一種道路交通區(qū)間測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)方法及其測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

蔡開城

【摘 要】道路交通區(qū)間測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是固定安裝在道路上并用于對(duì)機(jī)動(dòng)車在該區(qū)間內(nèi)行駛的平均速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的計(jì)量?jī)x器。道路交通區(qū)間測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能否準(zhǔn)確溯源關(guān)系到交通執(zhí)法部門執(zhí)法的公正性和人民群眾的交通安全，需要對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。本文介紹一種校準(zhǔn)方法及其過(guò)程中分析其不確定度分量主要來(lái)源，并對(duì)各不確定度分量進(jìn)行評(píng)定。

【關(guān)鍵字】道路交通區(qū)間測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；不確定度評(píng)定

中圖分類號(hào)： TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）14-0019-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.007

A calibration method of point-to-point vehicle speed monitor systems and evaluation of uncertainty in measurement results

CAI Kai-cheng

（Fujian Province Institute of Metrology，F(xiàn)uzhou，350003，P.R.China）

【Abstract】Point-to-point vehicle speed monitor systems are fixed on the road and are used to monitor the average speed of the motor vehicle running in this area.The accurate traceability of point-to-point vehicle speed monitor systems is related to the justice of the law enforcement department of the traffic law enforcement department and the traffic safety of the people.It is necessary to calibrate the point-to-point vehicle speed monitor systems.In this paper， a calibration method and its main sources of uncertainty components are introduced， and the uncertainty components are evaluated.

【Key words】Point-to-point vehicle speed monitor systems；Evaluation of uncertainty

0 概述

道路交通區(qū)間測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)）是固定安裝在道路上并用于對(duì)機(jī)動(dòng)車在該區(qū)間內(nèi)行駛的平均速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的計(jì)量?jī)x器。區(qū)間測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由區(qū)間測(cè)速起點(diǎn)和終點(diǎn)監(jiān)控終端、通信網(wǎng)絡(luò)、中心控制設(shè)備及軟件等組成[1]。其工作原理是：在一段道路上布設(shè)兩個(gè)或多個(gè)固定監(jiān)控點(diǎn)及相應(yīng)的監(jiān)控終端，兩點(diǎn)之間構(gòu)成一個(gè)行駛路段唯一確定、限速值恒定的測(cè)速區(qū)間。起點(diǎn)和終點(diǎn)的監(jiān)控終端先后被同一行駛車輛觸發(fā)，自動(dòng)記錄該車輛的通過(guò)時(shí)刻、車輛特征等信息，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到中心控制設(shè)備，由軟件根據(jù)該車輛的區(qū)間行駛時(shí)間計(jì)算其平均速度[2]。交通執(zhí)法部門以區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)測(cè)得的車輛行駛平均速度作為執(zhí)法的依據(jù)，區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)能否準(zhǔn)確溯源關(guān)系到交通執(zhí)法部門執(zhí)法的公正性和人民群眾的交通安全，需要對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的區(qū)間距離誤差和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。

1 測(cè)量條件、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、被測(cè)對(duì)象、測(cè)量方法

1.1 環(huán)境條件：溫度：（-25～55）℃，相對(duì)濕度<85%。

1.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

非接觸式速度計(jì)

速度范圍：（5～180）km/h，MPE：±1.0%。

距離范圍：（1.0～999.9）m，距離≤30m時(shí)MPE：± 0.30m，距離>30m時(shí)MPE：±1.0%。

電子秒表：量程：（0～3600）s，MPE：±0.02s 。

1.3 被測(cè)對(duì)象：區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)

1.4 測(cè)量方法

在規(guī)定條件下，將非接觸式速度計(jì)及顯示裝置按使用要求安裝在試驗(yàn)車上，調(diào)整使其處于正常工作狀態(tài)。試驗(yàn)車保持在同一車道內(nèi)駛過(guò)整個(gè)區(qū)間，非接觸式速度計(jì)測(cè)量并顯示試驗(yàn)車的行駛距離，被檢區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)起點(diǎn)和終點(diǎn)的監(jiān)控終端對(duì)試驗(yàn)車的顯示裝置進(jìn)行拍攝。依次對(duì)區(qū)間內(nèi)每條車道至少測(cè)量一次，且測(cè)量總數(shù)不少于三次，取所有測(cè)量結(jié)果中的最短距離作為區(qū)間距離測(cè)量值并計(jì)算區(qū)間距離誤差。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差采用試驗(yàn)車、非接觸式速度計(jì)、秒表進(jìn)行測(cè)量。非接觸式速度計(jì)以及顯示裝置均按照使安裝在試驗(yàn)車上，調(diào)整使其處于正常工作狀態(tài)。試驗(yàn)車以被檢速度通過(guò)整個(gè)區(qū)間，非接觸式速度計(jì)測(cè)量并顯示試驗(yàn)車的行駛距離，試驗(yàn)車保持在同一車道內(nèi)駛過(guò)整個(gè)區(qū)間，被檢區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)起點(diǎn)和終點(diǎn)的監(jiān)控終端對(duì)試驗(yàn)車的顯示裝置進(jìn)行拍攝，拍攝時(shí)通過(guò)秒表記錄試驗(yàn)車經(jīng)過(guò)整個(gè)區(qū)間的時(shí)間。測(cè)量的速度點(diǎn)為被測(cè)道路限速值的50%、100%，對(duì)每一個(gè)被檢速度值進(jìn)行至少三次測(cè)量，分別計(jì)算三次測(cè)量值的平均值作為試驗(yàn)車的速度標(biāo)準(zhǔn)值并計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差，取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差最大值作為測(cè)量結(jié)果。

