【正文】 re also includes two parts. The one part realizes the weighing model on DSP by programming and carris out process data. The other one designs and realizes information management system and work flow. Through cutting down and customizing Windows CE, a embedded real time operation system, using Embedded Visual C++(EVC), this paper establishs information management system and work flow software, which may manage vehicle information, control process of vehicle overloads detecting and carry out the detecting system real time operation and multitask work. This paper makes software easy to update by adopting modularization idea to design software and makes system operation simple for friendly manmachine interface.Finally, this paper makes performance test and error analysis for the detecting system and conceives the further work.Keywords　dynamic weighing 。 ARM 。2000年以來，有關(guān)部門和地方先后開展了一系列治理工作，取得了一定成效，但由于超限超載涉及面廣，治理難度大，加之利益驅(qū)動，特別是源頭問題沒有得到有效解決，使超限超載成為一個“頑癥”，有“愈演愈烈”之勢。一是誘發(fā)了大量道路交通安全事故；據(jù)統(tǒng)計，70％的道路安全事故是由于車輛超限超載引發(fā)的，50％的群死群傷性重特大道路交通事故與超限超載有直接關(guān)系，車輛超限超載運輸給人民生命財產(chǎn)造成了巨大損失。正常使用年限大大縮短，不得不提前大中修。三是導(dǎo)致了道路運輸市場的惡性競爭；以競相壓價承攬貨源，以超限超載來獲取利潤，超載越多，賺的越多，形成了“壓價——超限超載——運力過剩——再超限超載”的惡性循環(huán)，正常使用年限在10年左右的貨運車輛2~3年后即破舊不堪[1]。上述問題說明，車輛超限超載運輸造成道路運輸市場扭曲，誠信水準下降，嚴重損害了統(tǒng)一開放、競爭有序的市場秩序，阻礙了現(xiàn)代道路運輸市場體系的建立和完善，破壞了正常的社會經(jīng)濟秩序，也嚴重危及國家和人民的生命財產(chǎn)安全。發(fā)達國家在公路骨干網(wǎng)上普遍設(shè)立了檢測設(shè)備，對超限現(xiàn)象實施嚴格管理?；蛘卟捎么笮偷匕醭幼鳛橛嬃吭O(shè)備而造成車輛排隊等候稱量，使交通堵塞，因此目前路政管理部門需要一種動態(tài)稱重系統(tǒng)來規(guī)范公路車輛貨重檢測，從而抑制日益嚴重的超載現(xiàn)象。與停車狀態(tài)下的靜態(tài)稱重相比，動態(tài)稱重的主要優(yōu)點是節(jié)省時間、效率高，使得稱重不至于造成對正常交通的干擾，對公路建設(shè)與管理有著極為重要的意義，同時對實現(xiàn)交通運輸管理的現(xiàn)代化也有著巨大的促進作用。而動態(tài)稱重時除汽車的真實重量外還有其他許多因素，如汽車結(jié)構(gòu)及載荷狀況、車輛行駛狀態(tài)、路面狀況等會產(chǎn)生干擾，嚴重影響測量結(jié)果，對實現(xiàn)高精度的動態(tài)稱重造成很大困難。3％，而國內(nèi)在這方面研究的起步比較晚，目前產(chǎn)品的平均誤差從177。30％不等[3] [4]。在過去幾十年的動態(tài)稱重技術(shù)研究中，在如何保持檢測精度的前提下提高車輛通過速度一直是各研究機構(gòu)所致力解決的問題，不懈的努力使動態(tài)稱重技術(shù)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，綜述國內(nèi)外資料，目前動態(tài)稱重方法主要有以下幾種。