杜 磊， 孫 橋， 白 杰， 徐天琪， 何國(guó)權(quán)

(1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029；2.業(yè)納(上海)精密儀器設(shè)備有限公司，上海 201315)

1 引 言

機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀是用于測(cè)定道路上機(jī)動(dòng)車行駛速度的計(jì)量器具,是交通管理部門(mén)處罰超速違法行為的主要執(zhí)法計(jì)量器具。機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀被列入到國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局于2019年10月發(fā)布的實(shí)施強(qiáng)制管理的計(jì)量器具目錄,且監(jiān)管方式為“型式批準(zhǔn)、強(qiáng)制檢定”,在使用前應(yīng)辦理型式批準(zhǔn)或進(jìn)口計(jì)量器具型式批準(zhǔn),使用中應(yīng)接受強(qiáng)制檢定。

按照工作原理,機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀可分為3類:機(jī)動(dòng)車?yán)走_(dá)測(cè)速儀[1，2]、機(jī)動(dòng)車激光測(cè)速儀[3]和機(jī)動(dòng)車地感線圈測(cè)速系統(tǒng)[4]。

按照檢定規(guī)程,機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的檢定項(xiàng)目主要包括2部分:實(shí)驗(yàn)室模擬檢定和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車檢定。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車檢定方法(以下簡(jiǎn)稱傳統(tǒng)方法)[1～4]是在封閉道路的前提條件下,裝有車載標(biāo)準(zhǔn)測(cè)速儀[5～11]的試驗(yàn)車以指定的速度點(diǎn)(限速值的50%和100%左右)勻速通過(guò)待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的測(cè)量區(qū)域,將待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的速度測(cè)量值與車載標(biāo)準(zhǔn)測(cè)速儀的速度參考值進(jìn)行比對(duì),以對(duì)待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差進(jìn)行檢定。傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)在于試驗(yàn)車的行駛速度和狀態(tài)可控,但劣勢(shì)主要有以下4點(diǎn):一是需要封閉道路,但近年來(lái)隨著車流量迅速增大,封路越來(lái)越難以實(shí)現(xiàn);二是沒(méi)有考慮真實(shí)交通流量狀況中的不同車型、旁車道干擾等多種因素對(duì)待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀測(cè)量結(jié)果的影響;三是現(xiàn)場(chǎng)檢定速度點(diǎn)有限;四是檢定人員危險(xiǎn)程度較高。

為此,2015年實(shí)施的機(jī)動(dòng)車?yán)走_(dá)測(cè)速儀檢定規(guī)程[1，2]中,提出了在真實(shí)交通流量狀況下的機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀在線檢定方法(以下簡(jiǎn)稱在線方法)。但因?yàn)槿鄙倌軌驖M足在線方法要求且性價(jià)比高的在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置,在線方法一直沒(méi)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車檢定中得到大范圍應(yīng)用。基于壓電傳感器的機(jī)動(dòng)車在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置[12，13]是固定安裝的,不能按照待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀安裝位置的不同而置于相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)檢定位置,因此僅適用于機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀型式評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

本文研制了一套基于多目標(biāo)三維跟蹤雷達(dá)的移動(dòng)式機(jī)動(dòng)車在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置,分析了該套移動(dòng)式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)要求、工作原理、溯源方法和不確定度評(píng)定,并通過(guò)與基于壓電傳感器的固定式機(jī)動(dòng)車在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置(以下簡(jiǎn)稱固定式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置)[13]在真實(shí)交通流量狀況下的大樣本現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證了在線方法的可行性以及該套移動(dòng)式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置的實(shí)際測(cè)速性能。

2 設(shè)計(jì)要求與工作原理

2.1 設(shè)計(jì)要求

如圖1所示,在線方法以真實(shí)交通狀況下正常行駛的社會(huì)車輛為測(cè)量目標(biāo),在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置(圖1中A)與待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀(圖1中B)在同一時(shí)刻對(duì)同一測(cè)量區(qū)域內(nèi)的同一測(cè)量目標(biāo)車輛(圖1中C)的行駛速度進(jìn)行測(cè)量,將在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置所測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)速度值與待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的測(cè)得的速度測(cè)量值進(jìn)行比對(duì),以對(duì)待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差進(jìn)行檢定。

