雙臺面防作弊稱重系統(tǒng)的應用

高世君

【摘要】山西省高速公路試行對載貨汽車實施計重收費至今，有效遏制了超載超限的現(xiàn)象，但越來越多的駕駛人員針對計重設備的特點，采取違規(guī)行駛方式來降低實際貨車總重，從而達到逃避正常繳費的目的，給企業(yè)和國家造成了巨大的經濟損失?；瞬捎秒p臺面計重設備防作弊動態(tài)稱重系統(tǒng)，具有更高的稱重精度、較強的識別和修正能、適應環(huán)境能力強，解決了超載、違規(guī)等現(xiàn)象。

【關鍵詞】雙臺面計重設備 防弊系統(tǒng)

山西省高速公路自2006年試行對載貨汽車實施計重收費至今，計重收費工作整體開展順利，有效遏制了超載超限的現(xiàn)象，保證了高速公路的正常運行，促進了我省公路運輸業(yè)的健康發(fā)展。隨著計重收費的進一步開展，受利益的驅使，越來越多的駕駛人員針對計重設備的特點，采取違規(guī)行駛方式來降低實際貨車總重，從而達到逃避正常繳費的目的，作弊的方式主要有：跳磅過秤（跳車頭）、拖磅過秤、高速沖磅、壓邊過磅、扭磅（走“S”型）等形式，并且作弊方式種類呈增多的趨勢。

車輛不規(guī)范過秤造成了收費車道的堵塞，產生了惡劣的社會影響，增加了收費部門的管理難度；超限超載運輸車輛在公路上行駛，致使公路損壞嚴重，極大的縮短了使用壽命，危及人民群眾的生命財產安全；不規(guī)范的過秤行為加大了對計重設備的沖擊，嚴重影響了計重設備的正常稱量，降低了計重設備的使用壽命，給企業(yè)和國家造成了巨大的經濟損失。

基于以上原因實行雙臺面計重設備防作弊動態(tài)稱重系統(tǒng)。新系統(tǒng)有更高的稱重精度，對車輛不規(guī)范行駛有較強的識別和修正能力，另一方面穩(wěn)定性和可靠性有大幅度的提高，能適應各種氣候環(huán)境，延長了設備的使用壽命。

1雙臺面稱重設備防作弊系統(tǒng)介紹

1.1作弊識別

為了判斷出各種作弊行為，必須要對稱重系統(tǒng)本身做改進并進行優(yōu)化；保證在稱重過程中能實時采集秤臺（雙秤臺）四角8支傳感器的重量；首先增加數(shù)據(jù)采集的速率，也就是在短時間內采集大量的數(shù)據(jù)。通過對采集到得數(shù)據(jù)進行分析，再根據(jù)各種作弊方式的不同特征判斷是那種作弊類型。根據(jù)不同的作弊方式進行不同的重量修正。對某些特殊的作弊類型還可以根據(jù)重量來判斷。

此算法的核心是基于對作弊車輛判斷的基礎上，進行適當?shù)闹亓垦a償或修正，最大程度的降低通行費流失的同時基本上消除收費爭議，本算法可行性好，是一種解決車輛違規(guī)行駛的解決方案。

1.2作弊車輛重量校正功能

1.2.1“跳秤”重量校正

在對“跳秤”車輛重量校正的部分主要采用經驗模型修正算法。對采集的數(shù)據(jù)按車型、總軸重進行排序，分別統(tǒng)計其對應的前軸重量隨總軸重變化的平均值，總結出各種軸型車輛前軸重量隨總軸重變化的統(tǒng)計平均重量函數(shù)曲線。

當車輛跳秤時，前軸重量小于統(tǒng)計平均重量函數(shù)時，以統(tǒng)計平均重量函數(shù)曲線，修正前軸重量。為保證統(tǒng)計函數(shù)直線段的線性符合客觀實際，我們對空車和重車分別進行校正。以下列出的是重車開始修正的下線值：159、1129、129軸型從30噸開始修正。

