徐州派特控制技术有限公司
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DAW100计重收费称重系统
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DAW200桥梁保护系统
TAI-I系列轮轴识别器
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DAW100计重收费称重系统


一、项目概述
      公路通行费是政府授权的公路投资及经营者向公路使用者、受益者征收的费用,它是公路使用者或受益者对使用公路所支付的一种补偿,是收费公路管理部门或经营者获得收益的主要途径之一。实践证明,收费公路的设立是解决公路建设资金不足、促进公路发展的有效途径之一。
      传统的公路通行费征收方式为:高速公路收费站主要采取按车型分类、区间里程计费的收取车辆通行费方式;普通公路收费站采取按车型分类,并按通行次数计费的收取车辆通行费方式。这种征费方式是不够科学的,其弊端如下:车型分类不尽合理,存在跨度大、临界差别大(档次差)等问题,如7吨和8吨的车辆,就差一个档次,所承担的通行费就有较大不同,车主抵触情绪较大,难以接受。车辆每趟次通过普通公路收费站就差15元,若通过高速公路收费站差别更大。我国从事公路营运的车型复杂,加上各类车辆改装、改型呈多样化,征费人员一时难以准确判别车型,容易与车主发生争议。
      近五年以来,许多省市开始采取计重收费管理系统,这种收费系统是根据车辆的载荷对公路磨损程度大小来确定收取车辆通行费的费额。根据通行车辆的载重情况来进行收费,空载的车辆按空载重量计费,重载的车辆按载重多少计费,超载则按实际载重进行计费,体现多拉多负担的原则。采用电子计重收费管理系统,可以杜绝征费人员私收票款,保持廉洁;采用电子计重收费管理系统,可以增强监督功能,健全内部监督机制,杜绝征费人员私放人情车等不廉洁行为,有利于行风建设。采用计重收费管理系统,可大大减轻征管人员的劳动强度,提高售票速度,提高工作效率,同时,可以统一规范内业资料,促进规范化建设,提高服务质量,保证公路畅通。采用计重收费管理系统,可以提高现代化管理的程度。一方面可以利用现代装备的语音系统,提高服务质量,有利于“文明窗口”建设;另一方面也使通行的司机感到政策的严肃性,减少很多扯皮或人为争吵现象,以确保收费车道安全畅通。实行计重收费,还能及时提供实载的数据,解决承运货物过磅问题,方便了车主。
      计重收费管理系统是利用设置在收费车道出口处的称重系统,得到通过的车辆的重量、轴数等信息,再由收费计算机根据相应费率对通过的货车实行计重收费。
二、系统概述
      收费车道是车辆进行发卡、缴费的专用车道,不同于一般的通行道路,因而有着其特殊性,车辆排队、高速通过、刹车、加速、减速等现象极为普遍。动态称重系统的构成和工作流程是确保系统设计成功的关键。
      本方案所述DAW100称重系统是徐州派特控制技术有限公司依据加拿大IRD公司PAT产品在WIM(动态称重)的经验并结合国内道路及收费站状况开发出的适合中国国情的动态称重系统,自2003年以来,在大量的安装施工和现场经验的积累下,DAW100称重系统得到了逐步的完善。

三、系统构成
       DAW100称重系统由2块WPS155(超宽车道采用WPS175)动态弯板式传感器、1个线圈、1套红外线车辆分离器、1个轮胎识别器和1个中心处理器构成。
    弯板式称重传感器主要完成车轴的称重、速度检测、轴型判断等工作。
    红外线车辆分离器用来进行车辆的分离及提供开始、结束等信号。
    线圈主要用来完成测速、倒车的检测,并与红外线分离器一起对非车辆以外的物体或人通过时的判断,减少出错。
    轮胎识别器主要用来检测通过车辆每轴的轮胎数。
    中心处理器用来处理来自于各传感器的信号、称算数据,把相关数据通过通讯方式送给收费计算机。
    可以根据客户需要,定制上位机软件,上位机软件可以实现车辆详细信息的显示、车辆数据分析、统计查询和打印报表等功能。

系统构成图:

四、系统布置方案
      DAW100称重系统采用前置式布置方式,即在收费前进行检测。根据我国汽车技术规范,货车的长度应不大于18米,因而为保证在车辆到达收费亭前完成检测,应适当延长收费岛的长度,同时考虑便于规范驾驶人员通过称重设备时的车辆控制,建议收费岛前端到收费亭中心线的距离为28-36米。
      每个车道使用两块弯板传感器,采取交错放置的方式,其前方装有一个线圈,弯板传感器后方装有一个轮胎识别器,弯板传感器前沿处的收费岛上装有红外线车辆分离器,称重处理器机箱安装在收费岛上。

