双台面防作弊称重系统的应用

山西省高速公路自2006年试行对载货汽车实施计重收费至今，计重收费工作整体开展顺利，有效遏制了超载超限的现象，保证了高速公路的正常运行，促进了我省公路运输业的健康发展。随着计重收费的进一步开展，受利益的驱使，越来越多的驾驶人员针对计重设备的特点，采取违规行驶方式来降低实际货车总重，从而达到逃避正常缴费的目的，作弊的方式主要有：跳磅过秤（跳车头）、拖磅过秤、高速冲磅、压边过磅、扭磅（走“S”型）等形式，并且作弊方式种类呈增多的趋势。

车辆不规范过秤造成了收费车道的堵塞，产生了恶劣的社会影响，增加了收费部门的管理难度；超限超载运输车辆在公路上行驶，致使公路损坏严重，极大的缩短了使用寿命，危及人民群众的生命财产安全；不规范的过秤行为加大了对计重设备的冲击，严重影响了计重设备的正常称量，降低了计重设备的使用寿命，给企业和国家造成了巨大的经济损失。

基于以上原因实行双台面计重设备防作弊动态称重系统。新系统有更高的称重精度，对车辆不规范行驶有较强的识别和修正能力，另一方面稳定性和可靠性有大幅度的提高，能适应各种气候环境，延长了设备的使用寿命。

1　双台面称重设备防作弊系统介绍

1.1　作弊识别

为了判断出各种作弊行为，必须要对称重系统本身做改进并进行优化；保证在称重过程中能实时采集秤台（双秤台）四角8支传感器的重量；首先增加数据采集的速率，也就是在短时间内采集大量的数据。通过对采集到得数据进行分析，再根据各种作弊方式的不同特征判断是那种作弊类型。根据不同的作弊方式进行不同的重量修正。对某些特殊的作弊类型还可以根据重量来判断。

此算法的核心是基于对作弊车辆判断的基础上，进行适当的重量补偿或修正，最大程度的降低通行费流失的同时基本上消除收费争议，本算法可行性好，是一种解决车辆违规行驶的解决方案。

1.2　作弊车辆重量校正功能

1.2.1　“跳秤”重量校正

在对“跳秤”车辆重量校正的部分主要采用经验模型修正算法。对采集的数据按车型、总轴重进行排序，分别统计其对应的前轴重量随总轴重变化的平均值，总结出各种轴型车辆前轴重量随总轴重变化的统计平均重量函数曲线。

当车辆跳秤时，前轴重量小于统计平均重量函数时，以统计平均重量函数曲线，修正前轴重量。为保证统计函数直线段的线性符合客观实际，我们对空车和重车分别进行校正。以下列出的是重车开始修正的下线值：　159、1129、129轴型从30吨开始修正。

当车辆跳秤时，前轴重量大于统计平均重量函数时，不对违规行驶重量进行修正。

1.2.2　“S型”重量校正

基于S型行驶，由于车轴一侧轮胎先上称，等到这个轮胎快下称时，再让另一侧轮胎上称，从而使得该轴两侧轮胎全在称台上的时间很短，故车在称台上的完全称重时间较短。针对完全称重时间较短的情况，能够通过提高数据的采集速率，在短时间内数据分析器有更多的数据分析，减少对不正常数据的处理从而计算出轴的实际重量。

1.2.3　基于车辆动力学模型的“点刹车”重量校正方法

对于点刹车这种行驶方式，车辆后轴行驶到称台边缘后驾驶员点刹车，后轴会在称台上滑过，轴重没有全部作用于称台上，导致称重后重量偏轻。由于轴重没有全部作用于称台上，但是称台上瞬间还是能获得车辆的真实轴重。在大量的数据分析中可以找到此轴的最大值然后和算出的轴重的关系，根据这些来识别和对轴重进行相应的处理。对两联轴和三联轴的车也可以根据联轴轴重的关系来判断“点刹车”这种情况并对轴重进行相应的处理。

1.3　作弊车辆异常报警功能

很多情况下，作弊车辆的车轴没有完全作用在称台上，这时称重系统从原理上无法采集到车辆真实的重量信号。但计重设备中的称重算法可以识别出这时的作弊行为，并发出报警。

另外其他已知的称重信息异常情况可以实现自动报警功能。

（1）车辆通过称台速度超过40公里/小时计量检定有效范围自动报警；

（2）车辆载重量明显低于空载重量的90%异常自动报警。

2　双台面防作弊称重设备组成及主要性能参数

2.1系统组成

用于公路车辆计重收费、超限检测的双台面称重系统，由计重平台（双秤台）、电感线圈及控制器、轮胎识别传感器和控制器、红外光幕分离器、２路称重数据及８路模拟量采集器、数据处理器组成。采用了沿行车方向串联并组合成一体、秤台与秤台之间力学上相互独立的两秤台结构。当车辆依次通过两个秤台时，既避免了车辆两轮轴同上一个台面互相干扰的现象，又增加了有效的动态称重时间，称重采样量远大于单秤台，进而得到更准确的数据，两秤台结构的测量误差小于单秤台的1／5，从而减少了纠纷。此外，两秤台结构的多传感器的设备冗余提高了系统的可靠性。

