CN105258770B - 公路车辆动态称重方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种公路车辆动态称重设备，包括：第一称重平台和第二称重平台，该第一称重平台和第二称重平台置于同一框架内或同一基坑内；第一传感器组，安装于该第一称重平台上，用以检测经过该第一称重平台的车辆的单轴的重量；第二传感器组，安装于该第二称重平台上，用以检测经过该第二称重平台的车辆的单轴或轴组的重量；以及称重仪表，连接该第一传感器组和该第二传感器组，该称重仪表包括：轴重采集单元，用以从该第一传感器组依次采集该车辆的各轴组的单轴重量信号，以及从该第二传感器组采集各轴组的轴组重量信号；以及重量修正单元，连接该轴重采集单元，依据各单轴重量信号和各轴组重量信号，计算最终的各轴组重量。

Description

公路车辆动态称重方法和设备

技术领域

本发明涉及一种车辆称重技术，尤其是涉及一种公路车辆动态称量方法和设备。

背景技术

在公路计重收费、超载超限监测等领域需要对车辆进行称重。为了提高称重效率，通常对行驶中的车辆采用动态称量方法。

目前，动态公路车辆自动衡器在公路计重收费、超载超限监测领域得到了广泛应用。在现有技术中，主要分为整车称量和轴称量两种方式。

对于整车称量方式，因衡器自身结构庞大致使基础施工量大、安装困难、投资大，且衡器暂时无法较好实现随坡安装及连续过车功能，因此应用受到限制。

在轴称量方式中，现在普遍采用的为单个标准秤台以及多个标准秤台组合的方法，通过对行驶车辆的轴重采集后累计得出车辆的总质量。对于单秤台(秤台长度为0.6～0.9m)的系统，由于台面较短，在使用中无法避免被“作弊”。常见的作弊形式包括“跳磅”、“走S形”、“高速冲磅”、“刹磅”等。同时当具有联轴的货车通过时，受秤体和路面的平整度影响，轴组中的每根单轴重量会重新分配，最终导致系统累计所得轴组重和实际的轴组重之间误差比较大。对于一些双秤台以及多秤台的系统，从技术上虽然增加了每根轴的称重次数使得精度以及重复性得到了一些提升，但仍会受到秤体和路面的平整度对精度的影响，且无法避免“冲刹磅”等车辆作弊对精度的影响。

综上所述，寻求一种新的动态公路车辆称重方法，以提升车辆称重精度，且杜绝异常过车等作弊行为，就显得迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种公路车辆动态称重方法和设备，具有更高的称重精度。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种公路车辆动态称重设备，该车辆包括至少一轴组，该轴组包括一个或多个单轴，该公路车辆动态称重设备包括：第一称重平台，该第一称重平台在行车方向的尺寸对应单轴尺寸；第二称重平台，该第二称重平台在行车方向的尺寸对应包含多个单轴的轴组尺寸，该第一称重平台和该第二称重平台置于同一框架内或同一基坑内；第一传感器组，安装于该第一称重平台上，用以检测经过该第一称重平台的车辆的单轴的重量；第二传感器组，安装于该第二称重平台上，用以检测经过该第二称重平台的车辆的单轴或轴组的重量；以及称重仪表，连接该第一传感器组和该第二传感器组，该称重仪表包括：轴重采集单元，用以从该第一传感器组依次采集该车辆的各轴组的单轴重量信号，以及从该第二传感器组采集各轴组的轴组重量信号，该单轴重量信号包含对应轴组的各单轴的重量信号；以及重量修正单元，连接该轴重采集单元，依据各单轴重量信号和各轴组重量信号，计算最终的各轴组重量。

在本发明的一实施例中，该轴重采集单元还从该第二传感器组依次采集该车辆的各轴组的局部重量信号，该局部重量信号包含对应轴组的部分轴的重量信号，且该重量修正单元各单轴重量信号、各局部重量信号和各轴组重量信号，计算最终的各轴组重量。

