车辆行驶轮迹数据实测方法与应用
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摘 要
研究车辆轮迹的横向分布对道路设计、养护和交通标线施划等具有重要参考意义，测量真实条件下车辆行驶时的轮迹数据主要有人工测量法、图像视频法和传感检测法，应结合实际情况并根据每种方法的特点进行选择，目前图像视频法的应用最为广泛。
关键词
车辆;轮迹;实测方法
中图分类号： U491 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.09.067
Abstract
It is of great significance to study the lateral distribution of wheel trajectory for road design，road maintenance and traffic marking scribing.Measuring methods of wheel trajectory data mainly are manual measurement，image video method and sensor detection method.The method should be selected according to the actual situation and characteristics of the methods.At present，image video method is the most widely used method.
Key Words
Vehicles;Wheel trajectory;Measuring methods
0 引言
车辆在道路上行驶时的横向位置变化，对道路结构与交通标线而言就是移动荷载加载方式的变化，车辆的荷载对道路的路用性能有较大影响，车辆轮迹能反映车辆在道路上的横向位置，采用合适的方法研究真实条件下车辆运行时的轮迹分布具有重要意义。
本文将对车辆行驶轮迹数据的实测方法与相关应用逐一进行介绍。
1 人工测量法
人工测量法是指，在调查路段的断面位置以一定距离间隔标记道路横断面区间，并对区间进行编号，当车辆驶经标记断面时，位于道路旁的记录员记录车轮驶过的区间的编号，通过区间长度与编号可以计算得到经过测量断面的车辆车轮位置。
该方法在车辆轮迹数据精度方面受限于道路横断面划分区间的单位长度和人的视线范围，同时受雨天、雾天等不良天气的影响，人工记录的工作强度较大，路面上的标记会对车辆正常行驶产生一定的影响。
姚祖康等使用人工测量法得到了不同等级公路和城市道路的车辆轮迹横向分布情况[1]。
2 图像视频法
图像视频法，是指借助图片、视频等影像资料记录车辆行驶过程，通过对图片或视频等影像资料的处理，提取得到车轮坐标等数据。根据所用的影像资料种类，图像视频法分为图像测量法和视频测量法。图像视频法是目前应用最为广泛的方法。
2.1 图像测量法
图像测量法是指，在调查路段的断面位置以一定距离间隔标记道路横断面区间，并对区间进行编号，当车辆驶经标记断面时，位于道路旁的记录员使用相机拍下车轮驶过的区间，通过区间长度与核对相应的编号可以计算得到经过测量断面的车辆车轮位置。
该方法在车辆轮迹数据精度方面受限于道路横断面划分区间的单位长度和拍照角度，同时受雨天、雾天等不良天气的影响，路面上的标记会对车辆正常行驶产生一定的影响，但可以降低操作人员现场工作的强度，并可以在车辆行驶速度较快和多车道记录等情况下高效地完成记录工作。
崔冰等使用图像测量法统计了虎门大桥上车辆轮迹横向位置的分布[2]。
2.2 视频测量法
视频测量法是指，使用架设的摄像机或搭载摄像装置的无人机等拍摄车辆驶经路段的全过程，通过视频处理的方式得到车辆的车轮位置。根据视频处理时数据的提取方式，视频测量法分为人工数据提取法和软件数据提取法。
2.2.1 人工数据提取法
人工数据提取法是指，对拍摄的车辆通过路段的视频，参照设定的坐标尺人为读取车轮位置，设定的坐标尺可以是预先施划在道路上的坐标线，或者是固定在路面上的刻度条，也可以是在视频中划定的坐标线。
该方法在车辆轮迹数据精度方面受限于道路横断面划分区间的单位长度和摄像角度，同时受雨天、雾天等不良天气的影响，预先施划在道路上的坐标线会对车辆正常行驶产生一定的影响，视频中划定的坐标线则不会影响车辆正常行驶，大大降低了操作人員现场工作的强度，并可以在车辆行驶速度较快和多车道记录等情况下高效地完成记录工作。