圖1 在線方法示意圖

與傳統(tǒng)方法相比,在線方法的優(yōu)勢(shì)主要有:不需要封閉道路,不會(huì)影響正常的交通秩序;由于是在復(fù)雜真實(shí)交通狀況下進(jìn)行在線檢定,能夠更全面地評(píng)價(jià)機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的實(shí)際測(cè)速性能;以大量的社會(huì)車輛作為測(cè)量目標(biāo),易于開(kāi)展各種速度點(diǎn)的大樣本現(xiàn)場(chǎng)檢定;不需要配備專門(mén)的檢定試驗(yàn)車,現(xiàn)場(chǎng)檢定的工作量和檢定人員危險(xiǎn)程度均大為降低等等。在線方法的劣勢(shì)在于測(cè)量目標(biāo)為非合作的社會(huì)車輛,在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的行駛速度值和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均不可控,并且在復(fù)雜真實(shí)交通狀況中測(cè)量目標(biāo)難以確定。

在線方法對(duì)所使用的在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置提出了極高的要求。除了需要滿足參考文獻(xiàn)[13]中提到的固定式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置所要求的同一時(shí)刻、同一位置和同一測(cè)量目標(biāo)的三“同”設(shè)計(jì)外,用于檢定的在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置還需要設(shè)計(jì)成便攜移動(dòng)式,以滿足能夠根據(jù)待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的安裝位置而置于相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)檢定位置,并且還需要考慮安裝簡(jiǎn)便快捷且安裝偏差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可以修正。

2.2 工作原理

根據(jù)要求,研制的移動(dòng)式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)裝置)如圖2所示。標(biāo)準(zhǔn)裝置可以根據(jù)待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的安裝位置而放置于相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)檢定位置,以確保標(biāo)準(zhǔn)裝置和待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的速度測(cè)量區(qū)域保持一致。標(biāo)準(zhǔn)裝置采用頻移鍵控(FSK)調(diào)制發(fā)射信號(hào)和單發(fā)多收天線結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)三維跟蹤雷達(dá)工作原理,配有高清相機(jī)以對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行拍照取證并對(duì)其號(hào)牌進(jìn)行識(shí)別,以確保標(biāo)準(zhǔn)裝置和待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀測(cè)量目標(biāo)的同一性。

如圖2所示,標(biāo)準(zhǔn)裝置通過(guò)發(fā)射FSK調(diào)制信號(hào)以計(jì)算回波多普勒信號(hào)的相位差來(lái)測(cè)量目標(biāo)車輛的距離R,并通過(guò)多接收天線干涉原理來(lái)測(cè)量目標(biāo)車輛的角度γ,以此來(lái)計(jì)算并確定目標(biāo)車輛的位置。此外,標(biāo)準(zhǔn)裝置通過(guò)多普勒頻移原理來(lái)測(cè)量目標(biāo)車輛的徑向速度,并通過(guò)所測(cè)量的目標(biāo)車輛角度值γ自動(dòng)修正余弦效應(yīng)補(bǔ)償角度,以此來(lái)計(jì)算目標(biāo)車輛的行駛速度v。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)裝置工作圖

2.2.1 速度測(cè)量原理

為了跟蹤目標(biāo)車輛在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的速度值以判斷其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),同時(shí)提高距離測(cè)量精度和避免距離模糊問(wèn)題,標(biāo)準(zhǔn)裝置采用4FSK調(diào)制方式,依次發(fā)射頻率值分別為f0,f1,f2和f3的微波信號(hào)sT(t):

(1)

