一種道路交通區間測速監測系統校準方法及其測量結果不確定度評定

蔡開城

【摘 要】道路交通區間測速監測系統是固定安裝在道路上并用于對機動車在該區間內行駛的平均速度進行監測的計量儀器。道路交通區間測速監測系統能否準確溯源關系到交通執法部門執法的公正性和人民群眾的交通安全，需要對區間測速系統進行校準。本文介紹一種校準方法及其過程中分析其不確定度分量主要來源，并對各不確定度分量進行評定。

【關鍵字】道路交通區間測速監測系統；不確定度評定

中圖分類號： TP274 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）14-0019-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.007

A calibration method of point-to-point vehicle speed monitor systems and evaluation of uncertainty in measurement results

CAI Kai-cheng

（Fujian Province Institute of Metrology，Fuzhou，350003，P.R.China）

【Abstract】Point-to-point vehicle speed monitor systems are fixed on the road and are used to monitor the average speed of the motor vehicle running in this area.The accurate traceability of point-to-point vehicle speed monitor systems is related to the justice of the law enforcement department of the traffic law enforcement department and the traffic safety of the people.It is necessary to calibrate the point-to-point vehicle speed monitor systems.In this paper， a calibration method and its main sources of uncertainty components are introduced， and the uncertainty components are evaluated.

【Key words】Point-to-point vehicle speed monitor systems；Evaluation of uncertainty

0 概述

道路交通區間測速監測系統（以下簡稱區間測速系統）是固定安裝在道路上并用于對機動車在該區間內行駛的平均速度進行監測的計量儀器。區間測速監測系統通常由區間測速起點和終點監控終端、通信網絡、中心控制設備及軟件等組成[1]。其工作原理是：在一段道路上布設兩個或多個固定監控點及相應的監控終端，兩點之間構成一個行駛路段唯一確定、限速值恒定的測速區間。起點和終點的監控終端先后被同一行駛車輛觸發，自動記錄該車輛的通過時刻、車輛特征等信息，并通過通信網絡傳送到中心控制設備，由軟件根據該車輛的區間行駛時間計算其平均速度[2]。交通執法部門以區間測速系統測得的車輛行駛平均速度作為執法的依據，區間測速系統能否準確溯源關系到交通執法部門執法的公正性和人民群眾的交通安全，需要對區間測速系統的區間距離誤差和現場測速誤差進行校準。

1 測量條件、測量標準、被測對象、測量方法

1.1 環境條件：溫度：（-25～55）℃，相對濕度<85%。

1.2 測量標準

非接觸式速度計

速度范圍：（5～180）km/h，MPE：±1.0%。

距離范圍：（1.0～999.9）m，距離≤30m時MPE：± 0.30m，距離>30m時MPE：±1.0%。

電子秒表：量程：（0～3600）s，MPE：±0.02s 。

1.3 被測對象：區間測速系統

1.4 測量方法

在規定條件下，將非接觸式速度計及顯示裝置按使用要求安裝在試驗車上，調整使其處于正常工作狀態。試驗車保持在同一車道內駛過整個區間，非接觸式速度計測量并顯示試驗車的行駛距離，被檢區間測速系統起點和終點的監控終端對試驗車的顯示裝置進行拍攝。依次對區間內每條車道至少測量一次，且測量總數不少于三次，取所有測量結果中的最短距離作為區間距離測量值并計算區間距離誤差。

現場測速誤差采用試驗車、非接觸式速度計、秒表進行測量。非接觸式速度計以及顯示裝置均按照使安裝在試驗車上，調整使其處于正常工作狀態。試驗車以被檢速度通過整個區間，非接觸式速度計測量并顯示試驗車的行駛距離，試驗車保持在同一車道內駛過整個區間，被檢區間測速系統起點和終點的監控終端對試驗車的顯示裝置進行拍攝，拍攝時通過秒表記錄試驗車經過整個區間的時間。測量的速度點為被測道路限速值的50%、100%，對每一個被檢速度值進行至少三次測量，分別計算三次測量值的平均值作為試驗車的速度標準值并計算現場測速誤差，取現場測速誤差最大值作為測量結果。