2.2　防弊系统的主要参数

2.2.1　承载器（双秤台）

承载器由计重平台（双秤台）、称重传感器（8支）、整体框架、信号电缆和安装部件等构成。承载器的计重秤台采用高精度称重传感器作为计重元件，选用高强度优质钢结构焊接而成，标准载荷30t，经时效处理后加载250%F.S，使其形变符合设计要求。整体防锈处理并涂多层防锈漆，不论是埋入地下部分还是外露部分都不锈蚀；与数据采集器的传输是无损耗的传输；秤台采用了8支精度为0.02%，单支载荷30吨，材质为40CrNiMn，钢制密封传感器，整个秤体具有60吨的负荷能力，多年的现场使用证明它具有良好的抗冲击性、抗过载、高稳定精度和动态快速反应；防水、防潮、防浸泡，延长了传感器的使用寿命，减少维护工作量，提高设备使用可靠性，保障公路畅通；当传感器发生故障时，可以通过中央处理器向收费系统发送故障报警信号，收费界面可以显示明确的故障信息；秤台底座的作用是支撑秤台。其尺寸大小要考虑混凝土的承压能力及底座的变形。底座设有独立的接地装置，采用紫铜扁平电缆与1.5m深的接地钢钎相连。秤台台面与底座之间用四条紫铜扁平电缆跨接，保证雷电电流绕过传感器流入地下。整体秤台接地电阻不大于2Ω，保证传感器免遭雷击。

2.2.2　红外线车辆分离器

车辆分离器由成对配置的红外线光幕发射和接收装置、控制器构成。采用进口红外线光幕，使用编码扫描方式工作，不受阳光、雨、雪、雾的干扰，能安全消除跟车现象，可以检测拖车挂钩，将半挂车、全挂车、单车可靠分离，保证计重检测数据与车辆的一一对应关系，可以忽略雪、石块、昆虫或飞鸟的干扰，将其安装于计重平台前方两侧路边，对于从离地400mm～1648mm范围内，用高密度的52对红外光幕连续扫描，能对间距≥200mm的车辆准确分离，能对连接件高度≥40cm拖挂车准确识别。当第一辆车进入光幕区后，光幕被遮挡，系统开始进行数据检测，整车通过过程中光幕相关部分被遮挡，系统开始进行数据检测，整车通过过程中光幕相关部分被遮挡，车辆全部通过时，任何一对光幕均不被遮挡，判定本车通过，对本次车辆进行收尾，相应地结束数据的检测。第二辆车相隔较近，但仍有一定间隙，间隙大于200mm时，光幕正常工作，系统进行第二辆车的检测，光幕采用编码扫描，能在恶劣环境下如强阳光直照、雨雪天、雾天可靠工作；此外本系统采用的红外光幕具有容错功能，在光幕有两个光点被非正常遮挡三分钟以上时（如泥点、飞虫等物），光幕发出报警信号并仍能正常工作；光栅窗口玻璃具有加热功能，防止结冰、结雾，从而保证恶劣天气下光幕正常工作。

2.2.3　轮胎识别器

轮胎识别器由传感器、安装部件、数据采集卡构成。车辆在车道内通过，不同的车胎触地宽度不同，本系统由多个高灵敏度的应变片压力传感器组成，通过检测传感器被车轮胎触发的数量检测轮胎总宽度，从而识别每轴单侧的单、双胎情况；轮轴识别器采用多个传感器并排列布置组成，测量准确性高，且工作稳定、耐用。

对车辆的轮胎数进行自动识别，检测通过的车轮在轮轴识别器上的传感器个数，经软件判断，来确定是单轮还是双轮。对通过的货车的轴型识别，可靠性≥99%；当轮胎识别器发生故障时，可以通过硬件和软件发出故障消息。

2.2.4　车辆检测器

收尾（开始）线圈由埋于车道的环形感应线圈、线圈检测器、信号电缆等构成。当红外线车辆分离器发生故障时，系统自动切换为使用线圈，对车辆进行分离和辅助收尾；在车距不少于2m时，判断精度≥99%；在雨雪雾天，特别是凝露结冰使红外车辆分离器无法正常工作时非常有用。

3　结语

双台面防作弊称重设备在原有的单台面轴重秤基础上，性能特点进一步的提高：容错性强、称重结果精度高、重复性好、信息量大。能够针对高速公路收费站现有违规现象起到很好的遏制。