基于電子秤原理的快速公交滿(mǎn)載率檢測(cè)方法研究①

趙海敬++吳學(xué)幫++曾銳

摘 要：在城市道路交叉口快速公交信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，考慮到車(chē)輛滿(mǎn)載率的影響，利用電子秤測(cè)重原理，設(shè)計(jì)車(chē)輛滿(mǎn)載率檢測(cè)裝置，包括穩(wěn)壓器、稱(chēng)重傳感器、信號(hào)發(fā)射接收器及滿(mǎn)載率檢測(cè)器整體設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置一定重量值作為信號(hào)優(yōu)先控制實(shí)現(xiàn)條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)真正意義上的交叉口信號(hào)優(yōu)先控制。

關(guān)鍵詞：交叉口 信號(hào)優(yōu)先 快速公交 滿(mǎn)載率 檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U491.1+7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（c）-0051-03

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)保有量急速上升，城市交通擁堵現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重。為減緩我國(guó)城市交通壓力，國(guó)家、政府和相關(guān)部門(mén)都致力于尋找解決的辦法和措施，近年來(lái)，不斷提倡“低碳生活，綠色出行”，優(yōu)先發(fā)展公共交通事業(yè)成為解決城市交通難題的重要途徑[1]。

如何增強(qiáng)城市公共交通客運(yùn)能力，提高乘客出行舒適度和便捷性成為城市交通管理者亟需解決的難題。目前，很多城市已經(jīng)大力發(fā)展快速公交（Bus Rapid Transit，BRT），其作為一種新型公共客運(yùn)系統(tǒng)，利用現(xiàn)代化公交技術(shù)配合智能交通和運(yùn)營(yíng)管理，開(kāi)辟公交專(zhuān)用道路，以其快速、高效且節(jié)省經(jīng)濟(jì)的公共交通模式，為解決城市交通擁堵、增加客流量、縮短旅行時(shí)間等方面做出重要貢獻(xiàn)[2]。而在公共交通通行能力的計(jì)算，尤其是道路交叉口信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)運(yùn)行中，公交車(chē)滿(mǎn)載率作為最基本的參數(shù)之一，在一定程度上影響了優(yōu)先控制結(jié)果。因此，為實(shí)現(xiàn)真正意義上的道路交叉口快速公交信號(hào)優(yōu)先控制，有必要對(duì)車(chē)輛滿(mǎn)載率的問(wèn)題進(jìn)行研究。

1 滿(mǎn)載率的定義

公交車(chē)輛滿(mǎn)載率是指公共交通車(chē)輛運(yùn)載乘客的平均滿(mǎn)載程度。它是衡量車(chē)輛利用程度的重要指標(biāo)，同時(shí)還可作為編制行車(chē)時(shí)刻表的重要依據(jù)和提升乘車(chē)舒適性的考核標(biāo)準(zhǔn)[3]。

在我國(guó)大多數(shù)城市，尤其是早晚高峰期，出行乘客數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于公交車(chē)座位數(shù)量，此時(shí)可定義公交車(chē)載客率大于1，而且在大多數(shù)情況下都甚至大于2.5，因?yàn)橥ǔＬ接懙臐M(mǎn)載率問(wèn)題與實(shí)際有差異，常用滿(mǎn)載率指標(biāo)來(lái)進(jìn)行定義 。

在快速公交通行能力計(jì)算中有3種情況對(duì)公交滿(mǎn)載率進(jìn)行定義，分別是總體滿(mǎn)載率、線(xiàn)路滿(mǎn)載率、車(chē)輛滿(mǎn)載率。

（1）總體滿(mǎn)載率。指汽車(chē)在日、月、年度的客運(yùn)周轉(zhuǎn)與客運(yùn)段的路程之比，數(shù)據(jù)顯示在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)各個(gè)段面的平均滿(mǎn)載率。計(jì)算公式為：

（2）線(xiàn)路滿(mǎn)載率。指公交路線(xiàn)上車(chē)輛的滿(mǎn)載率時(shí)所形成的路程加平均值，其計(jì)算的公式為：

（3）車(chē)輛滿(mǎn)載率。平時(shí)使用的計(jì)算方法是運(yùn)用線(xiàn)路的最大的斷面客流量與同一斷面運(yùn)營(yíng)能力的分析對(duì)比，也就是說(shuō)車(chē)上實(shí)際乘客的數(shù)量和汽車(chē)型號(hào)額定載荷的人數(shù)之比，是衡量車(chē)輛利用率的標(biāo)準(zhǔn)。其計(jì)算方式為：

在道路交叉口信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)中，考慮滿(mǎn)載率的設(shè)置，不僅可以避免公交車(chē)輛的資源浪費(fèi)，還可減少社會(huì)車(chē)輛由于信號(hào)調(diào)整導(dǎo)致的交通擁堵問(wèn)題。

2 車(chē)輛滿(mǎn)載率檢測(cè)器設(shè)計(jì)

在以上3種定義中，車(chē)輛滿(mǎn)載率最為基礎(chǔ)，且信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)中也是以車(chē)輛滿(mǎn)載率為指標(biāo)[4]，該文重點(diǎn)研究車(chē)輛滿(mǎn)載率檢測(cè)模型，建立在電子秤電路原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)電子秤的電路原理圖進(jìn)行分析，認(rèn)為其對(duì)汽車(chē)滿(mǎn)載率檢測(cè)的準(zhǔn)確率非常高。滿(mǎn)載率電路圖的基本核心處理器有穩(wěn)壓器、稱(chēng)重傳感器、輸入與非門(mén)反相器、數(shù)字電壓表、震蕩器、0-1進(jìn)位器、信號(hào)接收發(fā)射裝置等裝置。

