机动车区间测速系统检定方法和检定装置*

叶峻江　尹锡坚　郑艺成

(广东省计量科学研究院东莞计量院，东莞 523000)

0　引言

区间测速(piont-to-piont speed measurement)是指检测机动车通过测速区间的平均速度的方法。测速区间是指两个相邻测速监控点之间的路段。区间测速系统通过计算测速区间距离与区间行驶时间的比值，得到平均速度。

传统的雷达测速仪、激光测速仪和地感线圈测速仪等都是固定点的瞬时速度测量仪器。有以下弊端：1)许多驾驶员发现路旁测速警车或测速装置时，通常采取临近时减速通过，然后继续超速行驶，使得测速点形同虚设，路段控速的目的很难实现；2)当超速车辆猛然看到前方测速装置时往往会采取突然紧急刹车的方式来逃避抓拍，容易造成车辆追尾事故；3)测速警车一般是停放在交通道路以外的绿化带等不妨碍正常交通的地方，超速车辆不易发现但容易留下“隐蔽执法”的口实；4)证眼雷达等传统单点测速设备，其取证抓拍系统的图像只允许一辆目标车辆出现，当有一辆以上车辆同时出现在同一画面中时，因为不能具体分辨哪一辆车辆超速而导致证据无效，不符合GA/T832-2009《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》的取证要求。机动车区间测速系统可以解决上述问题，能有效监控车辆在道路上的行驶速度，保证道路通行的安全。机动车区间测速系统属于测速仪的一种，需执行强制检定。

目前我国还没有《机动车区间测速系统》的检定规程，对区间测速系统检定方法的研究不多，区间测速系统的检定依据和检定方法还存在空白。交警使用没有检定的区间测速系统进行执法不符合取证程序的要求。

1　区间测速系统的检定依据探讨

2011年8月22日，中华人民共和国公安部发布了GA/T959-2011《机动车区间测速技术规范》[1]，并于2011年10月1日起实施。规范中与计量有关的要求是平均速度计算。规范要求区间距离不能有正误差，24h内计时误差不得超过1.0s，平均速度误差应符合GB/T 21255—2007《机动车测速仪》[2]的要求。我们通过与规程JJG 527—2007《机动车超速自动监测系统》[3]的比较，两者对测速误差的计量特性要求一致。

为解决现实中区间测速系统的检定需求，在满足准确度、一致性、溯源性、法制性的前提下，考虑是否可以执行现行相关规程。根据规程JJG 527—2007中的术语，机动车超速自动监测系统指固定安装于道路上，对监测车道内机动车行驶速度进行实时、自动测量，同时拍摄超出该车道限速范围行驶的机动车图像，自动记录该车道内机动车行驶时的速度值、日期、时间、地点等相关信息的监测系统。按术语的描述，区间测速系统可认为是机动车超速自动监测系统的一类。JJG 527—2007中应用地感线圈测速原理的测速系统测得的速度值为短距离内的平均速度，区间测速系统测得的是两个相邻测速监控点之间长距离的平均速度。可以认为区间测速系统是机动车超速自动监测系统的广义延伸。在专门的规程出台前可以考虑执行该规程。区间测速系统的结构和原理与固定点的地感式测速系统不同，原有的检定装置和检定方法不能直接用于区间测速系统的检定。要探讨区间测速系统的检定方法，先简略介绍区间测速系统的结构和工作原理。

2　区间测速系统的结构和工作原理

一套区间测速设备结构如图1所示，主要由前端单元、通讯传输和后台处理系统三部分组成。在相距一定距离的封闭路段的两个端点上分别安装一套前端检测抓拍设备，当机动车通过检测点时，安装在该点的前端检测抓拍系统自动记录通过该点的时间，并进行图片抓拍。当车辆完全离开封闭路段时，系统通过网络将数据传输到监控中心，监控中心根据捕获的信息自动计算其在封闭路段上的平均行驶速度，如果平均速度超限，系统将采用特定的加密技术在违章图片中嵌入相应的时间、地点、速度及限速值，并及时将该车辆的违章信息通过数据交换发送到支队的违法系统，作为交警执法的依据。

