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摘要：动态整车式计重系统相比于其他计重设备如弯板式、单称台式、联体称台式，能够实现高精度称重、高效率连续稳定过车、有效防止车辆违规行驶、减少偷逃通行费现象。动态整车式计重系统在实际使用过程中需要通过一系列设计措施来保证该系统高精度高稳定运行。
关键词：整车称重系统；福建省高速公路；收费车道；设计原理
引言
随着高速公路管理的不断精细化以及我国动态汽车衡技术的快速发展，传统的高速公路收费车道称重方式方式已难以满足日益增长的需求，而一种将嵌入式技术与动态称重技术相结合的整车称重系统为我们提供了一种切实可行的解决方法。目前整车称重系统系统已逐渐在福建高速公路收费车道推广，2017年福建高速公路已进行了动态整车称重系统一期改造工程，已取得了良好的效果，目前整车称重系统二期工程已开始。
一、整车计重系统概述
采用嵌入式工业控制计算机技术与动态称重技术相结合，构成功能强大的动态整车式计重收费系统，能够实现高精度称重、高效率连续稳定过车、有效防止车辆违规行驶、减少偷逃通行费现象。该系统具有自动计量称重、自动计算功能，无需人为干预，系统能在车辆频繁启停情况下保证正常运行。系统可实现自动检测、轴载判别、超限报警控制、轮轴类型判别等一系列操作，同时向计算机传输称重数据，并具有数据自动缓存功能。
（一）整车秤技术优点
1、单台面、长秤体设计、整车稱量方式、基于整车智能识别算法，高精度称重，秤体结构设计与算法的完美结合，有效防止车辆违规行驶
2、多车识别技术结合车辆称重分离算法，准确识别轴向轴数等信息高效率连续过车。整车秤称量精度高静态误差可达到≤±0.5%，相比单称台式的±5%以及弯板式±2.5%有明显提高。该系统是静态情况下称重的，不存在作弊情况，可防止车辆违规行驶，使得通行费能够正常收取，收益比安装非整车秤的车道要远远高。
（二）系统构成框图
动态整车称重系统主要由汽车衡、红外光幕分车系统、地感辅助分车系统、轮胎识别器、数据控制柜、前置栏杆机等子系统组成，各个子系统相互协调完成整个过车流程，各子系统又是独立的系统由不同的构件组成。
二、系统工作原理
（一）称重技术原理
当车辆通过检测车道时，车辆将经过红外车辆分离器，当红外车辆分离器被触发时，此时将形成一个车辆缓存，用于存储正在上秤车辆的车辆信息，并结合上秤端触发器识别的车辆轴行驶方向，系统判断有车辆上秤。车辆开始上秤，进入第一台面，车轴首先经过第一台面的上秤端触发器，形成上秤触发信号；与此同时，整车称重平台下面的称重传感器由于受到车辆重力的作用，将使得称重备传感器内的电阻应变计构成的多组电桥失去平衡，产生电信号，数字接线盒将采集到的称重信号实时的发送到称重控制器，并通过称重控制器内部的 AD 转换器转换成数字信号，最终通过软件把 AD 值转换成重量数据，得出车辆在秤台上的重量值；然后经过第一台面的下秤端触发器，形成下秤触发信号；按照车辆的正常行驶方向，当车辆经过时，系统实时采集此两组触发器信号和两组称重信号，并通过高端的软件处理算法计算出车辆的轴数、轴组型、轴组重以及车辆的行驶速度。
当车辆驶离光栅时，即光栅刚未被遮挡时，系统将根据上秤端触发器识别的车辆轴向准确的判断正车、不完全倒车、完全倒车等过车方式。若为正向过车，软件通过自身识别过车状况，来采取不同的称重模式进行车辆总重计算，系统将车型、车速、轴重、车辆总重等信息上传到车道计算机。车道计算机内置计重收费软件，工作人员根据称重数据对车辆进行收费；若为其他方式的过车，系统将根据过车方式向车道计算机发送不同的数据处理命令。当车辆使向收费亭时，经过下秤端触发器形成下秤触发信号，系统实时采集此信号，并通过高端的软件处理算法计算出车辆下秤的轴数从而计算出停留在秤上的车辆数。
（二）工作流程
