基于稱重與車牌識別聯動控制的治超預檢系統研究

宋常華　李興國　吳昊

摘 要：公路超限運輸是一個屢禁不止的難題，各國政府都深深意識到公路超限車輛對交通安全、環境和公路設施的巨大危害。預檢系統就是在車輛不停車的情況下，檢測車輛是否超限。傳統的預檢系統都是依托計重收費站，采用收費站計重收費的預檢模式，在檢測完成后，需要手工將來自收費站的車輛信息與來自稱重設備的檢測信息進行整合。而基于稱重與車牌識別聯動控制的治超預檢系統，可以通過稱重設備與車牌識別聯動，實現在軟件層車輛信息與檢測信息的自動匹配，大大減少了人工工作負擔。

關鍵詞：治超檢測；預檢系統；聯動控制

1 概述

超限超載預檢系統主要包括一套高速預檢稱重設備和配套的車牌識別設備，當待檢測車輛通過預檢站時，通過車輛檢測器與埋設在行車路面上感應線圈，同時觸發稱重設備和車牌識別設備，車牌識別設備啟動抓拍，當車輛行駛到車尾完全離開車輛分離線圈后，稱重設備將所有的軸數的稱重信息進行匯總處理，將數據發送給車牌識別設備，由車牌識別設備對照片、車輛信息、稱重信息統一歸檔壓縮成數據包發送給上層治超監測軟件，軟件自動識別出車牌和行駛中的整車重量，將數據整合成一條記錄存入數據庫，通過規范認定的超限超載認定規則，軟件自動判斷是否超限，如果超限，通過信息誘導設備—可變情報板進行信息提示，引導超限的行駛車輛進站精檢卸載?；诜Q重與車牌識別聯動控制的治超預檢系統能方便的在車輛正常行駛不減速的情況下，對車輛整車的重量識別和車輛號牌進行識別，減少了人為干預和人工工作負擔，同時為后續的“精檢”和“卸載”提供可靠的數據依據和后期執法的電子證據。

2 硬件部分

2.1 預檢設備的驅動接口標準化

治超站中預檢設備種類繁多，型號各異，各自獨立都能完成某一項工作。但如果應用到治超站中，對超限超載信息的檢測，就需要進行集成應用，使設備組合起來形成一個整體發揮效用。

為了達到集成應用效果，通過統一的超限超載檢測站應用管理軟件來統一的管理各種設備所采集的信息。同時為了避免治超站檢測應用管理軟件在管理設備過程中設備頻繁的更換給軟件帶來的維護工作量，對治超站所有與軟件進行通信的設備的設備軟件通信接口進行了重新約定，并發布軟件接口標準，通過軟件接口軟件來與設備進行直接通訊，檢測應用管理軟件只與接口軟件發生信息交互，實現了軟件與“設備的無關性”。這樣設備更換后，應用管理軟件可以無縫連接，避免軟件的頻繁更新。

治超檢測應用管理系統軟件通訊接口文件（動態鏈接庫文件）要根據具體的設備類型，按照通訊接口文件的要求編制接口文件，接口文件需要經過測試，滿足計算機與設備進行信息通訊后，聯同設備一起提供給使用者，統一部署在檢測系統應用軟件中。

主要設備及接口說明如下表：

從上表看，檢測設備大部分通過“RS232或485串行通信接口”與計算機進行通信。

一般情況下，設備生產廠家在生產過程中，會給設備提供一套針對設備本身的通信協議。需要針對治超檢測應用管理軟件的需求，封裝針對各個設備與治超檢測應用管理軟件的通信協議及應答方式。