2 區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的區(qū)間距離誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

2.1 數(shù)學(xué)模型：δs=×100%

式中：

δs——區(qū)間距離誤差，%；

s——被檢系統(tǒng)中設(shè)定的區(qū)間距離，m；

smin——實(shí)測(cè)區(qū)間距離的最小值，m。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

輸入量smin的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（smin）的評(píng)定：其不確定度來(lái)源主要是非接觸式速度計(jì)引入的不確定度u （smin），可以B類方法評(píng)定u（smin）。

選取一臺(tái)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)，被檢系統(tǒng)中設(shè)定的區(qū)間距離為998.0m，使用非接觸式速度計(jì)對(duì)區(qū)間內(nèi)每條車道的區(qū)間距離測(cè)量三次，計(jì)算每條車道的三次測(cè)量取所有測(cè)量結(jié)果中的最短距離作為區(qū)間距離測(cè)量值smin。

則smin=998.0m

非接觸式速度計(jì)最大允許誤差為±1.0%，按均勻分布計(jì)算， k=，則：

u（Smin）=×998.0m=5.76m

2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

2.3.1 靈敏系數(shù)：由δs=×100%得

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表，見下表2

2.3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算：

uc（δs）=|c1|×u（smin）=0.001×5.76×100%=0.58%

2.4 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定：取包含因子k=2，則U=k·uC=2×0.58%=1.2%；

2.5 擴(kuò)展不確定度的報(bào)告與表示

區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的區(qū)間距離誤差測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為U=1.2%；它是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc=0.58%和包含因子k=2之乘積得到。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

3.1 數(shù)學(xué)模型：Δv=v-×k

式中：

Δv——現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差，km/h；

v——被檢系統(tǒng)的速度示值，km/h；

s0——非接觸式速度計(jì)測(cè)量的區(qū)間距離，m；

t0——秒表測(cè)得的試驗(yàn)車行駛時(shí)間，s；

k——單位換算常數(shù)，k=3.6。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

選取一區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)，被檢系統(tǒng)中的區(qū)間距離設(shè)定為998.0m，限速值設(shè)定為60km/h，其車速顯示值分辨力為1km/h，使用試驗(yàn)車、非接觸式速度計(jì)、秒表對(duì)對(duì)每一個(gè)被檢速度值進(jìn)行至少三次測(cè)量，分別計(jì)算三次測(cè)量值的平均值作為試驗(yàn)車的速度標(biāo)準(zhǔn)值并計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差：

3.2.1 輸入量v的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（v）的評(píng)定：其不確定度來(lái)源主要是被檢系統(tǒng)分辨力引入的不確定度u（v），可以B類方法評(píng)定u（v）。被檢系統(tǒng)分辨力為1km/h，按均勻分布計(jì)算，k=，則

u（v）=km/h=0.58km/h

3.2.2 輸入量s0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（s0）的評(píng)定：其不確定度來(lái)源主要是非接觸式速度計(jì)的準(zhǔn)確度引入的不確定度，可以B類方法評(píng)定。

非接觸式速度計(jì)最大允許誤差：±1.0%，按均勻分布計(jì)算， k=，則

u（s0）=×s0=0.0058s0

3.2.3 輸入量t的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t）的評(píng)定：其不確定度來(lái)源主要是電子秒表的準(zhǔn)確度引入的不確定度u（t），可以B類方法評(píng)定u（t）。

電子秒表的準(zhǔn)確度：MPE：±0.02s，按均勻分布計(jì)算，k=，則

u（t）=s=0.012s

3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

3.3.1 靈敏系數(shù)：由：Δv=v-×k得

3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表，見下表4

3.3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度的計(jì)算：

由uc（Δv）=（1）

3.4 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定：取包含因子k=2，則U=k·uC（Δv）。（2）

由公式（1）、（2）可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度如下表5所示

3.5 擴(kuò)展不確定度的報(bào)告與表示

當(dāng)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)區(qū)間速度在60km/h測(cè)量點(diǎn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速誤差測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為U=1.4km/h。它是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（Δv）=0.68km/h（取三次測(cè)量結(jié)果合成不確度定度最大值）和包含因子k=2之乘積得到。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹一種區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)校準(zhǔn)方法和不確定度評(píng)定方法，符合上述條件的區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)，一般可直接使用本不確定度的評(píng)定結(jié)果，其它類似功能的區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)可參照本評(píng)定方法。通過(guò)對(duì)區(qū)間測(cè)速系統(tǒng)的校準(zhǔn)來(lái)保證其測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為交通執(zhí)法部門公正執(zhí)法和交通安全保駕護(hù)航。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國(guó)公安部.GA/T 959-2011 機(jī)動(dòng)車區(qū)間測(cè)速技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[2]程中軍.道路交通區(qū)間測(cè)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢定裝置研究[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2017，36（9）：64-67.