谢振翔使用人工数据提取法在道路上喷涂坐标线，测得不同等级道路上车辆的轮迹分布情况[3]。
2.2.2 软件数据提取法
软件数据提取法是指，对拍摄的车辆通过路段的视频，通过特定的软件与操作，能输出相应的车轮坐标值。
该方法在车辆轮迹数据精度方面受限于软件算法和摄像角度，同时受雨天、雾天等不良天气的影响，大大降低了操作人员现场工作的强度，并可以在车辆行驶速度较快和多车道记录等情况下高效地完成记录工作，提高了轮迹数据的精度和提取效率。
曲昭伟等使用软件数据提取法，借助Track-pro软件获得交叉口右转机动车的位置坐标[4]。
3 传感检测法
传感检测法是指，借助磁阻传感器、压电传感器、视觉传感器等各种传感器在特定运行环境下自动提取车辆轮迹数据。根据传感器布置时与路面的相对位置，分为地下传感检测法和地上传感检测法。 传感检测法在车辆轮迹数据精度方面受限于传感设备的检测能力和相关算法的处理效率，记录与数据提取过程可全自动完成。
3.1 地下传感检测法
地下传感检测法是指，将相关传感器埋设于路面以下且组成感应系统，当车辆经过时自动检测并获取车轮位置等数据信息。根据埋设传感器的种类，地下传感检测法主要分为磁阻传感检测和压电薄膜轴传感器等。
3.1.1 磁阻传感检测
谢作孟提出一种基于Kalman滤波的车辆位置估计算法，通过车检器检测车辆的磁场信号，将信号转化成车辆的速度信号和距离信号，然后通过滤波估计车辆位置[5]。
3.1.2 壓电薄膜轴传感器
孙秀雅将传感器进行“N”形结构布置，设计出一种基于压电薄膜轴传感器的可识别车辆轮迹线的动态称重系统[6]。
3.2 地上传感检测法
地上传感检测法是指，将相关传感器设置于路面以上且组成感应系统，当车辆经过时自动检测并获取车轮位置等数据信息。根据设置传感器的种类，地上传感检测法主要分为视觉检测法、橡胶管检测法等。
3.2.1 视觉检测法
视觉检测法是指，借助机器视觉技术实时获取车轮位置等数据。该方法装载到试验车上，采集的样本范围限制较大。
（1）视觉传感器朝向地面安装
将视觉传感器安装于车外后视镜上，镜头朝向地面。在车辆行驶过程中系统对采集到的图像进行实时分析，识别出车道标线的边缘，并根据图像标定结果计算车轮外侧边缘与车道标线之间的距离。
（2）视觉传感器朝向道路前方安装
将视觉传感器安装于车辆前部结构，如前挡风玻璃中央，镜头朝向车辆前方。车辆行驶过程中，视觉传感器采集前方道路场景，图像处理程序自动识别车道标线在图像中的位置，并基于相关算法计算车轮与车道线之间的距离。
3.2.2 橡胶管检测法
Abraham Getachew在路面铺设 3 根橡胶管，其中两根管互相平行且与车辆前进的方向相垂直，第三根管与前两根管成一定角度，车辆压过时橡胶管会将信号传递给数据记录仪，根据车辆压过相邻橡胶管时的时间差和橡胶管之间的距离可以推算车辆通过时的在路面的横向行驶位置[7]。
4 结语
进行真实条件下车辆行驶过程中轮迹数据采集的方法主要有人工测量法、图像视频法和传感检测法，每种方法可以进一步细分，在选择使用时应结合实际情况和每种方法的特点。目前，广泛应用的是图像视频法。
参考文献
[1]姚祖康，黄彭.车辆轮迹的横向分布[J].华东公路，1984（03）：1-13.
[2]崔冰，吴冲，丁文俊，童育强.车辆轮迹线位置对钢桥面板疲劳应力幅的影响[J]. 建筑科学与工程学报，2010，27（3）：19-23.
[3]谢振翔.关于货车与大客车在不同等级公路慢车道轮迹横向分布研究[D].深圳：深圳大学，2018.
[4]曲昭伟，罗瑞琪，陈永恒，等.信号交叉口右转机动车轨迹特性[J].浙江大学学报（工学版），2018，52（2）：341-351.
[5]谢作孟.基于TMR传感器的车辆检测与识别技术研究[D].杭州：杭州电子科技大学，2015.
[6]孙秀雅.基于压电薄膜轴传感器的动态称重系统的研发[D].合肥：合肥工业大学，2014.
[7]Abraham Getachew.Traffic Load Effects on Bridges： Statistical Analysis of Collected and Monte Carlo Simulated Vehicle Data. Sweden：Royal Institute of Technology， 2003.
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