基于激光雷达的高速公路车辆外轮廓测

量系统设计分析

王宁昌潘洪强韦维

Summary：在高速公路入口，动态测量即将驶入高速公路车辆的长宽高信息，对

车辆实行的超限拒入，对高速公路运维养护有重要意义。文章设计了三种基于

激光雷达动态对车辆外轮廓信息进行测量的方案，并对方案的系统架构和程序

进行详细介绍，从安装成本、使用效果、施工实施限制等角度分析比较了各方

案的利弊，为项目实施提供方案参考，以打造智慧高速公路。

Key：智慧高速公路；激光雷达；车辆外轮廓测量；入口治超

：U495A571904

0引言

随着全国高速公路的建设和发展，高速公路运营安全及养护变得越来越重要。

非法超载超限货运车辆在行驶过程中，直接加速了高速公路设施、桥梁、涵洞 与路面的损坏，增加了交通事故发生的概率，这已经变成了影响交通行业发展

的障碍。为了杜绝车辆超限超载，全国陆续启动高速公路入口称重检测系统和 外轮廓测量系统，违法超限超载货运车辆将禁止驶入。根据交通运输部发布的 《关于进一步规范高速公路入口治超工作的通知》，全面推行高速公路入口检 测、出口倒查、责任追究和信用治理，坚决遏制违法超限超载运输，保障高速

公路安全、畅通、高效运行。车辆外轮廓测量系统负责动态快速准确地测量车 辆的长宽高信息，配合地磅称重设备、车辆轮轴识別设备和车辆车牌识别设备 一起，提供车辆的重量信息，车轴信息、车辆长宽高信息、车牌信息，为实行 超限拒入提供了执法依据，能更好地保障高速公路的安全、畅通、高效运行，

有效地减少高速公路交通安全事故率，延长高速公路寿命，降低人力成本和养

护成本。

激光雷达具有抗干扰能力强，响应速度快，测量精度高等优点，采用激光雷达 对车辆轮廓尺寸进行检测，能满足高速入口测量的准确性和实时性。采用多激 光雷达配合，能同时测量车辆的三维信息，检测精度能达到1 cm，检测速度

快，能在车辆离开测量区域100 ms内输出测量结果。车辆外轮廓测量系统通过

网络以json格式输出测量结果，能方便地接入各收费平台系统。

1系统功能要求

激光雷达车辆外轮廓测量系统能够实时精确地测量车道上通过车辆的长度、宽

度和高度信息。其采用性能优良的工业级处理器与嵌入式实时操作系统，系统

稳定可靠；支持实时数据传输；具备来电自动恢复以及数据断点续传能力；具 备故障自动检测以及实时上报功能；在雾、雨、雪天气下能稳定运行；采用动 态跟踪算法，对车辆目标连续实时测量，车辆离开测量区域即刻输出测量信

息，方便快速；配置简单，部署方便；能够适应多种收费站站前广场的场景。

2硬件方案设计

激光雷达车辆外轮廓测量系统由一个或两个负责测量车辆宽高信息的激光雷达

a、一个负责测量车辆长高信息的激光雷达b以及一个测量主控单元组成（见图

1）。激光雷达与测量主控单元通过RS485总线连接，采用屏蔽双绞线，具有良

好的抗噪声性能、较长的传输距离和较快的速率。测量主控单元通过RJ45与治

超系统相连，只需要配置IP与端口信息，即可将数据接入治超系统，调试和部

署极为方便。

激光雷达安装在称重车道的L杆或门架上。激光雷达A负责采集车辆行进方向垂 直截面上的轮廓信息（图2），激光雷达B（图3）负责采集车辆行进方向截面上

的轮廓信息，测量主控单元可根据需要，安装在L杆的立杆上或治超系统的机柜 和机房里。

激光雷达输出的实时点云数据传到测量主控单元，主控单元对点云数据进行坐

标变换处理，检测出车辆目标，对车辆目标进行实时跟踪，将测量的高度宽度 信息和高度长度信息匹配后，生成车辆外轮廓的测量信息，通过网口输出到治

超系统，治超系统汇总车辆重量、车轴、车牌、车辆长宽高信息后，在显示屏

给出允许通行或拒绝驶入的信号［1］。

在激光雷达选型方面，考虑到激光雷达在室外工作时夏天阳光照射，冬天冷冻

结冰，所选择的激光雷达需要有很宽的工作适应温度范围，同时要支持扫描窗 口加热去雾以减少扫描窗口遮挡对扫描结果的影响。根据测量精度要求，需选

择角分辨率小、扫描角度大、扫描帧率高的激光雷达，以达到厘米精度的测量