高速公路称重收费系统组成及其工作原理

贾桂福

摘 要：随着经济的高速发展，经济对交通运输的依赖也越来越高，公路运输已经成为最重要的运输方式之一。开发出车辆在行驶中进行称重并且准确性高、造价低、外界因素影响较小的称重技术，对当前公路运输行业和经济发展具有深远意义。文章论述了高速公路称重收费系统组成与工作原理。

关键词：计重收费；称重系统；数据处理

高速公路收费站不停车称重收费系统工作原理是，车辆在行驶通过称台时，车辆分离器将行进的车辆按照车辆的车轴数分离为单个目标，运动或静止中的每个单轴由轴重仪进行称重，并且累加每个单轴重量，最终得出车辆的总重量。车辆识别装置对车辆的轮胎宽度和轮胎个数进行识别，判断出车辆类型和车轴类型，同时得到按车辆类别预先设置的车载超限限值，与轴重仪称量车辆总重量进行对比，判断车辆是否超重和超重重量，根据车辆重量和超重重量，通过相关规定计算出该车通过收费站应缴费用。它主要由以下几个部分组成，见图1。

1 称重仪

称重仪是通过称量单轴重量并累计整车轴组重量的车辆称重设备。工作原理是称台连接压力传感器，压力传感器由试件、电阻应变片、引线和外部壳体组成。被称重车辆驶入称台时，试件受到车辆的重力作用发生变形，车辆的重力即是试件所受压力，此压力与试件变形成正比关系，试件与电阻应变片粘贴在一起，试件的变形使电阻应变片产生与之对应的变形，电阻应变片的电阻值产生变量， 电阻应变片连接到供桥电路中，电路输出端产生的电压与压力成正比。通过电压变化量和换算，得到称台所受承载力值，完成称重计量。

2 车辆分离器

车辆分离器能够完成车辆与检测数据对应的关系，这种对应关系是称重系统必不可少的功能。其原理是，车辆采用红外线分离，红外线收发装置接受和发射直线红外光栅，当无车辆遮挡收发点红外线连线时，接收器收到信号，当有车辆遮挡时红外线连线被阻断，接收器无法接收信号。在收费站通道中，待检车辆经过车辆分离器时，红外光栅被全部（车厢）或部分（拖挂车车厢之间的连接体）被阻隔，车辆检测开始，车辆完全通过车辆分离器时，红外光连线无阻隔信号收发正常，车辆检测结束。如果两辆车同时停在称重台，就会出现前一辆车还未驶出称台，后一辆车便驶入称台的情况，这时利用红外线检测器和传感器采集波形信号并进行分析，有效分离两个车辆的数据，其原理如图2所示。利用检测波形，依据重量参数，系统都可以准确无误地判别出待检车辆是跟随车或是拖挂车，并且判断被检车辆是否单轴或是多联轴。

3 轮胎识别器

采用多组行程开关对车辆的轮胎宽度和轮胎个数进行识别，其识别原理如图3所示，当满足“传感器间隙<最小轮胎间隙”时，系统便能有效地测量出汽车的轮宽以及轮胎间隙。其中，最小轮胎间隙根据车辆统计而来。

4 中央控制器

采用单台面的轴计量方式，在有效的秤台宽度内如何得到更高的计量精度是一直在努力研究的方向。当车辆匀速通过称重台时，系统计量的精度是由在有效计量时间范围内控制器采集数据的速率来确定的，处理器内存的大小，单片机的运行速度也是能够影响计量精度的因素。根据现场经验以及采数精度的要求，选用工业控制方式，采用高速采集卡对A/D转换的数据进行采集，如果能够保证20000次/秒的采样频率，理論上计量精度的误差就可以控制到小于千分之一。目前在车速不大于5公里/小时的低速状态下，测量精度可以达到千分之三的误差范围以内。

5 模拟判别和数据处理

数据采集、预处理、设备自检、数据处理、计算、显示、打印、存盘等任务的完成依赖计重收费系统的数据处理单元，该单元为中央控制系统的软件部分。判别方式采用全模拟判别，判别原理如下，假设三轴货车以匀速通过称重台面，则整个受力波形如图4所示，其中A、G段为空秤段。显然，D段即为我们所要得到的汽车重量。汽车重量静态称重软件的目的是完成静态标定及汽车的静态称重等工作，静态称重软件包括数据采集滤波，均值显示等。动态称重软件是把静态重量加以速度补偿处理，得到车辆和载重的实际应得的称量重量。模拟判别和数据处理是称重系统的核心部分，完成了称重过程中的数据采集、数据处理以及数据上传的功能。

6 动态称重设备的安装

称重设备采取前置式安装即收费前进行检测，根据车辆技术规范，货车总长应小于18米，为保证车辆在到达收费亭前完成计量，收费岛的长度要适当延长，还应考虑驾驶人员通过轴重仪时对车辆的控制。车辆在完成加减速、转向等动作后驶入收费车道，此时车辆处于不平衡状态，容易产生检测误差，建议传感器安装在进入收费车道5米处，传感器距离收费亭中心线的距离应大于l8米，所以收费岛前端相距收费亭中心线的距离为30米。收费站每个收费车道使用一套称重系统，并排放置，称重台面末端装有红外线收发装置，称重处理器机箱装在收费岛上。数据采集和中央控制系统安装在收费岛上，最好在收费亭内。

参考文献

[1]孙毅，何开宇.动态轴重仪（地方检定规程）[S].2000，6.

[2]方志强，刘刚.计重收费系统的技术实现[Z].南京好望科技有限公司.

[3]王振清，王廷云，等.公路超限运输概论[M].北京：人民交通出版社，1997.

[4]王君，凌振宝.传感器原理及检测技术[M].长春：吉林大学出版社，2003.

[5]孙传友，孙晓斌，张一.感测技术与系统设计[M].北京：科学出版社，2004.