CN104517441A

CN104517441A - 基于胎压检测的渣土车载重监控系统

Info

Publication number: CN104517441A
Application number: CN201310462162.2A
Authority: CN
Inventors: 陆起涌; 高翔; 刘鹏; 卢潭城
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-15

Abstract

本发明属智能测控技术领域，涉及一种基于胎压检测的渣土车载重监控系统；该系统由胎压检测模块、管理监控模块和远程监控服务器三大部分组成，所述胎压检测模块通过胎压检测的方式对渣土车进行测重，每个轮胎的胎压和温度信息都通过无线数传的方式发送至所述管理监控模块，所述管理监控模块经过计算得到载重信息，通过GPRS模块将渣土车的载重、位置和速度信息上传至远程监控服务器。本发明可方便地对渣土车进行实时测重、测速和跟踪，有效监控和治理渣土车“超载”、“超速”和“随意倾倒”三大顽症，并为此类违规行为提供了处罚和责任认定的依据。

Description

基于胎压检测的渣土车载重监控系统

技术领域

本发明属智能测控技术领域，具体涉及一种基于胎压检测的渣土车载重监控系统。

背景技术

报道显示，渣土车的超载、超速和随意倾倒行为是现在城市交通管理的顽症，执法部门一直没有合适的手段进行有效的监管和整治。但是渣土车这些违章行为的危害程度是不容忽视的，其超载后，容易漏撒污染路面，不仅影响正常交通还会误伤行人，故渣土车扰民问题是近年来城市居民不断投诉的焦点之一。由于渣土车本身的惯性较大，导致制动距离增加，故渣土车超速后更容易发生交通事故。而超载后的渣土车具有更大的惯性，同时导致车辆制动等操作安全性能下降，不仅严重破坏公路设施，更容易引发恶性交通事故。另一方面，渣土车的随意倾倒行为，严重破坏市容坏境，不仅扰民，还影响和破坏城市形象。

现有技术检查渣土车是否超载的方法是采用地磅秤称重的方式，需要交通执法人员将嫌疑车辆扣留，并带到指定测试地点进行测试，操作不便捷，测试效率低下；对于渣土车超速的行为只能在部分有测速装置的路段进行检测；而对于渣土车随意倾倒的违章行为更是鲜有合理有效的监管手段。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷或不足，提供一种基于胎压检测的渣土车载重监控系统。

该系统改变了传统渣土车的地磅称重方式，采用胎压检测的称重方式，可做到实时检测渣土车的载重，具有报警机制，且可定时将载重数据上传至指定的远程监控服务器进行监管。

另一方面，本发明运用了基于GPS的定位和测速技术，可实时检测渣土车是否超速，并结合载重变化和GPS位置信息，可判断渣土车是否在指定地点进行倾倒；一旦出现了渣土车的违规操作，执法人员可在远程监控服务器上得到违规操作信息，获取违法倾倒地点，根据实际情况进行相应的处置。

本发明的基于胎压检测的渣土车载重监控系统，通过对渣土车轮胎内压强和温度的实时监测，估计出当前渣土车的载重，并将载重信息以及通过GPS定位确定渣土车所处的位置和速度信息通过GPRS定时发送至远程监控服务器，远程服务器监控渣土车是否存在超载、超速现象，监控其是否在指定地点进行了倾倒作业；

具体而言，一种基于胎压检测的渣土车载重监控系统,包括胎压检测模块、管理监控模块和远程监控服务器三大部分，其特征在于，所述胎压检测模块通过胎压检测的方式对渣土车进行测重，每个轮胎的胎压和温度信息均通过无线数传的方式发送至所述管理监控模块，所述管理监控模块经过计算得到载重信息，通过GPRS模块将渣土车的载重、位置和速度信息上传至所述远程监控服务器；

本发明中，所述胎压检测模块可检测渣土车轮胎内部的压强和温度，通过无线数传模块将压强和温度信息发送给所述管理监控模块；所述管理监控模块，将测定的物理量进行转化，通过力学分析和理想气体状态方程可对胎压、温度和载重三者进行数学建模，从而得到其关系，进行解算，将载重转换成胎压和温度相关的方程，并根据其测得的压强和温度值估计出当前渣土车的重量，经过多轮胎的数据融合后，所述管理监控模块通过GPRS模块将渣土车重量、位置和速度信息上传至所述远程监控服务器；若渣土车发生了违规操作，所述远程监控服务器可收到报警信息（包括超载、超速和倾倒信息），其中，超载、超速信息直接给出报警提示，但当收到倾倒信息后，所述远程监控服务器需比对白名单数据库以判定倾倒行为是否合法；若渣土车在行车过程中未发生违规操作，远程监控服务器也提供了对渣土车行车状况的跟踪和记录功能；

