CN111366227A - 一种多车道多车混编模块组合动态称重系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种多车道多车混编模块组合动态称重系统及方法，在每个车道依次排列组合称重模块，各组合称重模块包括一对带有称重传感器的承重板，在车辆不骑线时，称重传感器所采集的数据通过数据处理模块计算出车辆整体重量，在车辆骑线行驶时，车辆两侧车轮分别压在相邻不同车道上相邻的承重板上，数据处理模块采集所处各承重板底部称重传感器的数据并计算出车辆重量，车辆识别模块对车道上车辆进行识别，从而实现对多辆车同时实施动态称重。

Description

一种多车道多车混编模块组合动态称重系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆称重领域，具体涉及一种多车道多车混编模块组合动态称重系统及方法。

背景技术

近年来，路网超载超限非现场执法愈来愈普及，已逐渐成为全国公路治超的重要内容。在路网超载超限非现场执法工作中，需要对行驶中的车辆实现动态不停车称重检测。

目前广泛应用于路网超载超限非现场执法的计重设备均采用轴载荷计量原理的动态计量设备，利用轴载荷累计计算车辆的总重量。系统计量误差大、计量稳定性差，无法对超载车辆做出准确判断、难以做为执法依据等，致使非现场执法工作的执法力度大打折扣，极大弱化了非现场执法工作的执法能力。路网超载非现场执法要想获得准确可靠的称重结果，整车式动态称重设备就成了唯一选择。

发明内容

为解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种能对多辆车同时实施动态称重的多车道多车混编模块组合动态称重系统及方法。

本发明的技术方案是：一种多车道多车混编模块组合动态称重系统，包括组合称重模块及数据处理模块，每个车道由一组组合称重模块依次排列而成，各所述组合称重模块包括一对承重板，在各所述承重板底部设有称重传感器，所述承重板宽度为车道宽度一半，两块所述的承重板组合宽度与所处车道宽度匹配；

各所述的称重传感器分别与数据处理模块连接，在所述的数据处理模块上还连接有车辆识别模块，所述的车辆识别模块包括图像识别装置、轴识别器、到位线圈以及结束线圈，所述的轴识别器和到位线圈于称重系统车道起始端，结束线圈位于称重系统车道终止端，所述的图像识别装置架设在车道上方。

优选的，所述的数据处理模块包括数据采集系统和主控模块；所述的数据采集系统，用于采集全部称重传感器的重量数据，存储数据并将数据发送给主控模块；所述的主控模块，包括算法系统，算法系统用于对重量数据进行处理，利用加权融合算法对多个称重传感器的数据进行融合，得到权重系数；通过判断车辆各个车轴的位置，再将相应的称重传感器数值乘以权重系数进行相加，获得车辆的总重信息。

优选的，所述的数据采集系统包括放大电路、模数转换器、数据采集系统主控模块、通讯模块及数据存储系统；所述的放大电路，用于将采集的称重传感器原始重量数据进行放大；所述的模数转换器，用于将放大后的数据进行模数转换；所述的数据采集系统主控模块，用于收集所有的模数转换后的数据，并发送至通讯模块及数据存储系统；所述的数据存储系统，用于对数据进行存储；所述的通讯模块，用于将数据发送至算法系统。

优选的，所述的图像识别装置、轴识别器、到位线圈以及结束线圈均与数据采集系统主控模块连接。

基于一种多车道多车混编模块组合动态称重系统，本发明还提供一种多车道多车混编模块组合动态称重方法，当车辆行驶至称重系统上后，通过图像识别装置对驶入车辆数量进行识别，通过轴识别器判断车辆轴数，通过到位线圈判断车辆是否完全驶入称重系统，结束线圈则判断车辆是否驶离检测称重系统，组合称重模块将数据传递给数据处理模块，根据称重传感器采集数据的波形峰谷间隔、时间信号及信号变化的相似性，并结合图像识别装置的数据判断车辆所处模块位置；

a.当车辆规范行驶时，车辆所处车道上的组合称重模块所采集数据通过数据处理模块做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

b.当车辆骑线行驶时，车辆两侧车轮分别压在相邻不同车道上相邻的承重板上，数据处理模块则将所处各承重板底部称重传感器所采集的数据做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

c.当车辆斜线行驶时,车辆两侧车轮分别压在相邻不同车道上相邻的承重板上，数据处理模块则将所经过各承重板底部称重传感器所采集的数据做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

