現代儀(yi) 器儀(yi) 表的智能化趨勢使得各種傳(chuan) 感器的應用日益廣泛。由於(yu) 激光具有許多優(you) 點，使得利用這些特性研發的激光檢測和控製係統具有先進的技術性能、方便的使用性能和簡潔的係統結構。激光傳(chuan) 感器一般是由激光發生器、光學零件和光電器件所構成的，它能把被測物理量(如距離、流量、速度等)轉換成光信號，然後應用光電轉換器把光信號變成電信號，通過相應電路的過濾、放大和整流得到輸出信號，從(cong) 而算出被測量。借助於(yu) 激光所具有的優(you) 點(如方向性好、亮度高、單色性好、相幹性好等)，激光傳(chuan) 感器通常具有結構簡單可靠、抗幹擾能力強、非機械接觸、分辨率高、精度高、示值誤差小、穩定性好、宜用於(yu) 快速測量等優(you) 點。

隨著科技的不斷發展，國家對治超工作的要求也不斷提高，無論是從(cong) 效率還是精準度來說，智能化的超限檢測工具必將得到廣泛的應用。鑒於(yu) 上述情況，設計了基於(yu) 激光掃描傳(chuan) 感器技術的高效率高精度的智能型車輛超寬超高檢測係統。

1 激光測距傳(chuan) 感器的測量原理

激光測距是一種主動光學探測方法。主動光學探測的探測機製是：由探測係統向目標發射波束(在光學探測中，一般是紅外或可見光)，波束被目標表麵反射產(chan) 生回波信號。回波信號中直接或間接地包含待測信息。接收與(yu) 信號處理係統通過接收和分析回波信號，獲得被測量。激光具有相幹性強、亮度高、方向性好等優(you) 點，因此激光出現後，立刻成為(wei) 了絕大多數主動光學探測係統的首選光源。

目前，脈衝(chong) 激光測距已獲得了廣泛的應用，如地形測量、地球到月球距離的測量等。圖1為(wei) 脈衝(chong) 激光測距係統簡圖，其工作原理如下：人機操作發出測距指令，觸發激光器發出激光脈衝(chong) ，一小都分能量透過分束片，作為(wei) 參考脈衝(chong) 直接送到脈衝(chong) 采集係統，作為(wei) 計時的起始點，啟動數字式測距計時器開始計時；另一幫分由折射棱鏡反射，射向目標。一般發射前端有望遠光學係統，為(wei) 的是減少出射光束的發散角，以提高光能麵密度，增大工作距離，還可以減少背景和周圍非目標物的幹擾。到達目標的激光束有一部分被表麵漫反射回到測距儀(yi) ；經接收物鏡和光學濾波器，到達探測器APD，窄帶光學濾波器的主要作用是充分利用激光優(you) 良的單色性，提高係統的信噪比；光探測器APD將光信號轉換為(wei) 電信號，然後將電信號進行信號放大、濾波整形。整形後的回波信號關(guan) 閉時間間隔處理模塊，使其停止計時。這樣，根據時間間隔處理的結果t即可計算出待測目標的距離L為(wei) ：
L=ct／2 (1)

式(1)中，c為(wei) 光速。圖1中，濾光片和光圈可以減少背景及雜閃光的影響，降低探測器輸出信號中的背景噪聲。根據式(1)，脈衝(chong) 測距精度△L，可以表示為(wei) ：

△L=c△t／2 (2)
由式(2)可知，係統處理的時間閫隔精度△t直接決(jue) 定了脈衝(chong) 激光測距係統的測距精度△L。

2 係統組成及數據處理

本係統以德國SICK公司的LMS係列戶外型非接觸式激光傳(chuan) 感器為(wei) 數據采集設備，用工控機作為(wei) 數據的處理設備，係統組成如圖2所示。L MS係列傳(chuan) 感器是一種戶外型非接觸式的高精度、高解析度外部傳(chuan) 感器，其工作原理是基於(yu) 對激光束飛行時間的測量，其按照定義(yi) 好的時間間隔發出激光脈衝(chong) ，通過定時器計算發射脈衝(chong) 和接收脈衝(chong) 之間的時間間隔來得到與(yu) 被測物體(ti) 之間的距離。脈衝(chong) 激光束經過測距傳(chuan) 感器內(nei) 部的一個(ge) 旋轉反光鏡的反射對周圍環境形成扇麵掃描。目標物體(ti) 的輪廓線曲所接收到的一係列脈衝(chong) 序列來確定。LMS傳(chuan) 感器的掃描頻率是25Hz／50Hz，角度頻率是(0.25°／0.5°，掃描角度範圍是0°～270°，最大掃描距離是20 m，標準測量精度為(wei) ±0．30 m，安全防護等級為(wei) IP67，對人眼安全。惡劣的環境因素對測量範圍沒有影響，可用於(yu) 室外溫度-30～+50℃的環境中。LMS係列激光傳(chuan) 感器采用激光脈衝(chong) 測距的方法計算出被測物體(ti) 的掃描輪廓線上若幹點到傳(chuan) 感器的距離，並以極坐標的形式實時地通過高速網絡接口上傳(chuan) 給工控機進行後期處理。由於(yu) 網口的數據傳(chuan) 輸速度可達100Mb／s，所以不會(hui) 出現數據丟(diu) 失問題，保證能實時地完整地將所測數據上傳(chuan) 到工控機進行數據處理。工控機通過可視化編程語言VB的網絡通訊內(nei) 核Winsock與(yu) LMS係列傳(chuan) 感器直接進行數據的交換。在使用Winsock控件時，首先要考慮使用TCP還是UDP通信協議。TCP通信協議控件是要求連接的通信協議，類似於(yu) 電話係統。在開始數據傳(chuan) 輸前，使用者必須先建立連接，其上還有錯誤檢查機製，避免數據被分散傳(chuan) 遞，因傳(chuan) 輸的過程較慢而錯誤較少。如果數據是比較重要的，使用此方式比較好。而UDP通信協議是一種不需要連接的通信協議，兩(liang) 台計算機之間的傳(chuan) 輸類似於(yu) 傳(chuan) 遞郵件：信息從(cong) 一台計算機傳(chuan) 送到另一台計算機，但是兩(liang) 者之間沒有明確的連接。由於(yu) 和TCP的方式比起來，它的錯誤檢查比較簡單，因此速度比較快，要求速度時，使用此方式比較恰當。

