一种激光轮轴识别系统及其识别方法与流程

本发明涉及一种智能交通技术领域，特别是涉及一种激光轮轴识别系统及其识别方法。

背景技术：

目前，识别车辆轮轴的装置被广泛的应用到交管部门进行治理超限超载运输和计重收费系统中，在交通管理、超载治理和进出口监管中起到了重要的作用。

识别车辆轮轴的方法和装置多采用技术比较成熟的轮轴识别器（压电式、石英式、应变计式传感器）。这些类型的轮轴识别器识别精度高，应变式轮轴识别器精度可高达99%，但施工和安装过程十分复杂，且都需安装在秤台主体上，还要考虑排水等因素；轮轴识别装置安装在秤台上，维护困难，维修时易损坏主要设备（秤台），花费较大；维护维修时，花费时间较长，严重影响正常的交通秩序，影响正常交通秩序，维护困难，主要设备易损坏，花费较大。

而目前现有的激光车型识别系统的功能是通过放置在道路两侧激光发射和接收装置去判断识别车辆形状，之后通过测试数据去计算得到被测车辆的信息。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种激光轮轴识别系统及其识别方法。

本发明的技术方案为：一种激光轮轴识别系统，包括：激光识别装置、数据处理单元和计算机终端处理器；

所述激光识别装置包括激光传感器、传感器保护罩、立柱和立柱底座，所述立柱上方预设高度设有传感器保护罩，所述传感器保护罩内设有激光传感器，所述立柱通过底部的立柱基座固定于地面；

所述激光传感器为反射接收装置，包含一个发射端和一个接收端，负责发射接收激光信号；

所述数据处理单元通过线路连接激光传感器和计算机终端处理器，所述激光传感器把接收到的信号传输至数据处理单元，数据处理单元对信号进行相应的数据计算和处理后，将处理后的信号传输至计算机终端处理器，计算机终端处理器进行后台数据处理和相应的特征提取，最终显示被测车型结构和轮胎结构。

进一步的，所述激光传感器的扫描范围是一个角度为96°，半径为其到车辆距离的垂直扇形区域。

进一步的，所述激光传感器包含红外激光二极管，发射的激光信号为红外脉冲激光。

进一步的，所述激光传感器发射的激光信号波长0.65um到0.9um,扫描频率为60hz。

进一步的，所述激光识别装置设置在上秤台道路一侧，识别距离高达65m，实际探测范围为1.3m到5m。

进一步的，所述传感器保护罩通过螺丝固定在连接板上后用u型螺栓固定于立柱上，所述立柱通过立柱基座固定于地面。

进一步的，所述激光传感器距离地面高度为1.6m。

一种激光轮轴识别方法，其特征在于，该方法包含以下步骤:

第一步，激光传感器会一直持续发射光束，当被测车辆驶入激光传感器识别范围，发射的激光信号经被测车辆反射回来后，激光传感器接收反射信号，激光传感装置将信号传输给数据处理单元；

第二步，数据处理单元选用arm嵌入式主板与扩展版进行数据处理，处理之后的信号经rs232串口传输至计算机终端处理器；

第三步，预先把车型的相关特性参数对应的有关轮胎结构、车轴数量存储在计算机终端处理器的存储器中，在控制器控制下，计算机终端处理器根据信号完成车型相关特性参数计算，再通过选址器从存储器中选出与被测车辆相关特性参数相对应的车型参数，完成车型识别，计算机终端处理器将显示出被测车辆的轮胎数量、车轴数量和车型。

进一步的，所述车型相关参数包括车轴数量和轮胎数量，所述车型相关参数计算方法具体为：

根据激光轮轴识别器发射、反射信号数据可以得到发射到接收反射信号的时间差△t，根据时间差△t可以得到传感器到车辆距离l，l=△t*v激光；

所述激光识别器101发射的激光束发射时间间隔1/60s，激光识别器光束发射角度为96度，96度分为274个单元，每个单元0.35036度，一个单元产生一个反射距离数据l，发射一次会产生274个有效反射距离数据l，约574个字节；

l为极坐标数据，通过公式转换为直角坐标数据，故水平方向的距离为h=lcosθ,垂直方向的距离为v=lsinθ，θ为激光光束与水平夹角；随着激光光束垂直方向的变化，激光光束与水平夹角可以为θ，β……，传感器到车辆距离l为l1，l2……,水平方向的距离h为h1，h2……,垂直方向的距离v为v1,v2……；

