高世君

【摘要】山西省高速公路試行對(duì)載貨汽車(chē)實(shí)施計(jì)重收費(fèi)至今，有效遏制了超載超限的現(xiàn)象，但越來(lái)越多的駕駛?cè)藛T針對(duì)計(jì)重設(shè)備的特點(diǎn)，采取違規(guī)行駛方式來(lái)降低實(shí)際貨車(chē)總重，從而達(dá)到逃避正常繳費(fèi)的目的，給企業(yè)和國(guó)家造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。基此采用雙臺(tái)面計(jì)重設(shè)備防作弊動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，具有更高的稱重精度、較強(qiáng)的識(shí)別和修正能、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，解決了超載、違規(guī)等現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】雙臺(tái)面計(jì)重設(shè)備 防弊系統(tǒng)

山西省高速公路自2006年試行對(duì)載貨汽車(chē)實(shí)施計(jì)重收費(fèi)至今，計(jì)重收費(fèi)工作整體開(kāi)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(yùn)行，促進(jìn)了我省公路運(yùn)輸業(yè)的健康發(fā)展。隨著計(jì)重收費(fèi)的進(jìn)一步開(kāi)展，受利益的驅(qū)使，越來(lái)越多的駕駛?cè)藛T針對(duì)計(jì)重設(shè)備的特點(diǎn)，采取違規(guī)行駛方式來(lái)降低實(shí)際貨車(chē)總重，從而達(dá)到逃避正常繳費(fèi)的目的，作弊的方式主要有：跳磅過(guò)秤（跳車(chē)頭）、拖磅過(guò)秤、高速?zèng)_磅、壓邊過(guò)磅、扭磅（走“S”型）等形式，并且作弊方式種類呈增多的趨勢(shì)。

車(chē)輛不規(guī)范過(guò)秤造成了收費(fèi)車(chē)道的堵塞，產(chǎn)生了惡劣的社會(huì)影響，增加了收費(fèi)部門(mén)的管理難度；超限超載運(yùn)輸車(chē)輛在公路上行駛，致使公路損壞嚴(yán)重，極大的縮短了使用壽命，危及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全；不規(guī)范的過(guò)秤行為加大了對(duì)計(jì)重設(shè)備的沖擊，嚴(yán)重影響了計(jì)重設(shè)備的正常稱量，降低了計(jì)重設(shè)備的使用壽命，給企業(yè)和國(guó)家造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

基于以上原因?qū)嵭须p臺(tái)面計(jì)重設(shè)備防作弊動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。新系統(tǒng)有更高的稱重精度，對(duì)車(chē)輛不規(guī)范行駛有較強(qiáng)的識(shí)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(yīng)各種氣候環(huán)境，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

1雙臺(tái)面稱重設(shè)備防作弊系統(tǒng)介紹

1.1作弊識(shí)別

為了判斷出各種作弊行為，必須要對(duì)稱重系統(tǒng)本身做改進(jìn)并進(jìn)行優(yōu)化；保證在稱重過(guò)程中能實(shí)時(shí)采集秤臺(tái)（雙秤臺(tái)）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(shí)間內(nèi)采集大量的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)采集到得數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行不同的重量修正。對(duì)某些特殊的作弊類型還可以根據(jù)重量來(lái)判斷。

此算法的核心是基于對(duì)作弊車(chē)輛判斷的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹亓垦a(bǔ)償或修正，最大程度的降低通行費(fèi)流失的同時(shí)基本上消除收費(fèi)爭(zhēng)議，本算法可行性好，是一種解決車(chē)輛違規(guī)行駛的解決方案。

1.2作弊車(chē)輛重量校正功能

1.2.1“跳秤”重量校正

在對(duì)“跳秤”車(chē)輛重量校正的部分主要采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ托拚惴?。?duì)采集的數(shù)據(jù)按車(chē)型、總軸重進(jìn)行排序，分別統(tǒng)計(jì)其對(duì)應(yīng)的前軸重量隨總軸重變化的平均值，總結(jié)出各種軸型車(chē)輛前軸重量隨總軸重變化的統(tǒng)計(jì)平均重量函數(shù)曲線。

當(dāng)車(chē)輛跳秤時(shí)，前軸重量小于統(tǒng)計(jì)平均重量函數(shù)時(shí)，以統(tǒng)計(jì)平均重量函數(shù)曲線，修正前軸重量。為保證統(tǒng)計(jì)函數(shù)直線段的線性符合客觀實(shí)際，我們對(duì)空車(chē)和重車(chē)分別進(jìn)行校正。以下列出的是重車(chē)開(kāi)始修正的下線值：159、1129、129軸型從30噸開(kāi)始修正。

