激光輪軸識別器在高速計重收費系統的應用

張剛++馬廣林

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

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

關鍵詞：輪軸識別器 激光掃描技術 工作原理 精度

中圖分類號：TH715.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（a）-0094-02

《GB1589-2016道路車輛外輪廓尺寸、軸荷及質量限值》及交通部62號令明確貨運車輛額定載荷，依據軸型、驅動輪個數、是否安裝空氣懸掛等各個維度進行限定，其中軸型為主要依據。此標準改變了原來單一按照軸數規定貨運車輛額定載荷的方法。新認定標準對輪軸識別器的故障率、檢測方法及精度提出更高要求。

1 現有輪軸識別器存在問題

高速公路計重系統輪軸識別器主要有接觸式和非接觸式兩種類型。接觸式輪軸識別器主要有膠條式、觸點式、壓電式。非接觸式輪軸識別器主要由開關量式、光柵式。其工作原理及存在問題如下。

膠條接觸式輪軸識別器工作原理采用導電橡膠制作成一定長度的膠條，橫向或斜向鋪設在車道上。當有車輛經過時碾壓膠條，其受壓產生開關量閉合信號；通過兩條平行鋪設的膠條的信號變化情況，判斷車輛胎型信息（即判斷單雙輪），缺點為壽命短、短維修成本高、易磨損、單雙輪識別率低、易受溫度影響。

觸點接觸式輪軸識別器工作原理主要由壓力傳感器單元和輪軸識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車道稱臺旁，其由數個壓力傳感器一字排列，傳感器間距為10cm組合形成檢測單元；輪軸識器處理控制單元根據車輛所壓傳感器的數量判斷車輛胎型等數據信息，通過串行通信方式傳送給主控設備。缺點是單個傳感器受力較大并且要有排水系統，故障率高，維護成本高，壽命短。

壓電式觸點式接觸式輪軸識別器工作原理采用壓電薄膜傳感器進行識別，當有力作用在壓電陶瓷上時，壓電陶瓷就會產生電荷，通過電路放大就能產生信號.缺點是無法檢測長期壓在上面的車輪，不能檢測靜止在傳感器上的車輛，只能檢測動態信號，壽命短，維護成本高。

開光量光信號非接觸式輪軸識別器工作原理通過處理器將接收到的光信號狀態與預設的光信號值相對比，若接收到的光信號大于預設的光信號值則判為輪軸信息并上傳到處理控制單元。缺點是測量面積較小，容易受外界干擾，無法辨別單雙胎。

光纖光柵非接觸式輪軸識別器工作原理采用光纖光柵輪軸識別傳感器作為傳感部件，LED作為光源，用光功率計進行信號檢測，當車輪經過輪軸識別傳感器時，相應識別傳感器里面的光纖光柵的布拉格反射波長發生改變，引起整條光路反射光強的變化。根據發生光強變化的光路數即可對輪胎的數目進行判別。缺點是容易受地面障礙物遮擋造成誤判，安裝復雜、維護困難。

以上傳統輪軸識別器共同特點為使用壽命短、故障率高、維護成本高、識別率低，成為行業難題。因此選用新型激光輪軸識別器將降低維修成本，提升產品的整體穩定性。

2 激光輪軸識別器工作原理

激光輪軸識別器是在高速公路收費島固定位置處安裝激光立桿，掃描式測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，獲取通過車輛的實時截面數據，當其檢測到一個完整的軸后，立即將檢測的單雙胎結果發送給數據采集處理器。數據采集處理器根據激光掃描線與稱臺的布局，來識別軸組，進而根據激光給出的胎型數據來識別軸組型。從而得到完整的車型和輪軸數據，通過485串口發送給數據采集控制器。數據采集控制器根據獲取到的稱重臺的稱重數據及激光儀發送的軸型數據，識別通過車輛的車型。

激光輪軸識別器工作示意如圖1所示。

3 激光輪軸識別器構成及特點

激光輪軸識別器基于先進的激光掃描技術，通過主動掃描車輛外形，利用三維點云重構技術進行車輛高度、長度、軸距、軸型、輪胎直徑的測量，同時判斷是否有廂體存在，具有測量精度高、抗干擾能力強等特點；激光輪軸識別器包括掃描式激光傳感器、激光控制器、串口轉換器、數據采集處理器等。

3.1 掃描式激光傳感器

激光輪軸識別器主要掃描元件為激光傳感器，傳感器發出波長為905nm的激光形成激光掃面斷面。當車輛經過掃斷面時，在50Hz的激光掃描頻率下，將車輛情況整體分解為幾十個精確的斷面信息，通過計算精準的測出車輛的實況信息，如車輛高度、長度、是否裝貨、車廂信息、是否有玻璃、凹槽位置等信息，對于細分車型提供了充分的依據。傳感器發出的激光源，具有良好方向性及穿透能力，在各種極端天氣工況下，依然能夠精確測量。

3.2 激光控制器

激光控制器是整個輪軸識別器的核心，其接收激光傳感器掃描數據，車輛整體通過激光掃描截面時，通過單個輪軸的速度以及車輛的整體結構，得到輪軸間的相對位置關系，從而計算出車輛的軸組信息。激光控制器技術性能為：軸數識別精度、單雙胎識別精度達到99.5%，平均無故障時間：≥50000h。

4 激光輪軸識別器優勢

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

（2）安裝維護簡單，開通時間短。不需要開槽施工，施工期間不影響車輛通行；通過安裝支架固定在立桿上，安裝維護簡單。

（3）胎型識別率高。基于激光掃描技術，通過多年技術積累形成三維云重構技術及胎型識別算法，保證系統胎型識別準確率。

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

5 結語

基于激光掃描技術的新型輪軸識別器與傳統輪軸識別器相比較，既解決了傳統輪軸識別器精度不高、壽命短、維護成本高的行業難題，又滿足了新技術標準要求。隨著新技術標準規范在高速公路計重收費行業的貫徹執行，各收費站可在現有通行費基礎增加收入2%～3%，所以激光輪軸識別器憑借自身優勢，將在公路計重收費、路政超限車輛檢測及港口碼頭計重管理行業得到廣泛應用。

參考文獻

[1] GB 1589-2016，汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值[S].

[2] 超限運輸車輛行駛公路管理規定（交通運輸部令2016年第62號）[Z].

[3] 激光輪軸識別器技術方案[Z].北京萬集科技股份有限公司.endprint