CN111189519B - 基于重力异常的车辆超载监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重力异常的车辆超载监测方法，在单车道上设置若干个测量位置，布置重力测量仪获取车辆长度方向的中间位置到达每个测量位置引起的重力异常值，利用监控摄像判别车辆类别，获取车辆的长、宽、高三个几何尺寸，确定车辆位置。根据车辆长宽高尺寸将车辆简化为长方体，质量密度分布简化为沿车长方向的阶梯分布，根据车辆在各个测量位置引起的重力异常值计算阶梯分布的取值，根据质量密度分布计算车辆实际载重，与车辆限重比较判断是否超载。本超载监测方法，基于重力异常对车辆载重情况进行非接触监测，监测结果不受路面结构以及车辆行驶状况限制，监测过程不影响路面交通正常运行。

Description

基于重力异常的车辆超载监测方法

技术领域

本发明涉及车辆超载监测领域，尤其是基于重力异常的车辆超载监测方法。

背景技术

我国正处于基础设施建设高速发展时期，道路交通设施日趋完善。然而，受驾驶人水平素质、道路安全系数、桥梁等特殊结构载重限制等因素的影响，道路交通安全问题依旧严峻。其中，交通超载问题尤为严重。超载监测仍处于低密度的“抽查”状态，主要监测方法，按是否需要停车称重，可以分为动态称重和静态称重两类。

动态称重需要将设备植入道路铺装层内，不适用于铺装层较薄的桥梁结构，同时，植入的监测设备与道路铺装层交界处容易因为材料刚度差异引起不均匀变形，不仅影响路面平整度，且使监测设备更容易损坏，减少监测设备的使用寿命。另外，动态称重依赖车辆与器件的相互作用，因此，其称重结果容易受到路面平整度以及车辆行驶状态的影响，由路面不平整引起的冲击荷载，以及车辆的加减速过程，都将造成其称重结果的不确定性。

收费站使用的静态称重，由于需要停车称重，仅适用于带有高速公路的出入口，对于城市内交通流密集的路段，停车称重将严重影响交通的正常运行。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于重力异常的车辆载重监测方法，通过测量车辆通过时引起的重力差异，计算车辆质量，判断车辆是否超载，具体技术方案如下：

一种基于重力异常的车辆载重监测方法，该方法包括如下步骤：

S1：在单车道上设置若干个测量位置。

S2：利用监控摄像确定车辆位置，获取车辆的长、宽、高三个几何尺寸，判别车辆类别确定车辆限重，所述的长、宽、高三个几何尺寸，分别为车辆在长度、宽度、高度方向的最大值。

S3：利用重力测量仪获取车辆长度方向的中间位置到达每个测量位置引起的重力异常值。

S4：将车辆简化为长方体，长方体的长宽高分别对应所述的车辆的长宽高三个几何尺寸；质量密度分布简化为沿车长方向的阶梯分布，根据车辆在各个测量位置引起的重力异常值计算阶梯分布的取值。

S5：根据质量密度分布计算车辆载重，与车辆限重比较判断是否超载。

进一步地，所述测量位置的个数以及测量位置的间隔距离可根据路段限速和测量精度要求确定，但是测量位置的个数不应少于1个。

进一步地，所述重力测量仪布置在单车道的中心线与第一测量位置和第二测量位置的等距离线的交点的正上方，当仅有一个测量位置时，在单车道的中心线与测量位置的交点的正上方布置重力测量仪，布置高度应大于道路限高。

