谢俊成 XIE Jun-cheng
（安徽省高等级公路工程监理有限公司，合肥 230022）
摘要： 安徽省于2004年年底陆续实施计重收费系统工程，但多采用便于施工的动态称重系统，通过多年的使用，存在计重设备老化、精度差、计重不准、可作弊手段多、计重纠纷多等问题。于是，该省于2013年10月开始进行试点并推广整车式计重收费系统。本文以在该省实施的整车秤为例进行一些探讨。
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关键词 ： 整车式；计重收费；改造；实践
中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0079-03
作者简介：谢俊成（1982-），男，安徽合肥人，毕业于同济大学建筑工程专业，主要从事交通机电工程工作。
0 引言
目前高速公路计重收费系统主要存在计重设备老化、精度差、计重不准、可作弊手段多、计重纠纷多等情况。整车式计重收费系统能极大地提升计重精度，对车辆的作弊手段具有先天防护，完全杜绝了车辆的走“S”型、跳秤、冲秤、急刹车、车身安装千斤顶等作弊手段；降低现场纠纷实现通行费的增收。且在称重系统内部部件或与之连接的外围设备出现故障时，称重系统可向管理软件发送故障信息，便于维护。
1 系统构成
1.1 基础 ①宽度：主要分3m（普通车道）和4.2m（超宽车道）两种尺寸，具体宽度可以根据原有车道宽度进行微调。②长度：主要有18m和21m两种类型。针对超宽车道可能有特型车通过，素以一般为普通车道设置为18m，超宽车道设置为21m，尽量保证车辆可以一次上秤，保证精度。③深度：根据秤体设计载重能力进行设计。④结构：框架梁结构，受力均衡、整体性好。⑤基础强度：一般采用与原路面相同的C30或者高一标号的C40混凝土。
1.2 设备 整车式称重系统由车辆检测器、地感线圈、轮轴识别器、车辆分离器（光栅）、整车计重平台、称重传感器和称重控制器（数据采集器）等组成，如图1。
①车辆检测器：车道内的车辆检测器采用感应线圈式检测器，可在光栅分车器发生故障时，辅助实现车辆分离和收尾功能。其工作原理为检测线圈（感应线圈）通电后，环形感应线圈产生一电磁场，车通过时，根据线圈电感量的变化来检测车辆存在，对计重系统发送收尾信号。频率高/低、输出脉冲时间及线圈灵敏度等参数可人工调整。
②轮轴识别器：在整车计重平台上称端设计了独特的轴识别器，可以对轴数和轴重进行测量。在整车计重平台的上秤端安装有车辆分离器（光栅），对车辆进行分离，两组信号配合进行单车的轴识别及轴数累加，进行高效的识别判断，保证轴识别率真正达到99.9%。
③车辆分离器（光栅）：车辆分离器由发射端及接收端两部分组成。光幕采用编码扫描，能在恶劣环境下如强光直照、雨雪天、雾天可靠工作。当第一辆车进入光幕区后，光栅被遮挡，系统开始进行数据检测，整车通过过程中至少有一对光幕被遮挡，车辆全部通过时，任何一对光幕均不被遮挡，判定本车通过，对本次车辆进行收尾，相应地结束数据的检测。
车辆分离器能对车辆进行可靠分离，消除跟车现象，保证称重检测数据与车辆一一对应，能检测出普通车辆和拖车挂钩车辆，天气良好情况下，判断正确率达到99.99%以上；天气恶劣下（含强光直射），判断正确率达到99%以上。
④整车计重秤台：整车计重秤台由多个称重台面组成，称重平台采用搭接的连接方式，保证了整个称重台稳定支撑，使称重平台既相互独立又自成一体；整个称重台布满整个车道，长度满足常规的货车完全上秤。
⑤称重传感器。选用高精度称重传感器，具有稳定性高、重复性好的卓越性能，可在高温、湿热、腐蚀等极恶劣的环境中稳定工作。
⑥控制器：1）数据自动采集、处理功能：能高速采集称重设备、车辆分离器、轮轴识别器、检测线圈的数据、工作状态和故障信息并按要求实时上传车道收费计算机；2）具有故障自检及自诊断功能：当外设发生故障时，可以通过硬件和软件发出故障消息并能够显示故障信息及代码；3）具备自动缓存功能：在向车道收费计算机发送数据失败时，自动存入缓存消息队列并尝试重发，在此次数据未正常送达前不会被下一条数据覆盖，该数据将一直保存在系统缓存中，直到复位或被授权操作员删除，从而保证称重数据的完整性；4）具有仪表显示功能：自带液晶显示屏，在面板上可以显示各轴轴型、轴重、总重、车速等信息。