當(dāng)車(chē)輛跳秤時(shí)，前軸重量大于統(tǒng)計(jì)平均重量函數(shù)時(shí)，不對(duì)違規(guī)行駛重量進(jìn)行修正。

1.2.2“S型”重量校正

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

1.2.3基于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型的“點(diǎn)剎車(chē)”重量校正方法

對(duì)于點(diǎn)剎車(chē)這種行駛方式，車(chē)輛后軸行駛到稱臺(tái)邊緣后駕駛員點(diǎn)剎車(chē)，后軸會(huì)在稱臺(tái)上滑過(guò)，軸重沒(méi)有全部作用于稱臺(tái)上，導(dǎo)致稱重后重量偏輕。由于軸重沒(méi)有全部作用于稱臺(tái)上，但是稱臺(tái)上瞬間還是能獲得車(chē)輛的真實(shí)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(guān)系，根據(jù)這些來(lái)識(shí)別和對(duì)軸重進(jìn)行相應(yīng)的處理。對(duì)兩聯(lián)軸和三聯(lián)軸的車(chē)也可以根據(jù)聯(lián)軸軸重的關(guān)系來(lái)判斷“點(diǎn)剎車(chē)”這種情況并對(duì)軸重進(jìn)行相應(yīng)的處理。

1.3作弊車(chē)輛異常報(bào)警功能

很多情況下，作弊車(chē)輛的車(chē)軸沒(méi)有完全作用在稱臺(tái)上，這時(shí)稱重系統(tǒng)從原理上無(wú)法采集到車(chē)輛真實(shí)的重量信號(hào)。但計(jì)重設(shè)備中的稱重算法可以識(shí)別出這時(shí)的作弊行為，并發(fā)出報(bào)警。

另外其他已知的稱重信息異常情況可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警功能。

（1）車(chē)輛通過(guò)稱臺(tái)速度超過(guò)40公里/小時(shí)計(jì)量檢定有效范圍自動(dòng)報(bào)警；

（2）車(chē)輛載重量明顯低于空載重量的90%異常自動(dòng)報(bào)警。

2雙臺(tái)面防作弊稱重設(shè)備組成及主要性能參數(shù)

2.1系統(tǒng)組成

用于公路車(chē)輛計(jì)重收費(fèi)、超限檢測(cè)的雙臺(tái)面稱重系統(tǒng)，由計(jì)重平臺(tái)（雙秤臺(tái)）、電感線圈及控制器、輪胎識(shí)別傳感器和控制器、紅外光幕分離器、２路稱重?cái)?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(chē)方向串聯(lián)并組合成一體、秤臺(tái)與秤臺(tái)之間力學(xué)上相互獨(dú)立的兩秤臺(tái)結(jié)構(gòu)。當(dāng)車(chē)輛依次通過(guò)兩個(gè)秤臺(tái)時(shí)，既避免了車(chē)輛兩輪軸同上一個(gè)臺(tái)面互相干擾的現(xiàn)象，又增加了有效的動(dòng)態(tài)稱重時(shí)間，稱重采樣量遠(yuǎn)大于單秤臺(tái)，進(jìn)而得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，兩秤臺(tái)結(jié)構(gòu)的測(cè)量誤差小于單秤臺(tái)的1／5，從而減少了糾紛。此外，兩秤臺(tái)結(jié)構(gòu)的多傳感器的設(shè)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(tái)）

承載器由計(jì)重平臺(tái)（雙秤臺(tái)）、稱重傳感器（8支）、整體框架、信號(hào)電纜和安裝部件等構(gòu)成。承載器的計(jì)重秤臺(tái)采用高精度稱重傳感器作為計(jì)重元件，選用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，標(biāo)準(zhǔn)載荷30t，經(jīng)時(shí)效處理后加載250%F.S，使其形變符合設(shè)計(jì)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(wú)損耗的傳輸；秤臺(tái)采用了8支精度為0.02%，單支載荷30噸，材質(zhì)為40CrNiMn，鋼制密封傳感器，整個(gè)秤體具有60噸的負(fù)荷能力，多年的現(xiàn)場(chǎng)使用證明它具有良好的抗沖擊性、抗過(guò)載、高穩(wěn)定精度和動(dòng)態(tài)快速反應(yīng)；防水、防潮、防浸泡，延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命，減少維護(hù)工作量，提高設(shè)備使用可靠性，保障公路暢通；當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)中央處理器向收費(fèi)系統(tǒng)發(fā)送故障報(bào)警信號(hào)，收費(fèi)界面可以顯示明確的故障信息；秤臺(tái)底座的作用是支撐秤臺(tái)。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(shè)有獨(dú)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(tái)臺(tái)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(guò)傳感器流入地下。整體秤臺(tái)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(chē)輛分離器

