驾驶人实际道路考试距离测量技术研究∗

于鹏程，周志强，牛清宁，刘硕

（公安部道路交通安全研究中心，北京 100062）



驾驶人实际道路考试距离测量技术研究∗

于鹏程，周志强，牛清宁，刘硕

（公安部道路交通安全研究中心，北京 100062）

摘要：根据实际道路考试中关于车距的要求，在分析目前常用距离测量技术原理及优缺点的基础上，综合考虑各种距离测量技术的优缺点，提出了在实际道路考试的智能评判考试系统中采用毫米波雷达用于距离测量的建议。

关键词：汽车驾驶；实际道路驾驶技能考试；智能评判；距离测量

近5年，中国每年新增驾驶人2 600万以上，与此同时，道路交通事故频繁发生，交通安全形势十分严峻。据统计，2013年，驾龄1年以下驾驶人导致的交通事故数占总量的15.27%，导致的死亡人数占交通事故总死亡人数的13.54%，受伤人数占交通事故总受伤人数的15.96%。

交通事故的发生，除部分是由于车辆机械故障引起外，80%～90%是由人的因素造成的。据统计，2013年，全国发生道路交通事故198 394起，其中由机动车驾驶人违规造成的事故176 432起，占总数的88.93%；非违规过错造成的事故8 311起，占总数的4.19%。

驾驶人考试作为驾驶人管理的源头大闸，对保证道路交通安全起着至关重要的作用。驾驶人考试应具备筛查操作不规范、安全意识缺乏的考试者的能力。实际道路驾驶技能考试作为考核驾驶人上路驾驶综合能力及上路驾驶安全意识的主要考试科目，在驾驶人考试中至关重要。为了公平、公正、科学、规范地衡量驾驶人的驾驶能力，减少人为因素的影响，同时降低考官的劳动强度，提升考试效率，目前的驾驶人实际道路考试普遍采用智能考试与人工考试相结合的方式。

1　实际道路考试中车距的相关要求

实际道路考试要求驾驶人驾驶考试车辆在3～5 km的实际道路上完成上车准备、起步、直线行驶、变更车道、会车、停车、掉头、通过交叉路口、通过人行横道、通过学校、通过公交车站、夜间行驶等14个考试项目，实现对驾驶人驾驶操作能力、交通标志标线理解和遵守能力、道路交通情况处理能力、安全文明驾驶意识等方面的考核。

由于上述考核项目都是在实际道路中进行，考试道路上还存在其他机动车、非机动车、行人及障碍物，为确保驾驶人在实际道路考试中的安全，要求驾驶人所驾驶的考试车辆与周边行驶的其他机动车、非机动车、行人及障碍物之间保持足够的安全距离。智能评判考试系统中对车距的相关要求见表1。

表1　实际道路考试中对车距的相关要求

准确地在考试道路上测量考试车辆与其周边其他目标之间的距离，是决定考试评判系统是否“智能”的关键先决条件之一。

2　汽车距离测量技术

目前用于汽车距离测量的方式主要有4种，分别为超声波雷达测距、毫米波雷达测距、激光雷达测距及视觉测距。

2.1超声波雷达测距

超声波是指振动频率在20 k Hz以上的机械波，作为一种特殊的声波，它不仅具备声波传输的基本物理特性，同时具有穿透力强、方向性好、传输过程中衰减小和反射能力强等优点。

超声波雷达测距主要是依据超声波的反射特性，方法有振幅检测法、相位检测法、渡越时间法等，其中幅值检测法易受发射波的影响，相位检测法存在检测范围小的问题，故常采用渡越时间法。

采用渡越时间法测量距离时，距离按下式计算：

由于超声波在空气中的传播速度易受温度的影响，在不同温度下超声波的传播速度不同，在实际距离计算中需进行温度补偿。经过温度补偿后的距离计算公式为：

式中：d′为修正后的与前方目标的距离（m）；T为环境实际温度（℃）。

采用超声波雷达测距具有制作简单、价格低廉、受外界环境影响小等优点，但由于超声波能量的衰减与距离的平方成正比，也就是说距离越远，发射回来的超声波越少，灵敏度越差。因此，超声波雷达测距适用于短距离测量，通常测量距离为5 m以内。

2.2毫米波雷达测距

毫米波雷达测距中使用的波长均为毫米级，工作频率主要集中在23～24、60～61、76～77 GHz。主要原因是在这3个特殊频段上能限制毫米波在较短的范围内传播，从而最大程度地降低对其他车辆雷达或无线电设备的影响及对周围人体的辐射。

