針對(duì)行人目標(biāo)物的近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)

摘要：行人目標(biāo)物是開展主動(dòng)安全道路測(cè)試必不可少的設(shè)備，其性能的準(zhǔn)確度、一致性是汽車主動(dòng)安全性能開發(fā)設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)，其近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于保障目標(biāo)物的良好性能具有重要意義。根據(jù)ISO 19206-2：2018《 公路車輛 用于評(píng)估主動(dòng)安全功能的目標(biāo)車輛 易受傷害的公路使用者和其他物體的試驗(yàn)裝置 第2 部分： 行人目標(biāo)要求》標(biāo)準(zhǔn)，提取了行人目標(biāo)物的近紅外反射特性關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)及限值要求；通過對(duì)近紅外傳感技術(shù)的集成應(yīng)用研究，提出了行人目標(biāo)物近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)框架、硬件組成結(jié)構(gòu)、軟件組成結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)過程，并開展了測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)安全；行人目標(biāo)物；測(cè)試系統(tǒng)

0 前言

主動(dòng)安全目標(biāo)物是智能網(wǎng)聯(lián)輔助駕駛測(cè)試中的關(guān)鍵測(cè)試設(shè)備，用以模擬真實(shí)道路交通參與者，復(fù)現(xiàn)其關(guān)鍵特性，以便被智能網(wǎng)聯(lián)車輛正確識(shí)別，這是衡量汽車輔助駕駛性能的重要感知功能設(shè)備［1-2］。然而，主動(dòng)安全目標(biāo)物開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)被少數(shù)國外機(jī)構(gòu)所壟斷，其產(chǎn)品主要包括行人等目標(biāo)物，已被廣泛應(yīng)用于歐盟新車安全評(píng)價(jià)規(guī)程（E-NCAP）、中國新車安全評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）等多項(xiàng)汽車測(cè)試評(píng)價(jià)規(guī)程和國家標(biāo)準(zhǔn)中。行人目標(biāo)物作為主動(dòng)安全道路測(cè)試中的關(guān)鍵測(cè)試設(shè)備，其性能的準(zhǔn)確度、一致性對(duì)于汽車產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)的影響較大。如何有效開展行人目標(biāo)物性能測(cè)試是行人目標(biāo)物產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)方向。

目前，國內(nèi)對(duì)目標(biāo)物的研究主要是以目標(biāo)物產(chǎn)品為主，對(duì)于其產(chǎn)品的標(biāo)定技術(shù)與設(shè)備方面的研究較少。ISO 19206：2018《 公路車輛 用于評(píng)估主動(dòng)安全功能的目標(biāo)車輛 易受傷害的公路使用者和其他物體的試驗(yàn)裝置》系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行人等目標(biāo)物進(jìn)行了性能要求［3-5］，但針對(duì)如何驗(yàn)證其性能的標(biāo)準(zhǔn)符合性的詳細(xì)技術(shù)手段并未具體展開描述。隨著國內(nèi)對(duì)具備中國特征的主動(dòng)安全技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的需求日漸迫切，需要對(duì)主動(dòng)安全目標(biāo)物性能測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。由此可見，深入探究行人目標(biāo)物近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于提升我國主動(dòng)安全目標(biāo)物產(chǎn)品的競爭力，以及完善相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)具有重要的實(shí)際意義。

1 目標(biāo)物近紅外反射特性研究

近紅外光譜技術(shù)是利用近紅外光與被測(cè)物相互作用產(chǎn)生的光譜信號(hào)，用以分析被測(cè)物的成分、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)等。利用該技術(shù)可對(duì)待測(cè)樣品直接進(jìn)行分析測(cè)量，無需進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理工作，同時(shí)該技術(shù)具備分析耗時(shí)短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)［6-7］。

ISO 19206-2：2018《公路車輛 用于評(píng)估主動(dòng)安全功能的目標(biāo)車輛，易受傷害的公路使用者和其他物體的試驗(yàn)裝置第2 部分：行人目標(biāo)要求》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)行人目標(biāo)物的近紅外反射特性進(jìn)行了要求，標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)行人目標(biāo)物不同部位的近紅外反射率設(shè)置了相應(yīng)的反射率限值，如表1 所示。本文中的測(cè)試系統(tǒng)針對(duì)該部分要求進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì)研究。

2 近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)研究

依據(jù)ISO 19206-2：2018 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于行人目標(biāo)物近紅外反射率的相關(guān)要求，對(duì)行人目標(biāo)物近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)行人目標(biāo)物近紅外反射特性的測(cè)量，輸出近紅外反射率，并將其與標(biāo)準(zhǔn)中的反射率限值進(jìn)行比對(duì)，用以判定行人目標(biāo)物的近紅外反射特性是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。本文基于近紅外傳感技術(shù)及信號(hào)傳輸解析技術(shù)的集成應(yīng)用，開展了近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)的研究，測(cè)試系統(tǒng)框架如圖1 所示。

2. 1 系統(tǒng)組成部分

近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)的主要組成部件為：光纖光譜儀、探頭、光源及標(biāo)準(zhǔn)反射板。測(cè)試系統(tǒng)最關(guān)鍵的硬件單元為光纖光譜儀，其波長范圍為850～950 nm。行人目標(biāo)物近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)硬件組成單元結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

光纖光譜儀可將入射的多色光分解為單色光，并利用光纖傳輸進(jìn)行光譜分析，具有精度高、檢測(cè)快等優(yōu)點(diǎn)。本文選用的光纖光譜儀波長范圍為800～1 000 nm，光學(xué)分辨率為0.1 nm（全寬半高脈沖寬度）。光纖光譜儀包含光柵、探頭和光源等核心部件，并配備可溯源標(biāo)準(zhǔn)反射板，用于校準(zhǔn)光纖光譜儀。

