一種車輛行駛動態測量系統及其測量方法與流程
2024-03-25 07:00:05 1
本發明涉及公路交通運輸超限檢測領域，尤其涉及一種車輛行駛動態測量系統及其測量方法。
背景技術：
近年來，隨著公路交通運輸的快速發展，運輸車輛中大型貨運車輛、帶掛汽車和貨櫃運輸車的數量和比重不斷增加。受經濟結構和利益驅動的雙重影響，部分運輸車輛為了片面追求利潤，私自對車輛的車廂尺寸進行過度改裝，導致出現了普遍的超限運輸現象。超限運輸危害巨大，嚴重破壞了公路和橋梁基礎設施，縮短了公路和橋梁的使用壽命，同時給交通安全帶來極大的事故隱患。目前，我國對車輛超限檢測做了大量的研究，檢測方法由人工化轉向自動化，隨著各種新檢測技術的出現，以及對檢測技術要求的提高，傳統的人工測量效率低、測量誤差大、不能滿足現代自動化檢測的需求。新檢測技術中微波測量、紅外測量、超聲波測量，技術先進，但測量方法的使用均受環境限制，測量結果波動較大，雷射測量憑藉其具有良好的解析度與靈敏度探測，系統的程序簡單，處理速度快，受到了廣泛應用。但現有雷射測量車輛長寬高及傳統稱重的方案還存在著較大缺陷：首先是在同一車道車輛的長寬高不能同時測量，需要測量完寬高后再測量長度，檢測時間長；其次是測量車輛的長寬高，需要安裝多個雷射掃描傳感器，安裝複雜，成本較高；三是車輛外輪廓與重量不能同時測量，需要測量寬高后駛入測重裝置，限制車輛通行速度，降低了檢測效率；同時，使用傳統的稱重裝置，車輛容易出現作弊行駛，導致測量數據不準確。
技術實現要素：
本發明目的是克服上述已有技術的不足，提供一種測量精度高、性能穩定、安裝方便、利用二維雷射掃描傳感器與分體錯位式稱重衡有機結合的方式動態快速測量車輛的外形尺寸以及重量的車輛行駛動態測量系統及其測量方法，並能夠將檢測結果輸出到的led顯示器上進行判斷車輛是否超限。
本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案：
本發明車輛行駛動態測量系統，包括第一雷射掃描傳感器、第二雷射掃描傳感器、l型立杆、主控制器、分體錯位式稱重衡和led顯示器；l型立杆包括橫梁和豎杆；豎杆裝在路邊，橫梁裝在豎杆頂部並與地面相互平行；橫梁與地面之間的距離設在6m-7m；在橫梁上裝有第一雷射掃描傳感器，第一雷射掃描傳感器的安裝位置在每條車道中心線正上方，在豎杆上裝有第二雷射掃描傳感器,第二雷射掃描傳感器距地面3m-3.5m；第一雷射掃描傳感器的掃描平面垂直於地面及車輛行駛方向；第二雷射掃描傳感器的掃描平面與豎杆的夾角為28°-32°且與車道中心線相交；led顯示器、l型立杆、主控制器位於一條直線上，且該直線與車道行駛方向平行；led顯示器放置在待測車輛駛出端的一側且與l型立杆相距30m-35m；主控制器放置在led顯示器與l型立杆之間；分體錯位式稱重衡安裝在車道中間地面上且垂直於車輛行駛方向，分體錯位式稱重衡位於l型立杆與主控制器之間，分體錯位式稱重衡的稱臺板邊緣與第一雷射掃描傳感器的掃描平面相交；主控制器通過網線與第一雷射掃描傳感器以及第二雷射掃描傳感器相連，主控制器通過rs232/rs485串口線與分體錯位式稱重衡以及led顯示器相連。
所述雷射掃描傳感器的型號為lms型雙脈衝雷射測距傳感器。該設備是一種非接觸型測距儀器，利用時間飛行時間原理來獲取被測目標到測距儀之間的距離；主控制器為嵌入式工控機，選用fushengtek的工業box，該設備是一種加固的增強型工業計算機，具有控制、通訊和數據處理功能；分體錯位式稱重衡將一塊常用稱臺板分成尺寸為1.75m*0.7m的兩塊稱臺板,兩個稱臺板前後錯位0.2m-0.22m設置，每塊稱臺板安裝四個稱重傳感器，每一個稱重傳感器支撐在基座上且均勻分布在稱臺板下面的直角處。
