魏漢明，趙 靚

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

交通運(yùn)輸行業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，但在近幾年道路交通設(shè)施的建設(shè)速度遠(yuǎn)小于機(jī)動(dòng)車(chē)增長(zhǎng)速度[1]。我們已經(jīng)清楚地認(rèn)識(shí)到汽車(chē)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)，對(duì)我國(guó)新能源推廣、環(huán)境治理、交通安全管控等方面都帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。機(jī)動(dòng)車(chē)在高速公路行駛過(guò)程中，惡劣天氣、交通事故都會(huì)給本就緊張的交通帶來(lái)巨大的通行壓力。尤其是讓不符合標(biāo)準(zhǔn)的大型貨運(yùn)車(chē)輛進(jìn)入高速公路通行，不僅其自身行駛速度慢，還會(huì)降低車(chē)道上其他車(chē)輛的行駛速度，對(duì)公路交通帶來(lái)極大的不安全因素。

基于此種情況，設(shè)計(jì)了一種利用智能優(yōu)化算法的車(chē)輛輪廓信息檢測(cè)系統(tǒng)。憑借前端自動(dòng)采集設(shè)備與后端處理平臺(tái)的配合，獲得進(jìn)入車(chē)輛的寬高數(shù)據(jù)。利用多元回歸方法、自適應(yīng)濾波算法，準(zhǔn)確建立車(chē)輛邊緣模型，減小算法和數(shù)據(jù)處理中帶來(lái)的誤差，提高數(shù)據(jù)精度[2]，為車(chē)輛全天候不停車(chē)安全通行提供有力保證。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、管理控制模塊、信息顯示模塊構(gòu)成[3]。本設(shè)計(jì)整體組成示意圖如圖1所示。通過(guò)利用自動(dòng)化采集設(shè)備對(duì)車(chē)輛邊緣輪廓信息進(jìn)行不停車(chē)檢測(cè)，通過(guò)智能優(yōu)化算法重構(gòu)車(chē)輛邊緣輪廓模型，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛信息的動(dòng)態(tài)采集、識(shí)別、存儲(chǔ)、調(diào)用、顯示等功能。

圖1 車(chē)輛輪廓信息檢測(cè)系統(tǒng)組成示意圖

2 技術(shù)關(guān)鍵

2.1 脈沖式激光測(cè)距技術(shù)

測(cè)距技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中都有很廣泛的應(yīng)用，以超聲波技術(shù)為主的間接測(cè)距技術(shù)在激光器出現(xiàn)前就已經(jīng)存在，但是由于超聲波其自身抗干擾能力太低、測(cè)量距離太近的限制，目前在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)十分少見(jiàn)。當(dāng)激光器出現(xiàn)以后，由于其自身準(zhǔn)直性好的特點(diǎn)迅速占據(jù)了市場(chǎng)。激光測(cè)距技術(shù)是一種非接觸式測(cè)量，量程遠(yuǎn)、精度高[4]。具有連續(xù)調(diào)制和脈沖調(diào)制兩種方式，半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光束，激光束在碰到障礙物后反射回來(lái)，一旦接收到信號(hào)就可以計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的距離。

2.2 高精度動(dòng)態(tài)車(chē)輛辨識(shí)技術(shù)

車(chē)輛輪廓模型構(gòu)建時(shí)涉及到多個(gè)參考變量，通過(guò)引入多元回歸算法，盡量濾除激光傳感器主振蕩器產(chǎn)生的調(diào)制頻率誤差。圖2所示為參考變量篩選流程圖。通過(guò)引入合適的參考變量可以提高車(chē)輛邊緣輪廓尺寸信息的精度，反之則會(huì)降低檢測(cè)精度。