 


五、系统工作流程
      DAW100称重系统安装于收费车道的入口或出口,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车辆的数据,确保两者间的数据一一对应。
      本系统设计中充分考虑到了与收费软件的无缝连接,车道称重系统准确检测每一辆车,将车辆数据以先进先出(FIFO)的排队方式在控制器中保存(可保存十组数据),根据收费系统的请求,依次发送车辆数据,收费软件再进行一一对应,完成后续报警等工作。如果万一出现不对应的情况,收费系统可对称重系统缓冲区进行处理,实现对应复位。下面是一个基本流程图:

 


六、主要设备介绍
1、弯板式称重传感器
     IRD公司是世界上动态称重(WIM)技术最早的开发者之一,是弯板传感器(Bending Plate)技术的开发者和专利拥有者。DAW100称重系统采用的是整体式弯板传感器,其特点如下:
          采用特殊的合金材料,解决了非周期性交变应力产生的疲劳损伤问题,使用寿命> 10年,交通领域中其产品的应用年限已超过25年;
          合理的弯板交错布置方式,可从根本上解决车辆排队、完全倒车、不完全倒车等常见问题;
          适用于低速系统,速度范围为0-30km/h,最大允许通过速度为200km/h;
          解决了车辆高速通过对设备冲击造成损坏的问题;
          行车方向的宽度为508mm,可完整纪录车轮通过时的重量信号曲线,是真实的检测,不同于条状传感器使用的间接检测方式,不仅确保95%以上的称量置信度,不会出现丢轴和多轴现象,并且可检测到车轮动态、静态以及加速、减速等指标,从而为在速度变化的情况下准确测量提供了有利保证;


          为整体式称重传感器,弯板传感器无机械结构,避免了车辆通过时的冲击对机械结构的损坏,免维护,并在很大程度上减轻了日常检修、维护、保养工作;
          弯板式称重传感器施工时首先浇注弯板框架,将框架和路面牢固结合,然后再把弯板装入框架内。其特点是弯板式称重传感器受路面影响减小,不会因路面的变形而导致弯板受挤压形变损坏,使用寿命延长,而且便于后期维护、挪移和更换;
          表面经硫化橡胶密封技术处理,防水、防尘、防盐、防腐蚀;
          交错布置安装的两块弯板每块宽度为1550mm(超宽车道每块弯板宽度为1750mm),保证覆盖整个路面宽度。这样能有效杜绝车辆轧偏、轧边、轧不实、跳秤等造成的计量偏差现象,从而确保称重的准确性。

2、中心控制器
      中心控制器(RSP)是整个系统的控制装置,负责处理称重传感器、光栅和线圈送来的信号,经过分析和处理得出车辆的载荷与车型信息。根据上级计算机的要求传送车辆载荷信息,并控制相应的报警装置报警。
      RSP100中心处理器含有AC/DC电源转换板、称重仪表、弯板接口板、I/O接口板,以及防电涌、防雷和防电磁辐射的装置。采用多层防雷保护设计,整个RSP100安装于一个双层钢制机箱内,内箱气密级防护,能有效避免空气潮湿及温度变化的影响,外机箱的设计充分考虑到了野外工作的恶劣环境。机箱防护等级为IP68,所有电缆接入处都采用了PG模式,进行防水、防尘措施。RSP100有一个用于系统参数设定的串行接口,可以用便携式计算机或手持终端进行参数设定、数据下载和即时数据显示,如连接调制解调器可远程控制。

      1、 采用多CPU技术,具有处理速度快、性能可靠、维护方便等特点。
      2、 采用32位中央处理器,运算速度快,信息处理量大,效率高。
      3、 称重平台传感器信号处理板自带CPU,在系统繁忙时保证了采样和信号处理的速度,从而保证了整个系统的称重精度。
      4、 PAT专有的称重处理软件技术保证了车辆在车道内的各种不规则行驶对称重数据的影响控制在精度要求范围内。
      5、 可根据要求提供各种通讯方式和接口。
      6、 电子部分和所有接口均专门设计了防雷保护,保证了野外运行的安全。
      7、 RSP可以用220VAC/50Hz供电,也可以用太阳能供电,或者用可充电电池供电。