式中：β0,β1,β2和β3分別為對(duì)應(yīng)頻率發(fā)射信號(hào)的初始相位;Ta為脈沖重復(fù)周期;n為自然數(shù)。經(jīng)目標(biāo)車輛反射后,收到的回波信號(hào)sR(t)與發(fā)射信號(hào)sT(t)進(jìn)行混頻和濾波,得到多普勒頻移信號(hào)sd(t):

sd(t)=

(2)

式中:R0(t),R1(t),R2(t)和R3(t)分別為對(duì)應(yīng)頻率發(fā)射信號(hào)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置與目標(biāo)車輛之間的距離;C為電磁波在空氣中的傳播速度。

對(duì)多普勒頻移信號(hào)sd(t)的相位求導(dǎo)后,可以求得多普勒頻率fd0,fd1,fd2和fd3分別為:

(3)

式中:γ0,γ1,γ2和γ3分別為對(duì)應(yīng)頻率發(fā)射信號(hào)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置與目標(biāo)車輛在距離方向上的角度,可通過(guò)后面介紹的多接收天線干涉原理進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。

根據(jù)式(4)可以分別計(jì)算出不同發(fā)射頻率時(shí)的目標(biāo)車輛行駛速度測(cè)量值vm0,vm1,vm2和vm3:

(4)

由式(4)可以看出,標(biāo)準(zhǔn)裝置可以對(duì)進(jìn)入其測(cè)量區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)車輛的行駛速度進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量,因此可以對(duì)目標(biāo)車輛在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判斷。如果速度測(cè)量值vm0,vm1,vm2和vm3之間的差值大于預(yù)先設(shè)置的最大允許偏差時(shí),表明該目標(biāo)車輛在測(cè)量區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)加速、減速或變道等非理想測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài),意味著該目標(biāo)車輛在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的行駛速度值不是均勻分布的[13],此時(shí)該目標(biāo)車輛不能作為有效的測(cè)量目標(biāo)。只有當(dāng)目標(biāo)車輛在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的多次速度測(cè)量值之間的差值小于最大允許偏差時(shí),該目標(biāo)車輛在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的行駛速度值被認(rèn)為是均勻分布的,此時(shí)該目標(biāo)車輛才能作為在線檢定有效的測(cè)量目標(biāo)。

2.2.2 距離測(cè)量原理

標(biāo)準(zhǔn)裝置通過(guò)發(fā)射4FSK調(diào)制信號(hào)sT(t)以計(jì)算回波多普勒信號(hào)sd(t)的相位差來(lái)測(cè)量目標(biāo)車輛的距離R。根據(jù)式(2)可以分別計(jì)算出不同發(fā)射頻率時(shí)的多普勒頻移信號(hào)的相位差Δφd01,Δφd02和Δφd03:

(5)

根據(jù)圖2以及式(1)和式(3),式(5)可表示為:

(6)

根據(jù)式(6)可計(jì)算出目標(biāo)車輛初始距離R0的3個(gè)測(cè)量值R01,R02和R03:

(7)

由式(5)和式(6)可以看出,相位差Δφd01,Δφd02和Δφd03均為周期為2π的周期性函數(shù)。這意味著式(7)中的目標(biāo)車輛初始距離的3個(gè)測(cè)量值R01,R02和R03均不是唯一確定的,而存在著距離模糊問(wèn)題,其中不模糊的目標(biāo)車輛初始距離測(cè)量范圍R01amb,R02amb和R03amb分別為:

(8)

因此,為了得到唯一確定的目標(biāo)車輛初始距離R0的測(cè)量值,標(biāo)準(zhǔn)裝置采用4FSK調(diào)制方式,通過(guò)式(7)中的3個(gè)測(cè)量值R01,R02和R03來(lái)計(jì)算目標(biāo)車輛初始距離測(cè)量平均值Rm:

(9)