2 區間測速系統的區間距離誤差測量結果的不確定度評定

2.1 數學模型：δs=×100%

式中：

δs——區間距離誤差，%；

s——被檢系統中設定的區間距離，m；

smin——實測區間距離的最小值，m。

2.2 標準不確定度分量的評定

輸入量smin的標準不確定度u（smin）的評定：其不確定度來源主要是非接觸式速度計引入的不確定度u （smin），可以B類方法評定u（smin）。

選取一臺區間測速系統，被檢系統中設定的區間距離為998.0m，使用非接觸式速度計對區間內每條車道的區間距離測量三次，計算每條車道的三次測量取所有測量結果中的最短距離作為區間距離測量值smin。

則smin=998.0m

非接觸式速度計最大允許誤差為±1.0%，按均勻分布計算， k=，則：

u（Smin）=×998.0m=5.76m

2.3 合成標準不確定度的評定

2.3.1 靈敏系數：由δs=×100%得

2.3.2 標準不確定度匯總表，見下表2

2.3.3 合成標準不確定度的計算：

uc（δs）=|c1|×u（smin）=0.001×5.76×100%=0.58%

2.4 擴展不確定度的評定：取包含因子k=2，則U=k·uC=2×0.58%=1.2%；

2.5 擴展不確定度的報告與表示

區間測速系統的區間距離誤差測量結果擴展不確定度為U=1.2%；它是由合成標準不確定度uc=0.58%和包含因子k=2之乘積得到。

3 現場測速誤差測量結果的不確定度評定

3.1 數學模型：Δv=v-×k

式中：

Δv——現場測速誤差，km/h；

v——被檢系統的速度示值，km/h；

s0——非接觸式速度計測量的區間距離，m；

t0——秒表測得的試驗車行駛時間，s；

k——單位換算常數，k=3.6。

3.2 標準不確定度分量的評定

選取一區間測速系統，被檢系統中的區間距離設定為998.0m，限速值設定為60km/h，其車速顯示值分辨力為1km/h，使用試驗車、非接觸式速度計、秒表對對每一個被檢速度值進行至少三次測量，分別計算三次測量值的平均值作為試驗車的速度標準值并計算現場測速誤差：

3.2.1 輸入量v的標準不確定度u（v）的評定：其不確定度來源主要是被檢系統分辨力引入的不確定度u（v），可以B類方法評定u（v）。被檢系統分辨力為1km/h，按均勻分布計算，k=，則

u（v）=km/h=0.58km/h

3.2.2 輸入量s0的標準不確定度u（s0）的評定：其不確定度來源主要是非接觸式速度計的準確度引入的不確定度，可以B類方法評定。

非接觸式速度計最大允許誤差：±1.0%，按均勻分布計算， k=，則

u（s0）=×s0=0.0058s0

3.2.3 輸入量t的標準不確定度u（t）的評定：其不確定度來源主要是電子秒表的準確度引入的不確定度u（t），可以B類方法評定u（t）。

電子秒表的準確度：MPE：±0.02s，按均勻分布計算，k=，則

u（t）=s=0.012s

3.3 合成標準不確定度的評定

3.3.1 靈敏系數：由：Δv=v-×k得

3.3.2 標準不確定度匯總表，見下表4

3.3.3 合成標準不確定度和擴展不確定度的計算：

由uc（Δv）=（1）

3.4 擴展不確定度的評定：取包含因子k=2，則U=k·uC（Δv）。（2）

由公式（1）、（2）可得合成標準不確定度和擴展不確定度如下表5所示

3.5 擴展不確定度的報告與表示

當區間測速系統區間速度在60km/h測量點時，現場測速誤差測量結果擴展不確定度為U=1.4km/h。它是由合成標準不確定度uc（Δv）=0.68km/h（取三次測量結果合成不確度定度最大值）和包含因子k=2之乘積得到。

4 結語

本文介紹一種區間測速系統校準方法和不確定度評定方法，符合上述條件的區間測速系統，一般可直接使用本不確定度的評定結果，其它類似功能的區間測速系統可參照本評定方法。通過對區間測速系統的校準來保證其測量數據的準確性，為交通執法部門公正執法和交通安全保駕護航。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國公安部.GA/T 959-2011 機動車區間測速技術規范[S].北京：中國標準出版社，2011.

[2]程中軍.道路交通區間測速監測系統檢定裝置研究[J]. 自動化技術與應用，2017，36（9）：64-67.