圍繞高速公路地磅稱重系統(tǒng)進行闡述，對地磅動態(tài)稱重系統(tǒng)和靜態(tài)稱重系統(tǒng)進行對比分析，簡要分析動態(tài)和靜態(tài)的利弊，得出稱重系統(tǒng)適宜采用動靜結(jié)合的測控系統(tǒng)。
一、引言
近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，加快了高速公路的建設(shè)步伐。高速公路建設(shè)標準高、路況優(yōu)良、通行效率高，一直存在不法分子逃避繳納通行費的作弊現(xiàn)象。實施全省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費之后，全省高速公路處在同一路網(wǎng)中，車輛單次行駛距離變長、繳費額增大，通過一些技術(shù)手段逃費，例如在車上裝上液壓設(shè)備，通過改變重心位置達到減少重量來逃費。超載對橋梁和高速公路的路面損害巨大，無疑加重橋梁和道路的養(yǎng)護工程的負擔(dān)，并對交通安全、交通運輸秩序構(gòu)成了極大的危害。
據(jù)不完全統(tǒng)計，山東省內(nèi)各條段高速公路收費站屢次出現(xiàn)大型貨車利用計重設(shè)備漏洞，通過跳秤、軋秤、沖秤等方式，進行偷逃通行費現(xiàn)象，造成反復(fù)跳稱，長時間的堵車排隊現(xiàn)象時有發(fā)生，遭到其他過往車輛的抵觸與不理解，同時也給計重收費的征管工作帶來許多困難。
二、地磅稱重系統(tǒng)
1 .動態(tài)稱重
動態(tài)稱重系統(tǒng)在高速稱重系統(tǒng)應(yīng)用較多，技術(shù)較成熟。動態(tài)測量是對運動中車輛的軸重和軸數(shù)進行測量，是由彎板傳感器和軸數(shù)識別器來測量的，對軸重的結(jié)果并不是很準確，典型問題稱重誤差較大。
2.靜態(tài)稱重
靜態(tài)稱重系統(tǒng)是最近開始應(yīng)用的計重方式。靜態(tài)測量是對車輛的總重進行測量，通過汽衡獲得軸重測量結(jié)果。
三、地磅稱重系統(tǒng)的原理與設(shè)計
1.稱重系統(tǒng)的原理
通過稱重傳感器，選用單片機作為系統(tǒng)的控制中心( 單片機采用集成外圍電路的芯片，多端口) ，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。傳感器將重量信號轉(zhuǎn)變成為工業(yè)標準電流信號，利用液晶顯示設(shè)備地址、過量程報警值、當(dāng)前測量值，通過設(shè)置報警值，當(dāng)重量超出傳感器的量程時，報警電路發(fā)出警報信號。
系統(tǒng)具體工作流程: 首先，由壓力傳感器將重量轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)標準的電流信號，經(jīng) I / V 轉(zhuǎn)換電路與 A / D轉(zhuǎn)換器，將重量信號變成數(shù)字量。然后，通過芯片 ＲS－ 485 通信收發(fā)器，按照工業(yè)標準 MODBUS 通信協(xié)議，將數(shù)字化后的重量信息傳遞給上位機。
上位機采用 QT 設(shè)計可視化界面，結(jié)合數(shù)據(jù)庫、ASP以及 MD5 數(shù)字指紋加密技術(shù)，完成數(shù)據(jù)的儲存和網(wǎng)絡(luò)傳輸，其功能主要包括稱重組態(tài)、稱重曲線繪制、用戶登錄、車輛信息、票據(jù)打印和網(wǎng)絡(luò)在線查詢等。
數(shù)據(jù)傳輸采用標準的 MODBUS 通信協(xié)議，CＲC校驗采用數(shù)據(jù)計算的方法獲得。上位機使用控件通過串口進行數(shù)據(jù)的傳輸和接收，控件以事件驅(qū)動方式處理通信數(shù)據(jù)，控件的事件捕獲并處理這些通信事件，設(shè)置接收緩沖區(qū)，每收到一個字符就產(chǎn)生一個事件，數(shù)據(jù)發(fā)送不產(chǎn)生事件。設(shè)置二進制取回數(shù)據(jù)方式，同時，需要設(shè)置波特率、奇偶校驗位、數(shù)據(jù)位和停止位。
為保證系統(tǒng)的安全性，引入 MD5 數(shù)字指紋加密技術(shù)。當(dāng)用戶登錄時，系統(tǒng)對用戶輸入的密碼進行MD5 運算，然后與保存在數(shù)據(jù)庫中的 MD5 值進行比較，以確定輸入的密碼是否正確。這樣，系統(tǒng)在并不知道用戶密碼的明碼情況下就可以確定用戶登錄系統(tǒng)的合法性，避免用戶的密碼被具有系統(tǒng)管理員權(quán)限的用戶知道。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計方面，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫中建立了多張表，分別是稱重數(shù)據(jù)表、操作人員表、車輛信息數(shù)據(jù)表、稱重計費表。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用動態(tài)服務(wù)界面，它可以與數(shù)據(jù)庫進行交互，為用戶的數(shù)據(jù)查詢、密碼修改提供便捷。
2.硬件部分電路設(shè)計
（1）數(shù)字信號處理
DSP 處理器系統(tǒng)見圖 2。
（2）信號處理輸入信號的波形見圖 3。經(jīng)過處理的信號輸出的波形見圖 4。輸入信號的頻譜見圖 5。輸出信號的頻譜見圖 6。
