本發(fā)明涉及公路交通運(yùn)輸超限檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種車輛行駛動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)及其測量方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著公路交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，運(yùn)輸車輛中大型貨運(yùn)車輛、帶掛汽車和集裝箱運(yùn)輸車的數(shù)量和比重不斷增加。受經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和利益驅(qū)動(dòng)的雙重影響，部分運(yùn)輸車輛為了片面追求利潤，私自對(duì)車輛的車廂尺寸進(jìn)行過度改裝，導(dǎo)致出現(xiàn)了普遍的超限運(yùn)輸現(xiàn)象。超限運(yùn)輸危害巨大，嚴(yán)重破壞了公路和橋梁基礎(chǔ)設(shè)施，縮短了公路和橋梁的使用壽命，同時(shí)給交通安全帶來極大的事故隱患。目前，我國對(duì)車輛超限檢測做了大量的研究，檢測方法由人工化轉(zhuǎn)向自動(dòng)化，隨著各種新檢測技術(shù)的出現(xiàn)，以及對(duì)檢測技術(shù)要求的提高，傳統(tǒng)的人工測量效率低、測量誤差大、不能滿足現(xiàn)代自動(dòng)化檢測的需求。新檢測技術(shù)中微波測量、紅外測量、超聲波測量，技術(shù)先進(jìn)，但測量方法的使用均受環(huán)境限制，測量結(jié)果波動(dòng)較大，激光測量憑借其具有良好的分辨率與靈敏度探測，系統(tǒng)的程序簡單，處理速度快，受到了廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)有激光測量車輛長寬高及傳統(tǒng)稱重的方案還存在著較大缺陷：首先是在同一車道車輛的長寬高不能同時(shí)測量，需要測量完寬高后再測量長度，檢測時(shí)間長；其次是測量車輛的長寬高，需要安裝多個(gè)激光掃描傳感器，安裝復(fù)雜，成本較高；三是車輛外輪廓與重量不能同時(shí)測量，需要測量寬高后駛?cè)霚y重裝置，限制車輛通行速度，降低了檢測效率；同時(shí)，使用傳統(tǒng)的稱重裝置，車輛容易出現(xiàn)作弊行駛，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種測量精度高、性能穩(wěn)定、安裝方便、利用二維激光掃描傳感器與分體錯(cuò)位式稱重衡有機(jī)結(jié)合的方式動(dòng)態(tài)快速測量車輛的外形尺寸以及重量的車輛行駛動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)及其測量方法，并能夠?qū)z測結(jié)果輸出到的led顯示器上進(jìn)行判斷車輛是否超限。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明車輛行駛動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，包括第一激光掃描傳感器、第二激光掃描傳感器、l型立桿、主控制器、分體錯(cuò)位式稱重衡和led顯示器；l型立桿包括橫梁和豎桿；豎桿裝在路邊，橫梁裝在豎桿頂部并與地面相互平行；橫梁與地面之間的距離設(shè)在6m-7m；在橫梁上裝有第一激光掃描傳感器，第一激光掃描傳感器的安裝位置在每條車道中心線正上方，在豎桿上裝有第二激光掃描傳感器,第二激光掃描傳感器距地面3m-3.5m；第一激光掃描傳感器的掃描平面垂直于地面及車輛行駛方向；第二激光掃描傳感器的掃描平面與豎桿的夾角為28°-32°且與車道中心線相交；led顯示器、l型立桿、主控制器位于一條直線上，且該直線與車道行駛方向平行；led顯示器放置在待測車輛駛出端的一側(cè)且與l型立桿相距30m-35m；主控制器放置在led顯示器與l型立桿之間；分體錯(cuò)位式稱重衡安裝在車道中間地面上且垂直于車輛行駛方向，分體錯(cuò)位式稱重衡位于l型立桿與主控制器之間，分體錯(cuò)位式稱重衡的稱臺(tái)板邊緣與第一激光掃描傳感器的掃描平面相交；主控制器通過網(wǎng)線與第一激光掃描傳感器以及第二激光掃描傳感器相連，主控制器通過rs232/rs485串口線與分體錯(cuò)位式稱重衡以及l(fā)ed顯示器相連。