图1　区间测速系统结构图

3　检定方法的探讨

JJG 527—2007中检定现场测速误差使用的检定装置为标准速度仪。试验车匀速通过监测区域，标准速度仪测量并显示记录试验车通过监测区域时的实际速度值，与此同时监测系统对试验车进行速度测量并拍照，输出的图片上显示抓拍的速度值。

检定装置给出的标准速度是瞬时速度，被检系统的速度示值是两地感线圈间的平均速度。地感线圈式测速系统两地感线圈距离很短(一般为3～15m)，试验车在线圈间距内接近匀速运动，瞬时速度基本等于平均速度。但区间测速系统设计的距离通常达到数公里的级别，在区间内不可能保持试验车匀速行驶，检定区间测速系统时不能照搬JJG 527—2007的方法和检定装置。

目前国内还没有区间测速系统的检定装置。部分计量机构根据速度定义提出一些方法来解决区间测速系统的检定或校准。其中有代表性的方法是在试验车进入、驶出区间终端时手动启动和终止光栅式非接触速度测试仪[4]，记录距离和行驶时间，得到平均速度值作为标准值。文献[5]利用经过检定合格的光栅式非接触测试仪现场实际路跑测速校准的方法和该方法类似。笔者使用该方法对我市环城路一个约4km的区间测速系统进行了12次重复性试验，得到的速度重复性超过3％，表明该方法给出的量值可靠性不高。通过分析，主要原因是检定人员操作的不确定性：1)在试验车进入、驶出区间端口时检定员人工操作检定装置的反应时间；2)检定员目测进入和驶出区间终端的操作时刻和被检区间测速系统实际的触发拍照时刻不一致。

文献[6]认为，平均速度的定义是(v=l/t)，只要分别检定各终端的距离误差和时间误差，两个量值都准确即可。对时间进行计量，先对中央服务器和每个终端，监测其与北京时间差值，要求不大于0.1s，再检测中央服务器和每个监测终端分别在4分钟、1小时内计时误差，要求相对误差不大于1×10-3。将被检终端的时间调整至与北京时间误差较大后，观察其与北京时间自动同步的功能和周期。通过卷尺或激光测距仪直接测量测速区间的距离或引用有关部门的数据得到区间的距离数据。

该方法存在一些局限。由于大部分系统并不单独给出时间输出接口，无法直接监测其与北京时间的差值。区间测速系统的软件通过调用计算机时钟获得时间值，时间信息在最终的抓拍图片或数据库中输出，分辨力一般不超过0.1s，导致检定4分钟和1小时计时误差受分辨力影响严重。该方法未考虑各终端触发到抓拍之间的延时不一致引起的误差。

遇到较大网络内的区间测速系统时，如全省性以收费站为终端的高速交通网络，用卷尺或激光测距仪直接测量区间距离的工作量很大，其作业安全性难以保证。这时考虑引用有关部门的数据，可获得的数据通常来源于交警部门或公路管理部门。该数据一般没有给出最大允许误差或不确定度，不具备溯源性。此外，该数据通常是曲线拟合后适合绘制平面地图的水平曲线距离数据，与实际路面的起伏有差异。该方法不使用试验车进行现场测试，每个终端能否正常触发并抓拍车辆得不到检查。

综上所述，正在探讨的方法分为两类：1)人工使用测速仪获得平均速度标准值对区间测速系统进行测速误差检定；2)不进行现场测速误差检定，只分别检定系统的距离和时间是否准确。第一类方法的重复性不理想，第二类方法有局限。

