发信人: courieryboo (小凡·每天灌水多一些...), 信区: DC
标  题: 激光车型判别系统的研究
发信站: BBS 水木清华站 (Wed May 24 16:56:57 2000)

摘　要：根据目前中国路桥车辆收费标准，提出了1种简单、实用的激光车型判别系统，
并给出了其检测与判别原理以及应用时应注意的问题。该系统可1次同时测出车辆的轴数
、轴距、轮距和轮胎数4个参数，并可间接计算出轮胎的直径和宽度，因此，对车型的判
别具有很高的精度。
关键词：激光；车型判别；轴距；轮距；标准
中图分类号：U495　　　文献标识码：A
The Study of a Laser-based Vehicle Classification System
ZHANG Wei-gang1， JING Bian-shun2
（1.Department of Computer, Xi′an Highway University;
2.Department of Traffic Information and Control Engineering, Xi′an Highway
University, Xi′an 710064, China）
Abstract: According to the toll standard on freeway and bridge in China a La
ser-based Vehicle Classification System is put forward. Its operation princi
ple and some key problems in application are analyzed. It has a high precisi
on to classify vehicles because it can get four parameters such as distance
between axes, number of axes, wheel gauge and number of tires.
Key words: laser; vehicle-classification; distance between axes; wheel gauge
; standard
　　在中国的路桥收费业务中，不论是开放式收费还是封闭式收费，由于是人工判别车
型，所以长期存在着因收费人员的疏忽、误判和舞弊等行为而造成的经济损失问题。虽
然现在不少地方已采用了电脑收费系统，但由于缺乏满足要求的高精度自动车型判别系
统，大多数仍靠人工判别车型，所以票款流失等经济问题依然存在。因此，对自动车型
判别系统的研究和开发，就显得十分必要和迫切，同时，对更高一级的全自动收费模式
的应用与发展，也将具有很高的参考与应用价值。
　　自动车型判别系统(AVC系统—Automatic Vehicle Classification System)的主要
功能就是从人们对车辆分型的标准出发，对过往收费站点的各种车辆进行信息(即有关车
辆类型的各种参数)采集，然后利用这些信息对车辆进行自动分型(即车型判别)，为自动
收费提供依据，为人工收费提供后验证据，为交通信息统计提供有关数据。根据采集信
息方式的不同，AVC系统大致可分为接触式、非接触式和混合式3种。本文将介绍1种采用
激光技术进行车辆信息采集的非接触式自动车型判别系统。
1　系统组成
　　所谓车型，指的就是人们根据车辆对道路损坏程度和占用程度的不同，而把车辆进
行分类的类型。车辆分型的目的是为了按不同的费率标准核收交通设施(如道路、桥梁及
隧道等)使用费。大车对道路的损坏程度和占用程度大，收费就高；小车对道路的损坏程
度和占用程度小，收费自然就少。由于中国目前高速公路的交通量还不算大，车辆对道
路占用程度的大小尚未构成影响交通的大问题，因此，以车辆的实际载重量为标准进行
分类收费是比较合理的。但目前由于动态称重WIM(Weigh-in-Motion)技术还不够成熟，
加之设备安装复杂、寿命短、易受电磁干扰、技术要求高、精度不够且价格昂贵(国外1
套WIM系统大约在20万美元左右)等因素，使其在收费系统中还没有得到广泛应用。
　　国内外目前采用的大都是以通过检测车辆本身固有参数，间接地按车辆设计载重量
进行车型分类的收费方式。这是因为车辆本身的固有参数——车长、车宽、车高、车轮
直径、轮距、轮胎数、轴数、轴距、底盘高度及外形等都与车辆的载重量有密切的关系
，且比较容易采集。因此，我们提出1种利用激光对轮距、轮胎数、轴数、轴距等参数进
行采集，然后利用电脑进行车型判别的AVC系统。系统结构框图见图1。
图1　系统框图
2　车型判别标准
　　中国各地普遍采用的车辆分型标准基本上是按车辆的设计载重量(或客车的座位数)
进行分类，其参考标准见表1［1］(具体某一道路上的分型标准会略有不同)。
表1　分型标准
小型车 中型车 大型车 重型车 特大型车
货车≤1×104N
客车≤10座 1×104N<货车≤7×104N
10座<客车≤28座 7×104N<货车≤14×104N
28座<客车 14×104N<货车≤20×104N 20×104N<货车

　　为了能从车辆固有参数中判别出车型，我们需要了解车辆载重量与一些固有参数的
关系。表2［2］是中国各种车辆与其轴距和轮距的关系一览表，表3［2］是各种车型采
用的轮胎(普通轮胎)直径与断面宽度关系表。
表2　各类车辆轴距和轮距一般范围
汽车类型 载重量/×104N 轴距/mm 轮距/mm
4×2货车 0.35～1.0 1680～2400 1100～1400
1.0～2.0 2300～3100 1300～1600
2.0～2.5 2400～3400 1350～1650
4.0～5.5 3600～4350 1620～1800
6.0～8.0 3700～5000 1700～1930
8.5～10.0 4100～5300 1840～2000
大客车 城市大客车 4500～5000 1740～2050
长途大客车 5000～6500 1740～2050
矿用
自卸车 15～25 3200～4200 1840～2700
30～35 3300～4200 2500～3200
45 3900～4800 2700～3500
60～100 4000～4830 3400～4700
普通级
轿车 微型 1650～2400 1100～1265
轻型 2120～2540 1160～1480
中级轿车 　 2500～2860 1320～1500
高级轿车 2排座 2860～3400 1400～1580
　 3排座 3400～3900 1560～1620