3、红外线车辆分离器
 

 


          在良好天气时,分离判断正确率99.5%以上;
          恶劣天气时,分离判断正确率98%以上;
          光栅发射端有一个指示灯,红灯常亮表示电源开,工作正常;若闪烁表示发射端故障。光栅接收端有三个指示灯,正常工作在没有遮挡物情况下,常亮一个绿灯,有遮挡物(如有车辆通过时)时红灯常亮;若黄灯亮表示接收端有故障。
          检测最高高度≥1600mm,最低检测高度≤400 mm;
          最小检测物体尺寸不大于40mm,可保证当挂车通过称重区域时不会误判为两辆车;
          两车可分离的最小间距不大于200mm,可保证两车间距较近,同时在称重区域时能够正确分离车辆;
          光幕安装在防尘、防雨雪的防护罩内,为不锈钢外壳,防护等级:IP65. 防护罩应采用侧开门带锁,便于随时打开擦拭和打扫维护,外壳玻璃应采用电加热方式除霜。
          光幕具有良好的抗振动和冲击功能,符合相关标准,并提供相关证明。
          接收端上每一束光束都有对应的指示灯显示其工作状态,以利于安装时对准和故障光束的诊断,如:若有泥浆挡住某些光束,其对应的指示灯常亮,表示光栅罩上玻璃要用毛巾清洁表面,接收端每一束光束相对应的指示灯在正常工作情况下常灭。只有同时占用六个光束,光栅才有信号输出,驱动继电器工作。
          车辆排队时,有车辆停止于称重区域时,红外线车辆分离器始终处于被遮挡状态,表示该车称重没有结束,不会造成误判;
          光栅罩采用电加热玻璃,能够防止凝露、结霜;
          当光栅发生故障时,可以通过硬件和软件发出故障消息;
     电源要求:         24VDC±20%;
     电缆:              标准接插件电缆10m,防电磁干扰屏蔽线;
     温度范围:         -45℃-+80℃;
     湿度范围:         0~95%RH;
     防护等级:         IP65;
     使用寿命:         十年以上。
     该测量光幕可确保某些交通量大、称重车道通过车辆较多的收费站的称重检测数据与车辆的一一对应关系。例如:
        两辆车之间间隔较近,同时在称重区域内行驶;光栅传感器检测范围为一个断面,其检测角度很小,这样,在车辆通过时可以检测出很小的物体,因此,车辆距离较近时仍能将其分离。
        车辆排队,有车辆停止于称重区域;车辆分离主要通过光栅来完成,车辆停止于称重区域时光栅始终被遮挡,因此不会造成影响。
        挂车通过称重区域;在车辆分离模式中当有15cm或更长的光幕被遮挡,光栅输出,当所有的未被遮挡时,输出才关断,光栅在此模式下最小分辨为4cm,挂车的连接部分均远大于4cm,因此可以正确判断挂车。
        拖车通过称重区域;光栅发射端最高高度1600mm,高于拖车连接梁高度(1400mm左右),故不会将拖车分为两辆车。
4、线圈

      线圈在DAW100称重系统中主要应用于配合红外线分离器检测车辆的出现、控制称重过程的开始和结束、检测是否有车辆倒出收费车道等。线圈传感器安装于动态称重传感器的前方,为称重系统提供车辆的进场和离场信号。线圈传感器可以通过硬件拨码开关设定线圈的频率范围和灵敏度,可以方便和有效调整灵敏度,防止相互干扰。

          在红外线车辆分离器发生故障时,自动切换为使用线圈对车辆进行分离和辅助收尾;
          收尾线圈在车距不少于2m时,判断精度≥99%;
          尺寸:                 1000 ×2000mm;
          速度检测范围:     1~200km/h;
          电缆长度:         50m(可扩展到150m);
          频率范围:        50 ~ 200 KHz;
          线圈电感量:        70mH~1000mH;
          当线圈发生故障时,可以通过硬件和软件发出故障消息;
          温度范围:        -45℃ ~ +80℃;
          湿度范围:         0~99% RH;
5、轮胎识别器
      徐州派特控制技术有限公司专有技术研发的新型橡胶一体式轮轴识别器,是在引进国外先进技术基础上,特别为高速公路称重收费系统进行车辆轮轴识别检测而设计,是当前市场上最新型产品,用于检测通过车辆的轮轴单双轮状态,同时具有轴数及轴型,车型分类,车型统计,车流量统计等功能。
      该轮胎识别器运用最新设计理念,由最新技术的抗腐蚀轮胎检测传感器及控制器组成,实现判别车辆单双轮胎等功能,克服了传统轮轴识别器易腐蚀、易损坏、易失灵、成本高的诸多缺陷。坚固耐用的轮胎检测传感器可发出可靠检测信号。柔性外形使其适合安装于各种车道及不规则地面。该产品安装于地面,车辆轮胎驶过传感器,控制器可根据传感器信号进行车辆单双胎的判断。