圖2 參考變量篩選流程圖

2.3 智能優(yōu)化算法重新建立車(chē)輛邊緣模型

濾波技術(shù)是信號(hào)處理中的一種基本方法和技術(shù)，數(shù)字濾波理論的研究一直都備受很多發(fā)達(dá)國(guó)家的重視，使用范圍十分廣泛。數(shù)字濾波器分為經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器兩種。本設(shè)計(jì)選用現(xiàn)代濾波器中的一種，遞推最小二乘(RLS,Recursive Least Squares)濾波器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，功能較好，收斂速度快，特性穩(wěn)定且收斂特性良好[5]。在自適應(yīng)迭代過(guò)程中每一步都能達(dá)到最佳的迭代算法。通過(guò)選擇自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)，使觀察期間輸出信號(hào)在最小二乘的意義上盡可能與期望信號(hào)達(dá)到匹配，最小化過(guò)程需要利用得到的全部輸入信號(hào)[5]。

通過(guò)建立邊緣檢測(cè)系統(tǒng)的RLS自適應(yīng)濾波模型實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛邊緣信息的重新建模。自適應(yīng)濾波器可依據(jù)輸入數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，使自身參數(shù)隨其變化而變化，從而達(dá)到對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的作用。信息處理的過(guò)程由兩部分組成，第一步可根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)功能設(shè)置參數(shù)可調(diào)的數(shù)字濾波器，主要有有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器(FIR,Finite Impulse Response)和無(wú)限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器(IIR,Infinite Impulse Response)[6]。圖3所示為FIR、IIR濾波示意圖。

圖3 FIR、IIR濾波示意圖

第二步是自適應(yīng)(權(quán)值調(diào)整)的過(guò)程。濾波器輸出信號(hào)y(n)在自適應(yīng)過(guò)程中不斷與參考信號(hào)d(n)相接近，濾波器輸出信號(hào)y(n)與參考信號(hào)d(n)之差設(shè)置為e(n)，e(n)運(yùn)用自適應(yīng)法則使其對(duì)權(quán)值進(jìn)行不斷調(diào)整。圖4所示為自適應(yīng)濾波過(guò)程示意圖。當(dāng)濾波器調(diào)整到最佳工作狀態(tài)后濾波完成。通過(guò)兩個(gè)步驟的運(yùn)行，可有效減少車(chē)輛邊緣輪廓信息在非正常環(huán)境下的誤報(bào)率，提高數(shù)據(jù)信息精度。

圖4 自適應(yīng)濾波過(guò)程示意圖

3 軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件接收到自動(dòng)化硬件設(shè)備采集的信息后，首先分析數(shù)據(jù)信息類(lèi)型，如果是車(chē)輛的輪廓信息，則利用多元回歸算法、自適應(yīng)濾波算法處理后存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，分析車(chē)輛輪廓信息是否符合設(shè)定的閾值，若符合則允許此車(chē)輛通過(guò)；若不符合則禁止此車(chē)輛通過(guò)。圖5所示是上位機(jī)記錄車(chē)輛輪廓信息檢測(cè)的工作流程圖。

圖5 上位機(jī)記錄車(chē)輛輪廓信息檢測(cè)工作流程圖

4 總結(jié)信息

上位機(jī)軟件接收到自動(dòng)化設(shè)備采集的車(chē)輛數(shù)據(jù)信息，通過(guò)識(shí)別數(shù)據(jù)類(lèi)型、優(yōu)化算法處理后在軟件界面中顯示出車(chē)輛的寬高信息，同時(shí)與設(shè)定的閾值相比對(duì)決定此車(chē)輛能否可以正常通行。圖6所示為上位機(jī)軟件顯示采集車(chē)輛寬高數(shù)據(jù)的信息。

圖6 軟件界面示意圖

5 結(jié)論

本文對(duì)車(chē)輛輪廓信息檢測(cè)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、工作業(yè)務(wù)流程、軟件界面做了詳細(xì)的敘述，主要通過(guò)應(yīng)用脈沖式激光測(cè)距技術(shù)、高精度動(dòng)態(tài)車(chē)輛輪廓辨識(shí)技術(shù)、自適應(yīng)濾波算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛輪廓信息的全天候不停車(chē)自動(dòng)化精確采集處理，提高了車(chē)輛卡口處通行效率，降低了公路交通不安全因素發(fā)生的概率，為高速公路上的車(chē)輛高效管理提供了有力保障。