2 称重原理
当车辆通过检测车道时，车辆将经过红外车辆分离器，当红外车辆分离器被触发时，此时将形成一个车辆缓存，用于存储正在上秤车辆的车辆信息，并结合上秤端触发器识别的车辆轴行驶方向，系统判断有车辆上秤。
车辆开始上秤，进入第一台面，车轴首先经过第一台面的上秤端触发器，形成上秤触发信号；与此同时，整车称重平台下面的称重传感器由于受到车辆重力的作用，将使得称重设备传感器内的电阻应变计构成的多组电桥失去平衡，产生电信号，数字接线盒将采集到的称重信号实时的发送到称重控制器，并通过称重控制器内部的AD转换器转换成数字信号，最终通过软件把AD值转换成重量数据，得出车辆在秤台上的重量值；然后经过第四台面的下秤端触发器，形成下秤触发信号；按照车辆的正常行驶方向，当车辆经过时，系统实时采集此两组触发器信号和两组称重信号，并通过高端的软件处理算法计算出车辆的轴数、轴组型、轴组重以及车辆的行驶速度。
当车辆驶离光栅时，即光栅刚未被遮挡时，系统将根据上秤端触发器识别的车辆轴向准确的判断正车、不完全倒车、完全倒车等过车方式。若为正向过车，软件通过自身识别过车状况，来采取不同的称重模式进行车辆总重计算，系统将车型、车速、轴重、车辆总重等信息上传到车道计算机。车道计算机内置计重收费软件，工作人员根据称重数据对车辆进行收费；若为其他方式的过车，系统将根据过车方式向车道计算机发送不同的数据处理命令。
当车辆驶向收费亭时，经过下秤端触发器形成下秤触发信号，系统实时采集此信号，并通过高端的软件处理算法计算出车辆下秤的轴数从而计算出停留在秤上的车辆数。
3 系统工作流程
整车式称重系统安装于收费车道的出口处，是一个完整的，可以独立工作的子系统，收费车道内车辆的行驶情况变化较多（加速、减速、倒车），称重系统与收费软件是以一辆车为一个流程，因而要求不仅能够处理各种情况，而且必须保证准确获取每一辆车的数据，确保两者间的一一对应，如图2。
4 系统实施的重、难点及应对措施
4.1 坡度处理 针对有坡度的现场情况，应根据实际坡度的大小，现场实施时使传感器基础预埋板上表面水平放置，每路传感器基础预埋板的标高随车道坡度计算得出，秤台上压头根据车道坡度加楔形垫板，保证秤台安装完成后传感器及上压头垂直放置。
4.2 排水方式选择 秤体内排水是个重要问题，因为排水不畅会使得秤体被雨水淹没，造成称重数据不准。所以在工程实施前，需对准备进行施工的车道进行实地考察。重点检查车道附近是否有排水沟以及排水沟深度是否超过70cm，如果没有超过就需要考虑称台的水如何排放。
措施：①把排水沟的整体深度加深至70cm；②把从秤体里的水通过管道直接引到渗透井进行自然渗透（雨水较多的地方不适合这种方式）；③人工做排水沟，把水直接排到低洼处。排水管道要求：单车道的基坑排水管必须保证￠300，多车道情况靠排水沟一侧的车道排水管必须保证￠400以上。
4.3 防擦边和防尘带设计
①防擦边设计：在收费车道内，由于整车计重平台与收费岛边缘存在缝隙，某些车辆会选择擦边行驶来达到逃避计重收费的目的。为了避免车辆擦边行驶，在秤台两边面板上连续焊接倒“V”形防擦边装置，装置两端斜切成缓坡，此装置可规范车辆行驶路径，防止车辆擦边行驶，在保证车辆安全行驶的同时使计重收费过程稳定有序的进行，有效防止车辆违规行驶等作弊行为，对比如表1。
②防尘带设计：在车道两边、整车计重平台两端及整车计重平台之间，采用带麻胶皮、发泡橡胶等特殊材料等进行防尘处理，确保灰尘不能进入基坑。该防尘处理能防止积雪、灰尘落入基坑，保证了整车计重平台的正常使用,如图3。