需要說(shuō)明的是:除了標(biāo)準(zhǔn)裝置采用相位差Δφd01,Δφd02和Δφd03來(lái)計(jì)算目標(biāo)車輛初始距離測(cè)量值R01,R02和R03之外,還可利用式(2)中的相位差Δφd12,Δφd13或Δφd23來(lái)計(jì)算初始距離測(cè)量值R12,R13或R23。由式(7)和式(8)可以看出:發(fā)射頻率值之間的差值越大,距離測(cè)量精度就會(huì)越高,但不模糊的距離測(cè)量范圍會(huì)越小。因此,需要根據(jù)所調(diào)制的發(fā)射頻率值、所要求的距離測(cè)量精度與范圍等多種因素來(lái)選擇式(2)中相位差組合,以測(cè)量目標(biāo)車輛的距離R。

2.2.3 角度測(cè)量原理

標(biāo)準(zhǔn)裝置通過(guò)多接收天線干涉原理來(lái)測(cè)量目標(biāo)車輛的角度γ。如圖3所示,標(biāo)準(zhǔn)裝置采用單天線發(fā)射(圖3中TT)、雙天線接收(圖3中TR1和TR2)的收發(fā)分置天線結(jié)構(gòu),通過(guò)計(jì)算2個(gè)接收天線TR1和TR2所接收到的回波信號(hào)相位差,來(lái)測(cè)量目標(biāo)車輛在距離方向上的角度γ。

圖3 雙接收天線干涉角度測(cè)量原理圖

如圖3所示,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的2個(gè)接收天線的間距d滿足遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其到目標(biāo)車輛的距離R時(shí),2個(gè)接收天線TR1和TR2到目標(biāo)車輛的距離R1和R2可分別表示為：

(10)

則2個(gè)接收天線到目標(biāo)車輛的距離差為:

R1-R2=dcosγ

(11)

當(dāng)2個(gè)接收天線到目標(biāo)車輛的距離差R1-R2小于波長(zhǎng)λ的1/2時(shí)，R1-R2還可以通過(guò)2個(gè)接收天線的信號(hào)相位差Δθ表示:

(12)

根據(jù)式(11)和式(12),可測(cè)量出目標(biāo)車輛在距離方向上的角度γ:

(13)

由于標(biāo)準(zhǔn)裝置采用4FSK調(diào)制方式,依次發(fā)射頻率值分別為f0,f1,f2和f3的微波信號(hào),因此根據(jù)式(13),對(duì)應(yīng)頻率發(fā)射信號(hào)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置與目標(biāo)車輛在距離方向上的角度γ0,γ1,γ2和γ3為:

(14)

式中:Δθ0,Δθ1,Δθ2和Δθ3分別為對(duì)應(yīng)頻率發(fā)射信號(hào)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置2個(gè)接收天線的信號(hào)相位差。

將式(14)中的角度γ0,γ1,γ2和γ3測(cè)量結(jié)果分別代入到式(4)中的對(duì)應(yīng)位置處,則可計(jì)算出不同發(fā)射頻率時(shí)的目標(biāo)車輛行駛速度測(cè)量值vm0,vm1,vm2和vm3。

標(biāo)準(zhǔn)裝置沒(méi)有采用常規(guī)機(jī)動(dòng)車?yán)走_(dá)測(cè)速儀中的角度近似方式[14],而是通過(guò)干涉原理實(shí)時(shí)測(cè)量,故標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度測(cè)量值中不存在由于角度近似所引入誤差分量[14],因此標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度測(cè)量值更為精確,并且可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝偏差對(duì)速度測(cè)量值的影響進(jìn)行修正。根據(jù)機(jī)動(dòng)車?yán)走_(dá)測(cè)速儀檢定規(guī)程[1，2]中的要求,標(biāo)準(zhǔn)裝置所設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)裝置的主要技術(shù)參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)裝置通過(guò)配備的高清相機(jī)對(duì)每次在線測(cè)量結(jié)果進(jìn)行拍照取證,同時(shí)將測(cè)量結(jié)果中的關(guān)鍵測(cè)量信息標(biāo)記在取證照片中并進(jìn)行存儲(chǔ)。圖4中所示的是典型的在線測(cè)量結(jié)果取證照片。在所示的取證照片中有多輛社會(huì)車輛,標(biāo)準(zhǔn)裝置會(huì)在其所測(cè)量的目標(biāo)車輛位置處做標(biāo)記,并在標(biāo)記下方注明其所測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)速度值。同時(shí)在照片上方的測(cè)量結(jié)果匯總中注明本次測(cè)量的時(shí)間、地點(diǎn)以及目標(biāo)車輛的標(biāo)準(zhǔn)速度值、所在車道和車牌號(hào)碼等關(guān)鍵測(cè)量信息,用于與待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行匹配和對(duì)比,以評(píng)價(jià)待檢機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀的在線測(cè)量性能。