本发明中，所述胎压检测模块由三部分组成：胎压传感器、温度传感器和无线数传模块；所述胎压监测模块可方便地固定于各个轮胎的充气孔处，易于安装。模块中的胎压传感器用于实时检测胎压，精度可达到0.01Bar；温度传感器用于实时检测温度，胎压和温度的数据通过无线数传模块传输至管理监控模块；其中，无线数传模块采用与现有轮胎压力监测系统(TPMS)相一致的无线通信方式，工作于ISM频段，应用数字带通调制方式；

本发明中，所述管理监控模块由五部分组成：无线数传模块、液晶显示屏、MCU、GPS模块和GPRS模块；其中，无线数传模块用于接收来自所述胎压检测模块的信息；液晶显示屏用于实时显示当前载重和温度信息；MCU是管理监控模块的核心，用于根据胎压和温度计算出渣土车的载重，同时读取GPS位置信息，计算速度值，以及调度和管理发送给GPRS模块的数据帧；GPRS模块用于将本地信息上传至所述远程监控服务器，实现渣土车入网监控和管理。

本发明中，所述管理监控模块的工作流程如下：通过无线数传模块从本发明所述胎压检测模块获取胎压和温度值，根据计算各个轮胎测得的载重，然后根据不同类型的渣土车进行数据融合，其方法有两种：一般精度要求下可采用均值作为整车载重的估计值；若精度要求较高，采用加权平均的方法进行数据融合，但各个轮胎对应的权值需要事先测定；数据融合后可得出整车载重的估计值；之后，MCU通过GPS模块读取当前渣土车所在地点的位置信息；根据载重的估计值进行分类和判断，若载重的估计值超过“超载”或者“严重超载”的界限，MCU通过GPRS模块发送“超载”或者“严重超载”的报警信息至所述远程监控服务器；然后，MCU在一定的时间间隔内通过GPS模块读取多次位置信息，根据其差值和固定的时间间隔计算出当前渣土车的车速，根据车速进行判断，若超速，MCU通过GPRS模块发送“超速”的报警信息至所述远程监控服务器；随后，进行倾倒事件的判断，若载重的估计值和上次测量的估计值的差值超过一定的阈值，则可判定为发生了倾倒事件，MCU通过GPRS模块发送“倾倒”报警信息至所述远程监控服务器；若没有发生上述两类事件，MCU会以定时汇报的方式将载重信息、速度信息和位置信息通过GPRS模块发送至所述远程监控服务器，作为对渣土车行车状态和行车路线跟踪的参考数据。

本发明的优选实施例中，设渣土车有六个车轮，并作出以下两个假设：

（1）渣土车的载重被平均地分配到了每个轮胎上，即假设渣土车的总载重为Mg，则每个轮胎上平均受力为

（2）假设轮胎中的气体不存在漏气现象，即轮胎中的气体是一定质量的气体，其压强变化规律满足理想气体状态方程；假设渣土车空载时某一个轮胎内部的压强为P₀，测定时的温度为T₁，测定时轮胎的体积为V₀，并假设载重后该轮胎内部的压强为P_x，此时的温度为T₂，再假设轮胎的外径为R，此时渣土车总载重为Mg，则可得到如下载重与温度和压强的关系式：

Mg = \frac{{3 πP}_{x}}{2} \cdot \sqrt[3]{\frac{[1 - \frac{P_{0} T_{2} P_{x}}{T_{1}}] \cdot 3 \times 8^{3} \times V_{0} R^{3}}{2 π}};

本发明的优选实施例中，实际环境中渣土车的重力并不一定被平均分配到每个轮胎，故对于不同类型的渣土车，其准确的载重估计值需要做一定矫正，即根据各个轮胎的载重估计值进行数据融合，得出最接近实际载重的值；在精度要求不高的情况下，可用各个轮胎估计出的渣土车载重平均值作为载重的估计值；

本发明的优选实施例中，胎压检测模块和管理监控模块之间通过无线数传模块进行通信，考虑到其通信距离和通信稳定性，所述无线数传模块采用与现有轮胎压力监测系统(TPMS)相一致的无线通信方式，工作于ISM频段，采用数字带通调制方式；

本发明的优选实施例中，所述远程监控服务器可以是任意一台PC机，但需接入互联网，并要有固定ip地址或者已经进行了动态域名绑定；所述远程监控服务器具有报警功能，当所述远程监控服务器收到来自所述管理监控模块的报警信息（包括超载、超速和倾倒信息），会给出报警提示；特别的，所述远程监控服务器具有白名单数据库，该数据库存放有合法倾倒地点的位置信息，当远程监控服务器收到来自所述管理监控模块的倾倒报警信息，会比对该数据库，若倾倒报警信息的位置不在该数据库中，才会给出“随意倾倒”的报警提示，否则，给出“合法倾倒”的系统提示；