车辆分离器识别车辆进入，岛头通行信号灯显示红灯，禁止后车跟进秤台；轮胎（轴）识别器识别车辆轴进入秤台，整车式称重系统开始称重，检测轴重，判定轴组；当车辆完全通过车辆分离器，完全驶上秤台，当秤台稳定时自动记录车货总重并修正轴重；称重系统向车道计算机发送计重信息（轴数、轴组、轴重、车货总重等），车道计算机自动判定超限，计算收费金额，进行相关收费操作；当收费完毕后，收费员按放行键抬杆，车辆驶出称重平台，秤台回零，岛头通行信号灯显示绿灯，指示下一辆车驶入。
三、系统稳定运行的解决方案
（一）保证系统精确数轴的设计方案
传统的计重设备，均安装轮轴识别器等设备来实现对轴数的判断，虽然具有较高的识别率，但存在高成本高故障点的问题，在给日常维护带来困难，目前已经采用新的替代技术：通过专业算法实时分析秤上重量的变化情况，在处理称重重量数据的同时完成车辆轴数的判别，使得称台集成称重及车辆轴数识别功能。通过高效算法，对计重车辆轴数的判断准确率大大提高。
（二）整车汽车衡坡度安装设计方案
1、机械结构解决方案针
对有坡度的现场情况根据实际坡度的大小，现场实施时使传感器基础预埋板上表面水平放臵，每路传感器基础预埋板的标高随车道坡度计算得出，秤台上压头根据车道坡度加楔形垫板，保证秤台安装完成后传感器及上压头垂直放臵。下图为整车称重台斜坡安装的示意图，图中，标高基准设臵±0.000，按照图中示意，将一号传感器安装于标高为-0.458 处，二号传感器安装于标高-0.467 处，三号传感器安装于标高-0.512 处，之后传感器按照具体设计图中同种方法进行安装，可保证整车称重台在坡道安装后能保持其精度。
2、称重算法解决方案
基于特有的秤台结构，开发了轴分布识别算法，可以准确记录车辆的轴（组）分布。由称上轴（组）重量与车辆行驶时间的单峰函数识别算法，能够正确跟踪轴上称后重量的变化，并结合轴分组算法，克服单轴称重震动等扰动带来的误差，而与单轴重量无关，形成车辆分段称量算法，最终实现车辆的称量，从而保证在坡度安装情况下称重精度。
（三）整车汽车衡防滑的解决方案
整车称重的称台表面相比其他称台面积大，防滑效果不理想，车辆在秤台上刹车容易出现滑车，容易造成安全事故，针对冬季的结冰落雪及夏季的积水的情况，在秤台的表面设计了有效的防滑处理装臵，在秤台表面两侧对称焊接5mm 厚花纹板，增加秤台表面粗糙度，提高了秤台表面的摩擦系数，提高车辆制动可靠性。
（四）设备防雷、防静电干扰的设计方案
高速公路车道收费系统设备多，分布在收费广场范围大，雷雨天气时容易受雷击，因此所有设备都做等电位连接，并且与广场接地系统相连，保证设备接地电阻小于 1Ω，整车计重系统的防雷除使用收费系统的防雷接地外，电源和信号都加了防雷器，与上位机通讯接口及外设接口均采用光电隔离设备，有防浪涌电流能力。
为了减小称重数据的电磁干扰和屏蔽效果，称重平台的数字接线盒将传感器信号模拟转换为数字信号、设备信号线缆和电源线缆分管走线，穿线管做等电位处理、采用具有金属网或铝箔的信号线、各类传输线之间尽量减小回圈，并且利用两端已接地的金属管/槽作为各类传输线的屏蔽，把传输线感应到瞬间过电压的机会减至最小。
四、结束语
目前一期动态整车称重系统已在福建省高速公路安装使用近一年，在称重精准性、车辆过车连续性及系统稳定性等方面已经取得不错的效果，目前二期动态整车称重工程正在有序推进中。该系统的推广应用将较大提高过车效率，减少拥堵，提高通行速度，同时该系统能有效减少收费争议，提高经济效益，有效防止车辆不规范行驶，杜绝货运车辆偷逃费行为。
参考文献：
[1]李从凡，徐利英等.ETC-MTC混合模式研究及应用.中国交通信息化，2015，02，84-85
[2]肖维明 高速公路车辆动态称重设备应用研究 中国交通信息产业，2010（2）
[3]陈琦.车辆动态称重系统研究现状[J].筑路机械与施工机械化，2009（3）.