利用上述車輛行駛動態測量系統進行車輛行駛動態測量方法：包括車輛長、寬、高的測量與車輛重量的測量；採用第一雷射掃描傳感器測量車輛寬高信息，採用第二雷射掃描傳感器測量車輛長度信息，採用分體錯位式稱重衡測量車輛的重量信息。具體測量方法如下：
(1)車輛的長度測量
第一步：安裝調試
由於國家道路規範規定：每一條機動車道的寬度定為3.5m-3.75m，第二雷射掃描傳感器的掃描平面與l型立杆豎杆的夾角根據不同的車道寬度進行調整，調整至第二雷射掃描傳感器的掃描平面與車道中心線相交。
當車道寬為3.75m，l型立杆橫梁與地面之間的距離為6m-7m時，第二雷射掃描傳感器安裝在l型立杆豎杆上且距離地面3m-3.5m；第二雷射掃描傳感器的掃描平面與l型立杆豎杆的夾角為28.2°-32°且與車道中心線相交；調整第二雷射掃描傳感器工作頻率和掃描角度，當沒有車輛通過第二雷射掃描傳感器的掃描平面時，對第二雷射掃描傳感器進行初始值設定，標定結果保存在主控制器中。
第二步：測量
第二雷射掃描傳感器一直處於開機狀態，有車輛駛入第二雷射掃描傳感器的掃描平面時，第二雷射掃描傳感器不斷的向目標發射脈衝雷射，對車身縱截面進行掃描，利用雷射傳播往返時間差的測量方法測量出第二雷射掃描傳感器距被測物體的距離n1``````nn；在獲取的多組數據中，選取第二雷射掃描傳感器發射的脈衝雷射距被測物體最大有效測量角度β對應的測量值ni；根據β和ni及銳角三角函數公式sin=l1/ni，計算可得直角邊長l1同理可得直角邊長l2；
由公式：l=l1+l2
得到車輛長度l。
第三步：結果輸出
根據第二步測量值，由主控制器計算結果並上傳到led顯示器上，此車輛長度檢測完畢。
(2)車輛的寬高測量
第一步：安裝調試
在l型立杆橫梁上裝有第一雷射掃描傳感器，第一雷射掃描傳感器的安裝位置在每條車道中心線正上方，第一雷射掃描傳感器與地面之間的距離設置在6m-7m，第一雷射掃描傳感器的掃描平面垂直於地面及車輛行駛方向，調整第一雷射掃描傳感器工作頻率和掃描角度，當沒有車輛通過第一雷射掃描傳感器的掃描平面時，對第一雷射掃描傳感器進行初始值設定，標定結果保存在主控制器中。
第二步：測量
第一雷射掃描傳感器一直處於開機狀態，有車輛駛入第一雷射掃描傳感器的掃描平面時，第一雷射掃描傳感器不斷的向目標發射脈衝雷射，對車身橫截面進行掃描，利用雷射傳播往返時間差的測量方法測量出第一雷射掃描傳感器距被測物體的距離m1``````mn；在獲取的多組數據中，選取第一雷射掃描傳感器發射的脈衝雷射距被測物體最大有效測量角度α對應的測量值mi；根據選取的α和mi及銳角三角函數公式：sin=、cos=h1/mi計算可得直角邊長w1和第一雷射掃描傳感器距離車的高度h1,同理可得直角邊長w2；
由公式：h=h0-h1，w=w1+w2，得到車輛高度h和車輛寬度w，
其中，ho為第一雷射掃描傳感器距離路面的高度。
第三步：結果輸出
根據第二步測量值，由主控制器計算結果並上傳到led顯示器上，此車輛寬高檢測完畢。
(3)車輛的重量測量
第一步：安裝調試
分體錯位式稱重衡安裝在車道中間地面上且垂直於車輛行駛方向，分體錯位式稱重衡位於l型立杆與主控制器之間，分體錯位式稱重衡的稱臺板邊緣與第一雷射掃描傳感器的掃描平面相交；當沒有車輛通過分體錯位式稱重衡時，對分體錯位式稱重衡進行初始值設定，標定結果保存在主控制器中。
第二步：測量
