道路超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

摘? 要：針對(duì)傳統(tǒng)靜態(tài)稱(chēng)重測(cè)量效率低、時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，提出一種車(chē)輛超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)軸重測(cè)量方法原理，在動(dòng)態(tài)稱(chēng)重中采用非線性最小二乘法來(lái)擬合模型參數(shù)，在車(chē)牌識(shí)別中采用投影直方圖法，將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像進(jìn)而對(duì)字符進(jìn)行分割，提取出車(chē)牌號(hào)碼，最后在某一段道路上對(duì)設(shè)計(jì)的超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：超限檢測(cè)出的結(jié)果與車(chē)輛實(shí)際重量近似，最大誤差為3%，檢測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，可以有效地將超限車(chē)輛檢測(cè)出來(lái)。

關(guān)鍵詞：超限;動(dòng)態(tài)檢測(cè);軸重測(cè)量

0? ? 引言

為了確保道路安全，減少超限車(chē)輛對(duì)道路造成的破壞，要加強(qiáng)對(duì)超限車(chē)輛的監(jiān)測(cè)與識(shí)別，這就需要對(duì)車(chē)輛的載荷進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量方式是靜態(tài)稱(chēng)重，在交通運(yùn)輸量很大的時(shí)候，靜態(tài)稱(chēng)重的效率明顯降低，已無(wú)法滿足實(shí)際需求，因此要根據(jù)實(shí)際情況研究對(duì)車(chē)輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)的方法，通過(guò)在檢測(cè)站的入口處安裝超限檢測(cè)設(shè)備，對(duì)車(chē)輛的載重情況進(jìn)行精準(zhǔn)稱(chēng)重，沒(méi)有超限的車(chē)輛可直接放行，超限的車(chē)輛需要采取相應(yīng)的措施并進(jìn)行復(fù)檢，以充分保證超限車(chē)輛不上公路。

1? ? 超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)軸重測(cè)量原理[1]來(lái)設(shè)計(jì)超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，在每個(gè)軸上安裝稱(chēng)重傳感器，讓被檢測(cè)的車(chē)輛逐次經(jīng)過(guò)，根據(jù)每個(gè)軸稱(chēng)重傳感器檢測(cè)到的軸重，累加求和后得到車(chē)輛的載重情況。將超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)與執(zhí)法車(chē)相連，可以隨時(shí)移動(dòng)至道路的每個(gè)路段，方便了執(zhí)法工作人員對(duì)超限車(chē)輛的檢測(cè)，簡(jiǎn)便快捷。超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)總框圖如圖1所示。

其中，數(shù)據(jù)采集模塊是超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的核心，將稱(chēng)重傳感器測(cè)量的電信號(hào)經(jīng)放大、濾波后得到數(shù)字信號(hào)，同時(shí)接收工控機(jī)發(fā)送的指令，把最終的數(shù)據(jù)信息傳送給計(jì)算機(jī);車(chē)牌識(shí)別模塊負(fù)責(zé)對(duì)來(lái)往車(chē)輛的車(chē)牌進(jìn)行抓拍，從而提取車(chē)牌的顏色、號(hào)碼、車(chē)牌圖等信息;LED屏幕用于提高檢測(cè)的整體效率，在檢測(cè)完成后，通過(guò)LED屏幕將車(chē)輛的檢測(cè)信息顯示出來(lái);打印檢測(cè)報(bào)告單是為了減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，將超限車(chē)輛的檢測(cè)報(bào)告打印出來(lái)，便于后續(xù)工作的開(kāi)展。

2? ? 動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程如圖2所示，當(dāng)檢測(cè)區(qū)域有車(chē)輛出現(xiàn)時(shí)，車(chē)牌識(shí)別儀檢測(cè)到車(chē)輛信號(hào)，對(duì)被檢測(cè)車(chē)輛進(jìn)行圖像抓拍，識(shí)別所需要的信息并保存，便于主程序的調(diào)用;車(chē)輛經(jīng)過(guò)每個(gè)軸的稱(chēng)重傳感器時(shí)，將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)采集模塊并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)算法得到車(chē)輛的軸數(shù)與單個(gè)的軸重，經(jīng)累加求和后得到車(chē)輛的總載荷[2];根據(jù)總載荷進(jìn)行車(chē)輛超限情況判斷，如果超過(guò)限制，則將檢測(cè)報(bào)告單打印出來(lái)，并將車(chē)輛相關(guān)信息通過(guò)LED屏幕顯示;如果沒(méi)有超過(guò)限制，則將車(chē)輛相關(guān)信息在LED屏幕顯示，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