軟件單元的功能主要是通過后臺(tái)程序?qū)崟r(shí)采集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，并具備數(shù)據(jù)處理能力。軟件單元包括校準(zhǔn)模塊、測(cè)試場景模塊、輸出報(bào)告模塊等，軟件組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

測(cè)試系統(tǒng)軟件采用的編程語言為C#，其具備的功能如下：實(shí)時(shí)控制光纖光譜儀功能，包括啟動(dòng)、暫停、關(guān)閉光譜儀以及下達(dá)開始數(shù)據(jù)采集的命令等；校準(zhǔn)功能，通過標(biāo)準(zhǔn)反射板完成測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)工作；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，記錄歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)、時(shí)間等信息；數(shù)據(jù)處理功能，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除、修改、查詢等處理；標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試場景功能，如場景1 為衣服部位近紅外反射率測(cè)試場景，場景2 為皮膚部位近紅外反射率測(cè)試場景，場景3 為假發(fā)部位近紅外反射率測(cè)試場景，在測(cè)量目標(biāo)物某部位近紅外反射率時(shí)，對(duì)該部位不同的3 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并自動(dòng)計(jì)算3 個(gè)反射率的平均值；輸出測(cè)試報(bào)告功能，測(cè)試報(bào)告包括測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)的近紅外反射率限值。

2. 2 測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程

光纖光譜儀控制模塊是本系統(tǒng)的重要組成模塊之一，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光譜儀的實(shí)時(shí)控制，包括啟動(dòng)、暫停、關(guān)閉、下達(dá)數(shù)據(jù)采集指令等。通過集成開發(fā)環(huán)境，安裝光纖光譜儀軟件開發(fā)工具包，實(shí)現(xiàn)與光纖光譜儀的通信，并對(duì)光譜儀控制模塊進(jìn)行封裝，并設(shè)計(jì)用戶界面，用于人機(jī)交互。

數(shù)據(jù)采集處理模塊是測(cè)試系統(tǒng)的重要組成模塊之一，其性能的好壞直接影響整套測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精度和效率。在集成開發(fā)環(huán)境下，通過系統(tǒng)自帶模塊與光纖光譜儀進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。設(shè)計(jì)用戶界面用于顯示測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵信息，包括反射率曲線等，并能自動(dòng)計(jì)算3 個(gè)點(diǎn)的近紅外反射率平均值，將其作為測(cè)試系統(tǒng)的參數(shù)輸出。

為了保證光纖光譜儀測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，需要對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行波長校準(zhǔn)和靈敏度校準(zhǔn)。波長校準(zhǔn)的方法為選擇已知且準(zhǔn)確的波長作為參考波長，通過測(cè)試系統(tǒng)觀察參考波長的光譜峰值來調(diào)整光纖光譜儀的波長。靈敏度校準(zhǔn)的方法為選擇一款已知且準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)反射板，通過測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)反射板的數(shù)值進(jìn)行比較，調(diào)整測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度，使測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)反射板一致。以上2 種校準(zhǔn)方法均在數(shù)據(jù)采集處理模塊中實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)輸出報(bào)告模塊可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試報(bào)告的自動(dòng)輸出，按照既定的模板輸出標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包含測(cè)試時(shí)間、測(cè)試人員、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試樣品、測(cè)試方法、測(cè)試環(huán)境、測(cè)試結(jié)果等關(guān)鍵信息。使用系統(tǒng)提供的模塊生成標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)告模板，并對(duì)報(bào)告模板進(jìn)行封裝，并設(shè)計(jì)合理的用戶界面，用于人機(jī)交互。

2. 3 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)驗(yàn)證是檢驗(yàn)自研設(shè)備是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求最準(zhǔn)確有效的辦法，近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)中針對(duì)行人目標(biāo)物的輸出參數(shù)為近紅外反射率。通過對(duì)行人目標(biāo)物衣服、皮膚及假發(fā)分別進(jìn)行近紅外反射率數(shù)據(jù)采集，并與標(biāo)準(zhǔn)要求的上下限值進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)的有效性，如圖4所示。

通過上述驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可以看出，行人目標(biāo)物衣服、皮膚、假發(fā)的近紅外反射特性均在上下限值內(nèi)，符合ISO 19206-2：2018 標(biāo)準(zhǔn)中的要求，針對(duì)行人目標(biāo)物的近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)行人目標(biāo)物的近紅外反射特性進(jìn)行有效測(cè)量。

3 結(jié)語

本文依據(jù)ISO 19206-2：2018 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行人目標(biāo)物近紅外反射特性的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了研究，并基于近紅外傳感技術(shù)的集成應(yīng)用，設(shè)計(jì)提出了針對(duì)行人目標(biāo)物近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件組成結(jié)構(gòu)，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了闡述，并開展了測(cè)試系統(tǒng)的驗(yàn)證試驗(yàn)。

隨著國內(nèi)汽車行業(yè)主動(dòng)安全技術(shù)的發(fā)展，測(cè)試設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)是行業(yè)內(nèi)各大研發(fā)機(jī)構(gòu)重點(diǎn)關(guān)注和發(fā)展的方向。針對(duì)行人目標(biāo)物的近紅外反射特性測(cè)試系統(tǒng)是目標(biāo)物設(shè)備標(biāo)定核查及自主開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，通過對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)的研究，可為國內(nèi)自主開發(fā)目標(biāo)物的性能測(cè)試系統(tǒng)提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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