王曉榮，婁艷艷，鄧 煒

(湖北省交通運輸廳通信信息中心，湖北 武漢 430030)

淺析雙秤臺軸計重系統(tǒng)

王曉榮，婁艷艷，鄧 煒

(湖北省交通運輸廳通信信息中心，湖北 武漢 430030)

文章依托當(dāng)前公路運輸計重收費工作實際，介紹了雙秤臺軸計重系統(tǒng)的構(gòu)成、特點及工作原理，并對比單秤臺軸計重系統(tǒng)分析了其優(yōu)點，同時結(jié)合漢十高速公路某收費站雙秤臺計重設(shè)備使用實例，評述了雙秤臺計重設(shè)備的使用效果。

雙秤臺；單秤臺；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)掀起一個個高潮，公路運輸對積極拉動國民經(jīng)濟的增長起到了重要的作用。但是車輛超載現(xiàn)象日趨嚴重，公路損壞嚴重。計重收費以實測的車貨總重為基礎(chǔ)，比較準確合理地反映了車輛在收費公路上對道路的經(jīng)濟補償，真正體現(xiàn)了公平合理的收費原則[1]，并對公路保護起到了積極的作用。

自2004年湖北計重收費政策實施以來，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，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]，同時造成通行費流失，因此秤臺的選擇與改造尤為重要。

目前市面上針對計重收費效果較好的有三種秤臺：(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)單秤臺軸計重方案，該方案是老方案，以前推廣較多；(3)雙秤臺軸計重方案[3]。本文介紹雙秤臺計重收費系統(tǒng)。

1 雙秤臺系統(tǒng)構(gòu)成、特點及各部分工作方法

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

1.1 雙秤臺秤體：主輔式軸組秤臺、稱重傳感器、信號電纜和安裝部件等

秤臺共有多個稱重傳感器，這些傳感器共同承擔(dān)秤臺上行駛車輛的重量。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、輪軸識別秤臺和相關(guān)線纜等

輪胎判別器由多個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；稱重數(shù)據(jù)采集處理單元、顯示單元、校準單元等

數(shù)據(jù)采集處理器是整個系統(tǒng)的控制部分，負責(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算出其軸重、軸組和速度，并依次計算出車輛總重。同時根據(jù)上級計算機的要求傳送車輛載荷信息，并控制相應(yīng)的報警裝置。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行貝塞爾及多階處理分析，有效識別駕駛?cè)藛T諸多作弊行為，從而減少收費流失。

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，線圈用于輔助實現(xiàn)車輛分離和收尾功能。車輛檢測器通過電磁感應(yīng)來進行檢測車輛的分離，當(dāng)車輛通過時，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。

2 雙秤臺工作原理

收費稱重系統(tǒng)開啟并進入工作狀態(tài)，車輛從計重收費車道前端經(jīng)過減速帶減速后，以低速依次通過稱重臺、輪胎判別器、紅外線車輛分離器，到達收費亭停車。輪胎識別稱重模塊根據(jù)秤臺傳感器受力狀況計算出每軸的內(nèi)碼變化量，同時計算出每軸通過秤臺的速度。輪胎識別稱重模塊根據(jù)輪胎判別器傳感受力狀況計算出每軸輪胎數(shù)量。輪胎識別稱重模塊把每軸的內(nèi)碼變化量、速度、輪胎壓點數(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車輛結(jié)束信號，并把有無車輛的信息隨時傳遞給稱重處理器。稱重處理器根據(jù)收到的每軸的內(nèi)碼變化量、速度、輪胎壓點數(shù)量及有無車輛的信息，依據(jù)一定的算法，形成一個整車稱重信息，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，同時將這些信息通過RS232/RS485串口收費車道計算機。雙秤臺稱重系統(tǒng)構(gòu)成圖見圖1。

圖1 雙秤臺稱重系統(tǒng)構(gòu)成圖

3 單秤臺與雙秤臺的對比

雙秤臺存在系統(tǒng)容錯性強、信息量大、重復(fù)性好，精度高的特點：(1)雙秤臺精度高，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)逃費漏洞少。

3.1 單雙秤臺簡要指標比較

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

表1 單秤臺和雙秤臺計重情況對比表

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

雙秤臺其寬度擴大將近兩倍，加之雙秤臺增加了車軸識別輔助功能、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，其稱重數(shù)據(jù)反而據(jù)高，只有勻速過磅其稱重數(shù)據(jù)才為正常，而且比單秤臺計重數(shù)據(jù)精準度高。

通過表1及長期觀察統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，雙秤臺在軸重精度，防逃費、壽命、維護費用明顯優(yōu)于單秤臺。

3.2 單雙秤臺實驗數(shù)據(jù)對比

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

表2 卡車1單雙秤臺稱重數(shù)值對比表

表3 卡車2單雙秤臺稱重數(shù)值對比表

兩輛車在單秤臺計重設(shè)備上勻速過磅與跳磅的噸位數(shù)據(jù)變化極為明顯，其浮動率也都因此而較大；而從雙秤臺計重設(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，雙秤臺計重設(shè)備在精確度明顯優(yōu)于單秤臺。

一臺21噸卡車在單雙秤臺上的點剎(拖磅)實驗數(shù)據(jù)對比情況見表4。

表4 21噸卡車在單雙秤臺點剎實驗數(shù)據(jù)表

同一臺卡車在單雙秤臺上的點剎數(shù)據(jù)極為不同，偏差率單秤臺誤差嚴重，雙秤臺誤差較低。由此可以看出，雙秤臺可以有效防止點剎逃費行為的發(fā)生。

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

3 應(yīng)用效果

漢十高速公路某收費站自雙秤臺計重設(shè)備安裝使用后，我們分別采集了相關(guān)收費站雙秤臺計重設(shè)備投入使用后一個月收費數(shù)據(jù)與單秤臺使用前一個月進行了對比(暫未考慮到車輛載重、車流結(jié)構(gòu)、行車里程等因素)。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)更換了計重設(shè)備。湖北漢十管理處雙秤臺覆蓋率達到90%以上，湖北其它鄂西、京珠、隨岳等多個高速管理處都已經(jīng)更新大部分秤臺為雙秤臺。雙秤臺以其獨特的優(yōu)越性得到了廣泛的應(yīng)用。

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

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

[2]何仲祥.計重收費系統(tǒng)精度影響因素及容錯分析[C].中國公路學(xué)會計算機應(yīng)用分會2008年學(xué)術(shù)年會論文集，2008.

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

[4]周春波，李 強.傾斜路面情況下計重收費系統(tǒng)解決方案[C].第13屆中國高速公路信息化研討會論文集，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：高速公路機電工程；

鄧 煒，碩士，主要研究方向：高速公路機電工程。