在這一流程中，使用的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)每個(gè)軸的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重以及對(duì)車(chē)牌的識(shí)別。

2.1? ? 動(dòng)態(tài)稱(chēng)重算法

所謂“動(dòng)態(tài)稱(chēng)重”就是在不停車(chē)的狀態(tài)下對(duì)車(chē)輛進(jìn)行稱(chēng)重，這種方法可以有效避免由于車(chē)多而出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間等待，從而干擾正常交通的缺點(diǎn)，但由于車(chē)輛行駛通過(guò)稱(chēng)重軸，時(shí)間短、車(chē)速快，還受到路面等其他因素的干擾，因此在進(jìn)行計(jì)算之前要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，以便得到更為準(zhǔn)確的值。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，將測(cè)量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性最小二乘擬合[3]，得到模型參數(shù)，確保車(chē)輛高速通過(guò)時(shí)的稱(chēng)量精度。按照時(shí)間的先后順序得到多個(gè)測(cè)量值z(mì)，然后在線實(shí)時(shí)估計(jì)參數(shù)值θ，得到如下關(guān)系：

zT=hkTθ+vkT? ? （k=1，2，3，…）

式中：z是測(cè)量值的向量;hk是已知向量;θ是待估計(jì)參數(shù);vk是未知的隨機(jī)誤差向量。

2.2? ? 車(chē)牌識(shí)別技術(shù)

對(duì)車(chē)牌的識(shí)別技術(shù)是采用車(chē)牌識(shí)別儀，將圖像處理、人工智能與模式識(shí)別等技術(shù)充分結(jié)合，尋找圖像中車(chē)牌的位置并將其字符全部提取出來(lái)，給出真實(shí)的車(chē)牌號(hào)。首先對(duì)車(chē)牌圖像進(jìn)行預(yù)處理，將采集的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，用一個(gè)字節(jié)來(lái)代表每個(gè)像素的亮度;其次對(duì)車(chē)牌進(jìn)行定位，也就是在灰度圖像中準(zhǔn)確找到車(chē)牌的位置;最后對(duì)車(chē)牌的字符進(jìn)行分割和識(shí)別，在確定車(chē)牌位置后，將車(chē)牌中含有字符的子圖像分割出來(lái)，由于車(chē)牌字符的字體、長(zhǎng)度以及間隔都是特定的，因此利用固定字符的高度比和間距，采用投影直方圖的方法[4]，將灰度圖像按照一定的規(guī)則轉(zhuǎn)換成有黑白等級(jí)的二值圖像，然后從二值圖像中分割出車(chē)牌字符。

3? ? 超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

在某一段道路上抽取10輛過(guò)往車(chē)輛進(jìn)行超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)，將超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際的重量進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

從表1可以看出，車(chē)輛超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)的結(jié)果與實(shí)際重量結(jié)果相近，最大誤差率為3%，檢測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，可以有效地檢測(cè)出超限的車(chē)輛，減輕工作人員負(fù)擔(dān)，確保道路交通安全。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

為了解決傳統(tǒng)靜態(tài)稱(chēng)重測(cè)量效率低、時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，根據(jù)軸重測(cè)量方法原理，提出一種車(chē)輛超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)稱(chēng)重中采用非線性最小二乘法來(lái)擬合模型參數(shù)，在車(chē)牌識(shí)別中采用投影直方圖法，將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像進(jìn)而對(duì)字符進(jìn)行分割，提取出車(chē)牌號(hào)碼。

在某一段道路上對(duì)設(shè)計(jì)的超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：超限檢測(cè)出的結(jié)果與車(chē)輛實(shí)際重量近似，最大誤差為3%，檢測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，可以有效地將超限車(chē)輛檢測(cè)出來(lái)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 董彥華.車(chē)輛自載重動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2013.

[2] 戚秀真，汪文斌，李娜.一種車(chē)輛超限自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（5）：119-121.

[3] 張雨，袁明新，吳文兵.車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀使用現(xiàn)狀及其軸重信號(hào)分析[J].長(zhǎng)沙交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，19（1）：1-6.

[4] 孟國(guó)強(qiáng).基于車(chē)輛牌照識(shí)別系統(tǒng)字符的特征提取方法研究[J].河南科學(xué)，2003，21（6）：778-780.

收稿日期：2020-06-05

作者簡(jiǎn)介：王耀峰（1986—），男，山西太原人，碩士研究生，工程師，研究方向：道路橋梁、結(jié)構(gòu)工程。