动态地磅称重精度的算法设计及应用

车辆超速及超载是造成交通事故的一个重要原因，并且车辆超速、超载也会加速对公路的损坏，使得人们生命及财产安全受到极大危害，因此要求使用一些先进的手段，对车辆超限超载运输问题做解决。基于此，本文就计重收费系统与CW公路车辆超限动态检测实际算法设计及应用做叙述。
　　动态汽车衡称重是指对行驶状态中的车辆进行称重，与过去的静态称重相比，其具有效率高、节省时间，有效减少对道路交通影响等优点，但是实际实施过程中，因为干扰因素多、汽车行驶冲击力大、称重时间过短等影响，使得称重精度大幅度下降，所以积极研究动态汽车衡称重精度算法设计，以准确对车辆进行称重，具有极为重要的实践意义。
　　1.动态地磅称重具体工作原理
　　CW动态地磅主要有称重控制仪表、上位机、车辆分离器、数轴识别器及动态轴重衡等组成。整个称重过程中，动态轴重衡通过对轴载进行称量的方式以对车辆实际轴组及各轴称量，进而计算出车辆总重量；而轮轴识别器则由几个压力传感器共同构成，当车辆轮胎行驶过来时，车辆分离器利用同步扫描来对车辆经过开始与结束信号收集；而压力传感器则收集压力信号与轮胎数量，通过计算机确定车辆与称重数据一一对应；上位机则对智能路闸、音频、视频、声光报警及显示器等涉笔进行管理，此时通过计算机程序自动判定车辆是否超载超限，并自动生成、打印报表和控制中心完成通讯。
　　当车辆行驶过称重车道时，实际车辆称重分为以下几步完成：
　　（1）车辆分离器对车辆进行识别，并启动称重程序，动态轴重衡对该轴轴载信息做收集，（2）对轴载信息做分析，获得该车车轴是双轮或单轮信息，然后利用称重控制仪表做处理；此时车辆分离器对车辆尾部通过信息做检测，并给出收尾信息；（3）系统将称重时间、速度、速度变化、超限标志、轴数、每轴轴载、轴型、相邻轴轴距等数据信息做合成，进而对这些数据传输。（4）上位机对收集到的数据根据特定的程序做处理，并对整车重量进行计算；（5）控制视频设备对通过车辆做拍照，然后结合控制中心指定的收费标准进行对应收费计算，并且通过相应屏幕对车辆车型、车重、收费金额、是否超载等信息做显示；（6）打印报表，出示给司机查看，如果发现车辆超载超限，此时声光报警器发出报警；（7）交费结束之后，控制中心控制挡车栏杆开启，允许车辆通行。
　　2.动态地磅称重精度分析
　　由于整个汽车称重过程是运动过程较为复杂，但是不难发现汽车通过称重区域，传感器接收到的作用力主要包括两类，其一为车辆的本身静态荷载，也就是车辆当前轮轴上本身所承担的车辆重量而产生的荷载；其二是车辆行驶过程引起的一些动态荷载，也可以将其称为瞬态荷载。产生动态荷载的原因有很多，但是经过研究及长期实践发现，动态荷载主要包括如下三类：
　　（1）车辆本身情况而引起的一些振动导致的动态荷载；（2）由于称重所在区域路面不平，导致的一些动态荷载；（3）车辆和称重区域耦合而导致的一些振动造成的动态荷载。对于动态荷载来说，其是影响动态地磅称重精度的最主要因素，要想更加精确的测得汽车真实静态轴载，必须要最大限度的消除实际称重过程中的汽车动态荷载。有关实验表明，动态称重信号实际信噪比较低，并且干扰噪声幅值常常在真实轴重的五分之一或者更多。并且其成分也较为复杂，不但有串模干扰，而且有共模干扰，其频率分布范围也是极广，从几十赫兹到几千赫兹不等。而使用差动放大器则能够很好消除该过程中出现共模干扰，通过模拟RC低通滤波器可很好消除该过程中出现串模干扰，但是整个过程必须对滤波参数大小做折中考虑。参数越大，干扰消除效果越好，但是过大的参数必然会使得信号出现较大的延迟，并且该延迟还是与参数值成正比，因此实际车辆动态称重可用性较小。参数越小，实时性越好，但是干扰消除效果必然变得很差，因此一定要使用一定的数字滤波方法对该干扰消除。因此实际上动态汽车衡称重精度在一定程度上是取决于对数字信号的实际处理方法，高效优质的数字滤波算法能够很好的实现动态地磅称重精度提高的目的。
　　3.动态地磅称重精度算法优化设计
　　动态地磅因为在户外安装，外界环境较为恶劣，各种电磁干干、冲击、振动及温度影响均会使得称重基本算法受到影响，因此必须要对FIR滤波基本算法做一定优化改进，以提高滤波性能，保证动态地磅技术性能达到使用要求。
　　（1）在进行FIR滤波前，首先对采样数据过滤一次，将其中的异常点处理掉，具体实施过程中，先随机采样两个点，并对其是否异常进行比较，如果异常，则重新采样。经过反复试验及理论推导发现，对异常的判定应该这样进行，如果两个数值之差的绝对值比第一个数绝对值的10%还要大，该数值必然异常。这样就有效消除了一些汽车高速通过检测区颠簸而导致的尖峰信号数据。（2）得到两个正常的数值之后，后续采样均将该数值和上次数值进行比较，如第三次所得数值和第一步中正常数值的第二个数值进行比较，而仍然沿用第一步中的检测方法，一则将异常数值消除，其二是保证了数据数量及采样频率不会受到影响[3]。（3）经过前两个步骤的处理之后，此时发现称重信号曲线，必然会变得更加平滑，测量准确度必然得到一定程度的提高，而为了进一步提高滤波精度，此时使用FIR二次滤波，实际操作中将滤波所得结果再次作为信号输入，进而完成二次FIR滤波。（4）为了进一步降低其中的一些尖峰脉冲信息对称重精度的影响，提高测量信号的平滑性，将二次滤波结束之后所得的数据，每12个数据中去掉一个最大值和最小值，并将这个10个数值信号求平均值，然后进行车辆重量计算。
　　4.优化后的动态地磅称重具体应用
　　为了对使用优化算法之后的动态地磅技术性能做检验，特别根据《动态公路车辆自动衡器》中的国家规程要求对CW动态汽车衡做了检定，检定过程中三轴车辆使用了一两前轴为单轴单轮、后轴为双轴双轮的汽车，该车加载了10t标准，在静态环境下对该车称重，前后轴重量分别为5620kg、18340kg，为适应优化算法之后的动态地磅在汽车时速为20km/h对该车整车称重数据，通过数据对比，整车称重误差小于±1%，实现了很高的称重精度要求。
　　5.结语
　　动态地磅作为公路计重收费与车辆超载超限检测过程中重要技术设备，其稳定性和称重精度一直制约着其广泛的应用，而本文对动态地磅称重通过FIR滤波优化设计算法，对称重信号做一定处理，除去了其中的噪声干扰，而实际应用证明该技术CW动态地磅在称重稳定性和精度均有了很大提高。

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