在本发明的一实施例中，该称重仪表还包括轴判别单元，连接该轴重采集单元，该轴判别单元依据各单轴重量信号和各轴组重量信号识别该车辆的各单轴和各轴组。

在本发明的一实施例中，该重量修正单元在计算各轴组重量时，对轴组中的各单轴重量和轴组重量分别赋予一比例因子。

本发明还提出一种公路车辆动态称重方法，该车辆包括至少一轴组，该轴组包括一个或多个单轴，该方法适用于一公路车辆动态称重设备，该公路车辆动态称重设备包括第一称重平台、第二称重平台、第一传感器组和第二传感器组，该第一称重平台和该第二称重平台置于同一框架内，该第一称重平台在行车方向的尺寸对应单轴尺寸，该第二称重平台在行车方向的尺寸对应包含多个单轴的轴组尺寸，第一传感器组安装于该第一称重平台上，用以检测经过该第一称重平台的车辆的单轴的重量，该第二传感器组安装于该第二称重平台上，用以检测经过该第二称重平台的车辆的单轴或轴组的重量，该方法包括以下步骤：从该第一传感器组依次采集该车辆的各轴组的单轴重量信号，该单轴重量信号包含对应轴组的各单轴的重量信号；从该第二传感器组采集各轴组的轴组重量信号；以及依据各单轴重量信号和各轴组重量信号，计算最终的各轴组重量。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括从该第二传感器组依次采集车辆的局部重量信号，该局部重量信号包含对应轴组的部分轴的重量信号；且计算最终的各轴组重量时，同时依据该单轴重量信号、该局部重量信号和各轴组重量信号。

在本发明的一实施例中，上述方法还包括依据该单轴重量信号和该轴组重量信号识别该车辆的各单轴和各轴组。

在本发明的一实施例中，在计算各轴组重量时，对轴组中的各单轴重量和轴组重量分别赋予一比例因子。

本发明通过采用放置于同一框架或同一基坑内的两块称重平台组成一个组合式称重平台，可以对车辆的双联轴、三联轴进行同时称重，克服了由于现有的动态称重称重系统易受路面和秤台之间的平整度影响导致较大误差的缺陷，大大提升的称重精度，同时加大了了车辆通过异常行驶进行作弊的难度。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的公路车辆动态称重设备示意图。

图2示出图1所示称重仪表的结构框图。

图3示出称重仪表获得的称重信号波形。

图4示出图3所示称重信号波形的局部波形。

图5示出图4所示局部波形经过滤波后的信号波形。

具体实施方式

图1示出本发明一实施例的公路车辆动态称重设备示意图。如图1所示，本实施例的的公路车辆动态称重设备10，包含了安装于车道内的第一称重平台11、第二称重平台12、光幕13、称重仪表14、地感线圈15和胎型识别器16等。第一称重平台11和第二称重平台12置于同一个框架17或同一基坑内，且可在行车方向上前、后布置。图1中示出第二称重平台12在前，第一称重平台11在后。可以理解，相反的布置也是允许的。

第一称重平台11用来对车辆的单个轴进行称重，因此第一称重平台11在行车方向的尺寸对应单轴尺寸。一般地，第一称重平台11的长度为600mm～900mm，例如800mm。第二称重平台12用来对车辆的轴组进行称重，因此第二称重平台12在行车方向的尺寸对应多个单轴的轴组尺寸。轴组对应的单轴数量通常为1-3个，因此第二称重平台12在行车方向的尺寸可对应3个单轴的轴组尺寸。一般地，第二称重平台11的长度为1800mm～3200mm，例如2400mm。可以理解，第二称重平台12在行车方向的尺寸可以依据需要进行调整。

本实施例并不限制第一称重平台11和第二称重平台12垂直于行车方向的尺寸，即宽度。在实际应用时可根据路面的宽度进行调整，尽量做到满路面覆盖。

第一称重平台11上布置一组第一传感器组。第一传感器组可包括4个传感器1-1、1-2、1-3和1-4。第一传感器组用以检测经过第一称重平台11的车辆的各个单轴的重量，产生单轴重量信号。

第一称重平台12上布置一组第二传感器组。第二传感器组可包括4个传感器2-1、2-2、2-3和2-4。第二传感器组用以检测经过第二称重平台12的车辆的各个轴组的重量，产生轴组重量信号；第二传感器组也可用以检测经过第二称重平台12的车辆的各个轴组的局部重量，例如轴组中的一个单轴的重量或多个(但不是所有单轴)单轴的重量之和，产生局部重量信号。

第一称重平台11和第一称重平台12也可以形成组合秤，一起测量轴组的重量，产生轴组重量信号。这一轴组重量信号是从第一传感器组和第二传感器组所获得信号叠加的。由于第一称重平台11和第二称重平台12置于同一个框架17，因此这一组合测量不易受路面和秤台之间的平整度影响，因此可以保持称重精度。

