激光輪軸識(shí)別器在高速計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用

張剛++馬廣林

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.094

摘 要：激光輪軸識(shí)別器是新一代車輛軸型識(shí)別設(shè)備，用于替換傳統(tǒng)輪軸識(shí)別器。該識(shí)別器采用當(dāng)前最先進(jìn)的激光掃描技術(shù)，能精確獲得車輛是否有箱體、輪軸數(shù)、軸型、單雙胎、車輛高度、輪胎直徑及軸距等信息，在檢測(cè)精度以及抗干擾方面具有優(yōu)異的性能，徹底解決傳統(tǒng)輪軸傳感器使用壽命短、維護(hù)成本高的行業(yè)難題。

關(guān)鍵詞：輪軸識(shí)別器 激光掃描技術(shù) 工作原理 精度

中圖分類號(hào)：TH715.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（a）-0094-02

《GB1589-2016道路車輛外輪廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》及交通部62號(hào)令明確貨運(yùn)車輛額定載荷，依據(jù)軸型、驅(qū)動(dòng)輪個(gè)數(shù)、是否安裝空氣懸掛等各個(gè)維度進(jìn)行限定，其中軸型為主要依據(jù)。此標(biāo)準(zhǔn)改變了原來(lái)單一按照軸數(shù)規(guī)定貨運(yùn)車輛額定載荷的方法。新認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輪軸識(shí)別器的故障率、檢測(cè)方法及精度提出更高要求。

1 現(xiàn)有輪軸識(shí)別器存在問(wèn)題

高速公路計(jì)重系統(tǒng)輪軸識(shí)別器主要有接觸式和非接觸式兩種類型。接觸式輪軸識(shí)別器主要有膠條式、觸點(diǎn)式、壓電式。非接觸式輪軸識(shí)別器主要由開(kāi)關(guān)量式、光柵式。其工作原理及存在問(wèn)題如下。

膠條接觸式輪軸識(shí)別器工作原理采用導(dǎo)電橡膠制作成一定長(zhǎng)度的膠條，橫向或斜向鋪設(shè)在車道上。當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)碾壓膠條，其受壓產(chǎn)生開(kāi)關(guān)量閉合信號(hào)；通過(guò)兩條平行鋪設(shè)的膠條的信號(hào)變化情況，判斷車輛胎型信息（即判斷單雙輪），缺點(diǎn)為壽命短、短維修成本高、易磨損、單雙輪識(shí)別率低、易受溫度影響。

觸點(diǎn)接觸式輪軸識(shí)別器工作原理主要由壓力傳感器單元和輪軸識(shí)器處理控制單元兩部分組成；壓力傳感器組合單元安裝在收費(fèi)車道稱臺(tái)旁，其由數(shù)個(gè)壓力傳感器一字排列，傳感器間距為10cm組合形成檢測(cè)單元；輪軸識(shí)器處理控制單元根據(jù)車輛所壓傳感器的數(shù)量判斷車輛胎型等數(shù)據(jù)信息，通過(guò)串行通信方式傳送給主控設(shè)備。缺點(diǎn)是單個(gè)傳感器受力較大并且要有排水系統(tǒng)，故障率高，維護(hù)成本高，壽命短。

壓電式觸點(diǎn)式接觸式輪軸識(shí)別器工作原理采用壓電薄膜傳感器進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)有力作用在壓電陶瓷上時(shí)，壓電陶瓷就會(huì)產(chǎn)生電荷，通過(guò)電路放大就能產(chǎn)生信號(hào).缺點(diǎn)是無(wú)法檢測(cè)長(zhǎng)期壓在上面的車輪，不能檢測(cè)靜止在傳感器上的車輛，只能檢測(cè)動(dòng)態(tài)信號(hào)，壽命短，維護(hù)成本高。

開(kāi)光量光信號(hào)非接觸式輪軸識(shí)別器工作原理通過(guò)處理器將接收到的光信號(hào)狀態(tài)與預(yù)設(shè)的光信號(hào)值相對(duì)比，若接收到的光信號(hào)大于預(yù)設(shè)的光信號(hào)值則判為輪軸信息并上傳到處理控制單元。缺點(diǎn)是測(cè)量面積較小，容易受外界干擾，無(wú)法辨別單雙胎。

光纖光柵非接觸式輪軸識(shí)別器工作原理采用光纖光柵輪軸識(shí)別傳感器作為傳感部件，LED作為光源，用光功率計(jì)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，當(dāng)車輪經(jīng)過(guò)輪軸識(shí)別傳感器時(shí)，相應(yīng)識(shí)別傳感器里面的光纖光柵的布拉格反射波長(zhǎng)發(fā)生改變，引起整條光路反射光強(qiáng)的變化。根據(jù)發(fā)生光強(qiáng)變化的光路數(shù)即可對(duì)輪胎的數(shù)目進(jìn)行判別。缺點(diǎn)是容易受地面障礙物遮擋造成誤判，安裝復(fù)雜、維護(hù)困難。

