基于动态称重的高速公路超载车辆检测系统★

曾江河

(广州市公路管理局工程研究所，广东广州 510420)

0 引言

超载运输现象在我国十分普遍，不仅对公路、桥梁等造成非正常损坏，而且极易引发交通事故，危及人民生命和财产安全。因此，对公路超载运输治理刻不容缓。

目前，国内治理超载问题的主要手段包括:静态称重或低速动态称重、计重收费等，其中静态称重是在高速公路上设置超载检测站，利用静态称重设备或低速称重设备对超载车辆进行检测，针对检测结果进行处治;计重收费是车辆通过收费站出口时按照实际载重进行阶梯式收费。基于静态称重和计重收费的超载治理方法过程复杂、检测工作量大，由于对超载车辆的检测时间较长，容易引发高速公路在超载检测站的交通拥堵现象;另一方面现有的很多高速公路在建设期没有预留用地建设超载检测站，也没有多余的空地安置超载货物，人员配备也比较缺乏。这些问题在短时间内无法解决，因此迫切需要一种新的超载治理模式。

动态称重系统WIM(Weigh-In-Motion)作为一种新的称重技术，在国外得到了广泛采用［2，3］，WIM 的定义为:针对行进中的车辆，测量其动态轮胎压力，以估计静止车辆的重量的技术［4］。WIM系统包括一系列感应器和数据采集分析装置，感应器检测车辆到达以及相应的动态轮胎压力，利用采集的数据进行分析以估计车辆重量、速度、轴距和车型。WIM的优点是称重过程中不需要车辆停止。然而，WIM也有缺点，主要为:

1)与静态称重相比，WIM称重不够精确，根据美国的研究结果，WIM的称重误差在6%左右;

2)WIM容易受电磁干扰尤其在雷击天气中［5］。

本文在分析高速公路超载检测系统功能需求的基础上，以提高检测效率、减少滞留车辆延误时间为重点，运用动态预检测手段，设计了一个高速公路超载车辆动态检测系统，针对系统运行模式和关键参数进行了探讨。

1 高速公路超载车辆检测系统需求分析

1.1 高速公路超载问题特征

由于我国公路收费制度存在部分漏洞和缺陷，加之我国公路运输市场的不规范、恶性竞争等原因，二、三级公路上超载运输已成普遍现象。在高速公路，超载现象也时有发生，引发原因包括:不同地区(省份)关于超载标准不一致，部分收费入口缺乏计重设备，货车在服务区配载等。

与普通公路相比，高速公路的超载后果更严重，高速公路运行速度高、车流量大，超载车辆一旦发生交通事故或压垮结构物，将导致严重的交通安全问题和事故隐患。同时，在高速公路上如何识别超载车辆也变得极为关键，如果治超站点对每辆货车进行测重，不仅加大治超工作人员劳动强度，而且测重车辆排队将影响高速公路交通流运行，因此，治理高速公路超载问题显得尤为重要。

1.2 高速公路超载检测系统用户需求

高速公路超载治理涉及多个部门，要设计多方联动、合理的超载管理系统，首先必须明确其用户需求。高速公路治超系统用户包括:路政、收费站、交警、驾驶员、特殊货物处理专家，各用户需求如表1所示。

表1 高速公路超载检测系统用户需求

1.3 超载检测系统功能需求

基于以上不同用户的需求分析，本系统主要功能设定为:

1)高速动态“初检”:车辆通过动态检测区时无需减速或停车，系统能较准确地获得车辆载重信息，并对超载车辆进行“初识别”。2)静态“精检”:系统对进入静态检测区(“复检区”)的车辆进行精检，确定其真实载重和超载与否。3)超载车辆信息识别:动态检测系统判定货车存在超载嫌疑后，系统能实时、准确读取嫌疑车辆的车牌号码，并将车牌号传送至治超站控制器。4)超载信息发布:治超站控制器将“初检”结果为“超载”信息，由动态信息板VMS向驾驶员发布;并将该信息发送给路政人员;当超载车辆拒绝停车进入“精检区”强行闯关时，控制器将信息发送给前方治超站点或收费站。5)超载车辆诱导:结合VMS和路政人员向超载车辆提供超载信息，并引导其进入“复检区”。6)超载货物中转:治超站针对超载车辆，提供卸载场地并保管。

