祝文允 王金琳

（1.重慶交通大學 土木建筑學院，重慶 400074；2.重慶隧源建筑勞務有限公司，重慶 401121）

目前，我國公路橋梁超重運輸?shù)默F(xiàn)象越來越普遍，且超載比例逐漸增高。貨運部門通常會通過改裝車身后軸和輪胎等手段來大幅度提高車輛的裝載能力[1]。由于重載、超載車輛的頻繁作用，路面板下基層內(nèi)會產(chǎn)生不均勻塑性變形，致使結(jié)構(gòu)過早破壞。 有些橋梁和公路根本達不到預期設計的使用年限，甚至在通車后很短時間內(nèi)，就出現(xiàn)各種病害[2]。 對水泥混凝土路面來說，在使用初期會出現(xiàn)唧泥、錯臺、斷裂等破壞；對瀝青路面來說則會出現(xiàn)車轍、坑槽、開裂、沉陷等破壞。

超載車輛的危害是巨大的。 超載車輛控制能力低很容易導致交通事故的發(fā)生。 據(jù)統(tǒng)計，在我國由于車輛超載引發(fā)的道路安全事故占到事故總數(shù)的百分之七十， 這些事故給國家和人民造成巨大的經(jīng)濟損失。 超載車輛的長期作用會使高速公路、橋梁結(jié)構(gòu)路面使用壽命縮短，對公路和橋梁造成嚴重損害[3]。 研究表明，一條設計使用年限為15年的公路，如果行駛車輛超載1 倍，其使用壽命將縮短90%，也就是說只能使用一年半左右[4]。 而且超載車輛一般體積龐大，車速偏慢，容易造成交通擁擠，嚴重制約道路的通行能力。 車輛超載還會使車主偷稅漏稅，造成國家稅收的大量流失。 由于油料不能充分燃燒，超載車輛排出的一氧化碳等有害氣體增多，噪聲增大，這些都對公路周邊的環(huán)境造成嚴重污染[5]。

車輛的超重行駛加劇了路面的損害， 降低了路面服務功能，使路面提前進入大修期，縮短了路面的預期使用壽命，危及公路的安全使用，大大增加了公路部門的維護和改建資金的投入[6-7]。 因此，對上路超載車輛的監(jiān)測預警具有重大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟意義。

1 傳統(tǒng)車輛超載檢測系統(tǒng)分類及其原理

車輛超載對橋梁的破壞是觸目驚心的， 國內(nèi)橋梁大多存在由重車超載造成的橋面開裂問題， 部分橋梁甚至發(fā)生橋板垮塌、橋梁斷裂等嚴重事故。 超限車輛造成的直接和間接損失是不可估計的[8]。 近年來，國家出臺了一系列超載運輸?shù)膽土P措施， 也在改進路面結(jié)構(gòu)設計以適應超載交通的要求方面投入了大量的人力和財力。 加強橋梁及公路的超限運輸管理， 研發(fā)預警超載車輛上路上橋的新型檢測技術(shù)對公路橋梁安全至關(guān)重要。

現(xiàn)有技術(shù)中， 超載車輛的檢測技術(shù)有靜態(tài)和動態(tài)監(jiān)測兩大類。 靜態(tài)檢測即傳統(tǒng)的稱重，它主要通過安裝在地面的電子地磅對經(jīng)過的車輛進行稱量， 這種固定式的地磅一般設在路邊的車輛超載檢查站或者高速路口的收費站。 還有一種攜帶方便的便攜式軸重儀也是一種重要的車重計量儀。 靜態(tài)檢測流程較為復雜， 故而檢測速度緩慢，維修不便，容易造成交通擁擠。 同時靜態(tài)檢測設備的性能受外界環(huán)境如溫度、氣候等的影響較大，計量準確度低。 由于靜態(tài)監(jiān)測技術(shù)自身的缺點，其檢測效率低，需要人工干預，無法實現(xiàn)對所有車輛的24 小時不停車監(jiān)控和動態(tài)測量。

動態(tài)檢測主要有軸重檢測和橋梁應變檢測兩種[9]。軸重檢測主要是通過測量行駛車輛的動態(tài)輪胎受力情況來實現(xiàn)對超載車輛的檢測，它主要由識別系統(tǒng)、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)組成。 當車輛駛?cè)肼访姹O(jiān)測區(qū)域時，一方面識別系統(tǒng)會記錄下車輛的牌照、輪胎數(shù)等基本信息； 另一方面路面設置的特定傳感器會感受車輛的軸載壓力信號并稱重。 然后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儲存數(shù)據(jù)， 再通過數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)對采集到的信號進行分析和處理并計算得到車輛的動態(tài)稱重數(shù)據(jù)， 如果車重符合要求則繼續(xù)行駛，若超重則控制系統(tǒng)會識別并報警，整個檢測過程不需要停車，其工作流程如圖1 所示。