3.干擾環(huán)境的信號處理
強干擾環(huán)境下的輸入波形見圖 7。經(jīng)過信號處理產(chǎn)生波形見圖 8。輸入信號的頻譜見圖 9。經(jīng)過信號處理的頻譜見圖 10。
4.濾波
四、地磅稱重系統(tǒng)的應(yīng)用
針對高速公路現(xiàn)行的稱重系統(tǒng)，被測車輛低速駛?cè)敕Q重區(qū)域，車頭觸發(fā)光幕，系統(tǒng)被觸發(fā)，自動進入動態(tài)稱重狀態(tài)。車輛進入汽車衡后，在重力作用下獲得與重量成比例的電信號，如果干擾信號強，先進行濾波，消除干擾大的信號，然后經(jīng)過放大器將信號放大，通過模數(shù)器件將測量的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過 DSP 等器件的數(shù)據(jù)處理，并進行數(shù)據(jù)的冗余校驗，最終獲得有效數(shù)據(jù)。由汽衡測出各軸的軸重、軸形，當(dāng)車的車尾通過光幕時，通過計算機將軸重、總重和軸形等數(shù)據(jù)進行處理，將結(jié)果存入計重數(shù)據(jù)庫，并將收費信息顯示在 LED 屏上。見圖 11。
五、 動態(tài)稱重系統(tǒng)的弊端
( 1) 設(shè)備按照要求，四臺面的稱重設(shè)備開挖面積大，施工難度大，設(shè)備安裝周期長，維護耗時，不易維修。( 2) 設(shè)備的穩(wěn)定性差，稱重準確性差。( 3) 反作弊措施差。車輛走“S”型、“跳車”過稱、“拆分軸”過稱、車輛改裝、快速通過計重平臺、安裝液壓器、“增加軸”過稱、遮擋光幕等。建議在車道入口設(shè)置限速標志，保障車道的正常通行。
六、地磅靜態(tài)稱重系統(tǒng)應(yīng)用
1靜態(tài)稱重系統(tǒng)在計重收費的應(yīng)用
車輛駛?cè)敕Q臺，光柵收尾后，一般程序會延遲一段時間，取其穩(wěn)定數(shù)值，自動上傳上位計算機，車無需停留稱臺。一般車未到收費窗口，采集的計重數(shù)據(jù)已經(jīng)上傳到數(shù)據(jù)庫。
2.靜態(tài)稱重系統(tǒng)的利弊
（1）靜態(tài)稱重的優(yōu)點
1) 誤差小，精度高。根據(jù)現(xiàn)有資料，誤差范圍在5% 內(nèi)。2) 車輛通行速度加快，收費效率高。( 3) 解決現(xiàn)存動態(tài)稱重系統(tǒng)的逃費行為。
（2）靜態(tài)稱重的缺點
1) 造價高，土建開挖面積大。 2) 過車速度降低，前面的駛出稱臺后車才能進道，大大降低了車輛的通行效率。3) 安裝設(shè)備具有局限性。在有些彎道和坡度大的坡道無法進行安裝。
七、收費系統(tǒng)的安防
針對現(xiàn)存非接觸 IC 卡的安全問題，可以在讀取時設(shè)置多位編碼，進行簡單的加密處理。當(dāng)讀卡時，管理員可以看到特定的編碼，可以有效的防治對 IC卡的信息的寫入。
八、展望
高速公路應(yīng)用地磅稱重系統(tǒng)可以采取動靜結(jié)合的方式，彌補不足。采用靜態(tài)稱重系統(tǒng)的布設(shè)，采用靜態(tài)稱重系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對靜態(tài)稱重系統(tǒng)存在的問題，使用軟件處理使其具有動態(tài)稱重系統(tǒng)的優(yōu)點，以便為人們的出行帶來更多的便利。
九、新技術(shù)在收費系統(tǒng)的應(yīng)用
車型判別采用相控陣列雷達技術(shù)，可以快速分辨車的數(shù)量和種類，采用相控陣列雷達技術(shù)可以提高車輛識別的精度。今后可以根據(jù)車牌識別獲取車輛登記信息，對改裝車和未達標車進行黑名單處理，防止干擾正常車輛的通行。
目前正在國內(nèi)推廣使用的電子不停車收費系統(tǒng)是通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載電子標簽與在收費站 ETC 車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，利用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進行后臺結(jié)算處理，從而實現(xiàn)車輛通過路橋收費站時無需停車、快捷交易。
相比傳統(tǒng)的人工收費方式，避免了在車流量大的情況下造成的公路堵塞。不過，當(dāng)前很多 ETC 系統(tǒng)存在不同程度的局限性。一方面，汽車上的車載電子標簽與在收費站 ETC 車道上的微波天線之間的通訊信號容易受到干擾; 另一方面，多輛汽車之間的車載電子標簽容易互相干擾，從而容易導(dǎo)致汽車在通過 ETC車道自動交費的過程中出現(xiàn)錯誤。大多 ETC 收費，只
有在限制汽車通行速度、前后車輛保持一定距離的前提下才能正常工作，否則會導(dǎo)致 ETC 無法識別汽車上的電子標簽，以致收費錯誤或失敗。也就是說，這種技術(shù)上的局限性沒能從根本上緩解交通擁塞。
采用新技術(shù)的基于相控陣雷達技術(shù)的 ETC 系統(tǒng)，運用了空間譜估計技術(shù)從空間域?qū)ζ谕盘柕竭_天線陣列的波達角( DOA) 進行精確估計，再利用信號到達空間角度差異用數(shù)字波束形成技術(shù)實現(xiàn)空域濾波，極大地減少了信號干擾，增強了信號強度和辨識能力，使車輛通過 ETC 收費系統(tǒng)的速度得到很大提高，從根本上緩解了原有 ETC 收費站因信號誤讀、不能識別而導(dǎo)致的交通擁塞。