所述激光掃描傳感器的型號(hào)為lms型雙脈沖激光測距傳感器。該設(shè)備是一種非接觸型測距儀器，利用時(shí)間飛行時(shí)間原理來獲取被測目標(biāo)到測距儀之間的距離；主控制器為嵌入式工控機(jī)，選用fushengtek的工業(yè)box，該設(shè)備是一種加固的增強(qiáng)型工業(yè)計(jì)算機(jī)，具有控制、通訊和數(shù)據(jù)處理功能；分體錯(cuò)位式稱重衡將一塊常用稱臺(tái)板分成尺寸為1.75m*0.7m的兩塊稱臺(tái)板,兩個(gè)稱臺(tái)板前后錯(cuò)位0.2m-0.22m設(shè)置，每塊稱臺(tái)板安裝四個(gè)稱重傳感器，每一個(gè)稱重傳感器支撐在基座上且均勻分布在稱臺(tái)板下面的直角處。

利用上述車輛行駛動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)進(jìn)行車輛行駛動(dòng)態(tài)測量方法：包括車輛長、寬、高的測量與車輛重量的測量；采用第一激光掃描傳感器測量車輛寬高信息，采用第二激光掃描傳感器測量車輛長度信息，采用分體錯(cuò)位式稱重衡測量車輛的重量信息。具體測量方法如下：

(1)車輛的長度測量

第一步：安裝調(diào)試

由于國家道路規(guī)范規(guī)定：每一條機(jī)動(dòng)車道的寬度定為3.5m-3.75m，第二激光掃描傳感器的掃描平面與l型立桿豎桿的夾角根據(jù)不同的車道寬度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至第二激光掃描傳感器的掃描平面與車道中心線相交。

當(dāng)車道寬為3.75m，l型立桿橫梁與地面之間的距離為6m-7m時(shí)，第二激光掃描傳感器安裝在l型立桿豎桿上且距離地面3m-3.5m；第二激光掃描傳感器的掃描平面與l型立桿豎桿的夾角為28.2°-32°且與車道中心線相交；調(diào)整第二激光掃描傳感器工作頻率和掃描角度，當(dāng)沒有車輛通過第二激光掃描傳感器的掃描平面時(shí)，對(duì)第二激光掃描傳感器進(jìn)行初始值設(shè)定，標(biāo)定結(jié)果保存在主控制器中。

第二步：測量

第二激光掃描傳感器一直處于開機(jī)狀態(tài)，有車輛駛?cè)氲诙す鈷呙鑲鞲衅鞯膾呙杵矫鏁r(shí)，第二激光掃描傳感器不斷的向目標(biāo)發(fā)射脈沖激光，對(duì)車身縱截面進(jìn)行掃描，利用激光傳播往返時(shí)間差的測量方法測量出第二激光掃描傳感器距被測物體的距離n1``````nn；在獲取的多組數(shù)據(jù)中，選取第二激光掃描傳感器發(fā)射的脈沖激光距被測物體最大有效測量角度β對(duì)應(yīng)的測量值ni；根據(jù)β和ni及銳角三角函數(shù)公式sin=l1/ni，計(jì)算可得直角邊長l1同理可得直角邊長l2；