動態(tài)監(jiān)測技術(shù)的核心為動態(tài)稱重傳感器， 傳統(tǒng)的傳感器主要有感應圈式傳感器、 壓電式傳感器和粘貼式應變傳感器等。 這些傳統(tǒng)的傳感器測量結(jié)果受環(huán)境因素如溫度、時間、濕度等的干擾太大，抗電磁干擾差，安裝不方便，不能滿足現(xiàn)代交通的需求。 近年來發(fā)展起來的微加速傳感器提高了系統(tǒng)計算的準確性。 同時，隨著光纖技術(shù)的飛速發(fā)展， 光纖動態(tài)傳感器也開始在動態(tài)檢測技術(shù)中使用[10]。 光纖傳感可實現(xiàn)快速和高密度檢測，且使用時操作簡便。 雖然經(jīng)過了這么多年的發(fā)展，但是這些動態(tài)技術(shù)都用來對超載車輛進行稱重。 利用動態(tài)監(jiān)測車輛載重雖然提高了檢測效率，減少了勞動強度，但是需要依靠比較昂貴的傳感設備來實施檢測，成本較高，也在一定程度上限制了運營速度。

2 超載檢測的研究現(xiàn)狀

隨著公路、 橋梁覆蓋率的增加和運輸行業(yè)規(guī)模的擴大，超載運輸?shù)臋z測技術(shù)越來越受到重視。 國際上許多國家都開始致力于研究預警、 檢測行駛車輛動態(tài)情況的設備和阻止超載車輛上路、上橋的裝置。 國外最早的超載檢測是在車輛靜止的情況下對其荷載進行稱重的靜態(tài)檢測，如大型的電子地磅等。 后來，研究人員開發(fā)出來一種小型的便攜式靜態(tài)稱重裝置和一套低速動態(tài)稱重系統(tǒng)。不停車車重檢測在歐洲已經(jīng)有20 多年的歷史，又被稱為WIM（Weight In Motion）技術(shù)。這種技術(shù)在許多國家都得到了廣泛應用， 如澳大利亞研制出一種卡爾維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，美國在早期車輛超載檢測中使用壓力盒式檢測儀。

圖1 動態(tài)檢測系統(tǒng)工作流程

我國早期的靜態(tài)檢測設備較為常用的是大型地磅，后來自行研制出BQZ-I 型便攜式汽車軸重儀， 它是一種對汽車軸重進行稱量的靜態(tài)檢測設備，輕便可移動，安裝使用方便。 目前推廣的超載車輛監(jiān)測技術(shù)大都是動態(tài)檢測，如公路車輛動態(tài)測試儀等。 鄭軍庭[11-12]等研究出一種用于橋梁車輛超載的高速動態(tài)檢測方法， 使用的是高精度微傳感器。 當車輛通過橋面時引起橋梁響應，安裝在橋梁下面的微傳感器就會測量并記錄響應。 通過建立測量信號與車輛載重之間的對應關(guān)系，獲得動態(tài)車輛的載重。這種間接測量方法只需將傳感器固定在橋下即可， 操作方便而且測量精度高。 目前國內(nèi)研究動態(tài)稱重技術(shù)的人群大多集中在高等學校。 交通部重慶公路科學研究所研制出一種由稱重傳感器和電子測量儀構(gòu)成的固定式動態(tài)車輛稱重系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的軸重誤差小于10%， 置信度為95%，能夠精確檢測超載車輛。 北京交通大學的馬應林[13]研究出一種基于車載稱重裝置和短消息技術(shù)的車輛超載動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)， 能夠在車輛不限速的情況下檢測車輛的超載情況。陳廣華[14]等人通過安裝在汽車鋼板彈簧上的粘貼式應變傳感器測量車輛鋼板彈簧承受的載荷信息來計算車輛總荷載，阻止超載車輛上路。

3 結(jié)論

利益的驅(qū)使和監(jiān)管不力使超載成為危害國家和人民財產(chǎn)及人身安全的重大問題。 治理車輛超載問題除了要加大宣傳和執(zhí)法力度、制定相應的監(jiān)管措施、加強公路和橋梁結(jié)構(gòu)安全設計，還應注重改進和優(yōu)化超載檢測技術(shù)。不管是動態(tài)還是靜態(tài)超載檢測都存在一些缺點， 因此開發(fā)出一種既方便又準確的檢測技術(shù)十分必要。 目前使用較多的超載檢測方法都是利用輪胎受力情況來感知荷載的變化， 所以考慮是否可以開發(fā)出一種具有壓敏性的混凝土作為感應區(qū)設置在橋或路的進口， 進而阻止超重車輛上路或上橋，達到預警的作用，這也許可以為交通管理的智能化奠定基礎。

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