道路運(yùn)輸車輛的超限控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)①

江勝月

(安徽三聯(lián)學(xué)院交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

0 引 言

根據(jù)交通運(yùn)輸部數(shù)據(jù)顯示，截止2019年底，我國公路的通車?yán)锍踢_(dá)到501.25萬公里，是1984年底的5.46倍，高速公路里程已經(jīng)達(dá)到14.96萬公里，居于世界第一[1]。我國公路設(shè)施建設(shè)和公路上運(yùn)輸貨物都在快速發(fā)展，有些運(yùn)輸公司為了追求更高的利益，對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行一定的改造，來提升車輛運(yùn)載能力[2]。這些行為對(duì)公路一些設(shè)施建設(shè)帶來損壞，也會(huì)對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成損害，擾亂了國家的可持續(xù)健康發(fā)展。因此，在“超載控制”管理中，交通管理部門需要有效的手段來檢測車輛信息：軸輪信息、車型信息、驗(yàn)證的負(fù)荷和超載程度等[3]。因此，重點(diǎn)針對(duì)超重進(jìn)行超限控制技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 車輛超限控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1.1 稱重臺(tái)體

稱重臺(tái)體是系統(tǒng)重要組成部分。它與車輛檢測有著密切的關(guān)系，檢測車輛必須要與車輛接觸，考慮它的安裝方式是否合理，是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過全面的觀察得到平臺(tái)尺寸3.5*18米，重量150噸，采用14塊面板和30根鋼管，總重13.5噸，平臺(tái)采用三段的要求。所以，重載平臺(tái)的安裝方法采用鍋爐的安裝方法，以確保測試都在相同的水平面上，并且盡可能的對(duì)稱。

1.1.2 稱重傳感器

稱重傳感器把稱重后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)，這樣就能很容易計(jì)算出數(shù)據(jù)。它是整個(gè)部件的重要組成之一，性能的好壞是直接影響整個(gè)測試關(guān)鍵。在對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)、數(shù)量和范圍以及精確度進(jìn)行全面分析后，最終選擇了QS30t稱重的傳感器。

1.2 計(jì)算機(jī)主控系統(tǒng)

由于超限超載檢測站位于公路邊，路面震動(dòng)大，現(xiàn)場灰塵多，電磁干擾比較復(fù)雜，因此，要保證系統(tǒng)可靠的工作，計(jì)算機(jī)主控系統(tǒng)必須選擇能夠適應(yīng)這種惡劣環(huán)境的工控機(jī)。工控機(jī)是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的重要組成部分，主要由工具箱、無源底板和CPU卡、I/O卡等可插卡的板卡組成[4]。

1.3 車牌識(shí)別系統(tǒng)

車牌識(shí)別系統(tǒng)主要由車牌識(shí)別機(jī)，攝像機(jī)，門框，T型支架等組成[5]。汽車牌照識(shí)別裝置安裝在汽車前部后30米處，并固定在龍門架上。當(dāng)車輛通過時(shí)，觸發(fā)識(shí)別器工作，并將車牌號(hào)碼，照片等傳送到電腦。采用VCU7023一體機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有高時(shí)效、高精度的特點(diǎn)。

1.4 超限控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

運(yùn)輸車輛超限檢測系統(tǒng)是從車輛在道路上行駛的速度和裝載貨物的重量來判斷，管理道路車輛超限的人員則根據(jù)車輛的車牌號(hào)來追蹤超載超限車輛，因此，車輛的重量在動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)中就能完全顯示出來。車輛的車號(hào)、車重的獲取是網(wǎng)站軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

(1)獲取抓拍數(shù)據(jù)

在圖4(b)中，通過RIE刻蝕，PS球仍保持良好的周期性與均一性，PS球的平均直徑為1.05 μm，球之間的空隙增大，直徑縮小了約25%；從圖4(c)和(d)可以發(fā)現(xiàn)，濕法刻蝕后的硅基底呈現(xiàn)金字塔陣列結(jié)構(gòu)，具有良好的周期性，金字塔所占面積為1.4 μm×1.4 μm，相鄰間距為納米量級(jí).