在每个车道上都有车辆且并排行驶的情况下，通过车辆识别模块判断车辆数量，各车道上组合称重模块通过a条件分别对所处车道车辆进行重量计算；

车辆在不同车道上骑线行驶时，判断车辆是否骑线行驶通过图像识别装置结合各车道上组合称重模块通过b条件实现对各车辆进行重量计算，当图像识别装置通过视频分析判断车辆骑线行驶,且当两个不同车道上相邻承重板的称重传感器的同时刻的连续波形变化具有极高相似性，提取出这组承重板上的称重传感器的数据进行加权融合算法，计算出车辆整体重量；

车辆在不同车道上斜线行驶时，判断车辆是否斜线行驶通过图像识别装置结合承重板上称重传感器的采集数据的波形曲线判断,通过c条件实现对各车辆进行重量计算，当到位线圈和结束线圈处于不同车道,图像识别装置通过视频分析判断车辆骑线行驶,且当两个不同车道上相邻承重板的称重传感器的同时刻的连续波形变化具有斜线行驶特征，提取出车辆经过车道承重板上的称重传感器的数据进行加权融合算法，计算出车辆整体重量。

本发明的有益效果：本发明通过在每个车道依次排列组合称重模块，各组合称重模块包括一对带有称重传感器的承重板，在车辆不骑线时，称重传感器所采集的数据通过数据处理模块计算出车辆整体重量，在车辆骑线行驶时，车辆两侧车轮分别压在相邻不同车道上相邻的承重板上，数据处理模块采集所处各承重板底部称重传感器的数据并计算出车辆重量，车辆识别模块对车道上车辆进行识别，从而实现对多辆车同时实施动态称重。

附图说明

图1为本发明称重系统结构示意图；

图2为本发明组合称重模块结构示意图；

图3为本发明称重系统模块化示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明技术方案如下：一种多车道多车混编模块组合动态称重系统及方法，如图1所示，包括组合称重模块1及数据处理模块，每个车道由一组组合称重模块1依次排列而成，各组合称重模块1包括一对承重板2，根据图2所示，在各承重板2底部设有称重传感器3，承重板2宽度为车道宽度一半，两块的承重板2组合宽度与所处车道宽度匹配；

如图3所示位于称重板底部的各称重传感器3分别与数据处理模块连接，在数据处理模块上还连接有车辆识别模块，如图1所示车辆识别模块包括图像识别装置4，轴识别器5、到位线圈6以及结束线圈7，图像识别装置4通过桁架架设在称重系统所处车道末端，且图像识别装置4设置有一组分别与各车道对应，轴识别器5和到位线圈6设置在称重系统所处车道起始端，而结束线圈7则位于称重系统所处车道末端。图像识别装置4、轴识别器5、到位线圈6以及结束线圈7均与数据采集系统主控连接。

如图3所示数据处理模块包括数据采集系统和主控；数据采集系统，用于采集全部称重传感器的重量数据，存储数据并将数据发送给主控模块；主控模块，包括算法系统，算法系统用于对重量数据进行处理，利用加权融合算法对多个称重传感器的数据进行融合，得到权重系数；通过判断车辆各个车轴的位置，再将相应的称重传感器数值乘以权重系数进行相加，获得车辆的总重信息。其中数据采集系统包括放大电路、模数转换器、数据采集系统主控模块、通讯模块及数据存储系统；放大电路与模数转换器连接，模数转换器与数据刺激系统主控模块连接，数据采集系统主控再与通讯模块及数据存储系统连接。其中放大电路，用于将采集的称重传感器原始重量数据进行放大；模数转换器，用于将放大后的数据进行模数转换；数据采集系统主控模块，用于收集所有的模数转换后的数据，并发送至通讯模块及数据存储系统；数据存储系统，用于对数据进行存储；通讯模块，用于将数据发送至算法系统。

在承重板的前、后两端各有一组称重传感器，当车辆的各个车轴经过称台时，前后两组传感器会发分别测量到一组数据，当车辆的一个轴进入承重板的时候，从前称重传感器的测量数值图可以看出，采样值会有一个突变，随着车辆的继续行驶，车轴后移，前称重传感器的测量数值会逐渐减少，直到车辆的下一个车轴进入承重板，采样数值又会有一个突变，把前、后车轴经过的承重板分为上承重板和下承重板两部分，组合模块称重对重量数据的算法系统描述:

采用线性分析的方法对车轴信号的检测和识别:

采样数值波形图记为：(t1,y1),(t2,y2),(t3,y3),...,(tn,yn)

其中，tn表示自采样时刻起，传感器采集到的第n个点，yn是第n个点的采样数值；选择(t1，y1)作为起始点，当后续点(tn++2,yn+2)与前点(tn+1,yn+1)的采样数值之差不超过设置的α值时，连接(tn,yn)与(tn+2,yn+2)替代(tn,yn)与(tn+1,yn+1)之间的线段；当采样数值之差超过α时，(tn,yn)与(tn+1,yn+1)之间的线段便终止于此，以(tn+1,yn+1)为起点，重复这一过程；