所述远程监控服务器还具有行车记录功能，当远程监控服务器收到来自所述管理监控模块的定时信息，会在后台将这些信息记录下来，作为渣土车行车状态和行车路线跟踪的依据；

本发明的优选实施例中，本发明检测的渣土车载重分成五档：空载、轻载、满载、超载和严重超载；当载重达到了超载和严重超载的界限后，系统会向监控中心发布超载报警信息，并汇报当前地理位置信息；当载重的变化量超过一个档位，系统同样会向监控中心发布倾倒报警信息，并汇报当前的地理位置信息。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

本发明对现有渣土车进行了简单的改造，增加了胎压检测和GPS定位和测速的功能，利用传感器和信息化管理的技术，使得交通执法部门对于渣土车的监控和管理不再成为难题。本发明可方便地对渣土车进行实时测重、测速和跟踪，有效监控和治理渣土车“超载”、“超速”和“随意倾倒”三大顽症，并为此类违规行为提供了处罚和责任认定的依据。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为载重后渣土车车轮的示意图；

图3为本发明胎压检测模块的原理图；

图4为本发明管理监控模块的原理图；

图5为本发明管理监控模块的工作流程图；

具体实施方式

下面结合例图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本基于胎压检测的渣土车载重监控系统,包括胎压检测模块、管理监控模块和远程监控服务器三大部分；所述胎压检测模块通过胎压检测的方式对渣土车进行测重，每个轮胎的胎压和温度信息均通过无线数传的方式发送至所述管理监控模块，所述管理监控模块经过计算得到载重信息，通过GPRS模块将渣土车的载重、位置和速度信息上传至所述远程监控服务器；

所述胎压检测模块可实时检测渣土车各个轮胎的胎压状况和温度数值，并通过无线数传的方式将这些数据传送至所述管理监控模块；所述管理监控模块在收到来自所述胎压检测模块的数据后，根据胎压和温度的数值计算得到当前渣土车载重的估计值，并根据当前的载重估计值判断是否发生了超载，根据当前估计值和前几次估计值的变化量判断是否发生了倾倒渣土事件，根据一段时间内的GPS位置的变化量判断是否发生了超速；如若发生超载、超速或者倾倒渣土事件，即刻将此时渣土车的载重估计值、速度测试值以及GPS位置信息以报警信息的方式通过GPRS模块发送至所述远程监控服务器，否则，载重估计值、速度测试值和GPS位置信息会在一定的时间内以定时汇报的方式发送至所述远程监控服务器，作为对渣土车行车状态和路线跟踪的管理依据；

所述远程监控服务器可以是任意一台PC机，但需要接入互联网，并且有固定的ip地址或者已经进行了动态域名绑定；其还具有白名单数据库，该数据库存放有合法倾倒地点的位置信息供系统判断倾倒事件属于“随意倾倒”还是“合法倾倒”。

如图2所示的载重后渣土车车轮的模型，假设空载时的轮胎为截面为圆形的规则的环，其大环半径为R，小环半径为r，为了进行测算，需要对空载时的轮胎胎压和温度进行初始化测定；假设空载时轮胎的体积为V₀，测定时轮胎的压强为P₀，测定时轮胎的温度为T₁；为了计算方便，假设渣土车的载重被平均地分配到了每个轮胎上，即假设渣土车的总载重为Mg，则每个轮胎上平均受力为载重后由于承受压力的原因，渣土车的车轮会发生形变，设载重后某一个时刻的轮胎压强为P_x，载重后某一时刻的温度为T₂，载重后轮胎与地面的接触面积为S，轮胎与地面的接触长度为l；由于轮胎的受力面为截面圆，因此轮胎的受力面积为负载前后轮胎体积的变化为，将该式以l为自变量用泰勒展开式展开，忽略4次以上的阶数，可得到根据理想气体状态方程，有

\frac{P_{0} V_{0}}{T_{1}} = \frac{P_{x} (V_{0} + ΔV)}{T_{2}},

可得出，

l = \sqrt[6]{\frac{3 \times 8^{3} \times R^{3} V_{0} \cdot [1 - \frac{P_{0} T_{2} P_{x}}{T_{1}}]}{2 π}},

根据力的平衡方程

\frac{1}{6} Mg = P_{x} \cdot S,

代入后可得到该方程也即载重和压强以及温度的换算关系式。

如图3所示，本发明所述胎压检测模块由三部分组成：胎压传感器、温度传感器和无线数传模块；所述胎压监测模块可方便地固定于各个轮胎的充气孔处，易于安装。模块中的胎压传感器用于实时检测胎压，精度可达到0.01Bar；温度传感器用于实时检测温度，胎压和温度的数据通过无线数传模块传输至管理监控模块；其中，无线数传模块采用与现有轮胎压力监测系统(TPMS)相一致的无线通信方式，工作于ISM频段，应用数字带通调制方式。