2 超载车辆动态检测系统方案

2.1 系统工作原理及流程

1)车头接近感应线圈，系统自动触发感应线圈和高速动态称重器，对车辆进行称重，同时车牌识别器被触发，抓拍当前车辆图像，将抓拍图像传送至控制计算机，提取车辆信息包括:轴重、轴型、速度、重量等数据。

2)车尾通过收尾感应线圈时，系统将采集的车辆信息和数据进行分析和比对，得出称重结果，同时判断车辆是否超载。

3)如果当前车辆超载，系统将超载信息发送给系统服务器，系统启动超载车辆诱导系统，引导车辆进入复检区进行复检称重;如果车牌识别器无法识别车辆信息，如:车牌遮挡、污损，车牌识别器也将该信息传送给服务器，中心控制器启动前方路侧摄像机对车辆拍照，并将结果提交治超站控制中心，工作人员依据路侧摄像机传回图像对可疑车辆进行拦截。

4)车辆进入复检区，静态称重系统对车辆进行精确称重。若车辆确定为超载，系统通知工作人员对超载车辆进行处理，并引导车辆进入超载货物中转区或接受其他处理措施;若车辆未超载，系统放行。

5)针对超载车辆逃逸未进入复检区，系统将该车辆信息列入黑名单，并将该车辆信息发送至上游治超点、收费站和监控中心。

系统工作原理如图1所示。

2.2 系统结构

系统组成主要包括:感应线圈、称重传感器、车牌识别器、诱导系统、信息传输设备和计算机系统。感应线圈检测车辆到达;称重传感器对车辆动态称重;车牌识别器采集车辆信息;诱导系统引导疑似超载车辆进入复检区，信息传输设备对逃逸车辆信息进行传输;中心计算机对采集数据进行处理。

2.3 车辆超载阈值设定

本系统的关键是动态测重和超载判别，而超载阈值是影响系统性能的重点，如果阈值设定过高则导致可能超载车辆未识别，设定过低则增加误判率而增大复检工作量。设定阈值的方法主要包括:

1)如果系统处于理想环境，考虑检测器精度，确定系统误差值;

2)如果系统处于非理想环境，考虑人为因素和外界条件影响，确定浮动误差值;

3)结合系统误差和浮动误差，确定最终超载阈值。

在本研究中，考虑了人为影响、外界环境，假设本系统在不大于80 km/h的综合误差在6%以内，超载系统的阈值设定为当前检测车辆的核定轴载吨位×1.06。当然，超载阈值并非固定，要根据系统所处的外部环境，调整超载阈值，以确保系统检测的准确性。

3 结语

针对高速公路超载问题特征，设计了“动态预检+静态复检”的超载治理系统，针对各用户(治超站、收费部门、监控中心、交警和驾驶员等)进行了用户需求分析，拟定了系统功能，并对系统原理和结构进行了设计，针对系统的关键参数超载阈值进行了研究。动态称重系统不仅能最大可能检测到超载车辆，而且能避免因每车必查而导致的交通拥堵现象，也减少执法人员劳动强度和危险性。高速公路超载治理应该是多部门合作完成，需要针对超载问题制定相应的机制，保障治理效果。

［1］路成章，王文龙.超载运输对社会的危害［J］.公路交通科技，2004(5):49-50.

［2］Bernard Jacob，Eugene J.O’Brien，W.Newton.Assessment of the accuracy and classification of weigh-in-motion systems.Part 2:European specification［J］.International Journal of Heavy Vehicle Systems，2000，7(2):153-168.

［3］Bob Peters，Chris Koniditsiotis.WEIGH-IN-MOTION TECHNOLOGY［M］.Austroads Incorporated，Sydney NSW Australia，2000.

［4］Patrick J.Szary，Ali Maher.Implementation of Weigh-In-Motion(WIM)Systems［R］.Center for Advanced Infrastructure ＆Transportation(CAIT)，Rutgers，The State University，FHWANJ-2009-001，2009.

［5］Rob Bushman，Andrew J.Pratt.Weigh In Motion Technology-E-conomics and Performance［C］.NATMEC’98，Charlotte，North Carolina，1998.