毫米波雷达的测距原理主要是基于多普勒频移，通过计算发射波与反射波之间的相位差变化来确定两点间的距离。假设毫米波雷达的发射波表示为式（3），则毫米波雷达接收到的从目标反射回来的回波信号可表示为式（4）。

式中：A为振幅；ω0为发射波频率；ϕ为初相。

式中：k为毫米波的衰减系数；tr为毫米波传播到目标的时间。

发射波与回波之间的相位差为；

式中：λ为波长；d为与前方目标的距离。

通过计算发射波与回波之间的相位差变化，能检测到距离前方目标的距离。采用毫米波雷达测距具有检测距离远、检测性能受外界因素影响小等优点，但通常价格较昂贵。

2.3激光雷达测距

目前汽车上使用较多的激光测距系统包括成像式激光雷达和非成像式激光雷达两种。激光测距方法主要有脉冲检测法和相位检测法两种。

脉冲检测法的测距原理为：记录发射的激光经过前方目标反射后返回至被接收的时间，然后根据激光在空气中传播的速度，计算得到距离前方目标的距离。

相位检测法的测距原理为：对激光束进行幅度调制后，记录发射的调制光经过前方目标反射后返回至被接收时的相位变化，然后根据调制光的波长，计算得到距离前方目标的距离。

由于激光在空气中的传播速度快且稳定，约为3×108m/s，且光脉冲的宽度可达到50 ns以下，采用激光测距具有单色性和方向性好、测量距离远、测量精度高等优点。但激光测距的制作难度较大，需防范激光对人体可能造成的伤害。另外，激光易受外界因素的影响，在恶劣天气（如雨雪天气等）下使用时测量精度会大幅度下降。

2.4视觉测距

视觉测距的精度很高，但它对计算机的实时处理能力有着很高的要求。目前，随着计算机硬件性能的提升，视觉测距已得到广泛应用。

视觉测距方法主要有单目视觉测距法和双目立体视觉测距法两种。单目视觉测距法是根据摄像机的焦距和标定参数或采用特征匹配技术和光流技术，对摄像机所采集的每一幅图像中的目标物所在位置的深度、宽度和高度信息进行计算。双目立体视觉测距法是基于人类利用双眼的视差感知距离的原理，利用2台各自处于不同位置的摄像机同时采集同一目标物的图像，然后根据摄像机的焦距和标定参数，结合2幅图像的视差，采用多目配准方法计算得到目标物的三维参数。

相对于双目立体视觉测距法，单目视觉测距法的原理较简单，成本也较低，但由于只依靠单幅图像确定距离，测量精度不高。双目立体视觉测距法虽然测量精度较高，但成本较高。另外，视觉测距法易受外界环境的影响，在恶劣天气条件下测量精度会受到显著影响。

2.5汽车距离测量技术对比

上述4种汽车距离测量技术的优缺点见表2。

表2　4种距离测量技术对比

3　结论

考虑到驾驶人实际道路考试的内容和特点，智能评判考试系统首先应具备良好的检测精度，即较低的误报率和虚报率。从表2来看，相对于超声波雷达测距、激光雷达测距和视觉测距，毫米波雷达测距系统能较好地满足智能评判考试系统中考试车辆距离测量的需要，其检测精度高于超声波雷达测距系统，价格则低于激光雷达测距系统和视觉测距系统。建议在实际道路考试的智能评判考试系统中采用毫米波雷达用于距离测量。

参考文献：

［1］ 公安部交通管理局.中华人民共和国道路交通事故统计年报［R］.北京：公安部交通管理局，2009.

［2］ 赵峰.实现道路驾驶技能考试自动化的技术基础［J］.交通信息化，2012（21）.

［3］ 宋彩霞，王波涛.车辆测距方法［J］.电子测量与仪器学报，2009（增刊）.

［4］ 赵万里.基于雷达的智能车多目标检测与跟踪技术研究［D］.长沙：中南大学，2011.

式中：d为与前方目标的距离（m）；c为超声波传播速度（m/s）；t为渡越时间（s），是指发射传感器发射超声波到经过气体介质传播后接收传感器接收到反射回来的超声波所经过的时间差。

中图分类号：U471.3

文献标志码：A

文章编号：1671-2668（2016）03-0066-02

基金项目：∗公安部技术研究计划项目（2014JSYJB025）

收稿日期：2016-02-26