系统将先判断垂直分量v，判断所测数据是否为连续增量，递增直至激光识别器对地高度；若是则可确定所测为车辆轮轴；同时通过v的变化规律判断车辆轮轴的类型；

之后再判断水平分量h，判断所测数据是否都基本属于同一数值段，若水平分量h没有明显数值差异，则判断该车辆轮轴单侧为单轮；若所测数据若水平分量在中间数值有明显差异，则判断该车辆轮轴单侧为双轮；

a.轮轴数判定：假设被测车辆整个被扫描时间为t。该时间段内有n个垂直分量v连续递增的区域，则该被测车辆的车辆轮轴数为n；

b.单双轮判定：与该连续递增垂直分量v对应的水平分量h中，有n1个数值h没有明显差异的区域，则单侧单轮的车辆轮轴数为n1；与该连续递增垂直分量v对应的水平分量h中，有n2个数值h有明显差异的区域，则单侧双轮的车辆轮轴数为n2；

由上，该被测车辆的轮胎数量为：m=n1*2+n2*4，其中n=n1+n2，n为被测车辆的车辆轮轴数；

根据上述得到的车辆轮轴数、轮胎数量和车辆轮轴类型可以判断被测车辆的车型。

本发明的有益效果是：

1.结构简单、操作方便，采用非接触的方式，安装维护不需要破开路面，不影响路面寿命，不影响交通，节约维修维护成本；

2.可以检测更大范围内的交通流信息，从而减少设备的数量，节约成本；

3.可以提高测量精度达到99.9%；

4.当环境发生变化时，或系统移动，只需要简单设置，系统即可重新投入使用；

5.此设备可直接替代车辆分离器，节省成本；

6.此系统的寿命是原轮轴识别器使用寿命的3—5倍，提高了系统的实用寿命，降低成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明1.激光识别装置的结构示意图。

图3为本发明2.数据处理单元的工作原理图。

图4为本发明工作原理框图。

图5为本发明车型示意图。

图6为本发明轮廓扫描示意图。

图中：1.激光识别装置，101.激光传感器，102.传感器保护罩，103.u型螺栓，104.立柱，105.连接板，106.立柱基座，2.数据处理单元，3.计算机终端处理器，4.被测车辆，401.车轮。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但实施例仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的特征及原理所做的等效变化，均包括于本发明专利申请范围内。

如图1所示的一种激光轮轴识别系统，包括激光识别装置1、数据处理单元2和计算机终端处理器3；

如图2所示，所述激光识别装置1包括激光传感器101、传感器保护罩102、立柱104和立柱基座106，所述立柱104上方预设高度设有传感器保护罩102，所述传感器保护罩102内设有激光传感器101，所述立柱通过底部的立柱基座固定于地面；

所述激光传感器101为反射接收装置，包含一个发射端和一个接收端，负责发射接收激光信号；

所述数据处理单元2通过线路连接激光传感器101和计算机终端处理器3，所述激光传感器101把接收到的信号传输至数据处理单元2，数据处理单元2对信号进行相应的数据计算和处理后，将处理后的信号传输至计算机终端处理器3，计算机终端处理器3进行后台数据处理和相应的特征提取，最终显示被测车型结构和轮胎结构。

本优选实施例中，所述激光传感器101的扫描范围是一个角度为96°，半径为其到车辆距离的垂直扇形区域。

本优选实施例中，所述激光传感器101包含红外激光二极管，发射的激光信号为红外脉冲激光。

本优选实施例中，所述激光传感器101发射的激光信号波长0.65um到0.9um,扫描频率为60hz。

本优选实施例中，所述激光识别装置1设置在上秤台道路一侧，识别距离高达65m，实际探测范围为1.3m到5m。

本优选实施例中，所述传感器保护罩102通过螺丝固定在连接板105上后用u型螺栓103固定于立柱104上。

本优选实施例中，所述激光传感器101距离地面高度为1.6m。

一种激光轮轴识别方法，该方法包含以下步骤:

第一步，激光传感器101会一直持续发射光束，当被测车辆4驶入激光传感器101识别范围，发射的激光信号经被测车辆4反射回来后，激光传感器101接收反射信号，激光传感装置1将信号传输给数据处理单元2；

第二步，数据处理单元2选用arm嵌入式主板与扩展版进行数据处理，处理之后的信号经rs232串口传输至计算机终端处理器3；

第三步，预先把车型的相关特性参数对应的有关轮胎结构、车轴数量存储在计算机终端处理器3的存储器中，在控制器控制下，计算机终端处理器3根据信号完成车型相关特性参数计算，再通过选址器从存储器中选出与被测车辆4相关特性参数相对应的车型参数，完成车型识别，计算机终端处理器3将显示出被测车辆4的轮胎数量、车轴数量和车型。