由公式：l=l1+l2

得到車輛長度l。

第三步：結(jié)果輸出

根據(jù)第二步測量值，由主控制器計(jì)算結(jié)果并上傳到led顯示器上，此車輛長度檢測完畢。

(2)車輛的寬高測量

第一步：安裝調(diào)試

在l型立桿橫梁上裝有第一激光掃描傳感器，第一激光掃描傳感器的安裝位置在每條車道中心線正上方，第一激光掃描傳感器與地面之間的距離設(shè)置在6m-7m，第一激光掃描傳感器的掃描平面垂直于地面及車輛行駛方向，調(diào)整第一激光掃描傳感器工作頻率和掃描角度，當(dāng)沒有車輛通過第一激光掃描傳感器的掃描平面時(shí)，對(duì)第一激光掃描傳感器進(jìn)行初始值設(shè)定，標(biāo)定結(jié)果保存在主控制器中。

第二步：測量

第一激光掃描傳感器一直處于開機(jī)狀態(tài)，有車輛駛?cè)氲谝患す鈷呙鑲鞲衅鞯膾呙杵矫鏁r(shí)，第一激光掃描傳感器不斷的向目標(biāo)發(fā)射脈沖激光，對(duì)車身橫截面進(jìn)行掃描，利用激光傳播往返時(shí)間差的測量方法測量出第一激光掃描傳感器距被測物體的距離m1``````mn；在獲取的多組數(shù)據(jù)中，選取第一激光掃描傳感器發(fā)射的脈沖激光距被測物體最大有效測量角度α對(duì)應(yīng)的測量值mi；根據(jù)選取的α和mi及銳角三角函數(shù)公式：sin=、cos=h1/mi計(jì)算可得直角邊長w1和第一激光掃描傳感器距離車的高度h1,同理可得直角邊長w2；

由公式：h=h0-h1，w=w1+w2，得到車輛高度h和車輛寬度w，

其中，ho為第一激光掃描傳感器距離路面的高度。

第三步：結(jié)果輸出

根據(jù)第二步測量值，由主控制器計(jì)算結(jié)果并上傳到led顯示器上，此車輛寬高檢測完畢。

(3)車輛的重量測量

第一步：安裝調(diào)試

分體錯(cuò)位式稱重衡安裝在車道中間地面上且垂直于車輛行駛方向，分體錯(cuò)位式稱重衡位于l型立桿與主控制器之間，分體錯(cuò)位式稱重衡的稱臺(tái)板邊緣與第一激光掃描傳感器的掃描平面相交；當(dāng)沒有車輛通過分體錯(cuò)位式稱重衡時(shí)，對(duì)分體錯(cuò)位式稱重衡進(jìn)行初始值設(shè)定，標(biāo)定結(jié)果保存在主控制器中。

第二步：測量

當(dāng)有車輛通過分體錯(cuò)位式稱重衡，稱重傳感器將所承受的壓力信號(hào)按一定比例轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳送主控制器后計(jì)算得出軸重量；當(dāng)車輛駛離稱重傳感器后，通過判斷被壓傳感器個(gè)數(shù)確定輪胎寬度,計(jì)算得出輪胎個(gè)數(shù)信息；最后，通過檢測車軸距離確定輪軸個(gè)數(shù)；根據(jù)獲得的每個(gè)軸重量及輪軸個(gè)數(shù)信息，累計(jì)得出車輛總重量并傳輸給主控制器。

第三步：結(jié)果輸出

根據(jù)第二步測量值，由主控制器計(jì)算結(jié)果并上傳到led顯示器，此車輛重量檢測完畢。

本系統(tǒng)由兩個(gè)二維激光掃描傳感器與分體錯(cuò)位式稱重衡有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)了車輛長寬高及重量同時(shí)測量，檢測速度快、精度高、性能穩(wěn)定、安裝方便、成本低；同時(shí)，利用第一激光掃描傳感器對(duì)通行車輛進(jìn)行分離，取代了車輛分離器；系統(tǒng)中測重裝置使用分體錯(cuò)位式稱重衡能夠從根本上克服車輛作弊行駛現(xiàn)象，提高車輛測重的準(zhǔn)確率?？赏竭M(jìn)行車輛的長、寬、高與重量的測量，測量時(shí)間短,不影響車輛的正常行駛，提高了超限檢測效率。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明車輛長度測量示意圖；