2.1 穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器在電路中起到非常重要的作用，首先，可以給整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)提供非常穩(wěn)定的電壓；其次，能夠避免電路中各個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)元器件受到不穩(wěn)定電流的沖擊。該文選用穩(wěn)壓器型號(hào)是LM340，其不僅能夠提供比較穩(wěn)定的電源，而且耗能少、體積小，安裝便捷，其電路圖如圖1所示。

2.2 稱(chēng)重傳感器

稱(chēng)重傳感器由電源、繼電器、重量開(kāi)關(guān)等組成?？紤]到實(shí)際路況，分別把3個(gè)重量開(kāi)關(guān)放置在公交車(chē)前中后3個(gè)地方，不管路況如何變化，只有3個(gè)重量開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合，電路才能接通，所以采用3個(gè)串聯(lián)的重量開(kāi)關(guān)來(lái)控制整個(gè)電路的接通與閉合，當(dāng)3個(gè)重量值達(dá)到額定值的時(shí)候，重量開(kāi)關(guān)就會(huì)閉合，電路就會(huì)接通，此時(shí)電路中的繼電器就得到通電，稱(chēng)重傳感器就會(huì)發(fā)出重量信息并傳輸?shù)娇刂破髦?。采?個(gè)串聯(lián)的重量開(kāi)關(guān)可以很好地解決路面復(fù)雜性對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；而且只需要一個(gè)低電壓就可以控制高電壓的接通與斷開(kāi)，可以很好地保護(hù)高電壓中的元器件，稱(chēng)重傳感器電路圖如圖2所示[5]。

2.3 信號(hào)發(fā)射接收器

滿(mǎn)載率檢測(cè)器的發(fā)射裝置主要是由信號(hào)處理器、兩根天線(xiàn)、電感和若干個(gè)電容等組成。信號(hào)處理器主要是控制處理信號(hào)的接收與發(fā)射，天線(xiàn)負(fù)責(zé)信號(hào)的接收和發(fā)送，電感和電容是控制電路的信號(hào)的穩(wěn)定運(yùn)行。選擇該裝置的原因是：整個(gè)裝置體積??；只需要一個(gè)振蕩器就可控制與處理信號(hào)的接收與輸出；信號(hào)的傳送速度比較快，做到實(shí)時(shí)信號(hào)的接收與傳送，提高了整個(gè)裝置的工作效率。其電路圖如圖3所示。

2.4 檢測(cè)器整體設(shè)計(jì)

穩(wěn)壓器提供給檢測(cè)器穩(wěn)定的電壓以滿(mǎn)足整個(gè)檢測(cè)器的運(yùn)行，當(dāng)稱(chēng)重傳感器上的3個(gè)重量開(kāi)關(guān)達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，重量開(kāi)關(guān)就會(huì)接通，稱(chēng)重傳感器輸出信號(hào)給數(shù)字電壓表處理器，信號(hào)經(jīng)處理后輸出給震蕩器和0-1信號(hào)進(jìn)位器，當(dāng)信號(hào)顯示是0的時(shí)候，信號(hào)不發(fā)出，當(dāng)信號(hào)顯示1時(shí)，信號(hào)傳輸給信號(hào)發(fā)射裝置，發(fā)射裝置處理后以無(wú)線(xiàn)電發(fā)送到信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，其整體電路圖如圖4所示。

3 滿(mǎn)載率的應(yīng)用

假設(shè)快速公交車(chē)上的乘客平均重量是60 kg/人，公交車(chē)額定座位有35個(gè)，包括司機(jī)在內(nèi)，那么給公交車(chē)能達(dá)到快速通過(guò)信號(hào)交叉口設(shè)置一個(gè)值（條件），根據(jù)以上假設(shè)，該值假設(shè)設(shè)置為質(zhì)量為2100 kg，也就是說(shuō)當(dāng)重量檢測(cè)器的值達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，就會(huì)發(fā)出信號(hào)，申請(qǐng)優(yōu)先通行。

信號(hào)優(yōu)先權(quán)示意圖如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

該文采用質(zhì)量測(cè)量計(jì)數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)公交滿(mǎn)載率的檢測(cè)，可以對(duì)乘客上下車(chē)進(jìn)行加減計(jì)數(shù)。當(dāng)乘客上了車(chē)輛時(shí)進(jìn)行質(zhì)量加法計(jì)數(shù)，當(dāng)乘客車(chē)輛下車(chē)后進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，得到數(shù)據(jù)后傳輸?shù)叫盘?hào)控制中心，當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到額定值時(shí)，可以?xún)?yōu)先通行，否則沒(méi)有優(yōu)先通行權(quán)，快速公交滿(mǎn)載率的檢測(cè)方法研究在一定意義上對(duì)交叉口信號(hào)優(yōu)先控制提供了技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 文國(guó)瑋.城市交通與道路系統(tǒng)規(guī)劃[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2] 張麗娜.淺談解決中國(guó)城市交通擁堵問(wèn)題的主要思路[J].現(xiàn)代企業(yè)文化，2009（5）：118-119.

[3] 劉歡，李文權(quán).城市交通調(diào)度中公交滿(mǎn)載率問(wèn)題的研究[J].城市交通工程與信息學(xué)報(bào)，2008，6（4）：104-109.

[4] 楊思源.基于快速公交乘客刷卡數(shù)據(jù)的車(chē)輛滿(mǎn)載率推算方法研究[J].物流技術(shù)，2016，35（12）：74-78.

[5] 趙總社.關(guān)于電子秤的工作原理與應(yīng)用[J].科技信息，2007（1）：70.