所述车型相关参数计算方法具体为：

根据激光轮轴识别器101发射、反射信号数据可以得到发射到接收反射信号的时间差△t，根据时间差△t可以得到传感器到车辆距离l，l=△t*v激光；

所述激光识别器101发射的激光束发射时间间隔1/60s，激光识别器光束发射角度为96度，96度分为274个单元，每个单元0.35036度，一个单元产生一个反射距离数据l，发射一次会产生274个有效反射距离数据l，约574个字节；

l为极坐标数据，通过公式转换为直角坐标数据，故水平方向的距离为h=lcosθ,垂直方向的距离为v=lsinθ，θ为激光光束与水平夹角；随着激光光束垂直方向的变化，激光光束与水平夹角可以为θ，β……，传感器到车辆距离l为l1，l2……,水平方向的距离h为h1，h2……,垂直方向的距离v为v1,v2……；

系统将先判断垂直分量v，判断所测数据是否为连续增量，递增直至激光识别器对地高度；若是则可确定所测为车辆轮轴；同时通过v的变化规律判断车辆轮轴的类型；

之后再判断水平分量h，判断所测数据是否都基本属于同一数值段，若水平分量h没有明显数值差异，则判断该车辆轮轴单侧为单轮；若所测数据若水平分量在中间数值有明显差异，则判断该车辆轮轴单侧为双轮；

a.轮轴数判定：假设被测车辆4整个被扫描时间为t。该时间段内有n个垂直分量v连续递增的区域，则该被测车辆4的车辆轮轴数为n；

b.单双轮判定：与该连续递增垂直分量v对应的水平分量h中，有n1个数值h没有明显差异的区域，则单侧单轮的车辆轮轴数为n1；与该连续递增垂直分量v对应的水平分量h中，有n2个数值h有明显差异的区域，则单侧双轮的车辆轮轴数为n2；

由上，该被测车辆4的轮胎数量为：m=n1*2+n2*4，其中n=n1+n2，n为被测车辆4的车辆轮轴数；

如图5，6所示，根据上述得到的车辆轮轴数、轮胎数量和车辆轮轴类型可以判断被测车辆4的车型。

工作原理：如图1，2所示，将激光传感装置1安装于上秤端，并与数据处理单元2和计算机终端处理器3通过线路连接起来。激光识别装置1会一直持续发射光束，当被测车辆4驶入激光传感器101识别范围，激光传感器101发射激光信号，激光信号光束为单束光线，发射的激光信号经被测车辆4反射回来后，激光传感器101接收反射信号，激光传感装置1将信号传输给数据处理单元2；

如图3，4所示，数据处理单元2选用arm嵌入式主板与扩展版进行数据处理，处理之后的信号经rs232串口传输至计算机终端处理器3。预先把车型的相关参数（车轴数量和轮胎数量）对应的有关车型参数存储在计算机终端处理器3的存储器中，在激光传感器1把被测车辆4的信息传输至计算机终端处理器3后，计算机终端处理器3根据这些信号进行车型相关参数的计算，再通过选址器从存储器中选出与被测车辆4相对应的车型参数，完成车型识别。计算机终端处理器3将显示出被测车辆4的轮胎数量、车轴数量和车型。

激光传感器101通过距离反射的时间差△t可识别出被测车辆4为单轮和双轮的原理如下：单轮的车轮401轮胎骨架与轮胎大致处于同一平面，而双轮的车轮401的轮胎骨架则是内凹进去的，与车轮401的轮胎不处于同一平面。

同样的原理，通过激光传感器101发射和接收反射信号的时间差△t可以算出反射距离l，可以判断被测车辆4是否完全通过上秤端进入秤台。当被测车辆4完全驶入秤台后，激光传感器101完成收尾，计算机终端处理器3显示被测车辆4的轮胎数量、车轴数量和车型。

本发明结构简单，操作方便，采用非接触的方式，安装维护不需要破开路面，不影响路面寿命，不影响交通，节约维修维护成本；可以检测更大范围内的交通流信息，从而减少设备的数量，节约成本；可以提高测量精度达到99.9%；当环境发生变化时，或系统移动，只需要简单设置，系统即可重新投入使用；此设备可直接替代车辆分离器，节省成本；此系统的寿命是原轮轴识别器使用寿命的3—5倍，降低成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。