圖3是本發(fā)明車輛寬高尺寸測量示意圖；

圖4是本發(fā)明分體錯(cuò)位式稱重衡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、第一激光掃描傳感器，2、第二激光掃描傳感器，3、l型立桿，31、橫梁，32、豎桿，4、主控制器，5、分體錯(cuò)位式稱重衡，6、led顯示器，7、稱臺(tái)板，8、稱重傳感器，9、基座。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述說明，但該描述僅僅用于解釋本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明車輛行駛動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)包括第一激光掃描傳感器1、第二激光掃描傳感器2、l型立桿3、主控制器4、分體錯(cuò)位式稱重衡5、led顯示器6；l型立桿3包括橫梁31和豎桿32，橫梁位于豎桿頂部而且與豎桿相互垂直，橫梁與地面之間的距離設(shè)置在6m-7m；在l型立桿橫梁31上裝有第一激光掃描傳感器1，第一激光掃描傳感器1的安裝位置在每條車道中心線正上方，在l型立桿豎桿32上裝有第二激光掃描傳感器2,當(dāng)車道寬為3.75m時(shí)，第二激光掃描傳感器2距地面3m-3.5m；第一激光掃描傳感器1的掃描平面垂直于地面及車輛行駛方向，第二激光掃描傳感器2的掃描平面與l型立桿豎桿32的夾角為28.2°-32°且與車道中心線相交；分體錯(cuò)位式稱重衡5安裝在車道中間地面上且垂直于車輛行駛方向，分體錯(cuò)位式稱重衡5位于l型立桿3與主控制器4之間，分體錯(cuò)位式稱重衡5的稱臺(tái)板7邊緣與第一激光掃描傳感器1的掃描平面相交。

led顯示器6、l型立桿3、主控制器4位于一條直線上，且該直線與車道行駛方向平行；led顯示器6放置在待測車輛駛出端的一側(cè)與l型立桿3相距30m-35m；主控制器4放置在led顯示器6與l型立桿3之間；主控制器4通過網(wǎng)線與第一激光掃描傳感器1和第二激光掃描傳感器2相連，主控制器4通過rs232/rs485串口線與分體錯(cuò)位式稱重衡5和led顯示器6相連。

在對(duì)動(dòng)態(tài)車輛測量前，先根據(jù)車道寬度調(diào)整激光掃描傳感器工作頻率和掃描角度，當(dāng)沒有車輛通過激光掃描傳感器的掃描平面時(shí)，對(duì)第一激光掃描傳感器1、第二激光掃描傳感器2和分體錯(cuò)位式稱重衡5進(jìn)行初始值設(shè)定，標(biāo)定結(jié)果保存在主控制器4中。

第一激光掃描傳感器1、第二激光掃描傳感器2、一直處于開機(jī)狀態(tài)，有車輛駛?cè)氲诙す鈷呙鑲鞲衅?的掃描平面時(shí)，第二激光掃描傳感器2開始對(duì)車身縱截面進(jìn)行掃描，不停地獲取數(shù)據(jù),測出第二激光掃描傳感器2到車頭和車尾的距離，計(jì)算得出車輛長度信息；有車輛駛?cè)氲谝患す鈷呙鑲鞲衅?的掃描平面時(shí)，第一激光掃描傳感器1對(duì)車身橫截面進(jìn)行掃描，測出第一激光掃描傳感器1到車身兩側(cè)的距離，計(jì)算得出車輛寬高信息；同時(shí)，分體錯(cuò)位式稱重衡5開始稱重，通過測出每個(gè)車輛軸的重量，累加計(jì)算得出車輛的總重量，最后所有測量值數(shù)據(jù)傳至主控制器4，由主控制器4計(jì)算結(jié)果并上傳到led顯示器6上，此車輛長、寬、高及重量檢測完畢。