七、系统主要技术指标
1、精度

 车速
0~5Km/h
匀速
5~10Km/h
匀速
10~30Km/h
匀速
精度
<±2%
<±2.5%
<±3%


        速度测量精度(没有明显加减速的前提下):
              车速在0~30km/h时,  <10%;
        轴间距测量精度(没有明显加减速的情况下):
              两轴:            ±0.15m(标准偏差)
        温度:              -45℃~+80℃
        相对湿度:        0~95%
        标准载重:        30t
        过载能力:        150%

2、DAW100系统称重平台(弯板传感器)

        尺寸:           1550×508×23mm    1750×508×23mm
        重量:                 100kg                    114kg
        额定载荷(每轴):                   30t
        过载能力(每轴):                 150%
        速度范围:                          0~40km/h(测量)
        温度范围:                          -45℃~+80℃
        湿度范围:                         0~95%
        连续浸水时间:                      >300小时
        防护等级:                          IP68
3、中心控制柜
        控制箱外部尺寸: 外机箱930mm×580mm×395mm
        重量:           45kg
        温度范围:        -45℃ ~ +80℃
        湿度:           0%--95%,无凝结
        供电方式:       220VAC ±10% , 50 Hz
        防护等级:       IP68
4、红外线光栅分离器
            检测高度:1250mm
            光束间距:43mm
            扫描时间:每束光50us,200us处理时间。扫描时间不包括串口数据传输时间
            最小检测物体尺寸:标准模式,53mm(1.25in)双倍扫描模式,40mm
            扫描检测模式:同步逐行高速扫描
            串口输出:RS485协议(用户选择),9600,19200或38400波特率
            继电器输出1:车辆检测输出,NPN,150mA30VDC最大
            继电器输出2:故障报警输出,NPN,150mA30VDC最大
            电源要求:24VDC±20%
            电缆:标准接插件电缆10m,防电磁干扰屏蔽线
            温度范围:-45℃~+80℃
            防护等级:IP67
            振动及机械冲击:振动:0 ~100 Hz,加速度:98m/s2,10G;冲击:4.1Joules,3ft.- lb
            认证证书:CSA-CUS,CE。
5、感应线圈
        尺寸:             1000mm ×2000mm
          温度范围:            -45℃ ~ +80℃;
        湿度范围:         0~99% RH;
        速度检测范围:    1~200km/h
        电缆长度:         50m(可扩展到150m)
        频率范围:         50 ~ 200 kHz
6、轮胎识别器
   
传感器

供电电源
+5VDC
传感器个数
10~16
防腐/防潮功能
耐弱酸、防水
接线
长度4000mm,线径12mm
防护等级
IP67
   
控制器

统计
供电电源
+5VDC
输入
16路传感器、车辆进场及离场信号
输出
单胎/双胎、轴数、车型、车位判断等
分类
车型分类
车型统计、车流量统计

八、与收费系统数据通讯接口方式及通讯协议
     DAW100计重收费称重系统与收费系统的通讯接口方式主要有以下方式:
        通讯协议方式
        动态链接库(DLL)方式