4.4 防滑设计 针对冬季的结冰落雪及夏季的积水，车辆在秤台上刹车容易出现滑车，容易造成安全事故，为避免安全事故发生，应在秤台的表面专门设计了附加的防滑处理装置，可在秤台表面两侧对称焊接≥5mm厚花纹板，形成具有一定粗糙度的秤台表面，提高了秤台表面的摩擦系数，加大了车辆在秤台表面的滑行阻力，能有效阻止滑车。为了防止花纹板长时间碾压开焊脱落，设计要求在花纹板上开塞焊孔，提高花纹板的焊接强度，防止花纹板脱落。同时花纹板的对称设计还能提高秤台结构性能和美观度。
4.5 车辆倒车的判定方法 通过轴识别传感器信号和住秤台称重传感器信号的不同变化来实现倒车判断。
①车辆刚上秤台就倒车，如未完全通过车辆分离器，计重数据不会上传。
②车辆上秤已完全通过车辆分离器，但未下秤。首先车辆驶上秤台时会先触发轴识别器和上秤端1#、2#传感器，轴识别器的信号模式为车轮碾压一次记为一个轴，属突变信号。上秤端1#、2#传感器的信号模式为重量一直上升直至车辆离开逐渐减少、消失，属渐变信号。
当车辆正常行驶时，信号为同时触发突变信号、渐变信号，当信号模式变为渐变信号、突变信号。而且车辆未触发下秤轴识别器。当倒车再次触发、释放上秤轴识别器，触发、释放车辆分离器时，软件会根据信号模式渐变信号、突变信号判断为倒车模式，计重数据自动删除。
③车辆上秤已完全通过车辆分离器，并已下秤。首先车辆驶上秤台时会先触发轴识别器和上秤端1#、2#传感器，轴识别的信号模式为车轮碾压一次记为一个轴，属突变信号。上秤端1#、2#传感器的信号模式为重量一直上升直至车辆离开逐渐减少、消失，属渐变信号。
当车辆正常行驶时，信号为同时触发突变信号、渐变信号，车辆离开秤台时触发下秤轴识别器产生突变信号。当信号模式变为突变信号、渐变信号、突变信号。倒车离开秤台再次触发、释放上秤轴识别器，触发、释放车辆分离器时，软件会根据信号模式突变信号、渐变信号、突变信号判断为倒车模式，轴识别器比对上秤轴数和倒车离开秤台轴数是否一致，计重数据自动删除，如图4。
4.6 对超长车的处理方法
为满足现场称重需要，系统针对超长车计重，应提供伪超长车称重和超长车称重两种模式，伪超长车指该车所有轴有同时在称台上的时刻，当光栅收尾时已有轴下秤；超长车指该车所有轴不能同时在称台上。系统通过上/下秤端触发器以及光栅能够准确地进行超长车的区分及计算，实现车辆的动态称重。
①伪超长车。利用全方位称重技术，准确定位出车辆完全在秤上的所有时刻所对应的重量值作为车辆的动态称量区间，准确的计算伪超长车的重量，如图5。
②超长车。利用上秤端触发器与整车称重平台配合，利用整车称重平台进行超长车的轴组重称量，并利用下秤端触发器识别车辆下秤的轴数，然后利用光栅收尾后秤台的重量加上下秤的轴重和得到整车的重量，如图6。
5 结语
整车式计重收费系统充分融合了轴重衡的动态优势和整车式静态衡的精度优势，该系统既能进行动态称量，实现高精度称量，又能保证连续过车，后续车辆无需等待，提高通行效率。安徽省高速控股集团有限公司2013年当年实施了24台整车秤（涉及合肥、池州、萧县、马鞍山、高界、合巢芜、淮南共7个管理处12个收费站），2014年下半年在安徽省高速控股集团有限公司实施了79台整车秤（涉及合肥、北环、淮南、阜阳、宿州、萧县、芜湖、马鞍山共8个管理处1个宣广公司38个收费站），高速控股集团暂未实施的路段有合徐南（安联公司）、全椒、芜雁、合安、天长段、六安、黄山处。截至目前，总计完成了103个出口车道，占高速控股集团总出口车道（577个）数量的17.85%。目前从开通后效果看，该系统已相当成熟，带来了可观的经济效益，较以往动态称重系统大提升了公路网的交通运输能力。
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参考文献：
[1]张永利，王永康.计重收费系统探讨与展望[J].中国交通信息产业，2004（09）.
[2]郭鹍，王娇蕾.公路计重收费系统的设计与实现[J].黑龙江交通科技，2007（09）.
[3]郑万才.高速公路计重收费系统应用方案[J].黑龙江交通科技，2008（11）.
