非現場執法超限超載檢測系統方案設計探討

孟慶祝， 馮營偉

(北京國安電氣有限責任公司，北京 100093)

0 引言

隨著我國經濟社會的快速發展和城市化進程的加速，交通流量的不斷增加，公路交通超限與超載現象也變得越來越普遍。違規的同時對公共交通運輸和安全行車帶來了極大的危害。據資料統計，近十年來因超限超載違法引發的重特大交通事故觸目驚心，也給我國經濟社會發展和人民生活造成了巨大的危害，在納入統計的事故中，近70%的道路交通事故緣于車輛超限超載，更有近50%的群死、群傷事故、重大道路交通事故是由超限超載引起的。

非現場執法超限超載檢測系統是現代化、智能化的綜合執法管理系統，將有效彌補治超管理中的空當區域，避免執法人員路上現場執法帶來的安全問題，并對違法行為人起到有效的警示和威懾作用。該系統的研發、設計與應用將極大地促進貨車合理裝載運輸，減少公路和橋梁維護、養護費用支出，最大限度減少因違法超限超載運輸引發的各種重大安全事故等。

1 治超技術的發展現狀

近些年，國務院對超限超載治理做出了專門部署，交通部等多部門聯合在全國范圍內開展了多次車輛超限、超載的專項治理工作，并取得了一定成效。但是隨著交通流量的不斷增加，超限超載現象仍頻繁發生，相關違法事件也時有出現，還需要通過技術創新推動超限超載問題解決。

目前非現場執法超限超載檢測系統通常在國道、干道安裝高速稱重傳感器和快速長、寬、高測量設備，對經過的貨車進行重量、尺寸全天候快速超限超載檢測。檢測數據自動上傳到管理部門的監控中心，實現對路面車輛超限超載情況的實時監管。

2 非現場執法超限超載檢測系統建設目標

非現場執法超限超載檢測系統的建設旨在通過快速的超限、超載檢測，控制通過公路、橋梁的車輛流量，確保有效治超和公路及橋梁的安全暢通，緩解擁堵；提升治超工作科技水平和工作效率，即解決傳統治超工作的“堵、亂、難、差”四大難題，進而提高對超限超載車輛進行執法處理的客觀性和公正性；非現場執法系統作為公路交通治超從傳統方式向智能化、智慧化執法方式的一種轉變和升級，系統主要實現以下目標。

(1)不停車檢測：以不限速、高精度陣列式稱重系統為主體，實現對車輛在行駛過程中的超限行為的24小時不間斷自動監測，全面降低車輛運輸超限率。

(2)現場信息獲取和發布：超限超載檢測系統能夠實時獲取車輛載重、軸數、行駛速度、軸重等數據信息；同時將上述信息連同車輛牌照等信息及時傳送到信息屏上顯示發布，及時提示超限超載車輛接受處理，提示執法人員進行執法處理。

(3)信息數據傳輸及處理：將獲取的車輛牌照信息、超限信息、現場違規照片等，通過網絡傳至超限檢測系統服務器，自動分析超限超載信息數據，形成超限車輛黑名單數據庫，形成車流量信息報表等；現場照片滿足公安部《道路交通安全違法行為圖像取證技術規范》(GA/T 832)的要求。

(4)建立健全統一的智慧監管平臺運維管理，以線上全程跟組和線下執法相結合的方式，形成完整的閉環管理。

3 非現場執法超限超載檢測系統方案設計

本方案設計以實際項目為案例，結合當地道路運輸實際情況，安裝非現場執法超限超載檢測系統，解決交通運輸過程中對超限超載行為的非現場監管和執法，利用智能信息化手段減少超限超載等違法行為。

3.1 系統結構

非現場執法超限超載檢測系統為不停車檢測，系統能自動判別車輛車型、超載及超限類型，并將上述信息與國家相關規定(限值等)自動比對，并依此控制通過公路、橋梁的車輛流量，對超限超載車輛進行相應的執法處理。該系統能在0.5～100km/h速度范圍內檢測過往車輛的車型、速度、軸重、總重、通行時間、方向、超限超載、車牌、車輛圖片等數據，其稱重性能可以保證在交通流量較大或車速較快的路段快速檢測超重車輛，從而不影響正常的交通秩序。

3.2 系統流程

圖1所示為非現場執法超限超載檢測系統運行流程圖。

圖1 系統運行流程圖

(1)當車輛駛入高精度動態稱重區域，系統開始采集、計算獲取車輛總重、軸重、軸型、軸距、輪胎形式(單雙胎)、車型、速度、通行時間等動態數據信息，同時觸發監控攝像機對車輛的車牌進行識別。