在動(dòng)態(tài)超限檢測系統(tǒng)中，我們通過攝像機(jī)和抓拍線圈來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)車輛在行駛中擋住了抓拍線圈，則攝像機(jī)就會(huì)立即啟動(dòng)，就能完整的記錄該行駛車輛圖像，根據(jù)這個(gè)車輛的圖像就能夠獲取該車的牌號(hào)，編寫工具為Microsoft Visual Studio 2010，環(huán)境為. net framework3.5。完成這個(gè)任務(wù)的部分代碼如下：

private void On Captured(object sender, Capture Event Args e){try{SXWLKJ.MODEL.Capture Info capture0 = newSXWLKJ.MODEL.Capture Info();if (capture Buffer.Get Buffer Count(e.Lane Index - 1) > 0){capture0 = capture Buffer.Get By Pos(e.Lane Index - 1,capture Buffer.Get Buffer Count(e.Lane Index - 1) - 1, false);Date Time time1 = capture0.Capture Time;int tmp Int = Common.cls Time.Get Seconds Between Two Time(time1,Date Time.Now);if (tmp Int > gint Capture Time Interval)

(2)稱重?cái)?shù)據(jù)獲取

目前使用的單片機(jī)大多是EW430和AQ430，這兩種單片機(jī)簡單實(shí)用。根據(jù)實(shí)際情況和它的性能考慮，這個(gè)設(shè)計(jì)采用EW430單片機(jī)，該單片機(jī)比較耐用而且調(diào)試方便的特點(diǎn)。

CS5534轉(zhuǎn)換器將稱重傳感器傳送過來的模擬信號(hào)通過轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后通過RS458數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，要對(duì)CS5534轉(zhuǎn)換器發(fā)送指令，然后該系統(tǒng)就會(huì)收集數(shù)據(jù)，將收集來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器中，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后就可以讀取數(shù)據(jù)。

在啟動(dòng)連續(xù)模式后，后續(xù)操作就不需要手動(dòng)來執(zhí)行，在上一次操作完成后，該模式就會(huì)自動(dòng)檢測后面有沒有數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)來；如果有數(shù)據(jù)傳送進(jìn)來，該模式就會(huì)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，最后處理這些數(shù)據(jù)。完成這些操作之后，該系統(tǒng)就會(huì)退出連續(xù)模式。設(shè)計(jì)中采用的是CS5534的連續(xù)模式。

2 系統(tǒng)測試

2.1 稱量測試

試驗(yàn)依據(jù)是GB/T21296-2007國家動(dòng)態(tài)公路自動(dòng)衡器[6]。本次試驗(yàn)選用四軸車輛，車體為1+2+2型，靜態(tài)載荷為48250公斤。用車輛在行駛中的不同速度檢測該系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。為了方便檢測，對(duì)這些檢測車輛的速度控制在5km/h到20km/h左右。

試驗(yàn)步驟：

(1)四軸車輛靜態(tài)衡稱重量。

(2)車輛通過超限檢測稱重區(qū)域，分別以6km/h，12km/h和18km/h的速度，每一速度范圍稱重10次。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

表1 6km/h試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 12km/h試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 18km/h試驗(yàn)數(shù)據(jù)

如表4所示，在6km/h車速下的相對(duì)誤差，最小為0.00%，最大為0.41%,平均為0.19%；在12km/h車速下的相對(duì)誤差，最小為0.10%，最大為0.93%，平均為0.54%；在18km/h車速下的相對(duì)誤差，最小為0.00%，最大為1.97%，平均為1.31%。這些數(shù)據(jù)都達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

表4 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 車牌識(shí)別測試

對(duì)車牌識(shí)別來說，調(diào)整焦距是重要的一步，這一步會(huì)影響到抓拍時(shí)的效果。調(diào)整步驟：

(1)調(diào)整攝像機(jī)的角度，以便在攝像機(jī)視野內(nèi)保持合適焦距。

(2)調(diào)整攝像機(jī)的傾斜角度，以保證抓拍車輛牌照的識(shí)別率。

(3)利用鏡頭倍增功能，調(diào)節(jié)焦距，最小化車牌號(hào)。

(4)進(jìn)入相機(jī)調(diào)對(duì)焦模式，微調(diào)對(duì)焦環(huán)，直至最清晰后固定螺栓。我國普通車牌牌照通常有三大類，白底黑字：警用車；藍(lán)底白字：中小型客車；黃底黑字：大型貨車。通過系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)某一車道上的800輛車車牌號(hào)碼，判斷該車牌號(hào)碼是否正確。對(duì)以上三種普通牌照的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5。

表5 車牌統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

綜上，本次設(shè)計(jì)的道路運(yùn)輸車輛的超限控制系統(tǒng)達(dá)到了目標(biāo)要求，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。

3 結(jié) 論

為了減少超載超限車輛帶來的負(fù)面影響，根據(jù)國內(nèi)外車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的研究及現(xiàn)在社會(huì)的需求，設(shè)計(jì)一種方便可靠的車輛動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。主要包括：

(1)介紹了該道路運(yùn)輸車輛超限控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括稱重系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)主控系統(tǒng)、車牌識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

(2)詳細(xì)分析了軟件系統(tǒng)的工作流程，并對(duì)軟件系統(tǒng)中各個(gè)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(3)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測試，測試結(jié)果符合要求。