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第八届中国智能交通年会论文·34·  区间测速系统时钟准确性控制要求与应用示例胡新维李壮志邹永良孙魏（公安部交通管理科学研究所）摘要：本文基于区间测速系统的测试原理，了区间测速系统时间测试误差的产生原因及对测速结果的影响，提出了区间测速系统的时钟控制要求、时钟参数选择和设置要求，并给出了典型区间测速系统的时钟构制案例。关键词：区间测速系统；时钟TheClockAccuracyControlRequirementsandApplicationCaseofPoint-To-PointSpeedMeasurementHuXinweiLiZhuangzhiZhouYongliangSunWei（TrafficManagementResearchInstituteoftheMinistryofpublicsecurity）Abstract：Inthispaper,basedontestingprinciplesofpoint-to-pointspeedmeasurementsystem，analyzingthecauseandtheinfluenceonresultsofthesystemtimeerror,toexploreclockcontrolrequirements,clockparameterselectionandsettingrequirementsofpoint-to-pointspeedmeasurementsystem,andgivenastructureofclockcaseoftypicalpoint-to-pointspeedmeasurementsystem.KeyWords：Point-To-PointSpeedMeasurementSystem,Clock1引言区间测速是指通过记录机动车辆驶入和驶出某段道路的时间来计算机动车辆在该段道路上平均行驶速度的一种测速方式。用于自动实现区间测速的装置即为区间测速系统。近两年来，我国各省（市）陆续开始应用区间测速系统进行道路机动车辆速度监控。本文基于区间测速系统的时间测试原理，分析了区间测速系统时间测试误差产生原因及对测试结果的影响，建立了区间测速系统相关参数与相对测速误差之间的关系，进而提出了区间测速系统的时钟控制要求和相关参数的设置要求，给出了区间测速系统的时钟设置案例，在保证区间测速系统应用效果、保证测速准确性等方面具有一定的积极意义。2区间测速系统时钟准确性需求分析2.1区间测速系统的时间测试误差从生产和应用情况来看，区间测速系统一般采用两个（或两组）经过时钟同步的监控终端，分别第八届中国智能交通年会论文 ·35·  在起点和终点记录机动车辆驶入和驶出的时间t1和t2，其时间测试结果测t可表示为：12ttt−=测式1如果两个监控终端时钟在标准时间为t0时同步，机动车辆在标准时间为t时驶入该路段，区间行驶时间为实t，假设起点和终点监控终端的时钟偏差率（即时钟晶振精度）分别为1a和2a，则监控终端记录该机动车辆驶入和驶出该段道路的时间1t和2t可分别表示为：)(*011ttatt−+=式2）实实022(*tttattt−+++=式3区间测速系统的时间测试误差tΔ表达式为实实测tttttt−−=−=Δ12，将式2和式3带入，则时间测试误差可表示为:实tattaat*)(*)(2012+−−=Δ式4对于任意一次测试，式4中2a、)(12aa−和实t均相对确定，但)(0tt−则随着时间的增加而不断变化。为保证任意一次测试的tΔ在规定范围内，目前多采用定期同步两个监控终端的时钟来保证)(0tt−在可控范围内。设同步周期为TΔ，则时间测试误差最大值maxtΔ为：实taTaat**)(221max+Δ−=Δ式5设21aaa≥=，则：实实taTataTaat**2**)(221max+Δ≤+Δ−=Δ式62.2区间测速系统的时间测试误差与测速误差之间的关系根据区间测速原理，其计算机动车平均速度公式为：ttstsvΔ+==实际区间测区间测式7设xtt实=Δ式8实实区间实实区间测vxxsxxxttsv+=+=+=1t*1式9时间测试误差导致的区间测速误差vΔ可表示为实实实实测vttvxvvvΔ+−=+−=−=Δ1111式10第八届中国智能交通年会论文·36·  因时间测试误差导致的相对测速误差可表示为实实实ttttvvΔ−≈Δ+−=Δ=11:δ式11式5至式11中，区间s为区间距离，实v为车辆实际行驶速度，δ为因时间测试误差导致的相对测速误差。2.3区间测速系统的时钟准确性需求根据式6，区间测速系统的时间测试误差由时钟晶振精度、同步周期和车辆实际通过时间（取决于区间距离和平均通行速度）共同决定；而根据式11，因时间测试误差导致的相对测速误差近似为时间测试误差与车辆实际通过时间的比值。将式6带入式11，可知区间测速系统的时间测试偏差、时钟晶振精度、同步周期、实际通过时间与相对测速误差的关系：δ≤+Δ≤+Δ−≤ΔatTaatTaatt实实实*2*)(212式123区间测速系统时钟控制要求3.1正常工作条件下的时钟控制要求在实际应用中，相对测速误差δ的数量级在10-2至10-3即可满足使用要求，而时钟晶振精度a的数量级则一般在10-5至10-6之间，与相对测速误差相比可以忽略。因此，在正常工作条件下，因时间测试误差导致的相对测速误差由同步周期和实际通行时间共同决定。表1是在晶振精度a取20ppm（目前国产常规晶振精度约为±20ppm）、δ分别取10-2和10-3时，在不同区间距离（s区间）和不同行驶平均速度（v实际）条件下，根据式12计算出最大允许时间测试误差（maxtΔ）以及最长允许同步周期（minTΔ）。