任曉翡

(山西欣奧特自動化工程有限公司，山西 太原 030012)

1 全天候車輛輪廓辨識技術(shù)難點重點

本系統(tǒng)利用自動化設(shè)備對車輛邊緣輪廓信息進行不停車檢測，同時在雨霧環(huán)境下運用優(yōu)化算法對車輛邊緣數(shù)據(jù)信息進行處理，重新建立車輛邊緣模型，大大提高了車輛邊緣信息在雨霧環(huán)境下信息的精確度。

1.1 脈沖式激光測距技術(shù)

激光測距技術(shù)，具有峰值功率高、速度快，頻率高，可測量動態(tài)目標(biāo)等優(yōu)點。脈沖式激光測距技術(shù)利用脈沖激光器對目標(biāo)發(fā)射一個或一列很窄的光脈沖，激光接收器對碰到物體返回的激光波進行探測，記錄下激光的傳播時間t，并計算出待測目標(biāo)距離。在掃描器的掃描范圍內(nèi)，可根據(jù)需要設(shè)置保護區(qū)域，當(dāng)目標(biāo)進入保護區(qū)域時，發(fā)出報警信號，根據(jù)每個測量點的距離，計算目標(biāo)的外型輪廓、坐標(biāo)定位等信息。

1.2 高精度動態(tài)車輛輪廓辨識技術(shù)

車輛輪廓檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵是利用脈沖式激光測距技術(shù)準(zhǔn)確地測量出車輛邊緣輪廓的實際尺寸。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對動態(tài)車輛邊緣輪廓的辨識，同時運用多次回波檢測的方法有效減少激光傳感器主控震蕩頻率提供調(diào)制頻率帶來的漂移誤差，實現(xiàn)對動態(tài)車輛輪廓信息的高精度辨識。

1.3 RLS自適應(yīng)濾波車輛邊緣模型重構(gòu)

遞推最小二乘法RLS(Recursive Least Square)算法具有結(jié)構(gòu)較為簡單，功能較好，收斂速度快，特性穩(wěn)定且收斂特性良好的優(yōu)點。在處理未知統(tǒng)計環(huán)境下所產(chǎn)生的運算結(jié)果信號或非平穩(wěn)信號時，可以提供優(yōu)良的信號處理能力。重新建立車輛模型，得到準(zhǔn)確的車輛邊緣輪廓信息，有效減少雨霧環(huán)境下帶來的數(shù)據(jù)誤報率，實現(xiàn)對車輛輪廓的全天候辨識。

2 全天候車輛輪廓辨識系統(tǒng)設(shè)計研究

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)路線和創(chuàng)新點

全天候車輛輪廓辨識系統(tǒng)的整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、顯示單元、管理控制單元構(gòu)成。

圖1 系統(tǒng)工作示意圖

實現(xiàn)本系統(tǒng)中的各項功能，需要的主要技術(shù)：

1) 基于脈沖式激光測距的動態(tài)車輛輪廓辨識技術(shù)：激光測距就是通過激光往返的時間來測定距離。車輛輪廓辨識技術(shù)是一種非接觸自動檢測車輛幾何尺寸(主要是車輛的長度、寬度以及高度)的技術(shù)。在對車輛幾何尺寸的整個測量過程中，不需要人為因素的參與，僅僅憑借寬高儀傳感器和上位機的配合，就能夠使管理人員獲得車輛的邊緣寬高數(shù)據(jù)。在測量過程中采用激光雷達測量原理，激光發(fā)射器發(fā)出激光脈沖波，激光接收器通過計量發(fā)出的激光碰撞物體返回的激光波能量，且當(dāng)返回的能量足夠觸發(fā)門檻值，激光雷達計算它到物體的距離值。

2) 多元回歸算法：激光測距采集到的大量數(shù)據(jù)，要用合適的數(shù)據(jù)處理算法才能得到準(zhǔn)確的車輛邊緣模型。由于計算車輛尺寸時涉及到多個變量，所以在數(shù)據(jù)處理的算法上應(yīng)利用多元回歸算法解決。采用多元回歸方法可全面地考慮多個因素對車輛尺寸數(shù)據(jù)的影響，更準(zhǔn)確地建立車輛邊緣模型，減小算法和數(shù)據(jù)處理中帶來的誤差。