(2)用于車牌識別的監控攝像機對車頭和車身整車進行拍攝，經智能控制器自動識別的車輛牌照號等信息可與超限、超載車輛的違章信息關聯共享。

(3)檢測完成后，通行車輛的動態稱重、車牌、視頻取證數據被各檢測設備自動發送至不停車檢測聯動控制管理系統。

(4)若車輛未超限，車輛繼續前行；若車輛超限，超限數據進入到了非現場執法綜合管理平臺處理中心大數據庫，執法人員既可調取執法工作站視頻或圖像作為執法證據，對超限車輛進行非現場執法處理，也可由系統平臺全面自動執行非現場執法處理。

3.3 系統原理

當車輛通過稱重傳感器時高速動態稱重系統開始稱重，當車頭駛過地感線圈時觸發車牌抓拍識別系統抓拍其圖像、自動識別車牌號碼、車型等特征，當車輛駛離感應線圈時完成稱重，將車牌信息與高速稱重的數據與車型特征等存儲并發送到執法中心進行處理，同時將超限信息顯示到可變情報板上；監控中心接收到數據后可以將超限數據發送到路政執法人員手中的移動執法終端，提示執法人員進行攔截和處理。圖2所示為系統運行原理圖。

圖2 系統運行原理圖

3.4 系統組成

非現場執法超限超載檢測系統由執法現場數據采集系統和監控與控制中心管理系統兩大部分組成。具體包含：動態稱重子系統、高清車牌識別與抓拍子系統、視頻監控系統、信息顯示導引子系統等。

3.4.1 執法現場數據采集系統

(1)動態稱重子系統

動態稱重子系統由石英式傳感器、電荷放大器、超限檢測動態儀表、地感線圈、車檢器、工控機、室外控制機柜以及配套的輔助設備和材料組成，可以在無人值守狀態下滿足不間斷、全天候連續工作；能夠自動檢測車輛在道路上的行駛日期、行駛時間、車速、車輛軸數、輪重、軸重、軸組重、總重、車道號、行駛方向、數據記錄序號、標準當量軸次、違例類型代碼、車輛加速度、車輛間隔時間(毫秒)等數據信息，并準確地將這些數據與實際車輛相對應和分類。

(2)高清車牌識別/抓拍子系統

高清車牌識別/抓拍子系統配備高清鏡頭、室外防護罩、防雷器、電源適配器、補光燈及閃光燈等，可抓拍、識別車輛牌照并輸出識別結果，整車影像雙重抓拍，為道路執法提供完整的證據鏈。該系統設置高清攝像機覆蓋全幅路面，識別的車輛號牌、拍攝圖像輸出格式均為滿足公安部《道路車輛智能監測記錄系統通用技術條件》GA/T497與《機動車號牌圖像自動識別技術規范》GA/T833要求的圖像格式。

(3)視頻監控子系統

視頻監控子系統設置監控攝像機，對超限超載的違法車輛進行實時抓拍和全天候監控，可實現車輛車型、車身及車牌顏色的準確識別。通過采用當前最先進的視頻壓縮技術，可實現高壓縮比并確保高清晰度。同時，該系統支持視頻編碼和實時抓拍功能，具有系統通信網絡的狀態診斷和設備在線、掉線狀態的診斷等功能；可按照要求保留至少14天內的車輛超限檢測現場的動態監控圖像，并可存儲、下載相關視頻流數據。

(4)信息顯示導引子系統

信息顯示導引子系統由LED顯示屏(含控制器)、龍門架、接地系統等組成，能夠滿足導引、公告超限超載車輛信息公布的要求。LED顯示屏能夠以文字交替、滾動等顯示方式，實現三車信息同時發布，顯示內容保留不小于15s，滿足《LED道路交通導引可變信息標志》GA/T484的相關規定。

(5)數據傳輸子系統

數據傳輸系統采用有線通訊方式，分為室外機柜到信息顯示導引屏和室外控制機柜到監控/指揮中心兩部分。主要設備包括：LED屏網絡控制卡、路由器、交換機及輔助的設備和材料組成。通過路由器實現上網，將現場的監控數據、抓拍數據、稱重數據等上傳到監控/指揮中心。

(6)信息處理及存儲子系統

信息處理系統由執法現場工控機和指揮中心數據服務器組成。現場工控機完場現場的車牌、車重、車型、顏色等數據處理后上傳到指揮中心的數據服務器，數據服務器整合和存儲所有非現場執法系統的數據，并生成車流統計、超限黑名單等報表。數據服務器提供對外端口和數據，方便與其他系統集成。

(7)供配電子系統

供電以有線供電為主，設置非現場執法點便于就近取電及租用網絡(租用供電僅在有線供電無法實現的情況下采用)。系統中現場及機房設備(除LED顯示屏外)均配置不間斷電源(UPS)供電，按照后備時間不小于2h配置蓄電池。