當有車輛通過分體錯位式稱重衡，稱重傳感器將所承受的壓力信號按一定比例轉換成電壓信號傳送主控制器後計算得出軸重量；當車輛駛離稱重傳感器後，通過判斷被壓傳感器個數確定輪胎寬度,計算得出輪胎個數信息；最後，通過檢測車軸距離確定輪軸個數；根據獲得的每個軸重量及輪軸個數信息，累計得出車輛總重量並傳輸給主控制器。
第三步：結果輸出
根據第二步測量值，由主控制器計算結果並上傳到led顯示器，此車輛重量檢測完畢。
本系統由兩個二維雷射掃描傳感器與分體錯位式稱重衡有機組合實現了車輛長寬高及重量同時測量，檢測速度快、精度高、性能穩定、安裝方便、成本低；同時，利用第一雷射掃描傳感器對通行車輛進行分離，取代了車輛分離器；系統中測重裝置使用分體錯位式稱重衡能夠從根本上克服車輛作弊行駛現象，提高車輛測重的準確率。可同步進行車輛的長、寬、高與重量的測量，測量時間短,不影響車輛的正常行駛，提高了超限檢測效率。
附圖說明：
圖1是本發明系統整體結構示意圖；
圖2是本發明車輛長度測量示意圖；
圖3是本發明車輛寬高尺寸測量示意圖；
圖4是本發明分體錯位式稱重衡結構示意圖；
圖中：1、第一雷射掃描傳感器，2、第二雷射掃描傳感器，3、l型立杆，31、橫梁，32、豎杆，4、主控制器，5、分體錯位式稱重衡，6、led顯示器，7、稱臺板，8、稱重傳感器，9、基座。
具體實施方式：
下面結合附圖對本發明做進一步描述說明，但該描述僅僅用於解釋本發明，而不用於限定本發明。
本發明車輛行駛動態測量系統包括第一雷射掃描傳感器1、第二雷射掃描傳感器2、l型立杆3、主控制器4、分體錯位式稱重衡5、led顯示器6；l型立杆3包括橫梁31和豎杆32，橫梁位於豎杆頂部而且與豎杆相互垂直，橫梁與地面之間的距離設置在6m-7m；在l型立杆橫梁31上裝有第一雷射掃描傳感器1，第一雷射掃描傳感器1的安裝位置在每條車道中心線正上方，在l型立杆豎杆32上裝有第二雷射掃描傳感器2,當車道寬為3.75m時，第二雷射掃描傳感器2距地面3m-3.5m；第一雷射掃描傳感器1的掃描平面垂直於地面及車輛行駛方向，第二雷射掃描傳感器2的掃描平面與l型立杆豎杆32的夾角為28.2°-32°且與車道中心線相交；分體錯位式稱重衡5安裝在車道中間地面上且垂直於車輛行駛方向，分體錯位式稱重衡5位於l型立杆3與主控制器4之間，分體錯位式稱重衡5的稱臺板7邊緣與第一雷射掃描傳感器1的掃描平面相交。
led顯示器6、l型立杆3、主控制器4位於一條直線上，且該直線與車道行駛方向平行；led顯示器6放置在待測車輛駛出端的一側與l型立杆3相距30m-35m；主控制器4放置在led顯示器6與l型立杆3之間；主控制器4通過網線與第一雷射掃描傳感器1和第二雷射掃描傳感器2相連，主控制器4通過rs232/rs485串口線與分體錯位式稱重衡5和led顯示器6相連。
在對動態車輛測量前，先根據車道寬度調整雷射掃描傳感器工作頻率和掃描角度，當沒有車輛通過雷射掃描傳感器的掃描平面時，對第一雷射掃描傳感器1、第二雷射掃描傳感器2和分體錯位式稱重衡5進行初始值設定，標定結果保存在主控制器4中。
第一雷射掃描傳感器1、第二雷射掃描傳感器2、一直處於開機狀態，有車輛駛入第二雷射掃描傳感器2的掃描平面時，第二雷射掃描傳感器2開始對車身縱截面進行掃描，不停地獲取數據,測出第二雷射掃描傳感器2到車頭和車尾的距離，計算得出車輛長度信息；有車輛駛入第一雷射掃描傳感器1的掃描平面時，第一雷射掃描傳感器1對車身橫截面進行掃描，測出第一雷射掃描傳感器1到車身兩側的距離，計算得出車輛寬高信息；同時，分體錯位式稱重衡5開始稱重，通過測出每個車輛軸的重量，累加計算得出車輛的總重量，最後所有測量值數據傳至主控制器4，由主控制器4計算結果並上傳到led顯示器6上，此車輛長、寬、高及重量檢測完畢。