車(chē)輛分離器由成對(duì)配置的紅外線光幕發(fā)射和接收裝置、控制器構(gòu)成。采用進(jìn)口紅外線光幕，使用編碼掃描方式工作，不受陽(yáng)光、雨、雪、霧的干擾，能安全消除跟車(chē)現(xiàn)象，可以檢測(cè)拖車(chē)掛鉤，將半掛車(chē)、全掛車(chē)、單車(chē)可靠分離，保證計(jì)重檢測(cè)數(shù)據(jù)與車(chē)輛的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以忽略雪、石塊、昆蟲(chóng)或飛鳥(niǎo)的干擾，將其安裝于計(jì)重平臺(tái)前方兩側(cè)路邊，對(duì)于從離地400mm～1648mm范圍內(nèi)，用高密度的52對(duì)紅外光幕連續(xù)掃描，能對(duì)間距≥200mm的車(chē)輛準(zhǔn)確分離，能對(duì)連接件高度≥40cm拖掛車(chē)準(zhǔn)確識(shí)別。當(dāng)?shù)谝惠v車(chē)進(jìn)入光幕區(qū)后，光幕被遮擋，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，整車(chē)通過(guò)過(guò)程中光幕相關(guān)部分被遮擋，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，整車(chē)通過(guò)過(guò)程中光幕相關(guān)部分被遮擋，車(chē)輛全部通過(guò)時(shí)，任何一對(duì)光幕均不被遮擋，判定本車(chē)通過(guò)，對(duì)本次車(chē)輛進(jìn)行收尾，相應(yīng)地結(jié)束數(shù)據(jù)的檢測(cè)。第二輛車(chē)相隔較近，但仍有一定間隙，間隙大于200mm時(shí)，光幕正常工作，系統(tǒng)進(jìn)行第二輛車(chē)的檢測(cè)，光幕采用編碼掃描，能在惡劣環(huán)境下如強(qiáng)陽(yáng)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(cuò)功能，在光幕有兩個(gè)光點(diǎn)被非正常遮擋三分鐘以上時(shí)（如泥點(diǎn)、飛蟲(chóng)等物），光幕發(fā)出報(bào)警信號(hào)并仍能正常工作；光柵窗口玻璃具有加熱功能，防止結(jié)冰、結(jié)霧，從而保證惡劣天氣下光幕正常工作。

2.2.3輪胎識(shí)別器

輪胎識(shí)別器由傳感器、安裝部件、數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成。車(chē)輛在車(chē)道內(nèi)通過(guò)，不同的車(chē)胎觸地寬度不同，本系統(tǒng)由多個(gè)高靈敏度的應(yīng)變片壓力傳感器組成，通過(guò)檢測(cè)傳感器被車(chē)輪胎觸發(fā)的數(shù)量檢測(cè)輪胎總寬度，從而識(shí)別每軸單側(cè)的單、雙胎情況；輪軸識(shí)別器采用多個(gè)傳感器并排列布置組成，測(cè)量準(zhǔn)確性高，且工作穩(wěn)定、耐用。

對(duì)車(chē)輛的輪胎數(shù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，檢測(cè)通過(guò)的車(chē)輪在輪軸識(shí)別器上的傳感器個(gè)數(shù)，經(jīng)軟件判斷，來(lái)確定是單輪還是雙輪。對(duì)通過(guò)的貨車(chē)的軸型識(shí)別，可靠性≥99%；當(dāng)輪胎識(shí)別器發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)硬件和軟件發(fā)出故障消息。

2.2.4車(chē)輛檢測(cè)器

收尾（開(kāi)始）線圈由埋于車(chē)道的環(huán)形感應(yīng)線圈、線圈檢測(cè)器、信號(hào)電纜等構(gòu)成。當(dāng)紅外線車(chē)輛分離器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換為使用線圈，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分離和輔助收尾；在車(chē)距不少于2m時(shí)，判斷精度≥99%；在雨雪霧天，特別是凝露結(jié)冰使紅外車(chē)輛分離器無(wú)法正常工作時(shí)非常有用（圖2）。

3結(jié)語(yǔ)

雙臺(tái)面防作弊稱重設(shè)備在原有的單臺(tái)面軸重秤基礎(chǔ)上，性能特點(diǎn)進(jìn)一步的提高：容錯(cuò)性強(qiáng)、稱重結(jié)果精度高、重復(fù)性好、信息量大。能夠針對(duì)高速公路收費(fèi)站現(xiàn)有違規(guī)現(xiàn)象起到很好的遏制。