基本信息
- 项目名称：
- 智能车辆超限检测系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 交通运输车辆超限行驶对公共交通安全造成极大的危害，同时对公路、桥梁、隧道等交通设施造成严重破坏，因此高效、全面检测车辆综合超限参数（超长、超宽、超高、超重、超速等）对车辆超限行驶治理具有十分重要的意义。现在，国内对车辆超限的检测绝大部分都是使用静态检测或者低速检测设备，检测时需要车辆停靠或者很低的速度通过检测区域，容易造成交通拥堵，检测效率相对较低，还需要投入大量的检测工作人员。少数路段采用精度较高的进口动态检测设备，但由于其过高的成本和维护、使用费用很难在我们国内广泛推广。本设计针对此情况，研究并设计了能够在车辆正常行驶的情况下对车辆各参数的自动检测的超限检测装置，制作了能够实现动态检测车辆的整车超重、轮超重、超速、超长、超宽、超高等超限参数和对车辆进行轮距、轴距检测以及车流量等参数的检测系统模型。该设计的实现对于进一步实现车辆动态快速超限检测，推动公路运输治超检测的智能化和自动化具有重要意义。
- 详细介绍：
- 本系统根据材料力学计算方法、电测原理、超声定位原理以及红外技术可以实现车辆超限参数的动态检测和报警，本设计根据弹性悬臂梁应变及电测原理对测重采用动态测量，不需车辆减速或者停靠，实现对车辆轮重的检测。对于接收到的信号根据冲击载荷的力学计算，得到较为准确的车辆轮重以及整车重量，同时，结合超声装置和红外装置可以实现对车辆速度、长度、宽度、高度、轮距等超限参数进行动态检测，具有较高的检测效率。 该系统设计由力学测重模块、车辆几何参数超声检测模块、红外触控模块以及主控处理模块构成。可以测出轮重、轴重、整车车重和轮距。车辆几何参数测量装置电源采用外供12V，直接给光电模块供电，12V电源通过集成稳压芯片LM7805，降压到5V，给CPU及其他电路供电。LM7805是美国国家半导体公司生产的三端固定稳压集成电路，用于将输入的电压稳压集为5V后提供给有关电路，其应用相当广泛，在视频、音频、计算机、游戏机等各种电器上均有应用。显示电路驱动芯片采用CH451，CH451 是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及μP 监控的多功能外围芯片。CH451 内置RC振荡电路，可以动态驱动8位数码管或者64位LED，具有BCD译码、闪烁、移位等功能；同时还可以进行64 键的键盘扫描；CH451 通过可以级联的串行接口与单片机等交换数据；并且提供上电复位和看门狗等监控功能。 本系统光电门采用对射式光电开关，对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。 红外触控模块用于对车辆检测的触发识别以及实现对车速以及车辆长度的测量，并且设置了一个由红外检测来实现的极限高度检测装置，当车辆的高度超过某一预设的极限高度值（前方的桥梁、隧道等的高度）系统自动报警；超声模块利用超声反射定位、测距的原理实现对车辆的宽度、高度的检测，并判定车辆的最宽和最高的数值。在此模块设计的过程中添加了温度检测功能，实现对环境温度的动态检测，为超声模块提供更加精准的执行参数，提高其测量精度。 对于该模型各个系统所采集的信号采用分开独立处理。测重模块通过应变采集仪器进行采集并初步处理，最终通过力学计算得到车轮的重量以及轮距。红外模块和超声模块所采集的数据均传送给主控模块，由我们预先编写进C51芯片的处理程序统一处理，并最终显示在显示屏上。 在今后的进一步工作中，我们可以努力尝试将各个模块所采集的各种信号统一通过无线传输的方式实现远距离的传送，传送到控制中心实现远程检测和控制。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 为了实现对路面行驶车辆超限参数在不减速、停靠前提下的自动检测，设计了本方案。基本原理是根据超声回声定位原理测量车辆的高度和宽度，根据红外探测和安装位置识别和确定车辆的速度、长度以及对过往车辆进行统计，为实现交通流动的智能化控制提供依据。根据弹性悬臂梁力学特性以及应变电测技术实现对车辆每一轮重的测量和轮距的测量。以上所有超限参数均由系统自动检测完成，具有较高的执行效率和综合评测能力。相对于我们国内现在绝大多数检测站点所使用的功能较为单一的超限检测装置而言，本设计可以对车辆实现超限参数综合测定以及对轮重独立动态测重，这种检测方式较整车测重更为科学可取。不需要车辆停靠或者减速驶入特定的检测区域，不仅提高检测效率，减少检测人员的投入，还能够减少因减速或者停靠检测而引起的交通流动不畅。
