動態(tài)地磅稱重精度的算法設計及應用

車輛超速及超載是造成交通事故的一個重要原因，并且車輛超速、超載也會加速對公路的損壞，使得人們生命及財產(chǎn)安全受到極大危害，因此要求使用一些先進的手段，對車輛超限超載運輸問題做解決?；诖?，本文就計重收費系統(tǒng)與CW公路車輛超限動態(tài)檢測實際算法設計及應用做敘述。
　　動態(tài)汽車衡稱重是指對行駛狀態(tài)中的車輛進行稱重，與過去的靜態(tài)稱重相比，其具有效率高、節(jié)省時間，有效減少對道路交通影響等優(yōu)點，但是實際實施過程中，因為干擾因素多、汽車行駛沖擊力大、稱重時間過短等影響，使得稱重精度大幅度下降，所以積極研究動態(tài)汽車衡稱重精度算法設計，以準確對車輛進行稱重，具有極為重要的實踐意義。
　　1.動態(tài)地磅稱重具體工作原理
　　CW動態(tài)地磅主要有稱重控制儀表、上位機、車輛分離器、數(shù)軸識別器及動態(tài)軸重衡等組成。整個稱重過程中，動態(tài)軸重衡通過對軸載進行稱量的方式以對車輛實際軸組及各軸稱量，進而計算出車輛總重量；而輪軸識別器則由幾個壓力傳感器共同構成，當車輛輪胎行駛過來時，車輛分離器利用同步掃描來對車輛經(jīng)過開始與結束信號收集；而壓力傳感器則收集壓力信號與輪胎數(shù)量，通過計算機確定車輛與稱重數(shù)據(jù)一一對應；上位機則對智能路閘、音頻、視頻、聲光報警及顯示器等涉筆進行管理，此時通過計算機程序自動判定車輛是否超載超限，并自動生成、打印報表和控制中心完成通訊。
　　當車輛行駛過稱重車道時，實際車輛稱重分為以下幾步完成：
　?。?）車輛分離器對車輛進行識別，并啟動稱重程序，動態(tài)軸重衡對該軸軸載信息做收集，（2）對軸載信息做分析，獲得該車車軸是雙輪或單輪信息，然后利用稱重控制儀表做處理；此時車輛分離器對車輛尾部通過信息做檢測，并給出收尾信息；（3）系統(tǒng)將稱重時間、速度、速度變化、超限標志、軸數(shù)、每軸軸載、軸型、相鄰軸軸距等數(shù)據(jù)信息做合成，進而對這些數(shù)據(jù)傳輸。（4）上位機對收集到的數(shù)據(jù)根據(jù)特定的程序做處理，并對整車重量進行計算；（5）控制視頻設備對通過車輛做拍照，然后結合控制中心指定的收費標準進行對應收費計算，并且通過相應屏幕對車輛車型、車重、收費金額、是否超載等信息做顯示；（6）打印報表，出示給司機查看，如果發(fā)現(xiàn)車輛超載超限，此時聲光報警器發(fā)出報警；（7）交費結束之后，控制中心控制擋車欄桿開啟，允許車輛通行。
　　2.動態(tài)地磅稱重精度分析
　　由于整個汽車稱重過程是運動過程較為復雜，但是不難發(fā)現(xiàn)汽車通過稱重區(qū)域，傳感器接收到的作用力主要包括兩類，其一為車輛的本身靜態(tài)荷載，也就是車輛當前輪軸上本身所承擔的車輛重量而產(chǎn)生的荷載；其二是車輛行駛過程引起的一些動態(tài)荷載，也可以將其稱為瞬態(tài)荷載。產(chǎn)生動態(tài)荷載的原因有很多，但是經(jīng)過研究及長期實踐發(fā)現(xiàn)，動態(tài)荷載主要包括如下三類：
　?。?）車輛本身情況而引起的一些振動導致的動態(tài)荷載；（2）由于稱重所在區(qū)域路面不平，導致的一些動態(tài)荷載；（3）車輛和稱重區(qū)域耦合而導致的一些振動造成的動態(tài)荷載。對于動態(tài)荷載來說，其是影響動態(tài)地磅稱重精度的最主要因素，要想更加精確的測得汽車真實靜態(tài)軸載，必須要最大限度的消除實際稱重過程中的汽車動態(tài)荷載。有關實驗表明，動態(tài)稱重信號實際信噪比較低，并且干擾噪聲幅值常常在真實軸重的五分之一或者更多。并且其成分也較為復雜，不但有串模干擾，而且有共模干擾，其頻率分布范圍也是極廣，從幾十赫茲到幾千赫茲不等。