當車輛跳秤時，前軸重量大于統(tǒng)計平均重量函數(shù)時，不對違規(guī)行駛重量進行修正。

1.2.2“S型”重量校正

基于S型行駛，由于車軸一側輪胎先上稱，等到這個輪胎快下稱時，再讓另一側輪胎上稱，從而使得該軸兩側輪胎全在稱臺上的時間很短，故車在稱臺上的完全稱重時間較短。針對完全稱重時間較短的情況，能夠通過提高數(shù)據(jù)的采集速率，在短時間內數(shù)據(jù)分析器有更多的數(shù)據(jù)分析，減少對不正常數(shù)據(jù)的處理從而計算出軸的實際重量。

1.2.3基于車輛動力學模型的“點剎車”重量校正方法

對于點剎車這種行駛方式，車輛后軸行駛到稱臺邊緣后駕駛員點剎車，后軸會在稱臺上滑過，軸重沒有全部作用于稱臺上，導致稱重后重量偏輕。由于軸重沒有全部作用于稱臺上，但是稱臺上瞬間還是能獲得車輛的真實軸重。在大量的數(shù)據(jù)分析中可以找到此軸的最大值然后和算出的軸重的關系，根據(jù)這些來識別和對軸重進行相應的處理。對兩聯(lián)軸和三聯(lián)軸的車也可以根據(jù)聯(lián)軸軸重的關系來判斷“點剎車”這種情況并對軸重進行相應的處理。

1.3作弊車輛異常報警功能

很多情況下，作弊車輛的車軸沒有完全作用在稱臺上，這時稱重系統(tǒng)從原理上無法采集到車輛真實的重量信號。但計重設備中的稱重算法可以識別出這時的作弊行為，并發(fā)出報警。

另外其他已知的稱重信息異常情況可以實現(xiàn)自動報警功能。

（1）車輛通過稱臺速度超過40公里/小時計量檢定有效范圍自動報警；

（2）車輛載重量明顯低于空載重量的90%異常自動報警。

2雙臺面防作弊稱重設備組成及主要性能參數(shù)

2.1系統(tǒng)組成

用于公路車輛計重收費、超限檢測的雙臺面稱重系統(tǒng)，由計重平臺（雙秤臺）、電感線圈及控制器、輪胎識別傳感器和控制器、紅外光幕分離器、２路稱重數(shù)據(jù)及８路模擬量采集器、數(shù)據(jù)處理器組成。采用了沿行車方向串聯(lián)并組合成一體、秤臺與秤臺之間力學上相互獨立的兩秤臺結構。當車輛依次通過兩個秤臺時，既避免了車輛兩輪軸同上一個臺面互相干擾的現(xiàn)象，又增加了有效的動態(tài)稱重時間，稱重采樣量遠大于單秤臺，進而得到更準確的數(shù)據(jù)，兩秤臺結構的測量誤差小于單秤臺的1／5，從而減少了糾紛。此外，兩秤臺結構的多傳感器的設備冗余提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.2防弊系統(tǒng)的主要參數(shù)

2.2.1承載器（雙秤臺）

承載器由計重平臺（雙秤臺）、稱重傳感器（8支）、整體框架、信號電纜和安裝部件等構成。承載器的計重秤臺采用高精度稱重傳感器作為計重元件，選用高強度優(yōu)質鋼結構焊接而成，標準載荷30t，經時效處理后加載250%F.S，使其形變符合設計要求。整體防銹處理并涂多層防銹漆，不論是埋入地下部分還是外露部分都不銹蝕；與數(shù)據(jù)采集器的傳輸是無損耗的傳輸；秤臺采用了8支精度為0.02%，單支載荷30噸，材質為40CrNiMn，鋼制密封傳感器，整個秤體具有60噸的負荷能力，多年的現(xiàn)場使用證明它具有良好的抗沖擊性、抗過載、高穩(wěn)定精度和動態(tài)快速反應；防水、防潮、防浸泡，延長了傳感器的使用壽命，減少維護工作量，提高設備使用可靠性，保障公路暢通；當傳感器發(fā)生故障時，可以通過中央處理器向收費系統(tǒng)發(fā)送故障報警信號，收費界面可以顯示明確的故障信息；秤臺底座的作用是支撐秤臺。其尺寸大小要考慮混凝土的承壓能力及底座的變形。底座設有獨立的接地裝置，采用紫銅扁平電纜與1.5m深的接地鋼釬相連。秤臺臺面與底座之間用四條紫銅扁平電纜跨接，保證雷電電流繞過傳感器流入地下。整體秤臺接地電阻不大于2Ω，保證傳感器免遭雷擊（圖1）。

