固定式车辆动态称重系统技术方案

本发明专利技术公开了一种固定式车辆动态称重系统。包括包括摄像系统、高速动态称重预检子系统、低速高精度称重执法子系统、情报板报警系统。高速动态称重预检系统由高速弯板称重传感器、数据处理单元、车型自动分类装置、以及泛光照明和第一计算机组成；低速高精度称重执法系统由称重平台、数据处理单元、车型自动分类装置、通行信号灯和第二计算机组成。本发明专利技术对往来车辆的轴重及总重进行预检，筛选出超限违章嫌疑车辆，超限违章嫌疑车辆导入检测区，经低速高精度称重系统进行二次检测，在营运车辆正常行驶条件下，自动筛选超限违章嫌疑车辆，提出小波变换结合遗传算法，消除高低频干扰的信号处理方法，并对处理后的信号进行ＡＲＸ模型辩识，获取车辆真实重量的解决方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆动态称重
，尤其涉及一种固定式车辆动态称重系统。
技术介绍
车辆超限超载运输造成了一系列的负面影响损坏公路基础设施，扰乱运输市场，国家规费和税收大量流失，交通事故频发，阻碍汽车制造业的结构调整，污染公路沿线环境等。超限超载需综合治理，除加快立法，加大执法力度，开展深入广泛的教育外，配备先进适用的车辆动态称重系统是必不可少的技术手段。公路车辆动态称重(Weight in Motion，简称WIN)，是指车辆在正常行驶条件下(50～200km/h)，测出车辆的轴重和整车重量。与停车(低速)状态下的静态(准静态)称重相比，动态称重的优点是高效、自动化程度高，称重不会影响正常的交通运输。其缺点是，称重信号的可靠获取不易，而且获取的信号除车辆真实重量外尚叠加多种干扰，严重影响测量精度，得到希望的车辆真实重量存在大量的技术难题；相应的称重系统结构复杂，价格不菲，此外动态称重精度与静态相比尚存在一定差距。因此，发达国家均采用对运输车辆实行在线实时高速动态称重预检，仅对超限超载嫌疑车辆再进行低速称重复检的解决方案。车辆动态称重时除车辆的真实重量外还叠加多种干扰，干扰的特征取决于车辆结构及载荷状况、车辆行驶状态、路面情况以及称重系统结构等。因此，行驶中车辆的重量不是一个常量。现有研究成果表明，车辆动态称重的特点是行驶中的车辆处于一种低频振动状态，其频率与车辆结构、载荷分布和路面情况有关，约5Hz；称重系统产生的振动，其频率与称重系统的结构有关，约为10Hz；车辆驶入、驶离弯板称重传感器(亦称上板、下板)时的冲击载荷，其频率与称重传感器的刚度有关，约为50Hz。现以0.5m宽称重传感器，车速100km/h的典型高速称重工况为例，车辆与传感器的接触时间仅为0.018s；扣除上、下板的冲击载荷时间，传感器响应时间，称重的有效时间≤0.015s。因此，称重信号远未达到平稳状态时车辆便离开了称重传感器，即动态称重信号是一种典型的周期干扰信息不全的短历程非平稳信号。虽然时域中基于对消思想的平均值法，位移积分法，基于滤波技术的频域傅立叶变换，在汽车衡(静态、准静态)称重中行之有效，但上述方法有效的前提是称重信号具有平稳性，而高速动态称重信号恰恰是非平稳信号。必须指出，有效的信号检测，不仅与信号处理算法有关，更依赖于待测信号形式和干扰特性。车型分类多年来一直沿用感应线圈检测器。随着车型分类要求的提高，线圈检测器在车辆轮胎数、轮胎距等参数判别上的不足，给公正执法造成某些消极影响。现有动态称重系统的数据处理单元大多由单片机等通用微机处理器实现，通过软件控制整个数据处理和车型分类工作流程。工程实践表明，在震动和电磁干扰环境下，软件存在程序跑飞的现象，影响整个称重系统工作的可靠性。另一方面，称重传感器输出的高速动态信号是典型的短历程非平稳信号，从短历程非平稳信号中获取车辆的真实重量离不开一套有针对性的复杂算法。目前常用的单机结构，无论从计算能力、实时性、可靠性以及流程的合理性均不能令人满意。高速动态称重传感器国内外存在较大差距，尤其在传感器材料的基础研究和大规模长期工程考核方面差距更大，鉴于国内企业尚无实力提供产品级高速动态传感器的事实，所以采用德国PAT公司的WPM175型弯板传感器(中华人民共和国计量器具型式批准证书2000F190)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种固定式车辆动态称重系统。克服现有车辆动态称重系统的不足。