第一称重平台11和第二称重平台12上的这些传感器1-1、1-2、1-3和1-4和2-1、2-2、2-3和2-4均接入称重仪表14。在本实施例中可以有两种接入方式。第一种方式是8个传感器分别接入称重仪表的传感器处理接口。第二种方式为：传感器1-1和1-2并接、传感器1-3和1-4并接、传感器2-1和2-2并接、传感器2-3和2-4并接后，分4路接入称重仪14表的传感器处理接口。

光幕13位于第一称重平台11和第二称重平台12的中心线前后2.5m的区域内的两侧。光幕13可用来判断车辆是否完全通过称重设备。地感线圈15置于第二称重平台12的前侧车道中间位置。地感线圈15也可用来判断车辆是否完全通过称重设备。轮胎识别器16位于第一称重平台11前，距离秤体位置0.5m处。称重仪表14可置于车道一侧，其可以放置于控制柜内。

待测车辆从图1所示的行车方向行驶，第一称重平台11和第二称重平台12分别采集各个轴组的动态称重数据并由称重仪表14进行处理计算出最终的轴重、轴组重。

图2示出图1所示称重仪表的结构框图。参考图2所示，称重仪表14包括轴重采集单元21、上下秤判别单元22、轴判别单元23、拟合单元24、重量修正单元25、胎型数据单元26、以及成车逻辑单元27。

轴重采集单元21可以从第一传感器组和第二传感器组采集所需的重量信号。具体地说，轴重采集单元21可以依次采集车辆的各轴组的单轴重量信号。单轴重量信号包含对应轴组的各单轴的重量信号。轴重采集单元21还可以从第二传感器组采集各轴组的轴组重量信号。轴重采集单元21还可以进一步从第二传感器组采集各轴组的局部重量信号。局部重量信号包含对应轴组的部分轴的重量信号。

上下秤判别单元21连接轴重采集单元21，可以根据轴重采集单元21的重量信号用来判断车辆是否登上了各称重平台11、12或者从各称重平台11、12下来。

轴判别单元23连接轴重采集单元21，可以依据各单轴重量信号和各轴组重量信号识别车辆的各单轴和各轴组。

拟合单元24连接轴重采集单元21，可以对同一单轴或轴组多次测量的结果进行拟合，以提高精确度。可以理解，如果对同一单轴或轴组仅有1次测量，则拟合单元24不是必须的。

重量修正单元25连接轴重采集单元21，重量修正单元25依据轴重采集单元21采集的重量信号，计算最终的各轴组重量。重量修正单元25的基本做法是，依据各单轴重量信号和各轴组重量信号来计算最终的各轴组重量。

胎型数据单元26连接胎型识别器16，可以检测轮胎类型。

成车逻辑单元27可以统筹获得车辆的总重、轴(组)重、轴型、车速、加速度、轴速等信息。

示例性的称量过程如下：

当车辆通过第一称重平台11和第二称重平台12的组合时，可以通过两个称重平台11、12的传感器信号检测各个通道的重量信号，然后传输给称重仪表14的轴重采集单元21。

在称重仪表14内，轴重采集单元21对重量信号进行采集及预处理。具体来说，各轴依次经过第一称重平台11时，测量得到车辆速度，同时得到上、下秤时间，用于准确地截去称重平台采样中的无效的斜坡数据，消除无效数据对于精度计算时的误差干扰，得到采样区内的有效计算值。该数据主要包含直流信号、低频干扰信号和高频干扰。通过信号预处理(例如两级N阶的滑动平均滤波器)可以滤除掉高频干扰。对波形进行拟合(例如levenberg-Marquardt拟合)，即可得到最后的轴重信息。

以下实例说明：

图3示出称重仪表获得的称重信号波形。参考图3所示，称重信号波形中的各个波峰为车辆的各个轴或轴组在称重平台，例如第二称重平台12所得到的重量信号。因此需要从波形中截取出各个重量信号。以第一轴(图中椭圆形标注)为例，根据上述方法，进行波形截取，去掉斜坡段信号，得到的轴重有效计算信号波形图4所示。通过进行频谱分析，可以得到该信号波形主要包含直流信号、低频干扰信号和高频干扰。通过信号频谱分析可以得到低频干扰频率大概在3.6～4.8Hz，高频干扰频率在50Hz。通过信号预处理(两级N阶的滑动平均滤波器)可以滤除掉高频干扰。

均值滤波器的示例如下：

其中：N为滤波系数，N值越大，滤波越深；z为复数变量；i为自然数，从0～(N-1)。

经过滤波后，可以得到如图5所示的信号图。理想中的称量信号应该为直流信号，而通过图5可以发现，该信号在一个变形的直流信号上附加了一个低频的信号。

通过对信号进行分析，列出称重信号的数学模型：

为了得到称重信号的有效信息，需要得到参数W,A、ω、的准确值。其中初值信息可以通过如下手段得到：W可以通过第一称重平台11获得初值；A为低频信号的幅度，通过对低频信号的频谱分析，得到ω的初值和的初值。

