駕駛人實際道路考試距離測量技術研究?

于鵬程，周志強，牛清寧，劉碩

（公安部道路交通安全研究中心，北京 100062）

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駕駛人實際道路考試距離測量技術研究?

于鵬程，周志強，牛清寧，劉碩

（公安部道路交通安全研究中心，北京 100062）

摘要：根據實際道路考試中關于車距的要求，在分析目前常用距離測量技術原理及優缺點的基礎上，綜合考慮各種距離測量技術的優缺點，提出了在實際道路考試的智能評判考試系統中采用毫米波雷達用于距離測量的建議。

關鍵詞：汽車駕駛；實際道路駕駛技能考試；智能評判；距離測量

近5年，中國每年新增駕駛人2 600萬以上，與此同時，道路交通事故頻繁發生，交通安全形勢十分嚴峻。據統計，2013年，駕齡1年以下駕駛人導致的交通事故數占總量的15.27%，導致的死亡人數占交通事故總死亡人數的13.54%，受傷人數占交通事故總受傷人數的15.96%。

交通事故的發生，除部分是由于車輛機械故障引起外，80%～90%是由人的因素造成的。據統計，2013年，全國發生道路交通事故198 394起，其中由機動車駕駛人違規造成的事故176 432起，占總數的88.93%；非違規過錯造成的事故8 311起，占總數的4.19%。

駕駛人考試作為駕駛人管理的源頭大閘，對保證道路交通安全起著至關重要的作用。駕駛人考試應具備篩查操作不規范、安全意識缺乏的考試者的能力。實際道路駕駛技能考試作為考核駕駛人上路駕駛綜合能力及上路駕駛安全意識的主要考試科目，在駕駛人考試中至關重要。為了公平、公正、科學、規范地衡量駕駛人的駕駛能力，減少人為因素的影響，同時降低考官的勞動強度，提升考試效率，目前的駕駛人實際道路考試普遍采用智能考試與人工考試相結合的方式。

1　實際道路考試中車距的相關要求

實際道路考試要求駕駛人駕駛考試車輛在3～5 km的實際道路上完成上車準備、起步、直線行駛、變更車道、會車、停車、掉頭、通過交叉路口、通過人行橫道、通過學校、通過公交車站、夜間行駛等14個考試項目，實現對駕駛人駕駛操作能力、交通標志標線理解和遵守能力、道路交通情況處理能力、安全文明駕駛意識等方面的考核。

由于上述考核項目都是在實際道路中進行，考試道路上還存在其他機動車、非機動車、行人及障礙物，為確保駕駛人在實際道路考試中的安全，要求駕駛人所駕駛的考試車輛與周邊行駛的其他機動車、非機動車、行人及障礙物之間保持足夠的安全距離。智能評判考試系統中對車距的相關要求見表1。

表1　實際道路考試中對車距的相關要求

準確地在考試道路上測量考試車輛與其周邊其他目標之間的距離，是決定考試評判系統是否“智能”的關鍵先決條件之一。

2　汽車距離測量技術

目前用于汽車距離測量的方式主要有4種，分別為超聲波雷達測距、毫米波雷達測距、激光雷達測距及視覺測距。

2.1超聲波雷達測距

超聲波是指振動頻率在20 k Hz以上的機械波，作為一種特殊的聲波，它不僅具備聲波傳輸的基本物理特性，同時具有穿透力強、方向性好、傳輸過程中衰減小和反射能力強等優點。

超聲波雷達測距主要是依據超聲波的反射特性，方法有振幅檢測法、相位檢測法、渡越時間法等，其中幅值檢測法易受發射波的影響，相位檢測法存在檢測范圍小的問題，故常采用渡越時間法。

采用渡越時間法測量距離時，距離按下式計算：

由于超聲波在空氣中的傳播速度易受溫度的影響，在不同溫度下超聲波的傳播速度不同，在實際距離計算中需進行溫度補償。經過溫度補償后的距離計算公式為：

式中：d′為修正后的與前方目標的距離（m）；T為環境實際溫度（℃）。

采用超聲波雷達測距具有制作簡單、價格低廉、受外界環境影響小等優點，但由于超聲波能量的衰減與距離的平方成正比，也就是說距離越遠，發射回來的超聲波越少，靈敏度越差。因此，超聲波雷達測距適用于短距離測量，通常測量距離為5 m以內。