如图4所示，本发明所述管理监控模块由五部分组成：无线数传模块、液晶显示屏、MCU、GPS模块和GPRS模块；其中，无线数传模块用于接收来自所述胎压检测模块的信息；液晶显示屏用于实时显示当前载重和温度信息；MCU是管理监控模块的核心，用于根据胎压和温度计算出渣土车的载重，同时读取GPS位置信息，计算速度值，以及调度和管理发送给GPRS模块的数据帧；GPRS模块用于将本地信息上传至所述远程监控服务器，实现渣土车入网监控和管理。

如图5所示，本发明所述管理监控模块的工作流程如下：通过无线数传模块从本发明所述胎压检测模块获取胎压和温度值，根据计算各个轮胎测得的载重，然后根据不同类型的渣土车进行数据融合，其方法有两种：一般精度要求下可采用均值作为整车载重的估计值；如若精度要求较高，可采用加权平均的方法进行数据融合，但各个轮胎对应的权值需要事先测定；数据融合后可得出整车载重的估计值；之后，MCU通过GPS模块读取当前渣土车所在地点的位置信息；根据载重的估计值进行分类和判断，若载重的估计值超过“超载”或者“严重超载”的界限，MCU通过GPRS模块发送“超载”或者“严重超载”的报警信息至所述远程监控服务器；然后，MCU在一定的时间间隔内通过GPS模块读取多次位置信息，根据其差值和固定的时间间隔计算出当前渣土车的车速，根据车速进行判断，若超速，MCU通过GPRS模块发送“超速”的报警信息至所述远程监控服务器；随后，进行倾倒事件的判断，若载重的估计值和上次测量的估计值的差值超过一定的阈值，则可判定为发生了倾倒事件，MCU通过GPRS模块发送“倾倒”报警信息至所述远程监控服务器；若没有发生上述两类事件，MCU会以定时汇报的方式将载重信息、速度信息和位置信息通过GPRS模块发送至所述远程监控服务器，作为对渣土车行车状态和行车路线跟踪的参考数据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照较佳实施例对本文进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种基于胎压检测的渣土车载重监控系统，包括胎压检测模块、管理监控模块和远程监控服务器，其特征在于：所述的胎压检测模块由胎压传感器、温度传感器和无线数传模块组成；所述的管理监控模块由无线数传模块、液晶显示屏、MCU、GPS模块和GPRS模块组成；所述的远程监控服务器为任意一台PC机，需接入互联网，并有固定ip地址或者已经进行动态域名绑定。

2.根据权利要求1所述的基于胎压检测的渣土车载重监控系统，其特征在于：所述的监控系统根据理想气体状态方程，建立载重、胎压和温度三者之间的数学模型，采用该数学模型，通过测试胎压和温度估计出载重重量。

3.根据权利要求1所述的基于胎压检测的渣土车载重监控系统，其特征在于：所述胎压检测模块通过胎压检测的方式对渣土车进行测重，每个轮胎的胎压和温度信息都通过无线数传的方式发送至所述管理监控模块，所述管理监控模块经过计算得到载重信息，通过GPRS模块将渣土车的载重、位置和速度信息上传至远程监控服务器。

4.根据权利要求1所述的基于胎压检测的渣土车载重监控系统，其特征在于：所述的远程监控服务器具有报警功能，当远程监控服务器收到来自所述管理监控模块的报警信息，给出报警提示。

5.根据权利要求1所述的基于胎压检测的渣土车载重监控系统，其特征在于：所述的远程监控服务器具有白名单数据库，该数据库存放有合法倾倒地点的位置信息，当远程监控服务器收到来自所述管理监控模块的倾倒报警信息，比对该数据库，若倾倒报警信息的位置不在该数据库中，给出“随意倾倒”的报警提示，否则，仅给出“合法倾倒”的系统提示。

6.根据权利要求1所述的基于胎压检测的渣土车载重监控系统，其特征在于：所述的远程监控服务器具有行车记录功能，当远程监控服务器收到来自所述管理监控模块的定时信息，在后台将这些信息记录下来，作为渣土车行车状态和行车路线跟踪的依据。

7.根据权利要求1所述的基于胎压检测的渣土车载重监控系统，其特征在于：所述的无线数传模块为一种无线数字通信模块，采用与现有轮胎压力监测系统TPMS相一致的无线通信方式，工作于ISM频段，应用数字带通调制方式。