表1不同区间距离和实际平均行驶速度下最大测速误差和最长同步周期δ=1%、a=20ppmδ=1‰、a=20ppms区间（km）v实际（km/h）maxtΔ（ms）minTΔ（h）s区间（km）v实际（km/h）maxtΔ（ms）minTΔ（h）2809006.2280900.61206004.2120600.41504803.3150480.35802250155802251.51201500101201501.0150120081501200.8108045003110804503.11203000201203002.01502400161502401.6从表1数据可以看出，在相同测速精度要求、相同时钟晶振精度的条件下，同步周期由区间距离和最高行驶速度共同决定，并且平均行驶速度越高，最大允许时间测试误差越小。因此，在正常工作第八届中国智能交通年会论文 ·37·  条件下，区间测速系统的时钟控制要求，就是在根据区间距离、最高行驶速度确定的最长同步周期内同步起点和终点监控终端的时钟。3.2与北京时间同步过程中的时钟控制为了避免因违法图片上的时间与其他设备、机构（如高速公路收费站）的时间不一致而引发争议，区间测速系统应定期将起点和终点监控终端的时钟与北京时间进行校时。从实际需求来看，系统时钟与北京时间之间允许偏差范围较大，一般都远大于区间测速系统的最大允许时间测试误差。在目前区间测速系统无法实时与北京时间校时的条件下，大部分系统都是在某个特定的时间点进行校时。这就导致在校时过程中，终点监控终端的时钟修正值被引入到时间测试结果中，导致校时后的测试结果产生较大偏差。为了消除因校时而导致测试结果异常失准，区间测速系统应对校时后限速值区间vs/时间段内终点监控终端传来的数据进行隔离处置，删除在校时前驶入而在这段时间驶出的车辆数据，避免误处罚。3.3特殊条件下的时钟控制区间测速系统在投入使用以后，多暴露安装在自然环境中，雷电、强电磁波等环境条件可能导致监控终端时钟异常变化。当某一监控终端时钟异常变化时，系统的时间测试结果偏差将超过最大允许时间测试偏差，导致测试结果异常失准。为保证区间测速系统测试结果的准确性，区间测速系统应定期同时检测两个监控终端的时间1T和2T，并对比21TT−与δ*)7.1*/(限速值区间vs（超过限速值70%是我国相关法规的最高处罚标准）的大小。如果δ*7.1*/21）（限速值区间vsTT>−，应对在该同步周期内测试的数据进行隔离处置，并重新设置时钟。4区间测速系统设置过程中相关参数的选择与设置根据区间测速系统时钟的控制要求，区间测速系统在设置过程中，相关参数的选择和设置要求如下：4.1合理选择区间距离在测速误差要求确定的条件下，最大允许时间测试误差由区间距离、平均行驶速度和时钟晶振精度共同决定。距离过短时，监控终端的时钟晶振精度要求较高，时钟同步周期相对较短；当距离过大时，在时钟异常处理或与北京时间校时时，区间测速系统的失效时间较长。因此，设置区间测速系统距离时，应根据道路限速要求、时钟晶振精度选择合适的区间距离。4.2监控终端的时钟晶振精度确定在区间距离确定以后，根据区间最高限速值及测速精度要求确定起点和终点监控装置的时钟晶振偏差率的要求；同时，为了使最大允许时间测试误差小于（或接近）零，起点监控装置的时钟晶振偏差应小于终点监控装置的时间晶振偏差，即21aa≤。4.3监控终端同步周期设置根据最高测试速度（1.7倍最高限速值）、时钟晶振精度确定同步起点和终点监控装置时钟的周期；在该同步周期内，系统应具备定期读取、保存起点和终点监控装置时钟功能。4.4与北京时间校时周期设置根据使用需求确定系统时间与北京时间的校时周期，并设置校时过程中的数据处理。第八届中国智能交通年会论文·38·  5典型区间测速系统的时钟设置案例某地在最高限速为80km/h的道路上进行区间测速，要求区间长度为5km、时间测试误差造成的相对测速误差小于0.1%。根据该要求构建区间测速系统的时间逻辑结构如图1所示。其中，系统主机定期将其时钟同步至两个监控终端，并定期读取两个监控终端的时钟进行比对；同时，主机时钟定期通过GPS与北京市时间进行同步。北京时间T主机时钟T1路段驶入点监控终端时钟路段驶出点监控终端时钟中央服务器时钟TGPS更新时钟通讯同步时钟通讯反馈时间网络更新时钟图1时间逻辑结构依据测速精度要求，主机、监控终端的晶振精度a均选择国产高端晶振（精度为±5ppm），以最大允许时间测试误差为132.4ms（超过限速值80km/h的70%即136km/h条件下满足0.1%的测速精度要求），计算出同步周期为3.68h。因此，该系统的同步周期设置为3.6小时，即系统主机在3.6h内读取监控终端时间对比、保存并同步监控终端时钟即可满足测速精度要求。同时，根据主机的晶振精度可知，其24小时累计时间偏差为432ms，1周的累计时间偏差为3s，因此主机在每周与北京时间（或中央服务器时钟）同步一次，在同步225s（80km/h速度通过该测速区间）后驶出点监控终端恢复正常记录。6结语区间测速系统的时间准确度是决定区间测速系统测速准确性的关键因素之一，区间测速系统时间准确度控制在某种程度上决定了区间测速系统的使用效果。因此，建议制定区间测速系统时间准确性评估技术标准，保证区间测速系统在公路机动车辆速度管控方面切实发挥作用，为机动车辆安全行驶提供保障。参考文献[1]方艾芬、姜良维、张铿等主编.机动车区间测速技术规范.北京（出版城市）：中国标准出版社，2011（出版年限）[2]孙巍，娄娜.机动车测速仪.交通标准化，2009,4；22~23.[3]龚标、孙巍、姜良维等主编.公路车辆智能监测记录系统通用技术条件.北京（出版城市）：中国标准出版社，2009（出版年限）[4]方强主编.道路交通区间测速系统结构与检测方法研究.计量与测试技术，2011,38卷第4期；16~17.[5]林仲扬主编.区间测速系统级计量校准问题的探讨.校准与测试，2012,3；94~95.