以上数值为初值，对波形进行levenberg-Marquardt拟合，即可得到最后的轴重信息，n为有效采样个数，n越大，拟合结果越精确。

对于轴组重量的测量来说，测量轴组中各个单轴的重量并相加，得到的误差是比较大的。本实施例通过第二称重平台12可以直接得到轴组重量，提高了测量的精确度。优选的，在得到轴组的重量后，对重量进行修正以得到最终的重量。在修正时就需要利用所测量的轴组中各个单轴的重量。

重量修正单元25会依据来自第一称重平台11的各单轴重量信号和来自第二称重平台12的各轴组重量信号，计算最终的各轴组重量。重量修正单元25在计算各轴组重量时，可以对轴组中的各单轴重量和轴组重量分别赋予一比例因子，从而充分利用这些数据进行计算。

具体来说，对于轴组为单轴类型的，该轴组依次经过第一称重平台11取得重量W₁，经过第二称重平台12取得重量W₂。重量修正单元25通过处理得出最终的单轴重量W＝α*W₁+(1-α)*W₂，其中α为比例因子。在此，基于两个称重平台组合的单轴称重时间为基于传统称重平台称重时间的2～5倍，进而提升称重精度。

对于轴组为双联轴类型的，当双联轴组依次通过两个称重平台组合时，第一称重平台11分别取得两个单轴的重量W_1-1，W_1-2；第二称重平台12的长度使其一次即可取得轴组的重量W₃，最后重量修正单元25通过处理W_1-1，W_1-2，W₃得出最终的轴组重量W。较佳地，第二称重平台12还可以取得两个单轴的重量W_2-1，W_2-2，最后重量修正单元25通过处理W_1-1，W_1-2，W_2-1，W_2-2，W₃得出最终的轴组重量W。对于后一种方法，双联轴在第二称重平台12同时称量取得重量的同时，两个单轴在车辆行驶过程中分别可以在第一称重平台11、第二称重平台12单独取得2次重量，通过称重仪表的处理得到最终重量，W₁＝W_1-1+W_1-2，W₂＝(W_1-1+W_1-2+W₃)/2，W＝α*W₁+(1-α)*W₂，其中α为比例因子，通过上述方法，双联轴在第二称重平台12同时称量取得重量的同时，两个单轴在车辆行驶过程中分别可以在第一称重平台11、第二称重平台12单独取得2次重量，通过重量修正单元25的处理，提升称量精度。

对于轴组为三联轴类型的，当三联轴轴组依次通过组合秤时，第一称重平台11分别取得三个单轴的重量W_1-1、W_1-2、W_1-3；同时第一称重平台11会将每根轴上下秤台的方向和时间发送给第二称重平台12，在第二称重平台12得到4个重量，分别为2个单轴的重量、轴1与轴2的叠加重量、以及轴2与轴3的叠加重量：W_2-1、W_2-2、W_2-3、W_2-4。第一称重平台11和第二称重平台12同时对三联轴进行称量，并一次取得轴组重量W3。

W1＝W_1-1+W_1-2+W_1-3,

W2＝(W_2-1+W_2-2+W_2-3+W_2-4)/2,

W＝α*W1+β*W2+(1-α-β)*W3，其中α,β为比例因子。通过上述方法，三联轴在组合秤上同时称量取得重量的同时，三个单轴在车辆行驶过程中可以在第一称重平台11单独取得重量，同时第二称重平台12还可以取得联轴局部重量，通过重量修正单元25的处理，最终给出轴组重，提升称量精度。

当系统检测到收尾信号时，成车逻辑单元27还会完成车辆数据的生成，车辆数据包含了总重、轴(组)重、轴型、车速、加速度、轴速等信息。

通过本实例的方法，对通过车辆的轴(组)重可以进行轴组重的单轴多次称重、轴组一次进行称重，大大提高了称重精度，由于通过各个通道信号的判别，可以对异常过车、作弊行为进行有效的判别和数据补偿。通过本发明的实施，不仅能大幅度提升称重精度，同时还能有效地处理车辆异常行驶、作弊行为等引起的车型出错、重量异常等现象。

