淺析雙秤臺(tái)軸計(jì)重系統(tǒng)

王曉榮，婁艷艷，鄧 煒

(湖北省交通運(yùn)輸廳通信信息中心，湖北 武漢 430030)

淺析雙秤臺(tái)軸計(jì)重系統(tǒng)

王曉榮，婁艷艷，鄧 煒

(湖北省交通運(yùn)輸廳通信信息中心，湖北 武漢 430030)

文章依托當(dāng)前公路運(yùn)輸計(jì)重收費(fèi)工作實(shí)際，介紹了雙秤臺(tái)軸計(jì)重系統(tǒng)的構(gòu)成、特點(diǎn)及工作原理，并對比單秤臺(tái)軸計(jì)重系統(tǒng)分析了其優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合漢十高速公路某收費(fèi)站雙秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備使用實(shí)例，評述了雙秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備的使用效果。

雙秤臺(tái)；單秤臺(tái)；稱重系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集器；線圈

0 引言

近年來高速公路建設(shè)掀起一個(gè)個(gè)高潮，公路運(yùn)輸對積極拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)的增長起到了重要的作用。但是車輛超載現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，公路損壞嚴(yán)重。計(jì)重收費(fèi)以實(shí)測的車貨總重為基礎(chǔ)，比較準(zhǔn)確合理地反映了車輛在收費(fèi)公路上對道路的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，真正體現(xiàn)了公平合理的收費(fèi)原則[1]，并對公路保護(hù)起到了積極的作用。

自2004年湖北計(jì)重收費(fèi)政策實(shí)施以來，超載車輛得到了有效控制。但是，部分車輛通過稱重設(shè)備時(shí)，采用變速、沖磅、跳磅、走S型、壓秤邊、跳稱等違規(guī)方法，不僅對稱重設(shè)備造成沖擊，產(chǎn)生誤差，還減少設(shè)備使用壽命[2]，同時(shí)造成通行費(fèi)流失，因此秤臺(tái)的選擇與改造尤為重要。

目前市面上針對計(jì)重收費(fèi)效果較好的有三種秤臺(tái)：(1)整車稱重技術(shù)方案，由于該方案成本高， 目前使用較少；(2)單秤臺(tái)軸計(jì)重方案，該方案是老方案，以前推廣較多；(3)雙秤臺(tái)軸計(jì)重方案[3]。本文介紹雙秤臺(tái)計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)。

1 雙秤臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成、特點(diǎn)及各部分工作方法

稱重系統(tǒng)是一個(gè)完整的、可以獨(dú)立工作的子系統(tǒng)，相對于車道控制機(jī)來說，該系統(tǒng)可以視為獨(dú)立外設(shè)，稱重系統(tǒng)主要包括五個(gè)部分：

1.1 雙秤臺(tái)秤體：主輔式軸組秤臺(tái)、稱重傳感器、信號電纜和安裝部件等

秤臺(tái)共有多個(gè)稱重傳感器，這些傳感器共同承擔(dān)秤臺(tái)上行駛車輛的重量。傳感器受力后，傳感器彈性發(fā)送形變，導(dǎo)致傳感器電阻發(fā)生變化，從而在傳感器橋路拱橋電壓一致的情況下，使傳感器輸出端電壓發(fā)生變化[4]。

1.2 輪胎判別器：輪軸判別傳感器、輪軸識(shí)別秤臺(tái)和相關(guān)線纜等

輪胎判別器由多個(gè)高靈敏度傳感器排列組成，壓力感應(yīng)式傳感器作為信號采集單元，通過被輪胎壓力觸發(fā)傳感器的數(shù)量來檢測輪胎總寬度，再根據(jù)輪胎總寬度判斷單雙胎。

1.3 紅外線車輛分離器；由紅外線發(fā)射器、接收器和信號控制器三部分組成

紅外線車輛分離器是通過線性排列的紅外光發(fā)射和接收來實(shí)現(xiàn)對車輛的同步掃描，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而實(shí)現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測。

1.4 數(shù)據(jù)采集處理器；稱重?cái)?shù)據(jù)采集處理單元、顯示單元、校準(zhǔn)單元等

數(shù)據(jù)采集處理器是整個(gè)系統(tǒng)的控制部分，負(fù)責(zé)處理稱重傳感器、車輛分離器送來的信息，經(jīng)專門的程序分析和處理計(jì)算出其軸重、軸組和速度，并依次計(jì)算出車輛總重。同時(shí)根據(jù)上級計(jì)算機(jī)的要求傳送車輛載荷信息，并控制相應(yīng)的報(bào)警裝置。其中，處理器中集成的軟件防作弊功能可通過對傳感器波形進(jìn)行貝塞爾及多階處理分析，有效識(shí)別駕駛?cè)藛T諸多作弊行為，從而減少收費(fèi)流失。