以上傳統(tǒng)輪軸識(shí)別器共同特點(diǎn)為使用壽命短、故障率高、維護(hù)成本高、識(shí)別率低，成為行業(yè)難題。因此選用新型激光輪軸識(shí)別器將降低維修成本，提升產(chǎn)品的整體穩(wěn)定性。

2 激光輪軸識(shí)別器工作原理

激光輪軸識(shí)別器是在高速公路收費(fèi)島固定位置處安裝激光立桿，掃描式測(cè)距激光儀安裝于立桿上方1.5m處。激光儀沿著垂直于行車方向的角度掃描，獲取通過(guò)車輛的實(shí)時(shí)截面數(shù)據(jù)，當(dāng)其檢測(cè)到一個(gè)完整的軸后，立即將檢測(cè)的單雙胎結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)采集處理器。數(shù)據(jù)采集處理器根據(jù)激光掃描線與稱臺(tái)的布局，來(lái)識(shí)別軸組，進(jìn)而根據(jù)激光給出的胎型數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別軸組型。從而得到完整的車型和輪軸數(shù)據(jù)，通過(guò)485串口發(fā)送給數(shù)據(jù)采集控制器。數(shù)據(jù)采集控制器根據(jù)獲取到的稱重臺(tái)的稱重?cái)?shù)據(jù)及激光儀發(fā)送的軸型數(shù)據(jù)，識(shí)別通過(guò)車輛的車型。

激光輪軸識(shí)別器工作示意如圖1所示。

3 激光輪軸識(shí)別器構(gòu)成及特點(diǎn)

激光輪軸識(shí)別器基于先進(jìn)的激光掃描技術(shù)，通過(guò)主動(dòng)掃描車輛外形，利用三維點(diǎn)云重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行車輛高度、長(zhǎng)度、軸距、軸型、輪胎直徑的測(cè)量，同時(shí)判斷是否有廂體存在，具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)；激光輪軸識(shí)別器包括掃描式激光傳感器、激光控制器、串口轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集處理器等。

3.1 掃描式激光傳感器

激光輪軸識(shí)別器主要掃描元件為激光傳感器，傳感器發(fā)出波長(zhǎng)為905nm的激光形成激光掃面斷面。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)掃斷面時(shí)，在50Hz的激光掃描頻率下，將車輛情況整體分解為幾十個(gè)精確的斷面信息，通過(guò)計(jì)算精準(zhǔn)的測(cè)出車輛的實(shí)況信息，如車輛高度、長(zhǎng)度、是否裝貨、車廂信息、是否有玻璃、凹槽位置等信息，對(duì)于細(xì)分車型提供了充分的依據(jù)。傳感器發(fā)出的激光源，具有良好方向性及穿透能力，在各種極端天氣工況下，依然能夠精確測(cè)量。

3.2 激光控制器

激光控制器是整個(gè)輪軸識(shí)別器的核心，其接收激光傳感器掃描數(shù)據(jù)，車輛整體通過(guò)激光掃描截面時(shí)，通過(guò)單個(gè)輪軸的速度以及車輛的整體結(jié)構(gòu)，得到輪軸間的相對(duì)位置關(guān)系，從而計(jì)算出車輛的軸組信息。激光控制器技術(shù)性能為：軸數(shù)識(shí)別精度、單雙胎識(shí)別精度達(dá)到99.5%，平均無(wú)故障時(shí)間：≥50000h。

4 激光輪軸識(shí)別器優(yōu)勢(shì)

（1）使用壽命長(zhǎng)。掃描式測(cè)距激光儀安裝在立桿上，不與車輛直接接觸，日常使用過(guò)程中沒(méi)有損耗。因此使用壽命長(zhǎng)。

（2）安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，開(kāi)通時(shí)間短。不需要開(kāi)槽施工，施工期間不影響車輛通行；通過(guò)安裝支架固定在立桿上，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。

（3）胎型識(shí)別率高?；诩す鈷呙杓夹g(shù)，通過(guò)多年技術(shù)積累形成三維云重構(gòu)技術(shù)及胎型識(shí)別算法，保證系統(tǒng)胎型識(shí)別準(zhǔn)確率。

（4）不受車輛異常行駛的影響。激光儀安裝于收費(fèi)島上1.5m的立桿，車輛異常行駛（如反復(fù)碾壓，跳輪軸等方式）不影響激光輪軸識(shí)別，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性和防作弊性能。

5 結(jié)語(yǔ)

基于激光掃描技術(shù)的新型輪軸識(shí)別器與傳統(tǒng)輪軸識(shí)別器相比較，既解決了傳統(tǒng)輪軸識(shí)別器精度不高、壽命短、維護(hù)成本高的行業(yè)難題，又滿足了新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在高速公路計(jì)重收費(fèi)行業(yè)的貫徹執(zhí)行，各收費(fèi)站可在現(xiàn)有通行費(fèi)基礎(chǔ)增加收入2%～3%，所以激光輪軸識(shí)別器憑借自身優(yōu)勢(shì)，將在公路計(jì)重收費(fèi)、路政超限車輛檢測(cè)及港口碼頭計(jì)重管理行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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