进一步地，所述阶梯分布的个数与测量位置的个数相同，或少于测量位置的个数。

进一步地，所述S4中根据车辆在各个测量位置引起的重力异常值计算阶梯分布的取值方法如下：

(1)当所述测量位置的间隔距离相同时，车辆的质量密度阶梯分布ρ表述为，

ρ＝ρ_j,

j＝1,2,3,...,m，i＝1,2,3,...,n，m≤n，

式中，x为车辆内部一点的水平坐标，n为测量位置个数，m为质量密度阶梯分布取值的个数，L为测量位置的间隔距离，a为车辆的长度。

第i个测量位置测得的重力异常值表述为，

其中，

G为万有引力常数，b为车辆的宽度，c为车辆的长度，y为车辆内部一点的横向坐标，z为车辆内部一点的竖向坐标，H为重力测量仪距离地面的垂直高度。

n个测量位置得到n个重力异常值，组成ρ_j满足的n个线性方程，

其中，

y₁＝-b/2,y₂＝b/2,z₁＝0,z₂＝c

根据上述n个线性方程，解得ρ_j值的大小，从而确定阶梯分布。

(2)当所述测量位置的间隔距离不同时，车辆的质量密度阶梯分布ρ的计算过程与测量位置的间隔距离相同时的计算过程类似，但将上述各计算公式中的

一项，均用

替代，

其中，

L_k，k＝1,2,...n-1，为第k个与第k+1个测量位置的间隔距离。

进一步地，所述S5中根据质量密度分布计算车辆载重的计算方法如下：

其中，m_实际载重为车辆载重。

本发明的有益效果是，本发明利用车辆通过时在空间中引起的重力异常值，对车辆的载重情况进行判断，非接触的监测方式有效消除了传统动态称重的称重结果受到路面情况以及车辆行驶状态影响而具有不确定性的缺陷，消除了传统静态称重需要车辆停车称重而对交通造成的影响的缺陷。本发明实现所需的数据采集设备，监控摄像和重力测量仪均可布置在道路上部，在不影响道路交通的正常运行的情况下，对车辆载重情况进行实时监测。同时，本发明获取的称重结果的精确度随着测量位置的增加而增加，各路段可根据实际使用需要确定测量位置布置的个数。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明实施的流程示意图；

图2为测量位置及监测设备布置示意图；

图3为车辆简化尺寸及质量密度分布示意图。

图中1.第一测量位置，2.第n测量位置，3.车道分界线，4.重力测量仪，5.监控摄像，6.车辆，7.简化长方体。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

【实施例1】

如图1所示，本发明的一种基于重力异常的车辆超载监测方法，具体包括如下步骤：

在单车道上设置若干个测量位置，利用监控摄像5确定车辆6位置，获取车辆6的长、宽、高三个几何尺寸，判别车辆6类别确定车辆6限重，利用重力测量仪4获取车辆6长度方向的中间位置到达每个测量位置引起的重力异常值。将车辆6简化为长方体7，质量密度分布简化为沿车长方向的阶梯分布，根据车辆6在各个测量位置引起的重力异常值计算阶梯分布的取值。根据质量密度分布确定车辆6载重，与车辆6限重相比较判断是否超载。

如图2所示，监测路段中，在单车道上设置n个测量位置，其中第一个测量位置为1，最后一个测量位置为2，测量位置的个数和测量位置的间隔距离可根据路段限速和测量精度要求确定，但是测量位置的个数不应少于1个，两个测量位置的间隔距离可以相同也可以不同，在本实施例中，以等间隔，间隔距离为L进行说明；

如图2所示，在单车道的中心线与首末测量位置的等距离线的交点的正上方布置重力测量仪4，当仅有一个测量位置时，在单车道的中心线与测量位置的交点的正上方布置重力测量仪4，重力测量仪4布高度应大高于道路限高，通过重力测量仪4获取车辆6长度方向的中间位置到达每个测量位置时引起的重力异常值Δg_i(i＝1,2,...,n)，本实施例中，按单车道的中心线与首末测量位置的等距离线的交点为原点建立直角坐标系，此时重力测量仪4的空间位置记为(0,0,H)，H为重力测量仪4距离路面的垂直高度；

如图2所示，在车行方向上最末测量位置2的上方布置监控摄像5，监控摄像5布置的位置和角度应使其能准确的拍摄到各个测量位置，通过监控摄像5获取通过车辆6的长(a)、宽(b)、高(c)三个几何尺寸，所述的车辆6的长、宽、高三个几何尺寸分别为车辆6在长度、宽度、高度方向的最大值；根据尺寸判断车辆6类别，判断车辆6长度方向的中间位置是否到达测量位置；

如图3所示，将车辆6简化为长方体7，长方体7的长宽高分别对应车辆6的长宽高三个几何尺寸，将车辆6的质量密度分布简化为沿车长方向的阶梯分布，阶梯分布取值的个数m与测量位置的个数n相同或小于测量位置个数，根据车辆6在各个测量位置引起的重力异常值计算阶梯分布的取值，计算方法如下：