而使用差動放大器則能夠很好消除該過程中出現(xiàn)共模干擾，通過模擬RC低通濾波器可很好消除該過程中出現(xiàn)串模干擾，但是整個過程必須對濾波參數(shù)大小做折中考慮。參數(shù)越大，干擾消除效果越好，但是過大的參數(shù)必然會使得信號出現(xiàn)較大的延遲，并且該延遲還是與參數(shù)值成正比，因此實際車輛動態(tài)稱重可用性較小。參數(shù)越小，實時性越好，但是干擾消除效果必然變得很差，因此一定要使用一定的數(shù)字濾波方法對該干擾消除。因此實際上動態(tài)汽車衡稱重精度在一定程度上是取決于對數(shù)字信號的實際處理方法，高效優(yōu)質的數(shù)字濾波算法能夠很好的實現(xiàn)動態(tài)地磅稱重精度提高的目的。
　　3.動態(tài)地磅稱重精度算法優(yōu)化設計
　　動態(tài)地磅因為在戶外安裝，外界環(huán)境較為惡劣，各種電磁干干、沖擊、振動及溫度影響均會使得稱重基本算法受到影響，因此必須要對FIR濾波基本算法做一定優(yōu)化改進，以提高濾波性能，保證動態(tài)地磅技術性能達到使用要求。
　?。?）在進行FIR濾波前，首先對采樣數(shù)據(jù)過濾一次，將其中的異常點處理掉，具體實施過程中，先隨機采樣兩個點，并對其是否異常進行比較，如果異常，則重新采樣。經(jīng)過反復試驗及理論推導發(fā)現(xiàn)，對異常的判定應該這樣進行，如果兩個數(shù)值之差的絕對值比第一個數(shù)絕對值的10%還要大，該數(shù)值必然異常。這樣就有效消除了一些汽車高速通過檢測區(qū)顛簸而導致的尖峰信號數(shù)據(jù)。（2）得到兩個正常的數(shù)值之后，后續(xù)采樣均將該數(shù)值和上次數(shù)值進行比較，如第三次所得數(shù)值和第一步中正常數(shù)值的第二個數(shù)值進行比較，而仍然沿用第一步中的檢測方法，一則將異常數(shù)值消除，其二是保證了數(shù)據(jù)數(shù)量及采樣頻率不會受到影響[3]。（3）經(jīng)過前兩個步驟的處理之后，此時發(fā)現(xiàn)稱重信號曲線，必然會變得更加平滑，測量準確度必然得到一定程度的提高，而為了進一步提高濾波精度，此時使用FIR二次濾波，實際操作中將濾波所得結果再次作為信號輸入，進而完成二次FIR濾波。（4）為了進一步降低其中的一些尖峰脈沖信息對稱重精度的影響，提高測量信號的平滑性，將二次濾波結束之后所得的數(shù)據(jù)，每12個數(shù)據(jù)中去掉一個最大值和最小值，并將這個10個數(shù)值信號求平均值，然后進行車輛重量計算。
　　4.優(yōu)化后的動態(tài)地磅稱重具體應用
　　為了對使用優(yōu)化算法之后的動態(tài)地磅技術性能做檢驗，特別根據(jù)《動態(tài)公路車輛自動衡器》中的國家規(guī)程要求對CW動態(tài)汽車衡做了檢定，檢定過程中三軸車輛使用了一兩前軸為單軸單輪、后軸為雙軸雙輪的汽車，該車加載了10t標準，在靜態(tài)環(huán)境下對該車稱重，前后軸重量分別為5620kg、18340kg，為適應優(yōu)化算法之后的動態(tài)地磅在汽車時速為20km/h對該車整車稱重數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對比，整車稱重誤差小于±1%，實現(xiàn)了很高的稱重精度要求。
　　5.結語
　　動態(tài)地磅作為公路計重收費與車輛超載超限檢測過程中重要技術設備，其穩(wěn)定性和稱重精度一直制約著其廣泛的應用，而本文對動態(tài)地磅稱重通過FIR濾波優(yōu)化設計算法，對稱重信號做一定處理，除去了其中的噪聲干擾，而實際應用證明該技術CW動態(tài)地磅在稱重穩(wěn)定性和精度均有了很大提高。

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