表3　轮胎参数表
　 轮胎外直径/mm 轮胎断面宽/mm
轿　车 517～785 104～230
轻型货车、中型客车 725～900 165～250
大货车 940～1220 205～340

3　工作原理
　　要根据分型标准判别车型，首先要在车辆的行驶中采集所需的参数。为了采集轴数
、轴距、轮胎数、轮距4个参数，我们认为将2组激光收发器在距路面5 cm左右的高度，
以一定的角度斜线设置(如图2所示)，能以较高的精度完成此任。
图2　检测原理图
　　(1)车速测量。A、B为2个激光发射器，A′、B′为接收器。当没有车辆通过时，A′
、B′因有激光照射均有输出信号，假设此时A′、B′对外输出为低电平；当有车辆驶入
时，车右前轮首先阻断A路光线，则A′无激光照射，输出变为高电平；车继续向前行进
，右前轮会阻断B路光线，B′输出高电平。为便于理解，我们画出1辆6轮胎车通过A线和
B线时，A′和B′输出的信号波形A′out和B′out(如图3所示)。其中t1为右前轮到达A线
的时间；t2为该轮离开A线的时间；t3为左前轮到达A线的时间；t4为该轮离开A线的时间
;t5为右后轮到达A线的时间;t6为该轮离开A线的时间;t7为左后轮到达A线的时间；t8为
该轮离开A线的时间。由于2组收发器的放置距离H已知，且A′与B′输出信号变高的时间
差T＝t′－t1可计算出来，则车速V=H/T。
图3　6轮胎车脉冲波形
　　(2)轮距测量。轮距定义为同轴左、右车轮中心间的距离，前、后轮距分别用A1和A
2表示。因A1与A2的差别不大，我们暂用W统一表示。
　　由图2可见，当右前轮刚刚到达A线时，A线与轮距W和路程S构成一直角三角形，角θ
为已知，则W＝Sctgθ，而S等于左前轮到达A线的时间与右前轮到达A线的时间之差(t3－
t1)乘以速度，则轮距W=(t3－t1)Vctgθ。
　　(3)轮胎数测量。从图3可知，车轮的胎数不同，其脉冲宽度就不同。这样我们就可
根据脉冲宽度来判断轮胎数。
　　(4)轴距测量。轴距定义为2轴同侧车轮落地中心点间的距离，用L表示。由于车速V
可测出，则轴距L=V(t5-t1)。
　　(5)轴数测量。从上述参数测量中可知，2个脉冲为1组可代表1个轴。所以，一般来
说，有几组脉冲就有几个轴。但由于3轴车后2轴的轴距较短及轮胎数有可能不同，因此
(因发射角的问题)实际上可能不会出现6个脉冲，后2轴变为2窄1宽3个脉冲(见图4)或1窄
1宽2个脉冲(见图5)，或1个宽脉冲。但不管怎样，波形都与2轴车不同，所以不影响对轴
数的判别。
图4　3轴车脉冲波形1
图5　3轴车脉冲波形2
　　这样，我们1次就可同时测出车辆的轴数、轴距、轮距及轮胎数4个参数，为正确判
别车型提供了可靠的保证。有了车辆参数，我们就可通过计算机对车辆的车型进行自动
判别。
　　为了进一步提高判别精度，还可增加判别参数，如通过脉冲宽度可大致计算出轮胎
的直径和宽度。
4　结　语
　　(1)因为很多车辆在车轮后都装有挡泥板，所以激光收发器距路面的高度不能太高，
否则会影响测量精度；也不能太低，以免受路面曲度、积水等因素影响。
　　(2)激光接收器输出的脉冲宽度既不是轮胎的直径，也不是轮胎的宽度，但与这两者
都成正比关系。图6是激光光线扫过轮胎的示意图。脉冲宽度是光线扫过轮胎正面的弦b
c和侧面弧长ab(约等于轮胎宽度)所需的时间。因此，可根据脉冲宽度判断车轮的大小。

图6　扫描示意图
　　(3)为延长激光管的寿命，应在判别器前面设置1个车辆到位检测器，以控制激光管
的工作时间。
　　(4)发射角θ的大小要以能分出左右轮、前后轮和尽量缩短检测距离为原则。根据最
小的轴距(1680mm)、轮距(1100 mm)及适当的轮胎直径(600 mm)，我们认为以20°～30°
为好。
　　(5)两收发器之间的距离H不能太小(否则会导致测量精度降低)也不能太大(致使测量
时间加长)，以300～1000 mm为宜。
　　(6)为区分拖挂车与单车，需再设置1个车辆分离器。车辆分离器通常采用红外线或
超声波技术，其原理可参阅其它有关资料，本文不再赘述。
　　(7)对于轮距、轮数和轴距相同而载重量不同的车辆，则要辅以轮胎尺寸进行判型。

作者简介：张卫钢(1960-)，男，河南荥阳人，西安公路交通大学高级工程师，硕士文章
编号：1007-4112(1999)04-0101-03
作者单位：张卫钢　西安公路交通大学　计算机系
　　　　　荆便顺　西安公路交通大学　交通信息与控制工程系，陕西　西安　710064

参考文献：
［1］　沈悯达.中国高速公路的电子收费系统［A］.史其信.′97北京智能交通系统发展
趋势国际学术研讨会论文集［C］.北京：人民交通出版社,1997：253.
［2］　吉林工业大学汽车教研室.汽车设计［M］.北京：机械工业出版社.1982.
［责任编辑　郭庆健］
收稿日期：1999-01-15

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梧桐身旁的浮云里 飘出一弯朦胧的月亮    *        *
清清淡淡的月光 静静地飘落在我身旁         ●
在寂寞的晚上 我就是一只音乐虫子      ^^   *
飞呀飞呀找不到爱发源的地方... ...
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