3) RLS自適應(yīng)濾波算法重新建立車輛邊緣模型：RLS濾波器通過建立邊緣檢測系統(tǒng)的RLS自適應(yīng)濾波模型實現(xiàn)對車輛邊緣信息的重新建模?？梢罁?jù)輸入數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性，使自身參數(shù)變化，從而達到對輸入信號進行濾波的作用。根據(jù)環(huán)境的改變，在有用信號和干擾信號變化規(guī)律未知的情況下，通過對輸入信號變化特性的學(xué)習(xí)與跟蹤，慢慢地掌握其變化規(guī)律，據(jù)使用合適的算法規(guī)則調(diào)整濾波器的濾波性能使其達到最佳狀態(tài)。

整個算法分為濾波過程和自適應(yīng)過程(即權(quán)值調(diào)整過程)。根據(jù)它所處理的功能分為有限長沖激響應(yīng)(FIR)濾波器和無限長沖激響應(yīng)(IIR)濾波器兩種結(jié)構(gòu)形式。其次為算法部分，是用來調(diào)整第一部分中的濾波參數(shù)(即權(quán)值)的。針對不同的輸入和不同的用途，算法是不一樣的。濾波器在濾波過程中分為濾波的過程和自適應(yīng)調(diào)整權(quán)值的過程兩個步驟。濾波器輸出信號:y(n)在調(diào)整過程中不斷接近參考信號d(n)，d(n)與y(n)之間的差e(n)驅(qū)動相應(yīng)的自適應(yīng)法則，使其對權(quán)值進行不斷的調(diào)整，使得濾波器處于最佳工作狀態(tài)，以完成濾波過程。從而實現(xiàn)全天候?qū)囕v寬高信息的高精度檢測。RLS自適應(yīng)濾波過程示意圖如圖2所示。

圖2 RLS自適應(yīng)濾波過程示意圖

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點有：

1) 本系統(tǒng)內(nèi)采用非接觸式激光測距技術(shù)實現(xiàn)車輛輪廓信息辨識。通過引入多元回歸算法，濾除激光傳感器主振蕩器產(chǎn)生的調(diào)制頻率誤差，從而提高車輛邊緣輪廓尺寸信息的精度，實現(xiàn)了自動檢測動態(tài)車輛的邊緣輪廓信息。

2) 本系統(tǒng)通過建立邊緣輪廓檢測過程的自適應(yīng)模型，運用RLS自適應(yīng)濾波算法對采集的車輛邊緣輪廓數(shù)據(jù)進行FIR、IIR濾波，然后自適應(yīng)調(diào)制權(quán)值。有效減少了車輛邊緣輪廓信息在雨霧環(huán)境下的誤報率，提高了數(shù)據(jù)信息精度，實現(xiàn)全天候?qū)囕v輪廓信息的辨識。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

全天候車輛輪廓辨識系統(tǒng)能夠達到的技術(shù)指標(biāo)有：

1) 非接觸式激光測量，測量范圍最大20 m，測量精度±15 cm；掃描范圍270°，掃描頻率25 Hz/50 Hz。

2) 實用性強、檢測過程可視、測量速度快，車輛通過完畢即可實時顯示測量的結(jié)果。

3) 運用RLS自適應(yīng)濾波算法后，雨霧環(huán)境下車輛信息誤報率減少82%以上。

3 社會效益

本系統(tǒng)在城市道路、高速公路治超點、國道卡口的應(yīng)用，能夠減少雨霧環(huán)境下的誤報率，提升城市智能化管理水平，滿足當(dāng)前城市發(fā)展對交通運輸?shù)囊?。通過自動化快速檢驗，為執(zhí)法人員提供了有效的執(zhí)法工具，減輕執(zhí)法人員的工作量，大幅度提高檢測效率；極大地提高了車檢質(zhì)量，對在路上行駛的車主也是一種很好的安全保障,使檢測結(jié)果可視化。

4 結(jié)束語

全天候車輛輪廓辨識系統(tǒng)主要通過智能優(yōu)化算法，重構(gòu)車輛邊緣輪廓模型的運用，優(yōu)化交通組織結(jié)構(gòu)，使道路運輸系統(tǒng)有序發(fā)展，避免路面堵車現(xiàn)象，減少廢氣排放的強度和時間，保護基本公共設(shè)施道路環(huán)境，減少大氣環(huán)境污染?？蓪崿F(xiàn)自動化設(shè)備對車輛邊緣輪廓信息的不停車檢測，同時，對路面行駛車輛寬高尺寸的精確測量，能夠最大程度的遏制違規(guī)車輛上路，有效地保護路面，降低違規(guī)車輛對國道、高速等重要交通樞紐的破壞，減少路面養(yǎng)護成本。