執(zhí)行中的有關(guān)問(wèn)題和探討[J].上海計(jì)量測(cè)試,2010(4):58-60.
[7]余歌.機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)速儀檢定裝置的設(shè)計(jì)[J].警察技術(shù),2012(2):64-66.
[8]郝憲鋒,劉廣孚.機(jī)動(dòng)車(chē)地感線(xiàn)圈測(cè)速儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2009,9(13):83-85.
[9]孫橋,蔡常青,張躍,等.機(jī)動(dòng)車(chē)超速自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的“同一性”及其“溯源性”[J].中國(guó)計(jì)量,2010(11):77-79.
Development of verification device for on-site velocity measurement error of vehicle speed monitoring system
SONG Xue-qing
(Yunnan Institute of Metrology and Testing Technology,Kunming 650228,China)
In order to accurately detect the velocity error of motor vehicle speed monitoring system,a high accuracy velocity measurement device was set up next to the vehicle speed monitoring system.The device is able to carry out synchronous measurement and synchronous image acquisition on the social vehicles in the area of equal speed monitoring and image acquisition.Based on a target velocity source of social vehicles,the vehicle speed monitoring system was verified and calibrated by comparing the two velocity values between the target vehicle and measured vehicle.In order to verify the linearity and error of the measured velocity values of the monitoring system,the proposed verification device is able to measure as many samples of social vehicles as possible and comparatively analyze the measured velocity values around the limited value.The device is easy to install and convenient to use.It can significantly improve the efficiency of verification and operational safety.
vehicle speed monitoring system;speed monitoring;image acquisition;measurement error;safety
U461.1;U467.4+3;U491;TM930.113
:A
:1674-5124(2014)03-0071-04
10.11857/j.issn.1674-5124.2014.03.020
2013-10-09;
:2013-12-01
宋學(xué)青(1963-),女,貴州黃平縣人,高級(jí)工程師,主要從事機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)設(shè)備計(jì)量檢測(cè)、自動(dòng)化儀表與標(biāo)準(zhǔn)研究。