科学性、先进性
- 该设计集合了现有的不同设备对车辆超限检测指标的检测功能，同时实现对车辆的长度、宽度、高度、重量（轮重和整车重）、速度以及轮距等重要参数的检测。还能够对路面通过的车辆进行统计，为实现智能交通流动控制提供重要参数。 目前国内绝大多数的超限检测站点以检测超重为主，并且大多需要车辆停靠在测量车重的电子衡上或者缓慢驶过测重区进行对车辆重量的测量。本设计根据弹性悬臂梁应变及电测原理对测重采用动态测量，不需车辆减速或者停靠，实现对车辆轮重的检测。对于接收到的信号根据冲击载荷的力学计算，得到较为准确的车辆轮重以及整车重量。 大多数对车辆超速的检测是通过安装在路边的雷达测速装置或者车载移动式车速测量仪实现的，需要较大的成本，尤其是后者还需要投入大量的人力物力。本设计使用红外设备成本较低，可以安置在众多路段，并且不能够被司机的车载电子狗等反测速报警系统检测。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 已成型，中试实验改进阶段
技术转让方式
- 协议
作品可展示的形式
- 模型和图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本设计实现的是车辆综合超限参数的检测，不需要车辆减速或者停靠对车辆实现动态检测是本设计的最大优点。 由于本设计成本较低，检测超限参数较为全面，不对车辆的正常行驶造成影响，因此适用于广大的交通网络中车辆超限重点检测的网点。比如，重点的货运线路，路面损毁严重的路段等。 基于本设计的对超限检测的较高的效率，可以减少因超限造成的交通事故，加强交通安全和畅通，具有较为深远的社会效益。同时增强防止路面损毁的保护力度，减少对路面修复、维护的投入，具有较好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 1974年，美国首次在车辆载荷研究中使用WIM系统。同年法国取得了一项压电缆动态车辆称重器的专利，即Vibracoax。1988年英国研制了一种性能优于Vibracoax的新型压电称重传感器Vibetek5，1991年改型为Vi2betek20。1992年，由欧洲高速公路系统研究实验室联盟(FEHRI)发起，按照欧盟运输委员会(ECTD)的程序框架进行了COST323计划。该计划主要内容就是研究对公路行驶车辆进行动态载荷监控的相关问题，其中最重要的一项测试是在瑞士进行的为期30个月的WIM系统实际应用测试。1994年，欧盟开始进行WAVE计划——从1997年6月到1998年6月在瑞典气候寒冷条件下进行产品系统测试，即著名的CET(Cold Environment Test)测试。结果表明德国PAT、瑞士Kistler、美国Mikros等公司的产品在测量性能方面处于领先水平。2000年ITS年会上展出了一种由美国MSI公司开发的共聚物压电轴传感器，可以同时测量车速、车轴数、轴距并进行车型分类和动态称重。 我国“七五”期间开始引进和消化国外动态称重系统,同时也开始对动态称重系统进行研制;但引进产品都属于国外换代产品,主要问题有:适应速度范围小 ,测量精度不高,传感器过于庞大,安装施工及维护不便。20 世纪80年代出现了电子汽车衡,它包括带基坑和无基坑两种,由于带基坑的电子车辆衡对道路破坏较大。1994年一种动、静态两用电子轨道衡在太原钢铁公司通过了鉴定,该产品较好地解决了检测精度与车辆通过速度之间的矛盾。作为国家“八五”期间重点科技项目,交通部重庆公路科学研究所研制了一种固定式动态车辆称重系统,该系统由一套称重传感器和一台电子测量仪器构成。1999年,德国PAT 载荷监控产品开始进入中国市场,云南航天新技术工程有限公司引进其技术并于1999年8月获得了国家技术监督局颁发的《计量器具型式批准证书》。 国内目前动态称重系统的研究状况是起步晚、时间短,在研究过程中未能对行驶车辆的干扰因素作深入系统的分析,对动态检测信号处理简单。目前国内如京珠高速公路、南京长江二桥等高等级公路和桥梁上安装的高精度车辆动态称重系统主要来自国外,这类产品存在价格昂贵、超限标准与国内法规不一致等缺陷。