车辆6内部一点的空间位置表述为，(x,y,z)

车辆6的质量密度阶梯分布ρ可以表述为，

ρ＝ρ_j,

j＝1,2,3,...,m，i＝1,2,3,...,n，m≤n，

第i个测量位置测得的重力异常值可以表述为，

其中，

G为万有引力常数。

n个测量位置可以得到n个重力异常值，组成ρ_j满足的n个线性方程：

其中，

y₁＝-b/2,y₂＝b/2,z₁＝0,z₂＝c

根据上述n个线性方程，解得ρ_j值的大小，从而确定质量密度阶梯分布ρ。

根据确定的质量密度阶梯分布ρ，计算车辆6的实际载重，计算公式如下：

其中，m_实际载重为车辆6载重。

确定车辆6类别对应的载重限值m_载重限值；

根据车辆6实际载重和载重限值，若实际载重超出载重限值，即m_实际载重＞m_载重限值，则判定为超载。

【实施例2】

两个测量位置的间隔距离，根据道路实际情况，可设置为不同值，当采用不同的间隔距离时应将计算公式中的

一项，均用

替代，

其中，

L_k，k＝1,2,...n-1，为第k个与第k+1个测量位置的间隔距离。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于重力异常的车辆超载监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：在单车道上设置若干个测量位置；

S2：利用监控摄像确定车辆位置，获取车辆的长、宽、高三个几何尺寸，判别车辆类别确定车辆限重，所述的长、宽、高三个几何尺寸，分别为车辆在长度、宽度、高度方向的最大值；

S3：利用重力测量仪获取车辆长度方向的中间位置到达每个测量位置引起的重力异常值；

S4：将车辆简化为长方体，长方体的长宽高分别对应所述的车辆的长宽高三个几何尺寸；质量密度分布简化为沿车长方向的阶梯分布，根据车辆在各个测量位置引起的重力异常值计算阶梯分布的取值，具体如下：

(1)当所述测量位置的间隔距离相同时，车辆的质量密度阶梯分布ρ表述为

j＝1,2,3,...,m，i＝1,2,3,...,n，m≤n

式中，x为车辆内部一点的水平坐标，n为测量位置个数，m为质量密度阶梯分布取值的个数，L为测量位置的间隔距离，a为车辆的长度；

第i个测量位置测得的重力异常值表述为，

其中，

R＝[x²+y²+(z-H)²]^0.5

G为万有引力常数，b为车辆的宽度，c为车辆的长度，y为车辆内部一点的横向坐标，z为车辆内部一点的竖向坐标，H为重力测量仪距离地面的垂直高度；

n个测量位置得到n个重力异常值，组成ρ_j满足的n个线性方程

其中，

y₁＝-b/2,y₂＝b/2,z₁＝0,z₂＝c

根据上述n个线性方程，解得ρ_j值的大小，从而确定阶梯分布；

(2)当所述测量位置的间隔距离不同时，车辆的质量密度阶梯分布ρ的计算过程与测量位置的间隔距离相同时的计算过程类似，但将上述各计算公式中的

一项，均用

替代，

其中，

L_k，k＝1,2,...n-1，为第k个与第k+1个测量位置的间隔距离；

S5：根据质量密度分布计算车辆载重，与车辆限重比较判断是否超载。

2.根据权利要求1所述的一种基于重力异常的车辆超载监测方法，其特征在于，所述测量位置的个数以及测量位置的间隔距离可根据路段限速和测量精度要求确定，但是测量位置的个数不应少于1个。

3.根据权利要求1所述的一种基于重力异常的车辆超载监测方法，其特征在于，所述重力测量仪布置在单车道的中心线与第一测量位置和第二测量位置的等距离线的交点的正上方，当仅有一个测量位置时，在单车道的中心线与测量位置的交点的正上方布置重力测量仪，布置高度应大于道路限高。

4.根据权利要求1所述的一种基于重力异常的车辆超载监测方法，其特征在于，所述阶梯分布的个数与测量位置的个数相同，或少于测量位置的个数。

5.根据权利要求1所述的一种基于重力异常的车辆超载监测方法，其特征在于，所述S5中根据质量密度分布计算车辆载重的计算方法如下：

其中，m_实际载重为车辆载重。

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