九、车辆行驶中特殊情况的应对
●车辆弧线行驶
车辆弧线行驶产生的原因:
     1、收费广场尺寸过小,边道路径的曲率半径远小于中道路径的曲率半径;车辆通过边道时,必须沿弧线行驶。
     2、因某些称重设备设计不当,车辆沿弧线行驶时称重偏差过大,司乘人员存在侥幸心理。
      车辆沿弧线行驶时会产生向外的侧向剪切力,车速不变时,弧线的曲率半径愈小,侧向剪切力将愈大。DAW100称重系统采用整体弯板式传感器,避免了机械的力传导影响。其优点是可以保证所采集的力信号完全是车辆的重力,不受侧向剪切力的影响,从而保证了称重的精度。使得车辆沿弧线行驶带来的剪切力对DAW100称重系统无任何影响
●车辆墩秤
      车辆墩秤是车辆将轴的小半部分压在秤台上,停留较长时间后再通过。目前有些厂家的称重系统在计算称重数据时无法修正传感器采集的称重数据,从而造成称重数据偏轻、丢轴、数据混乱等现象,目前墩秤手段在国内大多省份被某些司机恶意使用,人为的造成车辆堵塞,影响了正常的车道通行,产生纠纷并造成较坏的影响。
      DAW100称重系统通过先进的设计理念,最优数学分析模型和科学的采样模式,结合PAT在道路交通上的40年成功经验,完全有效的解决了车辆墩秤对称重数据的影响。
●车辆的不规则行驶
      车辆在收费车道内行驶情况极为复杂,车辆排队、高速通过、刹车、加速等现象极为普遍。DAW100称重系统针对这些情形,在称重精度上做了以下调整:细分速度段,通过修正不同速度段的参数,提高称重精度。区分车型,通过修正不同车型的参数,提高称重精度,将不规则行驶对称重精度的影响降到最小。


十、弯板式称重系统与普通秤台式称重系统的比较
     1、 极高环境温度和极低环境温度对设备的影响:
     DAW100称重系统选用的WPS155/175(超宽车道)弯板传感器,使用特殊的合金材料,其工作温度范围:-45℃~+80℃,通过了俄罗斯国家低温试验室在极端环境下的测试,在国内有名的火炉城市南京、长沙等都安装使用并运行稳定。并于2003年安装在青海省天木收费站,该站海拔3800m,冬季最低温度零下25度,常年积雪,至今设备已安装六年,系统运行正常,也是目前国内唯一在高原上成功运行的弯板式称重收费系统。充分证明了DAW100弯板式计重收费称重系统对极高环境温度和极低环境温度的良好的适应性。
     2、  积雪、结冰对设备的影响:
      普通秤台式称重系统机械平台式结构工作原理决定了必须要有基坑,称重设备主秤台和基础之间无法采取密封措施,很多省份冬季时间较长,如遇积雪、结冰,会使秤台冻住,称重系统无法工作,维修需吊起秤台,进行破冰,而且这类维修治标不治本,如再遇下雪,问题依旧,常常是白天破冰维修,晚上又被冻住。DAW100称重系统从根本上解决了此类问题,传感器与路面采取无缝连接,无基坑。积雪、结冰对称重系统无任何影响。如下图所示:

DAW100称重系统  

秤台式称重系统  

     
3、雨水、沙尘暴、凝霜、结露对设备的影响
      在公路运输中,超载超限的货车很多,且大多为运煤运沙石的货车,在车辆通过称重设备时,难免会有杂物泄漏。如果大量的杂物通过秤台缝隙落入基坑而不及时清扫,再遇到雨水较多,堆积多了,就会在秤台下面留存较多的淤泥,会硌住秤台从而影响称重精度。
     下面三幅图分别为被混凝土块的污染基坑和称重设备在基坑被污染时的计量特性:

 

基坑被轻度污染时的输出曲线 

基坑被重度污染时的输出曲线

      DAW100称重系统就不会出现此类问题,弯板传感器与路面采取无缝连接,传感器表面专有硫化橡胶表面密封技术处理,防水、防尘,雨水对称重系统无任何影响,(该传感器是目前所有称重收费产品中唯一能做到持续浸水300小时仍能正常工作的传感器)。
      凝霜、结露产生的条件是冬季昼夜温差大,暖空气遇冷在玻璃上产生的。凝霜、结露对设备的影响主要表现在如果光栅罩玻璃上产生凝霜、结露现象会使得光栅工作不正常,无法正常的分离车辆,使得通过的车辆无称重数据,影响正常的收费工作。我们光栅罩采用电加热玻璃,温度可调,完全可以消除冬季玻璃上凝霜、结雾现象。
4、   冻土层厚度对设备的影响;
      冻土层厚度对设备的影响表现在,如冻土层过厚,冬季天气寒冷,中午积雪融化后,沿路面流淌,流入秤台式称重系统基坑,而基坑排水管线有可能已被冰冻住,会在基坑中形成二次结冰,也会出现硌住秤台影响称重精度的现象。
      DAW100弯板式称重传感器在路面上浅层安装(只在原有路面上开挖5公分的浅槽),排水简洁。因此冻土层厚度对该设备无任何影响。

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