2.2毫米波雷達測距

毫米波雷達測距中使用的波長均為毫米級，工作頻率主要集中在23～24、60～61、76～77 GHz。主要原因是在這3個特殊頻段上能限制毫米波在較短的范圍內傳播，從而最大程度地降低對其他車輛雷達或無線電設備的影響及對周圍人體的輻射。

毫米波雷達的測距原理主要是基于多普勒頻移，通過計算發射波與反射波之間的相位差變化來確定兩點間的距離。假設毫米波雷達的發射波表示為式（3），則毫米波雷達接收到的從目標反射回來的回波信號可表示為式（4）。

式中：A為振幅；ω0為發射波頻率；?為初相。

式中：k為毫米波的衰減系數；tr為毫米波傳播到目標的時間。

發射波與回波之間的相位差為；

式中：λ為波長；d為與前方目標的距離。

通過計算發射波與回波之間的相位差變化，能檢測到距離前方目標的距離。采用毫米波雷達測距具有檢測距離遠、檢測性能受外界因素影響小等優點，但通常價格較昂貴。

2.3激光雷達測距

目前汽車上使用較多的激光測距系統包括成像式激光雷達和非成像式激光雷達兩種。激光測距方法主要有脈沖檢測法和相位檢測法兩種。

脈沖檢測法的測距原理為：記錄發射的激光經過前方目標反射后返回至被接收的時間，然后根據激光在空氣中傳播的速度，計算得到距離前方目標的距離。

相位檢測法的測距原理為：對激光束進行幅度調制后，記錄發射的調制光經過前方目標反射后返回至被接收時的相位變化，然后根據調制光的波長，計算得到距離前方目標的距離。

由于激光在空氣中的傳播速度快且穩定，約為3×108m/s，且光脈沖的寬度可達到50 ns以下，采用激光測距具有單色性和方向性好、測量距離遠、測量精度高等優點。但激光測距的制作難度較大，需防范激光對人體可能造成的傷害。另外，激光易受外界因素的影響，在惡劣天氣（如雨雪天氣等）下使用時測量精度會大幅度下降。

2.4視覺測距

視覺測距的精度很高，但它對計算機的實時處理能力有著很高的要求。目前，隨著計算機硬件性能的提升，視覺測距已得到廣泛應用。

視覺測距方法主要有單目視覺測距法和雙目立體視覺測距法兩種。單目視覺測距法是根據攝像機的焦距和標定參數或采用特征匹配技術和光流技術，對攝像機所采集的每一幅圖像中的目標物所在位置的深度、寬度和高度信息進行計算。雙目立體視覺測距法是基于人類利用雙眼的視差感知距離的原理，利用2臺各自處于不同位置的攝像機同時采集同一目標物的圖像，然后根據攝像機的焦距和標定參數，結合2幅圖像的視差，采用多目配準方法計算得到目標物的三維參數。

相對于雙目立體視覺測距法，單目視覺測距法的原理較簡單，成本也較低，但由于只依靠單幅圖像確定距離，測量精度不高。雙目立體視覺測距法雖然測量精度較高，但成本較高。另外，視覺測距法易受外界環境的影響，在惡劣天氣條件下測量精度會受到顯著影響。

2.5汽車距離測量技術對比

上述4種汽車距離測量技術的優缺點見表2。

表2　4種距離測量技術對比

3　結論

考慮到駕駛人實際道路考試的內容和特點，智能評判考試系統首先應具備良好的檢測精度，即較低的誤報率和虛報率。從表2來看，相對于超聲波雷達測距、激光雷達測距和視覺測距，毫米波雷達測距系統能較好地滿足智能評判考試系統中考試車輛距離測量的需要，其檢測精度高于超聲波雷達測距系統，價格則低于激光雷達測距系統和視覺測距系統。建議在實際道路考試的智能評判考試系統中采用毫米波雷達用于距離測量。

參考文獻：

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［3］ 宋彩霞，王波濤.車輛測距方法［J］.電子測量與儀器學報，2009（增刊）.

［4］ 趙萬里.基于雷達的智能車多目標檢測與跟蹤技術研究［D］.長沙：中南大學，2011.

式中：d為與前方目標的距離（m）；c為超聲波傳播速度（m/s）；t為渡越時間（s），是指發射傳感器發射超聲波到經過氣體介質傳播后接收傳感器接收到反射回來的超聲波所經過的時間差。

中圖分類號：U471.3

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0066-02

基金項目：?公安部技術研究計劃項目（2014JSYJB025）

收稿日期：2016-02-26