封裝的通信協議及應答方式約定為接口交換文件，用動態鏈接庫文件來表示。設備接口交換動態鏈接庫文件在提供設備時一并提供，配置文件為可執行文件所需要的相關配置信息。

2.2 稱重與車牌識別聯動控制及信息匹配

在高速預檢區域，高速預檢稱重設備與高速預檢車牌識別控制信息聯動與信息匹配的穩定和高效率是高速預檢運行的關鍵。

在此過程中，由于稱臺的廠家與車牌識別這兩種設備廠家單獨生產，各自獨立運行，為了保證設備在高速預檢區域集成應用后，能做到兩者信息一一匹配，需要在預檢設備的自動管理策略上做些研究，即需要在高速預檢稱臺與車牌識別兩設備間的同步觸發啟動和數據的同步上做進一步研究。

（1）設備同步觸發啟動

為了保證設備在第一時間內觸發啟動工作，需要有相同的觸發設備來保證。經過考察，高速預檢稱臺的啟動觸發是通過車輛檢測器與埋設在行車路面上感應線圈發來的開關量I/O實現觸發。高速預檢車牌識別系統也是可以通過開關量I/O來實現觸發。為了統一，在高速預檢區域路面敷設的車輛感應線圈感應信號由稱重設備控制器分發給一路開關量I/O給高速預檢車牌識別系統，這樣就能實現同一線圈啟動兩個設備同時工作。

（2）數據同步上傳

為了保證高速預檢稱重設備與車牌識別設備的工作聯動，除了讓設備在同一時間工作外，還需要保證設備所獲得的數據能匹配的上，形成一條完整有效的檢測數據。在此需要進一步研究設備間的數據同步機制。

車輛在剛剛接觸到感應線圈的時候，就啟動高速車牌識別抓拍，如車輛經過高速預檢設備模擬圖所示，通過測算車牌識別設備所需要的時間必須控制在40毫秒之內完成拍攝。

在設備的處理時間內，車輛也是按照原來既定的行車速度行駛，車輛抓拍的角度固定不變，這樣預留給設備的抓拍時間內必須要完成抓拍，否者車輛就會超過抓拍范圍，導致車輛行駛出抓拍的區域，無效抓拍。在正常抓拍完成后，車牌識別設備還需要經過一定時間Ta的計算，識別出車牌號碼和顏色。

在車牌識別設備啟動抓拍后，稱重設備才開始啟動工作，當車輛行駛到車尾完全離開車輛分離線圈后，稱重設備才能將所有的軸數的稱重信息進行匯總處理。這個過程中，車輛行駛了（車長+兩線圈外側的距離），一般兩線圈外側的距離為5米。貨車車輛長度按照8米至20米計算，總長度按照13米至25米計算，詳見高速預檢區車輛經過感應線圈處理時間計算表。

從高速預檢區車輛經過感應線圈處理時間計算表中，看到：車輛在經過高速預檢區域，如果按照60Km/h的車速行駛，如果稱重設備出來稱重結果，至少要等Tb（0.78秒～1.50秒）或（0.59秒～1.13秒），如果車速慢，等待的時間更長。

為了使車牌識別時間Ta和車牌數據與高速預檢稱重處理時間Tb和車輛稱重數據保持同步，需要設置堆棧和數據同步的計數策略，來確定先出來者按照統一規則等待后出來者，進行匹配確認后，組成一條完整的超限稱重檢測數據。

同步的規則：雙方（指車牌與稱重設備）在對數據進行采集過程中，設置計數器，分車道將識別的結果放置在各自的堆棧中，記錄存放的名稱以獲取該記錄的時間戳命名，通過車道號和計數器以及限定的時間T來進行匹配，車道號相同，計數器指數相同，同時兩條記錄的時間戳的差值在1000毫秒之內的，認為是同一車輛的數據，此時兩條記錄同時出堆棧，發送給車牌識別設備，由車牌識別設備統一歸檔壓縮發送給軟件層。如果超過了限定的時間T就舍棄，舍棄后雙方統一“置零”，避免長時間的等待，詳見車牌識別與稱重設備同步示意圖。

