全天候车辆轮廓辨识系统的分析与设计研究

任晓翡

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原 030012)

1 全天候车辆轮廓辨识技术难点重点

本系统利用自动化设备对车辆边缘轮廓信息进行不停车检测，同时在雨雾环境下运用优化算法对车辆边缘数据信息进行处理，重新建立车辆边缘模型，大大提高了车辆边缘信息在雨雾环境下信息的精确度。

1.1 脉冲式激光测距技术

激光测距技术，具有峰值功率高、速度快，频率高，可测量动态目标等优点。脉冲式激光测距技术利用脉冲激光器对目标发射一个或一列很窄的光脉冲，激光接收器对碰到物体返回的激光波进行探测，记录下激光的传播时间t，并计算出待测目标距离。在扫描器的扫描范围内，可根据需要设置保护区域，当目标进入保护区域时，发出报警信号，根据每个测量点的距离，计算目标的外型轮廓、坐标定位等信息。

1.2 高精度动态车辆轮廓辨识技术

车辆轮廓检测系统的关键是利用脉冲式激光测距技术准确地测量出车辆边缘轮廓的实际尺寸。该系统可实现对动态车辆边缘轮廓的辨识，同时运用多次回波检测的方法有效减少激光传感器主控震荡频率提供调制频率带来的漂移误差，实现对动态车辆轮廓信息的高精度辨识。

1.3 RLS自适应滤波车辆边缘模型重构

递推最小二乘法RLS(Recursive Least Square)算法具有结构较为简单，功能较好，收敛速度快，特性稳定且收敛特性良好的优点。在处理未知统计环境下所产生的运算结果信号或非平稳信号时，可以提供优良的信号处理能力。重新建立车辆模型，得到准确的车辆边缘轮廓信息，有效减少雨雾环境下带来的数据误报率，实现对车辆轮廓的全天候辨识。

2 全天候车辆轮廓辨识系统设计研究

2.1 系统构成、技术路线和创新点

全天候车辆轮廓辨识系统的整个系统由数据采集单元、数据处理单元、显示单元、管理控制单元构成。

图1 系统工作示意图

实现本系统中的各项功能，需要的主要技术：

1) 基于脉冲式激光测距的动态车辆轮廓辨识技术：激光测距就是通过激光往返的时间来测定距离。车辆轮廓辨识技术是一种非接触自动检测车辆几何尺寸(主要是车辆的长度、宽度以及高度)的技术。在对车辆几何尺寸的整个测量过程中，不需要人为因素的参与，仅仅凭借宽高仪传感器和上位机的配合，就能够使管理人员获得车辆的边缘宽高数据。在测量过程中采用激光雷达测量原理，激光发射器发出激光脉冲波，激光接收器通过计量发出的激光碰撞物体返回的激光波能量，且当返回的能量足够触发门槛值，激光雷达计算它到物体的距离值。

2) 多元回归算法：激光测距采集到的大量数据，要用合适的数据处理算法才能得到准确的车辆边缘模型。由于计算车辆尺寸时涉及到多个变量，所以在数据处理的算法上应利用多元回归算法解决。采用多元回归方法可全面地考虑多个因素对车辆尺寸数据的影响，更准确地建立车辆边缘模型，减小算法和数据处理中带来的误差。

3) RLS自适应滤波算法重新建立车辆边缘模型：RLS滤波器通过建立边缘检测系统的RLS自适应滤波模型实现对车辆边缘信息的重新建模。可依据输入数据的统计特性，使自身参数变化，从而达到对输入信号进行滤波的作用。根据环境的改变，在有用信号和干扰信号变化规律未知的情况下，通过对输入信号变化特性的学习与跟踪，慢慢地掌握其变化规律，据使用合适的算法规则调整滤波器的滤波性能使其达到最佳状态。

整个算法分为滤波过程和自适应过程(即权值调整过程)。根据它所处理的功能分为有限长冲激响应(FIR)滤波器和无限长冲激响应(IIR)滤波器两种结构形式。其次为算法部分，是用来调整第一部分中的滤波参数(即权值)的。针对不同的输入和不同的用途，算法是不一样的。滤波器在滤波过程中分为滤波的过程和自适应调整权值的过程两个步骤。滤波器输出信号:y(n)在调整过程中不断接近参考信号d(n)，d(n)与y(n)之间的差e(n)驱动相应的自适应法则，使其对权值进行不断的调整，使得滤波器处于最佳工作状态，以完成滤波过程。从而实现全天候对车辆宽高信息的高精度检测。RLS自适应滤波过程示意图如图2所示。

图2 RLS自适应滤波过程示意图

本系统的创新点有：

1) 本系统内采用非接触式激光测距技术实现车辆轮廓信息辨识。通过引入多元回归算法，滤除激光传感器主振荡器产生的调制频率误差，从而提高车辆边缘轮廓尺寸信息的精度，实现了自动检测动态车辆的边缘轮廓信息。

2) 本系统通过建立边缘轮廓检测过程的自适应模型，运用RLS自适应滤波算法对采集的车辆边缘轮廓数据进行FIR、IIR滤波，然后自适应调制权值。有效减少了车辆边缘轮廓信息在雨雾环境下的误报率，提高了数据信息精度，实现全天候对车辆轮廓信息的辨识。

2.2 主要技术指标

全天候车辆轮廓辨识系统能够达到的技术指标有：

1) 非接触式激光测量，测量范围最大20 m，测量精度±15 cm；扫描范围270°，扫描频率25 Hz/50 Hz。

2) 实用性强、检测过程可视、测量速度快，车辆通过完毕即可实时显示测量的结果。

3) 运用RLS自适应滤波算法后，雨雾环境下车辆信息误报率减少82%以上。

3 社会效益

本系统在城市道路、高速公路治超点、国道卡口的应用，能够减少雨雾环境下的误报率，提升城市智能化管理水平，满足当前城市发展对交通运输的要求。通过自动化快速检验，为执法人员提供了有效的执法工具，减轻执法人员的工作量，大幅度提高检测效率；极大地提高了车检质量，对在路上行驶的车主也是一种很好的安全保障,使检测结果可视化。

4 结束语

全天候车辆轮廓辨识系统主要通过智能优化算法，重构车辆边缘轮廓模型的运用，优化交通组织结构，使道路运输系统有序发展，避免路面堵车现象，减少废气排放的强度和时间，保护基本公共设施道路环境，减少大气环境污染。可实现自动化设备对车辆边缘轮廓信息的不停车检测，同时，对路面行驶车辆宽高尺寸的精确测量，能够最大程度的遏制违规车辆上路，有效地保护路面，降低违规车辆对国道、高速等重要交通枢纽的破坏，减少路面养护成本。