圖4 在線測(cè)量結(jié)果示例

3 溯源方法與不確定度評(píng)定

3.1 溯源方法

由第2.2.1節(jié)的速度測(cè)量原理可知,標(biāo)準(zhǔn)裝置是通過(guò)測(cè)量發(fā)射信號(hào)頻率與回波信號(hào)頻率之間的差值,即多普勒頻率,來(lái)計(jì)算目標(biāo)車輛的行駛速度值,因此標(biāo)準(zhǔn)裝置速度測(cè)量值可直接溯源到多普勒頻率,通過(guò)多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度模擬器(以下簡(jiǎn)稱模擬器)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)多普勒頻率值來(lái)評(píng)價(jià)其速度測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。

標(biāo)準(zhǔn)裝置速度測(cè)量值的溯源方法如圖5所示。首先,調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)裝置(圖5中A)與模擬器(圖5中B)之間的相對(duì)位置,確保二者的收發(fā)天線處于同一軸線。然后,模擬器接收標(biāo)準(zhǔn)裝置所發(fā)射的微波信號(hào),并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)速度值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)多普勒頻率值和目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)制。最后,模擬器產(chǎn)生包含了標(biāo)準(zhǔn)多普勒頻率信息的回波信號(hào),并將其發(fā)射給標(biāo)準(zhǔn)裝置,以評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)裝置速度測(cè)量值的準(zhǔn)確性和一致性。

圖5 溯源方法示意圖

在標(biāo)準(zhǔn)裝置速度量值溯源中,模擬器起到了關(guān)鍵作用,因此必須確保模擬器的技術(shù)性能能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度量值溯源要求。參照文獻(xiàn)[15]中的評(píng)價(jià)方法和文獻(xiàn)[16]中的詳細(xì)評(píng)價(jià)過(guò)程,模擬器的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示,能夠滿足表1中所示的標(biāo)準(zhǔn)裝置速度量值溯源的要求。

表2 模擬器的主要技術(shù)參數(shù)

3.2 校準(zhǔn)結(jié)果與不確定度評(píng)定

按照第3.1節(jié)提出的溯源方法,本節(jié)使用模擬器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度測(cè)量值進(jìn)行校準(zhǔn),并對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定,以評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)裝置速度測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。

根據(jù)表1中所示的標(biāo)準(zhǔn)裝置速度量值溯源要求,選擇在10,50,100,150,200,250,300 km/h等7個(gè)典型的速度校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn),每個(gè)速度校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量,速度校準(zhǔn)結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出,在10～300 km/h的速度測(cè)量范圍內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度測(cè)量誤差均在-0.20～0.10 km/h范圍內(nèi)。

表3 標(biāo)準(zhǔn)裝置速度校準(zhǔn)結(jié)果

參照參考文獻(xiàn)[17]中所采用的機(jī)動(dòng)車?yán)走_(dá)測(cè)速儀模擬速度測(cè)量誤差不確定度評(píng)定方法,主要從10次速度測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)裝置速度測(cè)量值的分辨力以及模擬器的模擬速度最大允許誤差等3個(gè)方面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置速度測(cè)量誤差進(jìn)行不確定度評(píng)定,評(píng)定結(jié)果如表4所示。