固定式车辆动态称重系统包括摄像系统、高速动态称重预检子系统、低速高精度称重执法子系统、情报板报警系统；摄像系统内部模块的连接关系为摄像机与视频分配器、摄像系统本地处理器、硬盘录像机、视频矩阵相连；低速高精度称重执法子系统内部模块的连接关系为第二数据处理单元分别与多通道接口板、接口板、车型分类器接口板相连，多通道接口板分别通过RS422、I/O与低速报警器和低速入口信号灯相连，接口板与称重平台相连，车型分类器接口板与第二车道压电传感器相连；高速动态称重预检子系统内部模块的连接关系为第一数据处理单元分别与车型分类器接口板、称重接口板相连，车型分类器接口板与第一车道压电传感器相连，称重接口板与高速弯板称重传感器相连；情报板报警系统内部模块包括超载报警器中心处理器与报警显示装置；视频矩阵分别与第一计算机、第二计算机相连，第一计算机分别经RS422转换器与超载报警器中心处理器、数据处理单元相连，第二计算机经RS232/RS422转换器与数据处理单元相连。所述的数据处理单元内部模块的连接关系为微处理器分别与RS232串行通信单元、DSP输入输出队列单元、AD输入输出队列单元、AD采样控制器相连，AD转换器分别与AD采样器、AD输入输出队列单元相连，RS232串行通信单元经RS232转RS422模块与RS422接口相连，DSP输入输出队列单元与数字处理器相连。微处理器、AD采样控制器、DSP输入输出队列单元的接口电路为FPGA的第14、23、62、71引脚分别接第1、2、3、4电阻的一端与第1JTAG接口的第4、3、2、1引脚，第1、2、3、4电阻的另一端接地，FPGA的第1、2、7、19、32、42、47、59、72、82、83、84引脚接地，FPGA的第3、13、26、38、43、53、66、78引脚接电源，FPGA的第75、77、79引脚分别接第5、6、7电阻的一端与第2JTAG接口的第2、4、5引脚，第5、6电阻的另一端接电源，第7电阻的另一端接地，第2JTAG接口的第1、5引脚分别接电源和地。FPGA的第81引脚分别接第1电容的一端和第8电阻的一端，第1电容的另一端接电源，第8电阻的另一端接地，FPGA的第54引脚为数据输出I/O口。高速称重传感器为WPM175型机电一体化弯板传感器。第一车型自动分类装置、第二车型自动分类装置采用共聚物压电传感器。第一数据处理单元、第二数据处理单元采用基于FPGA的硬逻辑门结合DSP的多机协同体系结构。本专利技术鉴于高速动态称重传感器国内外存在较大差距的事实，引进在动态称重领域处于领先地位，全球市场份额第一的WPM175传感器(德国PAT公司)，确保系统长期、稳定、可靠的运行。针对车型分类时传统线圈检测器的不足，提出采用共聚物压电传感器由两根长3.5m垂直行车方向、相距3.5m平行设置的共聚物压电传感器，以及一根倾斜45°的共聚物压电传感器组成，完成车辆轴数、轴距、轮胎数、车辆速度等参数的识别。针对单机结构的动态称重数据处理单元存在软件跑飞，计算能力不足，实时性无法保证的缺陷，提出采用基于FPGA硬逻辑门结合DSP的多机协同硬件体系结构，提高了动态称重系统的可靠性和实时性。基于称重传感器输出的高速动态信号是典型的周期干扰信息不全短历程非平稳信号的认识，提出获取车辆真实重量的完整解决方案。第一步采用小波变换算法进行多层小波变换，对其中的高频干扰强制清零消噪，然后进行小波重构，得到祛除高频干扰的车辆称重信号。第二步采用遗传算法，拟合出动态载荷的振幅、相位、角频率等参数，在重构信号中消除低频干扰。第三步对消除了高低频干扰的动态重构信号进行ARX模型的系统辨识，最终计算得出车辆的真实重量。小波变换作为上世纪80年代末信号处理领域的重大理论成果，是一种信号的时间——本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定式车辆动态称重系统，其特征在于它包括摄像系统、高速动态称重预检子系统、低速高精度称重执法子系统、情报板报警系统；摄像系统内部模块的连接关系为：摄像机与视频分配器、摄像系统本地处理器、硬盘录像机、视频矩阵相连；低速高精度称重执法子系统内部模块的连接关系为：第二数据处理单元分别与多通道接口板、接口板、车型分类器接口板相连，多通道接口板分别通过ＲＳ４２２、Ｉ／Ｏ与低速报警器和低速入口信号灯相连，接口板与称重平台相连，车型分类器接口板与第二车道压电传感器相连；高速动态称重预检子系统内部模块的连接关系为：第一数据处理单元分别与车型分类器接口板、称重接口板相连，车型分类器接口板与第一车道压电传感器相连，称重接口板与高速弯板称重传感器相连；情报板报警系统内部模块包括：超载报警器中心处理器与报警显示装置；视频矩阵分别与第一计算机、第二计算机相连，第一计算机分别经ＲＳ４２２转换器与超载报警器中心处理器、数据处理单元相连，第二计算机经ＲＳ２３２／ＲＳ４２２转换器与数据处理单元相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周立芳，安庆敏，黄克强，吴明光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]