1.5 線圈檢測器；環(huán)形收尾線圈、線圈檢測器、信號線纜等

設(shè)置在車道內(nèi)的車輛檢測器為感應(yīng)線圈車輛檢測器，可在紅外光柵車輛分離器發(fā)生故障時(shí)，線圈用于輔助實(shí)現(xiàn)車輛分離和收尾功能。車輛檢測器通過電磁感應(yīng)來進(jìn)行檢測車輛的分離，當(dāng)車輛通過時(shí)，車輛觸發(fā)環(huán)形線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)，經(jīng)過線纜傳到數(shù)據(jù)采集的線圈卡。車輛檢測器具有成本低、安裝簡單方便、施工最小等特點(diǎn)。

2 雙秤臺(tái)工作原理

收費(fèi)稱重系統(tǒng)開啟并進(jìn)入工作狀態(tài)，車輛從計(jì)重收費(fèi)車道前端經(jīng)過減速帶減速后，以低速依次通過稱重臺(tái)、輪胎判別器、紅外線車輛分離器，到達(dá)收費(fèi)亭停車。輪胎識(shí)別稱重模塊根據(jù)秤臺(tái)傳感器受力狀況計(jì)算出每軸的內(nèi)碼變化量，同時(shí)計(jì)算出每軸通過秤臺(tái)的速度。輪胎識(shí)別稱重模塊根據(jù)輪胎判別器傳感受力狀況計(jì)算出每軸輪胎數(shù)量。輪胎識(shí)別稱重模塊把每軸的內(nèi)碼變化量、速度、輪胎壓點(diǎn)數(shù)量通過RS232/RS485串口發(fā)送給稱重處理器。紅外線車輛分離檢測器一個(gè)車輛結(jié)束信號，并把有無車輛的信息隨時(shí)傳遞給稱重處理器。稱重處理器根據(jù)收到的每軸的內(nèi)碼變化量、速度、輪胎壓點(diǎn)數(shù)量及有無車輛的信息，依據(jù)一定的算法，形成一個(gè)整車稱重信息，具體信息包含軸重、連軸信息、軸型、車胎數(shù)、聯(lián)軸重量、軸距、重量，處理器將信息傳輸?shù)椒Q重處理器上顯示出來，同時(shí)將這些信息通過RS232/RS485串口收費(fèi)車道計(jì)算機(jī)。雙秤臺(tái)稱重系統(tǒng)構(gòu)成圖見圖1。

圖1 雙秤臺(tái)稱重系統(tǒng)構(gòu)成圖

3 單秤臺(tái)與雙秤臺(tái)的對比

雙秤臺(tái)存在系統(tǒng)容錯(cuò)性強(qiáng)、信息量大、重復(fù)性好，精度高的特點(diǎn)：(1)雙秤臺(tái)精度高，稱重爭議少；(2)輪軸判斷故障次數(shù)少；(3)車輛信息丟失故障少；(4)逃費(fèi)漏洞少。

3.1 單雙秤臺(tái)簡要指標(biāo)比較

以下數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)月統(tǒng)計(jì)及企業(yè)長期調(diào)查數(shù)據(jù)得來，單秤臺(tái)和雙秤臺(tái)計(jì)重對比情況見表1。

表1 單秤臺(tái)和雙秤臺(tái)計(jì)重情況對比表

單秤臺(tái)其寬度較短，加之車輛通過時(shí)采取搓磅，走S型、沖磅等，因此多軸、丟軸、稱重不準(zhǔn)確或無稱重信息等情況時(shí)有發(fā)生，其穩(wěn)定性能相對較差。單秤臺(tái)測試在正常通過時(shí)數(shù)據(jù)相差較大，司機(jī)常常還得要求復(fù)稱，造成車道擁堵，嚴(yán)重影響站口收費(fèi)秩序。

雙秤臺(tái)其寬度擴(kuò)大將近兩倍，加之雙秤臺(tái)增加了車軸識(shí)別輔助功能、車輛分離線圈設(shè)備；橫向拉力傳感器數(shù)量翻倍。當(dāng)車輛沖磅、跳磅或走S型時(shí)，其稱重?cái)?shù)據(jù)反而據(jù)高，只有勻速過磅其稱重?cái)?shù)據(jù)才為正常，而且比單秤臺(tái)計(jì)重?cái)?shù)據(jù)精準(zhǔn)度高。

通過表1及長期觀察統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，雙秤臺(tái)在軸重精度，防逃費(fèi)、壽命、維護(hù)費(fèi)用明顯優(yōu)于單秤臺(tái)。

3.2 單雙秤臺(tái)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

在開通試運(yùn)行期間，我們特地找了兩輛卡車分別在雙秤臺(tái)和單秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備上進(jìn)行了相關(guān)測試，數(shù)據(jù)見表2～3。