4　检定装置的研制

4.1　检定装置的技术要求

根据上文探讨，关键是测得通过区间终端之间的准确距离和时间。同时避免操作人员的观测误差，保证有不间断的传递链进行量值传递，要求检定装置满足以下要求：

1)能显示通过区间的距离，该距离标准值可以被区间测速系统同步抓拍；

2)能显示通过区间的时间，该时间标准值可以被区间测速系统同步抓拍；

3)距离和时间标准值可以被终端抓拍后通过图片获得，避免人工记录；

4)进入和驶出抓拍点时不需人工进行触发标准装置；

5)距离标准值是车辆行驶的历史距离，该距离的起点和终点与抓拍位置一致；

6)该装置给出的速度值的合成不确定度满足检定要求；

7)该装置给出的量值可以溯源；

8)设备满足在道路中行驶的安全要求；

9)在白天高照度的户外检定环境中有足够的对比度，使数据能在抓拍图片中清晰显示。

4.2　检定装置的结构与原理

我院研制的区间测速系统检定装置可满足以上要求。装置由距离测量单元和时间显示单元两部分构成，距离和时间标准值通过安装于试验车顶的显示牌显示。为适应白天高照度的检定环境，显示牌使用聚光型高亮度LED管提供足够的亮度和对比度。距离测量单元由非接触光电式速度传感器、脉冲整形电路、脉冲计数器、锁存器、译码器、驱动电路构成。时间显示单元由恒温晶体振荡器、时钟芯片、驱动电路构成，见图2。

图2　区间测速检定装置原理框图

距离测量单元原理：非接触光电式速度传感器安装于试验车门上。在进入测速区间前，启动设备，车辆以限速值的50％，100％和150％(需要并安全时)通过测速区间。当试验车行驶时，非接触光电式速度传感器每经过4mm路面就产生一个脉冲[7]。脉冲整形电路读取传感器的脉冲输出，整形成TTL电平，整形后的脉冲发送到脉冲计数器进行累计，每累计250脉冲(车辆行驶1m)后进行累加运算，并将数据进行锁存，经译码器译码后，驱动七段超高亮度LED牌显示距离。距离显示牌记录并显示试验车行驶的历史距离，距离的分辨力为1m。

时间显示单元原理：恒温晶体振荡器产生稳定的基准频率提供给时钟芯片计时，经译码后驱动超高亮度LED显示牌显示时间。按理论分析，时间显示的分辨力越高，其分辨力带来的误差越小，高分辨力的时间显示需较快的刷新频率。实际上，受被检区间测速系统的照相机快门时间限制(一般为0.01～0.001s)，当显示牌刷新频率高于被检系统的快门时间时，被检系统拍摄的图像就会重叠模糊。权衡利弊，时间分辨力不宜太高，最终时间显示单元时间分辨力设计为0.1s。

4.3　检定装置安装及安全防护

该检定装置的显示牌采用车顶安装，传感器采用侧门安装，见图3。为预防高速行驶过程中检定装置发生脱落，其紧固件由两个直径超过10cm的强力吸盘和车顶行李安装支架两部分独立构成，并附带两套保险带。当其中一个紧固件脱落，另外一个紧固件可以继续支撑检定装置。在极端情况下，两个紧固件同时脱落，保险带将拉紧检定装置，防止检定装置脱落造成事故。

图3　检定装置安装图

4.4　检定实施

检定时，开启检定装置电源，试验车进入被检测速系统端口并被抓拍。通过被检系统的抓拍图片读取进入区间时的距离标准值L1和时间标准值t1；驶出被检区间端口时再次被抓拍，读取驶出区间

时的距离标准值L2和时间标准值t2。试验车在区间内的行驶距离ΔL=(L2-L1)，行驶时间ΔT=(t2-t1)，试验车的平均速度标准值按VS=3.6×(ΔL/Δt)计算，单位为km/h。

检定装置启动后，不需人工对仪器进行再操作，全过程实现自动化。时间标准值和距离标准值来源于图片中拍到的检定装置显示数据，该数据与被检区间测速系统抓拍时刻一致，没有延时的影响。

