一种公路车辆快速最优多模块称重方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种公路车辆快速最优多模块称重方法及系统，本发明专利技术系统主要由传感器模块、数据采集模块和主控模块三部分组成；其中，传感器模块用于完成对车辆重量信号的采集工作，沿车辆行驶方向，依次安装车辆分离器、轮胎识别仪和N组称重块，实现了可连续跟车行驶，在多车连续过秤时保证了检测数据与车辆的一一对应关系。本发明专利技术方法通过哈希表实现对车轴数据的存储与更新，基于贪心策略来搜索目标轴重信息，寻找车辆称量值的近似最优解。本发明专利技术可以实现不受车辆和秤台长度限制、连续跟车以及快速计算近似最优车辆称量值。快速计算近似最优车辆称量值。快速计算近似最优车辆称量值。

【技术实现步骤摘要】
一种公路车辆快速最优多模块称重方法及系统


[0001]本专利技术应用于公路车辆动态称重领域，特别是实现针对超长车辆(车辆长度大于称台长度)的多模块动态称重。

技术介绍

[0002]目前国内车辆超限超载治理采用动态称重技术，通过动态称重系统实现对于车辆称重数据的处理，尤其是通过传感器信号实现对于秤台上车辆位置的实时跟踪以及车辆轴数的识别。
[0003]但在实际场景下，某些超长车辆会超出秤台的最大范围，出现部分车轴位于秤台上，部分车轴位于地面上的情况。当秤台无法容纳全部车轴时，如何处理采集到的部分轴重信息并以此计算总车重量就成为动态称重系统必须要解决的问题。
[0004]由于超长车通过秤台时速度快，时间短，产生的轴重信息多且存在重复信息，如何从繁杂的数据中记录并整合重要信息，快速搜索组合求得多个可行解，并从中判断近似最优解？这些问题对动态称重系统的数据处理算法提出了更高的要求。
[0005]为了实现超长车辆的动态称重，需要设计一种可以处理大量数据，查找整合重复信息，快速搜索近似最优解的数据处理算法，以保证动态称重技术适用于各种场景。