表2 卡車1單雙秤臺(tái)稱重?cái)?shù)值對比表

表3 卡車2單雙秤臺(tái)稱重?cái)?shù)值對比表

兩輛車在單秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備上勻速過磅與跳磅的噸位數(shù)據(jù)變化極為明顯，其浮動(dòng)率也都因此而較大；而從雙秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備上勻速過磅與跳磅對比數(shù)據(jù)可以看出，其噸位數(shù)據(jù)浮動(dòng)率都很小，其中第二輛車跳磅后的噸位數(shù)據(jù)甚至要比勻速過磅的噸位數(shù)據(jù)還要略高。由此可以看出，雙秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備在精確度明顯優(yōu)于單秤臺(tái)。

一臺(tái)21噸卡車在單雙秤臺(tái)上的點(diǎn)剎(拖磅)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比情況見表4。

表4 21噸卡車在單雙秤臺(tái)點(diǎn)剎實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

同一臺(tái)卡車在單雙秤臺(tái)上的點(diǎn)剎數(shù)據(jù)極為不同，偏差率單秤臺(tái)誤差嚴(yán)重，雙秤臺(tái)誤差較低。由此可以看出，雙秤臺(tái)可以有效防止點(diǎn)剎逃費(fèi)行為的發(fā)生。

雙秤臺(tái)以其車輛計(jì)重信息丟失率低、測檢精度高之優(yōu)勢，有效避免了車輛多次復(fù)稱現(xiàn)象，同時(shí)極大地減少了因車道稱重?cái)?shù)據(jù)爭議投訴事件的發(fā)生。雙秤臺(tái)安裝的多個(gè)橫向拉力傳感器，有效杜絕了車輛走S型逃費(fèi)現(xiàn)象；自雙秤臺(tái)使用以來，多軸、丟軸現(xiàn)象也極少發(fā)生；其穩(wěn)定性恰好彌補(bǔ)了單秤臺(tái)的缺陷。

3 應(yīng)用效果

漢十高速公路某收費(fèi)站自雙秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備安裝使用后，我們分別采集了相關(guān)收費(fèi)站雙秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備投入使用后一個(gè)月收費(fèi)數(shù)據(jù)與單秤臺(tái)使用前一個(gè)月進(jìn)行了對比(暫未考慮到車輛載重、車流結(jié)構(gòu)、行車?yán)锍痰纫蛩?。從表5中可以看出超載數(shù)量明顯增加，效果良好。

表5 單雙秤臺(tái)使用對比表

4 結(jié)語

目前，全國各地原有高速公路都已經(jīng)更換了計(jì)重設(shè)備。湖北漢十管理處雙秤臺(tái)覆蓋率達(dá)到90%以上，湖北其它鄂西、京珠、隨岳等多個(gè)高速管理處都已經(jīng)更新大部分秤臺(tái)為雙秤臺(tái)。雙秤臺(tái)以其獨(dú)特的優(yōu)越性得到了廣泛的應(yīng)用。

經(jīng)過對雙稱臺(tái)原理和實(shí)際使用效果的分析，可以證明雙稱臺(tái)有效提高了超重監(jiān)測的精度。另外，隨著計(jì)重系統(tǒng)的不斷發(fā)展，高精度、低成本的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)將會(huì)成為主要研究方向。

[1]黨新義.甘肅省高等級公路計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 西安：長安大學(xué)，2010.

[2]何仲祥.計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)精度影響因素及容錯(cuò)分析[C].中國公路學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用分會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2008.

[3]彭 文.高速公路雙秤臺(tái)計(jì)重設(shè)備應(yīng)用分析[J].中國交通信息化，2013.12：84.

[4]周春波，李 強(qiáng).傾斜路面情況下計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)解決方案[C].第13屆中國高速公路信息化研討會(huì)論文集，2011.

Discussions on Dual-scale Platform Axle Weighing System

WANG Xiao-rong，LOU Yan-yan，DENG Wei

(Telecommunication Information Center of Hubei Department of Transportation，Wuhan，Hubei，430030)

Relying on the current practices of highway transport weighing toll work，this article introduced the structure，characteristics and working principle of dual-scale platform axis weighing system，analyzed its ad-vantages compared to single-scale platform axle weighing system，and combined with the usage practices of dual-scale platform weighing device of a toll station in Hanshi Expressway，it reviewed the usage effect of dual-scale platform weighing device.

Dual-scale platform；Single-scale platform；Weighing system；Data acquisition；Coil

王曉榮，主要研究方向：高速公路機(jī)電工程；

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.019

1673-4874(2015)06-0077-03

2015-05-06

婁艷艷，主要研究方向：高速公路機(jī)電工程；

鄧 煒，碩士，主要研究方向：高速公路機(jī)電工程。