处理过后的采样数值波形图会被划为如下各段：

S1，S2，...，Sk,...,Sn

Sk＝(tkb,ykb),(tke,yke)

其中，(tkb,ykb)代表线段k起点，(tke,yke)代表线段k终点；通过上述算法，计算出各线段的斜率，然后选取斜率斜率的绝对值大的线段作为轴信号：k>th的信号为轴上承重板信号，k为线段斜率，th为选取的正阈值；k<ts)的信号为轴下承重板信号，k为线段斜率，ts为选取的正阈值；为每辆车都设定一个自己的轴信号阈值，获取车辆第一个轴上第一个承重板前称重传感器的峰值yh，令正阈值th＝0.13*yh，令负阈值ts＝0.11*yh；通过前后称重传感器信号的斜率来判断车辆的行驶方向：当前采集信号为轴上承重板信号或后称重传感器信号时，车辆正向行驶；当前采集信号为轴下承重板信号或后称重传感器信号时，车辆反方向行驶；利用设置的阈值，将称重传感器信号转化为0-1信号。

把车辆上经过的承重板和下承重板的过程辨识，提取出各个过程的特征值,构造两个队列：axleonblk、waittocheck和一个数组：axle；根据轴检测算法，当获得一个轴上承重板的信号时，记录当前承重板的信息，并压入axleonblk队列；当获得一个下承重板信号时，将此车轴信号由axlenblk队列转移到waittocheck队列；根据车辆分离器信号的变化，判断是否有车到来，并根据车轴数，构造一个车轴数*n的二维数组axle；将waittocheck队列中的车轴信号依此存入axle中，进而相关信息都被存入到该数组中。

车辆的整重、轴重、轴数和速度的计算

车辆的总重通过判断车辆的各个车轴具体所在承重板，再将相应的传感器数值相加得到；

车轴数通过第一个承重板在车辆分离器信号持续期间内前传感器上轴信号的次数来获得；

轴重是对应车轴上板后承重板的重量与上板前承重板的差值；

车速是通过上承重板与下承重板带来突变的时间差，得到轴速度，车辆各个轴速度的平均值即为车速。

该称重系统对车辆进行动态称重过程如下，当车辆行驶至称重系统上后，通过图像识别装置4对驶入车辆数量进行识别，通过轴识别器5判断车辆轴数，通过到位线圈6判断车辆是否完全驶入称重系统，结束线圈则判断车辆是否驶离检测称重系统，组合称重模块1将数据传递给数据处理模块，根据称重传感器3采集数据的波形峰谷间隔、时间信号及信号变化的相似性，并结合图像识别装置4的数据判断车辆所处模块位置；

在非现场执法车辆会出现三种情况：

a.当车辆规范行驶时，车辆所处车道上的组合称重模块1所采集数据通过数据处理模块做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

b.当车辆骑线行驶时，车辆两侧车轮分别压在相邻不同车道上相邻的承重板2上，数据处理模块则将所处各承重板2底部称重传感器3所采集的数据做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

c.当车辆斜线行驶时,车辆两侧车轮分别压在相邻不同车道上相邻的承重板2上，数据处理模块则将所经过各承重板2底部称重传感器3所采集的数据做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

在每个车道上都有车辆且并排行驶则不会出现骑线，通过车辆识别模块判断车辆数量，各车道上组合称重模块1通过a条件分别对所处车道车辆进行重量计算；而车辆在不同车道上骑线行驶时，判断车辆是否骑线行驶通过图像识别装置4结合各车道上组合称重模块1通过b条件实现对各车辆进行重量计算，当图像识别装置通过视频分析判断车辆骑线行驶,且当两个不同车道上相邻承重板2的称重传感器的同时刻的连续波形变化具有极高相似性，确认车辆骑线行驶,从而提取出这组承重板2上的称重传感器3的数据进行加权融合算法，计算出车辆整体重量。

在每个车道上都有车辆且并排行驶则不会出现斜线行驶，而车辆在不同车道上斜线行驶时，判断车辆是否斜线行驶通过图像识别装置4、到位线圈6、结束线圈7，结合承重板2上称重传感器的采集数据的波形曲线判断,通过c条件实现对各车辆进行重量计算，当到位线圈6和结束线圈7处于不同车道,图像识别装置通过视频分析判断车辆骑线行驶,且当两个不同车道上相邻承重板2的称重传感器的同时刻的连续波形变化具有斜线行驶特征，确认车辆斜线行驶,从而提取出车辆经过车道承重板2上的称重传感器3的数据进行加权融合算法，计算出车辆整体重量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多车道多车混编模块组合动态称重系统，包括组合称重模块(1)及数据处理模块，其特征在于：每个车道由一组组合称重模块(1)依次排列而成，各所述组合称重模块(1)包括一对承重板(2)，在各所述承重板(2)底部设有称重传感器(3)，所述承重板(2)宽度为车道宽度一半，两块所述的承重板(2)组合宽度与所处车道宽度匹配；