2.2.2紅外線車輛分離器

車輛分離器由成對配置的紅外線光幕發(fā)射和接收裝置、控制器構成。采用進口紅外線光幕，使用編碼掃描方式工作，不受陽光、雨、雪、霧的干擾，能安全消除跟車現(xiàn)象，可以檢測拖車掛鉤，將半掛車、全掛車、單車可靠分離，保證計重檢測數(shù)據(jù)與車輛的一一對應關系，可以忽略雪、石塊、昆蟲或飛鳥的干擾，將其安裝于計重平臺前方兩側路邊，對于從離地400mm～1648mm范圍內，用高密度的52對紅外光幕連續(xù)掃描，能對間距≥200mm的車輛準確分離，能對連接件高度≥40cm拖掛車準確識別。當?shù)谝惠v車進入光幕區(qū)后，光幕被遮擋，系統(tǒng)開始進行數(shù)據(jù)檢測，整車通過過程中光幕相關部分被遮擋，系統(tǒng)開始進行數(shù)據(jù)檢測，整車通過過程中光幕相關部分被遮擋，車輛全部通過時，任何一對光幕均不被遮擋，判定本車通過，對本次車輛進行收尾，相應地結束數(shù)據(jù)的檢測。第二輛車相隔較近，但仍有一定間隙，間隙大于200mm時，光幕正常工作，系統(tǒng)進行第二輛車的檢測，光幕采用編碼掃描，能在惡劣環(huán)境下如強陽光直照、雨雪天、霧天可靠工作；此外本系統(tǒng)采用的紅外光幕具有容錯功能，在光幕有兩個光點被非正常遮擋三分鐘以上時（如泥點、飛蟲等物），光幕發(fā)出報警信號并仍能正常工作；光柵窗口玻璃具有加熱功能，防止結冰、結霧，從而保證惡劣天氣下光幕正常工作。

2.2.3輪胎識別器

輪胎識別器由傳感器、安裝部件、數(shù)據(jù)采集卡構成。車輛在車道內通過，不同的車胎觸地寬度不同，本系統(tǒng)由多個高靈敏度的應變片壓力傳感器組成，通過檢測傳感器被車輪胎觸發(fā)的數(shù)量檢測輪胎總寬度，從而識別每軸單側的單、雙胎情況；輪軸識別器采用多個傳感器并排列布置組成，測量準確性高，且工作穩(wěn)定、耐用。

對車輛的輪胎數(shù)進行自動識別，檢測通過的車輪在輪軸識別器上的傳感器個數(shù)，經軟件判斷，來確定是單輪還是雙輪。對通過的貨車的軸型識別，可靠性≥99%；當輪胎識別器發(fā)生故障時，可以通過硬件和軟件發(fā)出故障消息。

2.2.4車輛檢測器

收尾（開始）線圈由埋于車道的環(huán)形感應線圈、線圈檢測器、信號電纜等構成。當紅外線車輛分離器發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動切換為使用線圈，對車輛進行分離和輔助收尾；在車距不少于2m時，判斷精度≥99%；在雨雪霧天，特別是凝露結冰使紅外車輛分離器無法正常工作時非常有用（圖2）。

3結語

雙臺面防作弊稱重設備在原有的單臺面軸重秤基礎上，性能特點進一步的提高：容錯性強、稱重結果精度高、重復性好、信息量大。能夠針對高速公路收費站現(xiàn)有違規(guī)現(xiàn)象起到很好的遏制。