5　不确定度评定

以我市环城路上一段约4km，限速80km/h的机动车区间测速系统进行检定为例，进行测速误差的不确定度分析。

5.1　测量方法

将检定装置安装于测试车辆，约为80km/h的平均速度通过测速区间，并被区间测速系统抓拍，读取被检区间测速系统的速度示值，通过抓拍图片读取距离间隔标准值和时间间隔标准值，计算出标准速度。重复10次测量，将每次测速误差记录于表1。

表1　区间测速误差重复测量数据　(单位 km/h)

5.2　数学模型

区间测速系统的测速误差

(1)

式中，ΔV为被检区间测速系统的测速误差；Vx为被检区间测速系统的测速示值；VS为检定装置的平均速度标准值；ΔL为检定装置测得的距离间隔标准值；Δt为检定装置测得的时间间隔标准值。

5.3　标准不确定度的A类评定

根据表1 的数据，由贝塞尔公式求得测量值的实验标准差：

检定时取单次测量结果，由测量重复性引入的不确定度为

u1(Δv)=s(Δv)=0.205km/h

相对标准不确定度u1=0.257％

5.4　标准不确定度的B类评定

5.4.1时间显示牌分辨力引入的标准不确定分量u2

u2=0.032％。

5.4.2距离显示牌分辨力引入的标准不确定分量u3

5.4.3非接触光电式测速仪最大允许误差引入的标准不确定度分量u4

u4=0.578％。

5.5　相对合成标准不确定度

取包含因子k=2，则相对扩展不确定度为1.3％。满足对检定装置高于被检1/3以上的要求。

6　结束语

该系统的结构简单，原理易懂。在目前没有成品区间测速检定装置的情况下，具有数字电路知识的计量机构均可制作应用。测量距离所用的传感器不限于非接触式光电速度传感器，五轮小车传感器也可为检定装置提供距离脉冲数据。基于GPS的速度传感器可为没有涵洞或隧道的路段提供距离数据。

检定过程中试验车无需匀速行驶，无需检定员判断进入和驶出区间的时机，避免人工操作引入的误差。通过被检测速系统拍摄的图片读取检定装置显示的距离标准值，该值与真实道路上行驶路程吻合。由于无需在路面上进行人工测绘作业，安全性有保障，可操作性较强。该检定装置的时间显示单元和距离测量单元可以分别通过检定进行量值溯源。

区间测速反映的是汽车行驶在一个路段的两个或多个截面之间的平均速度，有效地解决了单点测速的易躲避性，对危险路段车速控制有明显作用，更能客观准确地检测超速车辆，为执法部门提供更加有效、可靠的违章执法依据。[8]区间测速的准确度受广大驾驶员关注，相对其他的交通违法行为，超速违法行为的取证过程受测速仪器准确度的影响。2013年实行新《机动车驾驶证申领和使用规定》(公安部令第123号)以来，测速仪的准确度更是媒体和驾驶员高度关注的焦点。通过研究区间测速系统的检定方法和检定装置，对区间测速系统进行检定，获得实践数据为制定机动车区间测速系统检定规程提供实践经验和数据支持。

[1]公安部道路交通管理标准化技术委员会.GA/T 959-2011机动车区间测速技术规范[S].北京：中国标准出版社，2011

[2]中国国家标准化管理委员会.GB/T 21255-2007 机动车测速仪[S]. 中国标准出版社,2008

[3]国家质量监督检验检疫总局.JJG527-2007机动车超速自动监测系统[S].北京：中国计量出版社，2007

[4]全磊，等.基于光电传感器的雷达测速标定装置研究[J].计量技术2008(9):32-35

[5]林仲扬.区间测速系统及计量校准问题的探讨[J].北京：中国计量，2012(3):94-95

[6]方强.道路交通区间测速系统结构与检测方法研究[J]. 计量与测试技术, 2011, 38(4)：16-17

[7]史国生，张为公.非接触光电式速度传感器的研究与应用[J].传感器技术，2002，21(10) :37-39

[8]朱俊杰，林仲扬，崔岩梅.机动车超速自动监测系统[M].北京：中国质检出版社，中国标准出版社，2012:137-140