這類方法有些是因需同時使用多種不同類型傳感器而難以實現(xiàn)[5] [6] [7]，有些雖然只使用同類傳感器，但由于采用積分方法因而準確度較差，且往往只適用于噪聲很小的場合。也是ADV法、DV法、V法的一種沿襲。沿其長度L方向積分。動態(tài)分量在積分區(qū)間被平均，使車輛振動造成的干擾影響較小，因此精度相對也較高，但這需要較長的數(shù)據(jù)才能保證精度，這也是目前動態(tài)稱重系統(tǒng)當提高車輛通過速度時，測量精度無法保證的原因所在。4. 專家系統(tǒng) 該方法主要是引入知識模型而構(gòu)成專家系統(tǒng)。5. 參數(shù)估計法 該方法主要是把動態(tài)測量作為一個參數(shù)估計和預(yù)測問題來處理[9]，即首先根據(jù)有關(guān)稱重測力系統(tǒng)的先驗知識，推導(dǎo)出一個含有未知參數(shù)的模型，然后用該模型去擬合稱重測力過程的輸出信號，從而獲得最小平方誤差意義上的參數(shù)估計。6. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 該方法主要是基于并行技術(shù)的思想，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為控制核心，采取多因素協(xié)調(diào)，將檢測過程中對影響稱重精度和限制車輛通過速度起主導(dǎo)作用的因素作為訓練樣本[10]，通過訓練獲得較好的網(wǎng)絡(luò)模型，再根據(jù)該模型和網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)得出車重，并期望提高檢測精度。在現(xiàn)有的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)中，為了提高檢測精度，信號的測量往往是在衰減到一定程度并穩(wěn)定后才進行，這就大大限制了車輛通過速度。為了避免超載車輛對公路造成早期破壞，歐共體成員國和美國、日本、加拿大等國在20世紀50年代就開始對車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)進行研究并取得了相應(yīng)的成果[11]。20世紀60年代末，西德的PAT公司開始對平板式車輛動態(tài)稱重器進行研究[12]。20世紀80年代中期，美國各大州開始推廣安裝WIM 系統(tǒng)。1991年改型為Vibetek20。該計劃主要內(nèi)容就是研究對公路行駛車輛進行動態(tài)載荷監(jiān)控的相關(guān)問題，其中最重要的一項測試是在瑞士進行的為期30個月的WIM系統(tǒng)實際應(yīng)用測試。結(jié)果表明德國PAT、瑞士Kistler、美國Mikros等公司的產(chǎn)品在測量性能方面處于領(lǐng)先水平。國內(nèi)的超載現(xiàn)象在某些省份特別嚴重，尤其是存在礦產(chǎn)資源的地區(qū)[14]。伴隨著國家法規(guī)的不斷頒布，國內(nèi)有關(guān)科研機構(gòu)一直未停止過對車輛超載檢測技術(shù)的研究，其中也包括引進國外技術(shù)。但引進產(chǎn)品都屬于國外換代產(chǎn)品，主要問題有：適應(yīng)速度范圍?。ǖ退俜秶?，測量精度不高，傳感器過于龐大，安裝施工及維護不便。1994年一種動、靜態(tài)兩用電子軌道衡在太原鋼鐵公司通過了鑒定，該產(chǎn)品集動態(tài)和靜態(tài)軌道衡的優(yōu)點于一身，較好地解決了檢測精度與車輛通過速度之間的矛盾。10％，置信度為95％。國內(nèi)目前動態(tài)稱重系統(tǒng)的研究狀況是起步晚、時間短，在研究過程中未能對行駛車輛的干擾因素作深入系統(tǒng)的分析，對動態(tài)檢測信號處理簡單，為了提高檢測精度，往往要求信號在經(jīng)過一定時間衰減并達到穩(wěn)定后開始測量。(5％~30％)。 車輛動態(tài)稱重技術(shù)的國內(nèi)發(fā)展展望1. 車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)將融入ITS(Intellingent Transport Systems)，成為其組成部分，因此作為固定式的WIM系統(tǒng)或裝置，設(shè)計時要考慮這一背景，在數(shù)據(jù)處理、信號傳輸、上下位機的關(guān)系、硬件配備等方面，均要考慮，以便于其“嵌入”ITS。