本发明的上述实施例与传统的称重设备相比具有如下有益效果：

1、本发明通过采用放置于同一框架或同一基坑内的两块称重平台组成一个组合式称重平台，可以对车辆的双联轴、三联轴进行同时称重，克服了由于现有的动态称重称重系统易受路面和秤台之间的平整度影响导致较大误差的缺陷，大大提升的称重精度，同时加大了了车辆通过异常行驶进行作弊的难度。

2、本发明提供的称重方法，在车辆通过称重区域时，可以分别取得车辆的轴组重、轴组中的各单轴重量、轴组重的双联轴重量，大大增加了动态称重过程中的采集信息，通过算法可以对重量进行对比处理，最终大大提高了称重精度。

3、多通道实时采集信号，通过各个信号的波形比对、时序判断，有效地处理了车辆异常行驶、作弊行为等引起的车型出错、重量异常等现象。

4、该发明和现有的动态称重系统对比，具有精度高、防作弊能力强、基础施工量低的特点，总体造价低，具有更好的推广价值。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种公路车辆动态称重设备，该车辆包括至少一轴组，该轴组包括一个或多个单轴，该公路车辆动态称重设备包括：

第一称重平台，该第一称重平台在行车方向的尺寸对应单轴尺寸；

第二称重平台，该第二称重平台在行车方向的尺寸对应包含多个单轴的轴组尺寸，该第一称重平台和该第二称重平台置于同一框架内或同一基坑内；

第一传感器组，安装于该第一称重平台上，用以检测经过该第一称重平台的车辆的单轴的重量；

第二传感器组，安装于该第二称重平台上，用以检测经过该第二称重平台的车辆的单轴或轴组的重量；

称重仪表，连接该第一传感器组和该第二传感器组，该称重仪表包括：

轴重采集单元，用以从该第一传感器组依次采集该车辆的各轴组的单轴重量信号，以及从该第二传感器组采集各轴组的轴组重量信号，该单轴重量信号包含对应轴组的各单轴的重量信号；以及

重量修正单元，连接该轴重采集单元，依据各单轴重量信号和各轴组重量信号，计算最终的各轴组重量。

2.如权利要求1所述的公路车辆动态称重设备，其特征在于，该轴重采集单元还从该第二传感器组依次采集该车辆的各轴组的局部重量信号，该局部重量信号包含对应轴组的部分轴的重量信号，且该重量修正单元依据各单轴重量信号、各局部重量信号和各轴组重量信号，计算最终的各轴组重量。

3.如权利要求1所述的公路车辆动态称重设备，其特征在于，该称重仪表还包括轴判别单元，连接该轴重采集单元，该轴判别单元依据各单轴重量信号和各轴组重量信号识别该车辆的各单轴和各轴组。

4.如权利要求1所述的公路车辆动态称重设备，其特征在于，该重量修正单元在计算各轴组重量时，对轴组中的各单轴重量和轴组重量分别赋予一比例因子。

5.一种公路车辆动态称重方法，该车辆包括至少一轴组，该轴组包括一个或多个单轴，该方法适用于一公路车辆动态称重设备，该公路车辆动态称重设备包括第一称重平台、第二称重平台、第一传感器组和第二传感器组，该第一称重平台和该第二称重平台置于同一框架内或同一基坑内，该第一称重平台在行车方向的尺寸对应单轴尺寸，该第二称重平台在行车方向的尺寸对应包含多个单轴的轴组尺寸，第一传感器组安装于该第一称重平台上，用以检测经过该第一称重平台的车辆的单轴的重量，该第二传感器组安装于该第二称重平台上，用以检测经过该第二称重平台的车辆的单轴或轴组的重量，该方法包括以下步骤：

从该第一传感器组依次采集该车辆的各轴组的单轴重量信号，该单轴重量信号包含对应轴组的各单轴的重量信号；

从该第二传感器组采集各轴组的轴组重量信号；以及

依据各单轴重量信号和各轴组重量信号，计算最终的各轴组重量。

6.如权利要求5所述的公路车辆动态称重方法，其特征在于，还包括从该第二传感器组依次采集车辆的局部重量信号，该局部重量信号包含对应轴组的部分轴的重量信号；

且计算最终的各轴组重量时，同时依据该单轴重量信号、该局部重量信号和各轴组重量信号。

7.如权利要求5所述的公路车辆动态称重方法，其特征在于，还包括依据该单轴重量信号和该轴组重量信号识别该车辆的各单轴和各轴组。

8.如权利要求5所述的公路车辆动态称重方法，其特征在于，在计算各轴组重量时，对轴组中的各单轴重量和轴组重量分别赋予一比例因子。