經過以上對高速預檢稱重與車牌識別同步的研究，在實際使用中兩者同步的匹配率提高到了90%以上，取得了良好的實際效果。

2.3 設備選型

高速預檢區域的稱重設備是治超站信息化檢測、治超數據采集的關鍵設備，課題組在對設備進行選型時，做了廣泛的調研工作。

高速預檢稱重設備是車輛在不停車的情況下，對車輛整車的重量的獲取，需要在路面敷設傳感器，來獲取車輛的重量信息。

經過調研，目前在市場上廣泛應用的高速預檢稱重傳感器共有三類，分別是壓電薄膜式傳感器、彎板式傳感器、壓電石英傳感器。壓電石英傳感器又分為進口石英傳感器和國產石英傳感器。

為了更好的了解三種設備的檢測性能和精確度，課題組分別對三種設備進行了詳細的試驗和調研，先后在三個治超站安裝了三種不同類型的傳感器進行試點，每個試點治超站采集了10天的近8萬條交通流量數據進行分析，與廠家提供的數據進行分析對比。

從三種高速預檢設備比較看，在不考慮成本的情況下，壓電石英傳感器的精確度較高、施工方便，維護量小，對路面的破壞小。

3 軟件部分

3.1 數據結構

治超檢測軟件收到的數據包分為兩種類型：以.tar.gz為文件格式的壓縮數據包和txt文件格式的文本數據。

壓縮數據包是以“時間戳-時間差”格式的17位數字命名，前13位是發送數據包的時間戳，后3位是車牌識別和稱重信息的時間差。每個數據包中存放就是每輛車的車輛信息和檢測數據，分別存放到壓縮包下的p_result和w_result兩個固定命名的文件夾，便于軟件解析數據。p_result文件夾下存放一張圖片和一個文本，圖片是抓拍的車牌號，文本里存放的是識別出來的車牌號，圖片和文本統一以“時間戳-車道”格式命名（此時間戳是車牌抓拍的時間）。w_result文件夾下存放一個文本文檔，以“時間戳-車道”格式命名（此時間戳是稱重檢測的時間），文本存放車重和軸數。

txt文件格式的文本數據是存放匹配失敗的車輛數據，車牌抓拍和稱重信息分別存放在p_invalid.txt和w_invalid.txt兩個文本里，每行記錄的內容就是“時間戳-車道”。

p_invalid.txt時間戳-時間差.tar.gzw_invalid.txt存放車牌匹配失敗的數據存放稱重匹配失敗的數據p_resultw_result車牌號車牌圖片車重和軸數數據包

3.2 工作流程

（1）下載數據包

治超監測軟件與車牌識別設備通過Http協議通訊，監測軟件部署在Tomcat Web服務器上，車牌識別設備向服務器的一個名為Upload的servlet發送post請求，該servlet解析post請求中的數據包，將其下載到本地磁盤的固定路徑。

（2）解析數據包

在Tomcat服務啟動同時，啟動一個線程，監聽磁盤固定文件夾下的數據包，當檢測到有數據包時，根據數據包的名字獲取時間差，同時解壓縮數據包，按照上文提到的數據結構對數據包中的內容進行解析，記錄圖片位置、車牌號、車重、軸數，并按照規定的規范自動計算車輛是否超重以及超限率。

（3）數據入庫

將解析到的數據通過hibernate數據持久化技術，分有效信息和無效信息，保存到數據庫中，便于以后查詢，也是后期的執法依據，數據保存入庫之后，刪除硬盤上的數據包。

3.3 實驗效果

按照上述軟硬件要求簡單搭建實驗系統，稱重設備和車牌識別設備聯動，統一向軟件層發送數據包，監測軟件可以收到數據包，并解析入庫之后在前臺展示。

4 結束語

本文在研究了現有治超檢測設備的基礎上，設計了基于稱重與車牌識別聯動控制的治超預檢系統，可以通過稱重設備與車牌識別聯動，統一向軟件層發送檢測數據包，實現在軟件層車輛信息與檢測信息的自動匹配，大大減少了人工工作負擔。經過以上對高速預檢稱重與車牌識別同步的研究，在實際使用中兩者同步的匹配率提高到了90%以上，取得了良好的實際效果。

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