國內(nèi)較為普遍地運用壓電陶瓷式、電阻應(yīng)變片式等形式稱重傳感器，國外則較多地運用了壓電薄膜、液壓管、共聚物壓電軸等形式的稱重傳感器，大大提高了使用壽命，對于便攜式WIM系統(tǒng)還能方便現(xiàn)場使用。這給我國研究和應(yīng)用車輛動態(tài)稱重技術(shù)帶來了機遇和挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)在于如何在國內(nèi)深入研究和應(yīng)用車輛動態(tài)稱重技術(shù)，至少先要建立相應(yīng)的國家標準，并付諸實施。以我國目前的道路運輸水平，對應(yīng)WIM系統(tǒng)的允許通過車速并不需要太高。用于執(zhí)法臨檢的場合，便攜式WIM系統(tǒng)一般安裝于輔道或路側(cè)，車速一般不會高于5km/h。因此在我國應(yīng)當更加重視和大力實施這一技術(shù)，以促進我國的道路運輸法制進程。由于受到經(jīng)濟水平的限制，固定式WIM系統(tǒng)單機的價格不宜超過10萬元人民幣，便攜式WIM系統(tǒng)單機的價格不宜超過2萬元人民幣。圖12是車牌識別系統(tǒng)的總體框圖。在車輛駛過秤臺的同時啟動牌照識別設(shè)備的CCD攝像機，通過圖像采集模塊采集圖像數(shù)據(jù)，對其進行灰度化、二值化，使其易于存儲和處理，通過邊緣檢測定位車牌，并對字符進行分割和識別，經(jīng)處理得到車牌號碼，然后將數(shù)據(jù)傳到控制管理系統(tǒng)。這其中包括前端車重數(shù)據(jù)采集部份，傳感器和AD轉(zhuǎn)換器的選擇與應(yīng)用，DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的建立與運行，ARM控制管理系統(tǒng)的建立，Windows CE操作系統(tǒng)的裁剪與定制，應(yīng)用程序的編寫；4. 對系統(tǒng)進行靜態(tài)與動態(tài)試驗，并對試驗結(jié)果進行分析。在距離超限收費檢查站（監(jiān)控中心）一定距離的地方設(shè)置高精度的動態(tài)稱重系統(tǒng)和汽車牌照識別設(shè)備[17]，當車輛駛過秤臺時，車輛分離器檢測到車輛到達，產(chǎn)生一個信號，通知動態(tài)稱重模塊進入稱重工作狀態(tài)，每一軸重量經(jīng)兩側(cè)輪胎作用于秤臺上，稱重傳感器輸出與重量成正比例的電信號，放大、轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理，完成每一軸重動態(tài)稱量；當車輛完全駛過秤臺，將各軸重累計，即得到車輛總重；輪胎識別器根據(jù)車輛輪軸特征檢測車輛所屬類型；在車輛駛過秤臺的同時啟動牌照識別設(shè)備的CCD攝像機，通過圖像采集模塊采集圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)DSP處理得到車牌號碼，根據(jù)檢測到車型分類計算該車是否超載以及超載的具體數(shù)量，并將車型分類、車牌號碼、車輛總載荷以及超載數(shù)量等數(shù)據(jù)通過HPI接口傳輸送往監(jiān)控中心信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖21所示。整車識別的難點是識別間距很小的兩車、拖車和高速運動車[18]。1．感應(yīng)線圈傳感器 其工作原理是檢測線圈的磁通變化。線圈在安裝或維護時必須直接埋入車道，埋置線圈的切縫軟化了路面，使路面損壞。感應(yīng)線圈易受到冰凍、鹽堿的影響。感應(yīng)線圈壽命一般為二年，之后要破壞路面，重新鋪設(shè)。當兩輛車靠得很近時，感應(yīng)線圈有時只產(chǎn)生1次感應(yīng)動作；當一輛長車中間有較大空隙時，例如拖車，感應(yīng)線圈會產(chǎn)生2次感應(yīng)動作：當車的底盤太高時，感應(yīng)動作遲緩；當車速較高時，感應(yīng)器不響應(yīng)。2．超聲波車輛檢測器 據(jù)聲波的傳播和反射原理，通過對發(fā)射波和反射波的時差測量實現(xiàn)位移測量的設(shè)備。超聲波檢測車輛速度快，但如果聲波密集在某一固定地方，又聚集很長的時間的話，就會有熱效應(yīng)，這種熱效應(yīng)達到一定程度時，可能會對人體組織產(chǎn)生不良的影響，影響細胞內(nèi)的物質(zhì)，包括染色體。