技术实现思路

[0006]针对超出秤台范围的超长车，无法使用可连续跟车的整车式动态称重系统的数据处理算法计算车辆总重，导致动态称重技术的使用受限，不适用于超长车。
[0007]本专利技术提出了一种公路车辆快速最优多模块称重方法及系统，可以实现不受车辆和秤台长度限制、连续跟车以及快速计算近似最优车辆称量值。
[0008]本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术系统主要由传感器模块、数据采集模块和主控模块三部分组成；其中，传感器模块用于完成对车辆重量信号的采集工作，沿车辆行驶方向，依次安装车辆分离器、轮胎识别仪和N组称重块，实现了可连续跟车行驶，在多车连续过秤时保证了检测数据与车辆的一一对应关系。每组称重块包含一个秤台和四个桥式称重传感器，每个秤台长3.6米，四个称重传感器分别安装在秤台的四个角；称重块之间相互独立，实现了对于车辆轴重信息的多次测量，保证了测量精度。
[0010]称重传感器信号经过放大、模数转换等处理，发送至算法系统，辅以红外车辆分离器信号以及轮胎识别仪信号，实现对于秤台上车辆位置的实时跟踪以及车辆轴数的识别，生成车轴数据，每组数据中包含车轴信息、重量信息、频次信息。
[0011]本专利技术方法通过哈希表实现对车轴数据的存储与更新，基于贪心策略来搜索目标轴重信息，寻找车辆称量值的近似最优解。方法步骤如下：
[0012](1)哈希表实现数据存储与更新
[0013]对于算法系统中产生的车轴数据，设计哈希函数来返回该组数据的存储位置信
息，确定数据的存储位置。称重块的相互独立使得同一车轴信息可能会被多次测量，哈希函数可以保证重复的数据都存储在相同的位置。
[0014](2)贪心策略搜索轴重信息
[0015]为求解车辆的总重，需要搜索多组数据以确保包含全部的车轴，且车轴不能有重复。贪心策略体现在每次搜索时，优先选择包含的车轴数量最多的一组数据，车轴数量相同时，选择出现频次较高的数据；车轴数多可以使得计算车辆总重所需的数据组的数量尽可能的少，以减少误差的引入；频次信息高可以保证该组数据的准确性和可靠性。
[0016]每次搜索确定一组当前可以找到的最优数据，随后判断仍缺少的车轴信息，递归执行下一次搜索，直至找全全部车轴信息，求得一组车辆称量值，结束该轮搜索。若时间允许，开始下一轮搜索，最终求得多组车辆称量值。
[0017](3)车辆称量值评价
[0018]设计评价函数，评价函数可以为一组车轴数据生成一个量化评价指标evaluation，步骤(2)求得的每个车辆总重包含了多组车轴数据，计算该多组数据的评价指标的加权平均值，以此作为该车辆总重的评价指标，选择评价指标最优的一组车辆称量值作为最终的车辆总重。
[0019]本专利技术设计的公路车辆多模块动态称重方法及系统，不受车辆和秤台长度的限制，对于小于秤台长度的车辆实现整车称重，并测得大量冗余数据，具有较高精度；多模块级联的结构辅以多种传感器，实现多台车辆跟车行驶、同时过秤，保证公路的通行效率。
[0020]基于贪心策略的算法系统实现了对于超长车(车辆长度大于秤台长度)的称重问题，能够高效整理重复车轴信息，快速搜索目标轴重，完成对车辆总重近似最优解的计算，解决了传统模组式动态称重系统称量超长车时速度慢、精度低的问题，扩展了动态称重系统的超长车应用场景。
附图说明
[0021]图1：传感器模块结构示意图
[0022]1车辆分离器
[0023]2轮胎识别仪
[0024]3称重传感器
[0025]图2：系统结构示意图
[0026]1传感器模块
[0027]2数据采集模块
[0028]3主控模块
[0029]图3：哈希表存储结构示意图
[0030]图4：贪心策略搜索算法流程图
[0031]图5：超长车动态称重方法流程图
具体实施方式
[0032]本专利技术系统的硬件部分由车辆分离器、轮胎识别仪和N组称重块(每组称重块包含一个秤台和四个称重传感器)组成，一般情况下，2≤N≤6，根据实际安装环境所确定。各个
传感器的连接结构如图1所示。其中，车辆分离器与轮胎识别仪之间的距离应在0.5～1米，轮胎识别仪与第一组称重块的距离应在0.5～1米，每个秤台长3.6米；每组称重块之间相互独立，放置在秤台四个角的桥式称重传感器用于采集车辆的重量信号，以并联的形式传送至下一级系统。
[0033]本专利技术设计的多模块称重系统的整体结构如图2所示，主要包含三个模块：1.传感器模块，实现对车辆总量信号的采集；2.数据采集模块，对来自传感器模块的信号进行放大、模数转换、温度补偿等预处理，并存储数据；3.主控模块，接收预处理后的信号，运行算法系统，生成车轴数据，完成与用户之间的交互。数据采集模块和主控之间通过千兆以太网连接，实现通信。
[0034]主控模块接收来自数据采集模块的传感器的信号，通过算法系统完成对传感器信号的处理，获得车轴信息、重量信息、频次信息等车辆数据。针对超长车，算法系统通过贪心策略搜索目标轴重信息，计算车辆称量值的近似最优解。用户交互系统接收来自算法系统的车辆信息，完成显示、存储、指令下达等操作。
[0035]超长车动态称重是本专利技术方法的核心，由于超长车通过秤台时产生的数据繁多且有重复，为快速精确求解近似最优称量值，本专利技术设计了基于贪心策略的超长车动态称重方法，具体实现如下：
[0036]1、传感器信号采集与处理
[0037]通过对称重传感器信号、红外车辆分离器信号以及轮胎识别仪信号的综合处理，实现对于秤台上车辆位置的实时跟踪以及车辆轴数的识别，实时生成数据组，设计结构体AxleInfostruct来存储每组数据，每组数据中包含车轴信息、重量信息、频次信息。对于一辆n轴车，AxleInfostruc本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种公路车辆快速最优多模块称重系统，其特征在于，包括传感器模块、数据采集模块和主控模块三部分组成；其中，传感器模块用于完成对车辆重量信号的采集工作，沿车辆行驶方向，依次安装车辆分离器、轮胎识别仪和N组称重块；每组称重块包含一个秤台和四个桥式称重传感器，每个秤台长3.6米，四个称重传感器分别安装在秤台的四个角；数据采集模块对传感器信号经过放大、模数转换、温度补偿等处理之后，将信号发送至主控模块，算法系统对信号进行处理之后获得车辆轴数、车轴号、轴重以及出现频次等车辆信息，生成车轴数据。2.根据权利要求1所述的一种公路车辆快速最优多模块称重系统，其特征在于，每组称重块之间相互独立，称重块组数N不为定值，一般情况下，2≤N≤6，根据实际安装环境所确定。3.采用如权利要求1所述系统的公路车辆快速最优多模块称重方法，其特征在于，基于贪心策略实现对于超长车辆的动态称重，步骤如下：(1)哈希表实现车轴数据存储；(2)实时更新重复车轴数据；(3)贪心策略搜索目标轴重信息；(4)剪枝优化缩小搜索范围；(5)求解多组车辆称量值；(6)评价车辆称量值并寻找近似最优解。4.根据权利要求3所述的一种公路车辆快速最优多模块称重方法，其特征在于，哈希表实现车轴数据存储，算法系统在处理传感器信号之后实时生成大量车轴数据，每组车轴数据包含有车轴数量amount、车轴号number、车轴重量weight以及出现频次fre信息；为了确定每组车轴数据的存储位置，通过哈希函数返回一组车轴数据的车轴数量amount与最小的车轴号minnum，以此确定该组车轴数据的存储位置下标，将该组数据存储在变量AxleVec[amount][minnum]当中。5.根据权利要求3所述的一种公路车辆快速最优多模块称重方法，其特征在于，实时更新重复车轴数据，N组称重块的相互独立使得同一车轴信息可能会被多次测量，从而出现重复的车轴数据，哈希表存储使得重复的车轴数据都存储在相同位置；每组重复数据包含的车轴数量与车轴号相同，无需更新，车轴重量与出现频次不同，需要更新；更新方式为按序存储每组重复数据的重量信息和频次信息，当确定不再会有重复信息存入时，例如当车轴1下秤台后，所有包含车轴1的车轴数据不会再有重复信息存入，对存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小勇，师博文，杨童，张云，郭华，王骏涛，王建军，
申请(专利权)人：陕西四维衡器科技有限公司云南省交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：