(8)路面標識指示牌

配合交通管理部門，在安裝非現場執法設備的道路的前方約200m設置提示牌，提醒行駛車輛前方有超限超載稱重、限速抓拍、壓線抓拍及S彎行駛抓拍等信息。在通過非現場執法系統后200m處左右設置告知牌，提醒違法車輛接受處理的相關信息，包含處理地點、聯系電話等。

3.4.2 交通運輸綜合治超監管運維管理平臺

為了對非現場執法系統統一管理，對執法人員的統一調度，便于對全部執法系統的管理和應用，設置交通運輸綜合治超監管(運維)平臺，包括大屏幕顯示設備、網絡通訊設備、系統操作和控制設備以及系統管理平臺等，監控/控制中心管理平臺負責實現執法現場的相關數據的匯聚、處理、存儲、應用、管理與共享。

通過對區域內非現場檢測點、超限站檢測點、重點貨運源頭檢測點、高速入口檢測點、高速出口檢測點進行數據采集，建立監管界面，賬號、密鑰、權限統一分配，按監管平臺的指揮調度要求，將違規違法信息分類發給道路運輸部門或執法部門，督促道路運輸人員或執法人員具體完成監管任務。

(1)大屏顯示子系統

顯示子系統由液晶拼接屏、電視墻、高清解碼器和控制電腦組成，實現在監控中心全方位監測執法現場。

(2)信息處理及存儲子系統

該系統需要集中存儲的內容主要包括三個類型的信息：1)交通路況、車輛信息、超載超限等數據類信息；2)系統抓拍的現場圖片、車輛圖片等圖片類信息；3)視頻監控子系統中的監控錄像類的視頻信息。

由于存儲的數據信息量大，且保存時間也較長，因此存儲系統的數據量要根據各種數據的重要性、類型和特點建立不同的數據庫。對于重要程度比較高的核心數據，應以高安全性和可靠性為核心要素，采用高性能服務器進行存儲；一般性的數據存儲需滿足存儲容量、存儲速度以及穩定性等要求，同時考慮未來擴展、擴容需求，設計時考慮一定冗余。

4 非現場執法超限超載檢測系統創新及關鍵技術

4.1 創新點

(1)態稱重子系統中采用石英晶體傳感器，該傳感器無機械部分，可免維護。基于石英晶體的特性，石英晶體傳感器檢測值線性度高、無信號漂移，受溫度影響小(<0.02%)。不受車輪橫向側力的影響(避免車輛通過傳感器時因車輛制動產生的橫向側力造成的檢測誤差)，因而稱量精準度高，稱重誤差≤3%，計量準確，性能穩定、可靠。

(2)數據智能處理，不僅僅采集稱重信息，也可以完成交通量統計、分類、過濾等功能，提高工作效率，為大數據平臺的接入提供良好基礎。

(3)系統有自主學習功能，不僅能識別車牌，能對人臉信息進行采集分析、存儲，為路政執法提供更完善的證據鏈。

(4)對數據庫接口技術的應用，可以有機的結合電話通訊及報警指揮機制，使系統更加完善，功能更加強大。

(5)均衡負載技術的加強網絡數據處理能力、提高網絡的靈活性和可用性。

4.2 關鍵技術應用

(1)ODBC 數據庫接口技術應用

ODBC 數據庫接口技術的應用，使計算機技術與通訊技術有機結合，采用控制模型算法(MAC)智能處理前端采集到的數據信息。ODBC由驅動程序和驅動程序管理器組成，通過將通訊平臺上的驅動程序與計算機管理平臺的應用模塊進行交互來實現對數據庫的操作，從而實現后臺控制中心與移動執法人員及前端檢測站的互相通信，避免在應用程序中直接調用與數據庫相關的操作，確保了數據庫的獨立性。

(2)負載均衡技術應用

為可減輕云服務器的工作壓力，提高云服務器數據處理的效率，系統應用了負載均衡技術，利用加權循環(WRR)算法以及加權最小連接(WLC)算法來對服務器的數據進行優化處理，從而大大了提高服務器的工作效率。

(3)圖像識別技術應用

為了實現車輛超限識別功能(車長、車寬識別)，該系統引入了圖像識別技術，首先在服務器端建立數據庫，形成識別模板，然后對前端采集的圖像信息進行比對分析，通過學習階段與實現階段兩部來完成人臉識別，為大數據分析提供了有力幫助。

5 結束語

非現場執法超限超載檢測系統屬于智慧交通建設的重要組成部分，系統建設還將進一步結合大數據、物聯網、云計算、BIM、5G等前沿技術的應用不斷的完善，在確保違法認定的客觀性、公正性的前提下，讓執法和綜合治超監管工作越來越智能化、智慧化。