本係統對於(yu) 數據的實時性要求比較高，且對數據的準確性要求相對較低，所以數據交換之前，首先要分別將LMS係列傳(chuan) 感器和工控機的IP地址設置為(wei) 一個(ge) 網段，再使用UDP通信協議來進行數據的交換。工控機接收到LMS係列傳(chuan) 感器上傳(chuan) 的極坐標信息後，再通過基於(yu) VB內(nei) 核設計的數據處理程序對所有數據進行處理，數據處理的過程如下。

首先，通過傳(chuan) 感器上傳(chuan) 的數據判斷車輛的駛入與(yu) 駛出。
第一步，傳(chuan) 感器上傳(chuan) 測量到的傳(chuan) 感器到被測車輛的不同點的極坐標的極半徑(ρ1，ρ2，ρ3，……，ρn)和對應的極角(θ1，θ2，θ3，……，θn)；

第二步，通過坐標係的變換將被測點的極坐標轉換為(wei) 平麵直角坐標，即
(x1=ρ1·cosθ1，y1=ρ1t·sinθ1)(x2=ρ2·cosθ2，y2=ρ2·simθ2)(x3=ρ3·c∞θ3，y3=ρ3·sinθ3)……(xn=ρn·cosθn，yn=ρn·sinθn)；

第三步，分別比較y1，y2，y3，……，yn，取最小的y值ymin；再分別比較x1，x2，x3，……，xn取掃描到的被測車輛的最左邊的x值xmin和最右邊的x值xmax；計算單次掃描的車輛的最大高度Height=H-ymin和最大寬度Width=xmax-xmin(H為(wei) 傳(chuan) 感器距離地麵的高度)。將備單次測量所得的寬度與(yu) 高度進行比較，根據數據的變化曲線來判斷進車與(yu) 出車。

然後，通過比較各單次測量的車輛的寬度和高度信息進行逐次比較，計算車輛的最大高度Height和最大寬度Width。最後，將得出的過往車輛的最大寬度和最大高度，與(yu) 國家規定的車輛寬高限製值相比較，從(cong) 而判斷過往車輛是否超寬超高，比較的結果通過工控機的顯示器顯示出來，同時保存測量結果到SQL數據庫。如果車輛超寬超高的話，工控機還會(hui) 產(chan) 生聲光報警，以提醒治超人員和超限車輛的司機出現了超限問題。

3 實驗結果及分析

本係統中的激光傳(chuan) 感器安裝在應用現場高度為(wei) 6 m的龍門架上，激光傳(chuan) 感器的掃描測量扇麵區域垂直於(yu) 車道，有車輛穿過扇麵掃描區域時，檢測係統自動計算出該車輛的寬度和高度值，並且顯示在工控機的顯示器上供工作人員監控用。#p#分頁標題#e#

現場實驗過程中，隨機對30輛不同樣式的通行車輛分別用人工方式和自動方式測量車輛的寬度和高度(以下分別稱為(wei) 實際值和測量值)。統計分析結果表明本係統自動測量數據的誤差在0．10 m以內(nei) 的有28輛。在0．15 m以內(nei) 的有2輛。即有93％的車輛檢測誤差小於(yu) 0．10 m，這滿足用戶所提誤差小於(yu) 0．15 m的要求。
 
4 結論

  采用LMS係列二維激光脈衝(chong) 掃描傳(chuan) 感器和可視化編程語言VB的網絡內(nei) 核設計的智能車輛超寬超高檢測係統，測量精度高，實時性好，被檢車輛行駛過傳(chuan) 感器下方車輛的寬度和高度信息立即在顯示器上顯示出來。本係統的應用實現了車輛超限檢測中超寬超高檢測的自動化，避免了人工測量誤差的隨機性，可以測量人工無法直接手動測量的車輛竟度和高度，並且測量數據自動保存到數據庫中可以隨時查詢，還可以大大提高超限檢測的工作效率和檢測精度，因此，本係統具有良好的推廣前景。