各所述的称重传感器(3)分别与数据处理模块连接，在所述的数据处理模块上还连接有车辆识别模块，所述的车辆识别模块包括图像识别装置(4)、轴识别器(5)、到位线圈(6)以及结束线圈(7)，所述的轴识别器(5)和到位线圈(6)于称重系统车道起始端，结束线圈(7)位于称重系统车道终止端，所述的图像识别装置(4)架设在车道上方。

2.根据权利要求1所述的一种多车道多车混编模块组合动态称重系统，其特征在于：所述的数据处理模块包括数据采集系统和主控模块；所述的数据采集系统，用于采集全部称重传感器的重量数据，存储数据并将数据发送给主控模块；所述的主控模块，包括算法系统，算法系统用于对重量数据进行处理，利用加权融合算法对多个称重传感器的数据进行融合，得到权重系数；通过判断车辆各个车轴的位置，再将相应的称重传感器数值乘以权重系数进行相加，获得车辆的总重信息。

3.根据权利要求2所述的一种多车道多车混编模块组合动态称重系统，其特征在于：所述的数据采集系统包括放大电路、模数转换器、数据采集系统主控模块、通讯模块及数据存储系统；所述的放大电路，用于将采集的称重传感器原始重量数据进行放大；所述的模数转换器，用于将放大后的数据进行模数转换；所述的数据采集系统主控模块，用于收集所有的模数转换后的数据，并发送至通讯模块及数据存储系统；所述的数据存储系统，用于对数据进行存储；所述的通讯模块，用于将数据发送至算法系统。

4.根据权利要求3所述的一种多车道多车混编模块组合动态称重系统，其特征在于：所述的图像识别装置(4)、轴识别器(5)、到位线圈(6)以及结束线圈(7)均与数据采集系统主控模块连接。

5.一种采用权利要求1称重系统的称重方法，其特征在于：当车辆行驶至称重系统上后，通过图像识别装置(4)对驶入车辆数量进行识别，通过轴识别器(5)判断车辆轴数，通过到位线圈(6)判断车辆是否完全驶入称重系统，结束线圈(7)则判断车辆是否驶离检测称重系统，组合称重模块(1)将数据传递给数据处理模块，根据称重传感器(3)采集数据的波形峰谷间隔、时间信号及信号变化的相似性，并结合图像识别装置(4)的数据判断车辆所处模块位置；

a.当车辆规范行驶时，车辆所处车道上的组合称重模块(1)所采集数据通过数据处理模块做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

b.当车辆骑线行驶时，车辆两侧车轮分别压在相邻不同车道上相邻的承重板(2)上，数据处理模块则将所处各承重板(2)底部称重传感器(3)所采集的数据做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

c.当车辆斜线行驶时,车辆两侧车轮分别压在相邻不同车道上相邻的承重板(2)上，数据处理模块则将所经过各承重板(2)底部称重传感器(3)所采集的数据做加权融合算法，计算出车辆整体重量；

在每个车道上都有车辆且并排行驶的情况下，通过车辆识别模块判断车辆数量，各车道上组合称重模块(1)通过a条件分别对所处车道车辆进行重量计算；

车辆在不同车道上骑线行驶时，判断车辆是否骑线行驶通过图像识别装置(4)结合各车道上组合称重模块(1)通过b条件实现对各车辆进行重量计算，当图像识别装置(4)通过视频分析判断车辆骑线行驶,且当两个不同车道上相邻承重板(2)的称重传感器的同时刻的连续波形变化具有极高相似性，提取出这组承重板(2)上的称重传感器(3)的数据进行加权融合算法，计算出车辆整体重量；

车辆在不同车道上斜线行驶时，判断车辆是否斜线行驶通过图像识别装置(4)结合承重板(2)上称重传感器的采集数据的波形曲线判断,通过c条件实现对各车辆进行重量计算，当到位线圈(6)和结束线圈(7)处于不同车道,图像识别装置通过视频分析判断车辆骑线行驶,且当两个不同车道上相邻承重板(2)的称重传感器的同时刻的连续波形变化具有斜线行驶特征，提取出车辆经过车道承重板(2)上的称重传感器(3)的数据进行加权融合算法，计算出车辆整体重量。

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