表4 速度測(cè)量誤差的不確定度評(píng)定

由表4可以看出,在10～100 km/h的速度測(cè)量范圍內(nèi)擴(kuò)展不確定度均不超過(guò)0.1 km/h(k=2),在100～300 km/h的速度測(cè)量范圍內(nèi)相對(duì)擴(kuò)展不確定度均不超過(guò)0.1%(k=2),均未超過(guò)表1中標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度測(cè)量最大允許誤差區(qū)間半寬的1/3。因此,在10～300 km/h的速度測(cè)量范圍內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度測(cè)量誤差均在-0.20～0.10 km/h范圍內(nèi),能夠滿足表1中的速度測(cè)量最大允許誤差的設(shè)計(jì)要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)驗(yàn)證與數(shù)據(jù)分析

為了驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)裝置在真實(shí)交通流量狀況下的在線測(cè)速性能,將其與固定式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置[13]進(jìn)行大樣本社會(huì)車輛的現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)。

如圖6所示,調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)裝置的安裝位置和安裝角度,使其測(cè)量區(qū)域與固定式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置中編號(hào)為1,2和3的3套現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)速儀[13]的測(cè)量區(qū)域保持一致。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)示意圖

以固定式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度測(cè)量值和車道位置測(cè)量結(jié)果為參考值,將標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量結(jié)果與參考值進(jìn)行對(duì)比,以計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)裝置在真實(shí)交通流量狀況下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速偏差和車道測(cè)量準(zhǔn)確率。

為了減小由于目標(biāo)車輛在測(cè)量區(qū)域內(nèi)行駛速度值不均勻造成的偏差,本次現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)僅選取在測(cè)量區(qū)域內(nèi)行駛速度變化量不超過(guò)±0.3 km/h的目標(biāo)車輛?，F(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示,匯總統(tǒng)計(jì)如表5所示。在本次現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)中,3條車道共獲得了702輛目標(biāo)車輛的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù),最低速度值為61.29 km/h,最高速度值為129.26 km/h,平均速度值為93.40 km/h,各車道的詳細(xì)數(shù)據(jù)如表5所示。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

由表5可以看出,標(biāo)準(zhǔn)裝置能夠?qū)?條車道上的目標(biāo)車輛進(jìn)行測(cè)量,并且車道測(cè)量準(zhǔn)確率為100%,因此標(biāo)準(zhǔn)裝置在真實(shí)交通流量狀況下的車道測(cè)量范圍和準(zhǔn)確率能夠滿足表1中的設(shè)計(jì)要求。

表5 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果匯總統(tǒng)計(jì)

由圖7和表5可以看出,標(biāo)準(zhǔn)裝置與固定式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)702輛目標(biāo)車輛的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速偏差分布在-0.6～0.6 km/h的范圍內(nèi),其中:最大偏差值為0.52 km/h,最小偏差值為-0.57 km/h,平均偏差值為-0.13 km/h,各車道的詳細(xì)偏差數(shù)據(jù)如表5所示。考慮到固定式在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置的相對(duì)擴(kuò)展不確定度[13]以及目標(biāo)車輛速度變化量的影響,標(biāo)準(zhǔn)裝置在真實(shí)交通流量狀況下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差能夠滿足表1中的速度測(cè)量最大允許誤差的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

本文研制了一套基于多目標(biāo)三維跟蹤雷達(dá)的移動(dòng)式機(jī)動(dòng)車在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置,為基于真實(shí)交通流量狀況的在線檢定方法在機(jī)動(dòng)車測(cè)速儀現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車檢定中的大范圍推廣與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室全量程模擬校準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果及與固定式機(jī)動(dòng)車在線測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置在真實(shí)交通流量狀況下的大樣本現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)裝置的速度測(cè)量誤差在10～100 km/h測(cè)量范圍內(nèi)為±0.5 km/h,在100～300 km/h測(cè)量范圍內(nèi)為±0.5%,車道測(cè)量準(zhǔn)確率可達(dá)到100%,能夠滿足檢定規(guī)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速標(biāo)準(zhǔn)裝置的技術(shù)要求[1，2]。