道路超限動態(tài)檢測系統(tǒng)的研究與設計

摘? 要：針對傳統(tǒng)靜態(tài)稱重測量效率低、時間長等問題，提出一種車輛超限動態(tài)檢測系統(tǒng)，根據軸重測量方法原理，在動態(tài)稱重中采用非線性最小二乘法來擬合模型參數，在車牌識別中采用投影直方圖法，將圖像轉換為灰度圖像進而對字符進行分割，提取出車牌號碼，最后在某一段道路上對設計的超限動態(tài)檢測系統(tǒng)進行驗證，結果表明：超限檢測出的結果與車輛實際重量近似，最大誤差為3%，檢測結果比較準確，可以有效地將超限車輛檢測出來。

關鍵詞：超限;動態(tài)檢測;軸重測量

0? ? 引言

為了確保道路安全，減少超限車輛對道路造成的破壞，要加強對超限車輛的監(jiān)測與識別，這就需要對車輛的載荷進行測量。傳統(tǒng)的測量方式是靜態(tài)稱重，在交通運輸量很大的時候，靜態(tài)稱重的效率明顯降低，已無法滿足實際需求，因此要根據實際情況研究對車輛進行動態(tài)檢測的方法，通過在檢測站的入口處安裝超限檢測設備，對車輛的載重情況進行精準稱重，沒有超限的車輛可直接放行，超限的車輛需要采取相應的措施并進行復檢，以充分保證超限車輛不上公路。

1? ? 超限動態(tài)檢測系統(tǒng)總體設計

根據軸重測量原理[1]來設計超限動態(tài)檢測系統(tǒng)，在每個軸上安裝稱重傳感器，讓被檢測的車輛逐次經過，根據每個軸稱重傳感器檢測到的軸重，累加求和后得到車輛的載重情況。將超限動態(tài)檢測系統(tǒng)與執(zhí)法車相連，可以隨時移動至道路的每個路段，方便了執(zhí)法工作人員對超限車輛的檢測，簡便快捷。超限動態(tài)檢測系統(tǒng)總框圖如圖1所示。

其中，數據采集模塊是超限動態(tài)檢測系統(tǒng)的核心，將稱重傳感器測量的電信號經放大、濾波后得到數字信號，同時接收工控機發(fā)送的指令，把最終的數據信息傳送給計算機;車牌識別模塊負責對來往車輛的車牌進行抓拍，從而提取車牌的顏色、號碼、車牌圖等信息;LED屏幕用于提高檢測的整體效率，在檢測完成后，通過LED屏幕將車輛的檢測信息顯示出來;打印檢測報告單是為了減輕工作人員的負擔，將超限車輛的檢測報告打印出來，便于后續(xù)工作的開展。

2? ? 動態(tài)檢測系統(tǒng)關鍵技術

超限動態(tài)檢測系統(tǒng)的工作流程如圖2所示，當檢測區(qū)域有車輛出現時，車牌識別儀檢測到車輛信號，對被檢測車輛進行圖像抓拍，識別所需要的信息并保存，便于主程序的調用;車輛經過每個軸的稱重傳感器時，將數據傳送至數據采集模塊并進行數據處理，通過算法得到車輛的軸數與單個的軸重，經累加求和后得到車輛的總載荷[2];根據總載荷進行車輛超限情況判斷，如果超過限制，則將檢測報告單打印出來，并將車輛相關信息通過LED屏幕顯示;如果沒有超過限制，則將車輛相關信息在LED屏幕顯示，最后對數據進行存儲。

在這一流程中，使用的關鍵技術是對每個軸的動態(tài)稱重以及對車牌的識別。

2.1? ? 動態(tài)稱重算法

所謂“動態(tài)稱重”就是在不停車的狀態(tài)下對車輛進行稱重，這種方法可以有效避免由于車多而出現長時間等待，從而干擾正常交通的缺點，但由于車輛行駛通過稱重軸，時間短、車速快，還受到路面等其他因素的干擾，因此在進行計算之前要對數據進行濾波處理，以便得到更為準確的值。通過建立數學模型，將測量出的數據進行非線性最小二乘擬合[3]，得到模型參數，確保車輛高速通過時的稱量精度。按照時間的先后順序得到多個測量值z，然后在線實時估計參數值θ，得到如下關系：

zT=hkTθ+vkT? ? （k=1，2，3，…）

式中：z是測量值的向量;hk是已知向量;θ是待估計參數;vk是未知的隨機誤差向量。

2.2? ? 車牌識別技術

對車牌的識別技術是采用車牌識別儀，將圖像處理、人工智能與模式識別等技術充分結合，尋找圖像中車牌的位置并將其字符全部提取出來，給出真實的車牌號。首先對車牌圖像進行預處理，將采集的彩色圖像轉換為灰度圖像，用一個字節(jié)來代表每個像素的亮度;其次對車牌進行定位，也就是在灰度圖像中準確找到車牌的位置;最后對車牌的字符進行分割和識別，在確定車牌位置后，將車牌中含有字符的子圖像分割出來，由于車牌字符的字體、長度以及間隔都是特定的，因此利用固定字符的高度比和間距，采用投影直方圖的方法[4]，將灰度圖像按照一定的規(guī)則轉換成有黑白等級的二值圖像，然后從二值圖像中分割出車牌字符。

3? ? 超限動態(tài)檢測系統(tǒng)實際應用

在某一段道路上抽取10輛過往車輛進行超限動態(tài)檢測，將超限動態(tài)檢測結果與實際的重量進行對比，如表1所示。

從表1可以看出，車輛超限動態(tài)檢測系統(tǒng)檢測的結果與實際重量結果相近，最大誤差率為3%，檢測結果比較準確，可以有效地檢測出超限的車輛，減輕工作人員負擔，確保道路交通安全。

4? ? 結語

為了解決傳統(tǒng)靜態(tài)稱重測量效率低、時間長等問題，根據軸重測量方法原理，提出一種車輛超限動態(tài)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在動態(tài)稱重中采用非線性最小二乘法來擬合模型參數，在車牌識別中采用投影直方圖法，將圖像轉換為灰度圖像進而對字符進行分割，提取出車牌號碼。

在某一段道路上對設計的超限動態(tài)檢測系統(tǒng)進行驗證，結果表明：超限檢測出的結果與車輛實際重量近似，最大誤差為3%，檢測結果比較準確，可以有效地將超限車輛檢測出來。

[參考文獻]

[1] 董彥華.車輛自載重動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].沈陽：東北大學，2013.

[2] 戚秀真，汪文斌，李娜.一種車輛超限自動檢測系統(tǒng)設計[J].現代電子技術，2006，29（5）：119-121.

[3] 張雨，袁明新，吳文兵.車輛動態(tài)稱重儀使用現狀及其軸重信號分析[J].長沙交通學院學報，2003，19（1）：1-6.

[4] 孟國強.基于車輛牌照識別系統(tǒng)字符的特征提取方法研究[J].河南科學，2003，21（6）：778-780.

收稿日期：2020-06-05

作者簡介：王耀峰（1986—），男，山西太原人，碩士研究生，工程師，研究方向：道路橋梁、結構工程。