关键词：整车称重系统；福建省高速公路；收费车道；设计原理
引言
随着高速公路管理的不断精细化以及我国动态汽车衡技术的快速发展，传统的高速公路收费车道称重方式方式已难以满足日益增长的需求，而一种将嵌入式技术与动态称重技术相结合的整车称重系统为我们提供了一种切实可行的解决方法。目前整车称重系统系统已逐渐在福建高速公路收费车道推广，2017年福建高速公路已进行了动态整车称重系统一期改造工程，已取得了良好的效果，目前整车称重系统二期工程已开始。
一、整车计重系统概述
采用嵌入式工业控制计算机技术与动态称重技术相结合，构成功能强大的动态整车式计重收费系统，能够实现高精度称重、高效率连续稳定过车、有效防止车辆违规行驶、减少偷逃通行费现象。该系统具有自动计量称重、自动计算功能，无需人为干预，系统能在车辆频繁启停情况下保证正常运行。系统可实现自动检测、轴载判别、超限报警控制、轮轴类型判别等一系列操作，同时向计算机传输称重数据，并具有数据自动缓存功能。
（一）整车秤技术优点
1、单台面、长秤体设计、整车稱量方式、基于整车智能识别算法，高精度称重，秤体结构设计与算法的完美结合，有效防止车辆违规行驶
2、多车识别技术结合车辆称重分离算法，准确识别轴向轴数等信息高效率连续过车。整车秤称量精度高静态误差可达到≤±0.5%，相比单称台式的±5%以及弯板式±2.5%有明显提高。该系统是静态情况下称重的，不存在作弊情况，可防止车辆违规行驶，使得通行费能够正常收取，收益比安装非整车秤的车道要远远高。
（二）系统构成框图
动态整车称重系统主要由汽车衡、红外光幕分车系统、地感辅助分车系统、轮胎识别器、数据控制柜、前置栏杆机等子系统组成，各个子系统相互协调完成整个过车流程，各子系统又是独立的系统由不同的构件组成。
二、系统工作原理
（一）称重技术原理
当车辆通过检测车道时，车辆将经过红外车辆分离器，当红外车辆分离器被触发时，此时将形成一个车辆缓存，用于存储正在上秤车辆的车辆信息，并结合上秤端触发器识别的车辆轴行驶方向，系统判断有车辆上秤。车辆开始上秤，进入第一台面，车轴首先经过第一台面的上秤端触发器，形成上秤触发信号；与此同时，整车称重平台下面的称重传感器由于受到车辆重力的作用，将使得称重备传感器内的电阻应变计构成的多组电桥失去平衡，产生电信号，数字接线盒将采集到的称重信号实时的发送到称重控制器，并通过称重控制器内部的 AD 转换器转换成数字信号，最终通过软件把 AD 值转换成重量数据，得出车辆在秤台上的重量值；然后经过第一台面的下秤端触发器，形成下秤触发信号；按照车辆的正常行驶方向，当车辆经过时，系统实时采集此两组触发器信号和两组称重信号，并通过高端的软件处理算法计算出车辆的轴数、轴组型、轴组重以及车辆的行驶速度。
当车辆驶离光栅时，即光栅刚未被遮挡时，系统将根据上秤端触发器识别的车辆轴向准确的判断正车、不完全倒车、完全倒车等过车方式。若为正向过车，软件通过自身识别过车状况，来采取不同的称重模式进行车辆总重计算，系统将车型、车速、轴重、车辆总重等信息上传到车道计算机。车道计算机内置计重收费软件，工作人员根据称重数据对车辆进行收费；若为其他方式的过车，系统将根据过车方式向车道计算机发送不同的数据处理命令。当车辆使向收费亭时，经过下秤端触发器形成下秤触发信号，系统实时采集此信号，并通过高端的软件处理算法计算出车辆下秤的轴数从而计算出停留在秤上的车辆数。
（二）工作流程