分離器有收發(fā)器各一，有兩排紅外發(fā)送接收管，各安裝在車道一邊。當接收器接收到紅外光時，說明一輛車通過完畢。由于本系統(tǒng)的分辨率很小，因此可以檢測出拖車的掛鉤，從而識別出拖車。車以時速60公里通過檢測臺。事實上，通過收費站，在車擁擠時，車速只有五六公里，因此，兩車間距只要在10cm以上，就可以從容識別了。車輛進入檢測區(qū)域后，首先車頭擋住的光束尺寸肯定高于150mm，此時控制器輸出動作，如果帶一個拖車的話，拖鉤肯定會擋住至少1條光束，那么光幕就會一直保持輸出動作的狀態(tài)。測量光幕系統(tǒng)應(yīng)具有高過量增益，以適應(yīng)雨、雪和灰塵等環(huán)境。從性能價格上來看，線圈最便宜但性能最差，不適合安裝在公路上。 輪軸識別與車速度檢測對載重汽車的類型判定，根據(jù)交通部2000年2號令《超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定》，軸載質(zhì)量如表21所示。在秤臺順車行方向下方設(shè)置輪胎判別器，其結(jié)構(gòu)和原理如圖22所示?？刂破髯x取該數(shù)據(jù)，有幾個連續(xù)的1，為一個輪胎，連續(xù)的1越多，輪胎就越寬。 3. 車軸組檢測 通過車速v和輪胎識別器相鄰信號時間來判斷單軸、雙軸或三聯(lián)軸。A、B、C、D4個檢測信號，時間差是，由、 (21)再由距離d大于設(shè)定值，便可判斷A、B為單軸C、D為雙聯(lián)軸。 稱重模型建立 力學模型為便于數(shù)學求解，將車身視為支撐在彈簧上的剛性板。汽車—秤臺系統(tǒng)可簡化為圖25所示的力學模型。為了簡化式(22)的解偶過程，忽略C，即假設(shè)系統(tǒng)阻尼為零，得到兩個獨立的振動方程，能量主要集中于第一模態(tài)中[21]，其方程為： (23)式中 ——廣義位移坐標，、是與有關(guān)的函數(shù)，其中 (24)式中 ， 當時，曲線如圖26所示。據(jù)此，重構(gòu)動態(tài) (25)式中 ——汽車垂向位移，——汽車質(zhì)量，——汽車結(jié)構(gòu)的彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)，G——車重。系統(tǒng)的截止頻率為： (27)以運輸超載最多的貨運車輛為例，要求貨車板簧設(shè)計時的彈性系數(shù)取值范圍，而為了保持公路路面的正常使用壽命，要求汽車軸重質(zhì)量不大于，代入式(27)計算，得汽車振動的最大頻率不超過20 Hz。根據(jù)采樣定理，最小采樣頻率，本系統(tǒng)的采樣頻率。動態(tài)汽車衡的輸出經(jīng)過AD采樣后，傳感器的輸出變化量為一離散量。零階保持環(huán)節(jié)輸出與連續(xù)輸入信號之間的關(guān)系為： (28)其拉氏變換為，為采樣間隔。式中 ——待定參數(shù)向量；＝；——單位矩陣；——測量數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)向量。實現(xiàn)流程如下：系統(tǒng)根據(jù)實測的數(shù)據(jù)序列，用最小二乘法估計離散化式(214)中的參數(shù)，據(jù)此遞推計算系統(tǒng)的輸入，為離散化的汽車重量序列，計算系統(tǒng)的輸入序列取均值得到汽車的重量值。然后對汽車稱重的力學模型進行了分析，推導(dǎo)出其二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，進而得出車重與傳感器輸出電壓之間關(guān)系的數(shù)學方程。在本文的系統(tǒng)中，包括動態(tài)稱重模塊，車牌識別模塊，控制管理模塊。本文中主要設(shè)計兩部分：一是DSP組成的車重數(shù)據(jù)采集和處理模塊；另一部分是ARM組成控制模塊，在其上嵌入操作系統(tǒng)，進行相應(yīng)的控制和信息管理。 數(shù)據(jù)采集與處理模塊數(shù)據(jù)采集與處理包括動態(tài)稱重模塊和車牌識別模塊，本系統(tǒng)中主要對動態(tài)稱重模塊進行詳細闡述，對車牌識別模塊使用現(xiàn)有的模塊，不對其進行說明。在系統(tǒng)中我們采用的是TMS320DM642，它是專用于數(shù)字媒體應(yīng)用的高性能32位定點 DSP，工作主頻最高達 720MHz，處理性能可達 5760MIPS。DM642采用兩級緩存結(jié)構(gòu)：第一級包括相互獨立的L1