车辆分离器识别车辆进入，岛头通行信号灯显示红灯，禁止后车跟进秤台；轮胎（轴）识别器识别车辆轴进入秤台，整车式称重系统开始称重，检测轴重，判定轴组；当车辆完全通过车辆分离器，完全驶上秤台，当秤台稳定时自动记录车货总重并修正轴重；称重系统向车道计算机发送计重信息（轴数、轴组、轴重、车货总重等），车道计算机自动判定超限，计算收费金额，进行相关收费操作；当收费完毕后，收费员按放行键抬杆，车辆驶出称重平台，秤台回零，岛头通行信号灯显示绿灯，指示下一辆车驶入。
三、系统稳定运行的解决方案
（一）保证系统精确数轴的设计方案
传统的计重设备，均安装轮轴识别器等设备来实现对轴数的判断，虽然具有较高的识别率，但存在高成本高故障点的问题，在给日常维护带来困难，目前已经采用新的替代技术：通过专业算法实时分析秤上重量的变化情况，在处理称重重量数据的同时完成车辆轴数的判别，使得称台集成称重及车辆轴数识别功能。通过高效算法，对计重车辆轴数的判断准确率大大提高。
（二）整车汽车衡坡度安装设计方案
1、机械结构解决方案针
对有坡度的现场情况根据实际坡度的大小，现场实施时使传感器基础预埋板上表面水平放臵，每路传感器基础预埋板的标高随车道坡度计算得出，秤台上压头根据车道坡度加楔形垫板，保证秤台安装完成后传感器及上压头垂直放臵。下图为整车称重台斜坡安装的示意图，图中，标高基准设臵±0.000，按照图中示意，将一号传感器安装于标高为-0.458 处，二号传感器安装于标高-0.467 处，三号传感器安装于标高-0.512 处，之后传感器按照具体设计图中同种方法进行安装，可保证整车称重台在坡道安装后能保持其精度。
2、称重算法解决方案
基于特有的秤台结构，开发了轴分布识别算法，可以准确记录车辆的轴（组）分布。由称上轴（组）重量与车辆行驶时间的单峰函数识别算法，能够正确跟踪轴上称后重量的变化，并结合轴分组算法，克服单轴称重震动等扰动带来的误差，而与单轴重量无关，形成车辆分段称量算法，最终实现车辆的称量，从而保证在坡度安装情况下称重精度。
（三）整车汽车衡防滑的解决方案
整车称重的称台表面相比其他称台面积大，防滑效果不理想，车辆在秤台上刹车容易出现滑车，容易造成安全事故，针对冬季的结冰落雪及夏季的积水的情况，在秤台的表面设计了有效的防滑处理装臵，在秤台表面两侧对称焊接5mm 厚花纹板，增加秤台表面粗糙度，提高了秤台表面的摩擦系数，提高车辆制动可靠性。
（四）设备防雷、防静电干扰的设计方案
高速公路车道收费系统设备多，分布在收费广场范围大，雷雨天气时容易受雷击，因此所有设备都做等电位连接，并且与广场接地系统相连，保证设备接地电阻小于 1Ω，整车计重系统的防雷除使用收费系统的防雷接地外，电源和信号都加了防雷器，与上位机通讯接口及外设接口均采用光电隔离设备，有防浪涌电流能力。
为了减小称重数据的电磁干扰和屏蔽效果，称重平台的数字接线盒将传感器信号模拟转换为数字信号、设备信号线缆和电源线缆分管走线，穿线管做等电位处理、采用具有金属网或铝箔的信号线、各类传输线之间尽量减小回圈，并且利用两端已接地的金属管/槽作为各类传输线的屏蔽，把传输线感应到瞬间过电压的机会减至最小。
四、结束语
目前一期动态整车称重系统已在福建省高速公路安装使用近一年，在称重精准性、车辆过车连续性及系统稳定性等方面已经取得不错的效果，目前二期动态整车称重工程正在有序推进中。该系统的推广应用将较大提高过车效率，减少拥堵，提高通行速度，同时该系统能有效减少收费争议，提高经济效益，有效防止车辆不规范行驶，杜绝货运车辆偷逃费行为。
参考文献：
[1]李从凡，徐利英等.ETC-MTC混合模式研究及应用.中国交通信息化，2015，02，84-85
[2]肖维明 高速公路车辆动态称重设备应用研究 中国交通信息产业，2010（2）
[3]陈琦.车辆动态称重系统研究现状[J].筑路机械与施工机械化，2009（3）.