专利名称：动态机动车超载自动识别检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种动态机动车超载自动识别检测系统及方法，特别是利用微波自动识别技术和触电传动感应技术有机集成的系统及方法。
客、货运机动车超载问题是现今社会的一大难题，由于受利益的驱动，绝大部份的客、货运机动车都存在超载的问题，特别是矿产品的主要产区，95％以上的长途货运车都严重超载，核定载重量9吨的车，有的甚至装到20吨，长途跋涉从矿区拉到港口或目的地。超载不仅是重大交通道路事故的主要根源，也严重的破坏道路，造成污染，减少车辆的寿命。目前，交警部门对超载的治理，也仅限于出动警力，上路查、堵，主观判断超载的重量。这样不仅造成道路堵车，查一漏百，而且执法没有科学依据，造成车主与交警的争执和矛盾。
据了解，目前国内对超载的查验，一是仅靠肉眼检测，这种方法不科学，主观臆断；二是靠丈量面积计算重量，对于不同的产品，面积和重量是不成比例的，没有科学性；三是将怀疑超载的车辆开到指定地点称重，这只是抽查的方法，容易查一漏百，执法不严肃。以上三种方法必须停车查验，容易造成道路堵塞，严重影响交通道路的畅通。此外还有一种动态电子地磅，可在10公里/小时之内进行称重检测，但由于施工复杂，需要封路深挖地基(20米长×3米宽×0.8米高)成本造价高，低速容易造成道路堵车，不能广泛应用。
本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种不停车的超载自动识别检测系统及方法，使客、贷运车辆时速在5公里-120公里的运行中，准确无误的判断出车辆的总重量，并能自动计算出超载的重量并打印或存储，使查验超载工作变的更加合理、科学，为执法提供有利的证据，把交警从路面繁忙的查堵工作中解放出来，通过计算机便可对全部过往车辆逐一核查。
本发明实观上述目的的方案包括计算机、微波读写子系统、触电传动感应子系统、地感子系统、抓拍子系统、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统以及自动识别检测方法。
所述微波读写子系统其特征是它由三部份组成，微波读写器，微波发射接收天线，微波电子芯片。微波读写器和微波发射接收天线包括微波发射机、微波接收机、唤醒时间器、快速检索辅助单元。读写检测单元，用于向微波电子芯片发送数据并接收来自微波电子芯片的应答信号。它包括数字电路模块，微波电路模块和天线；数字电路模块又包括控制部分和数据解调部分，微波电路模块调制发射到微波电子芯片的数据，提供一个连续载波用于微波电子芯片的反向散射波，接收和解调来自微波电子芯片的反向散射波信号，快速检索辅助单元主要由单片机MCU组成，它与读写检测单元相连，对读写检测单元读入的数据进行分析处理。微波电子芯片包括标识符识别区处理器CPU、只读存储器ROM、动态存储器RAM，每个微波电子芯片的标识符识别区中有一个芯片的出厂唯一编号，动态存储器RAM中存储有下述各种代码车辆国际终身编码、车主名称、车牌号、发动机号、车架号、车型、车辆颜色、核定载重量、车辆自重、车辆长度、车辆轴数、识别代码；只读存储器ROM中存储有芯片管理系统COS，即监控程序，管理上述动态存储器RAM的信息的读或不能读。写或不能写。改或不能改。
所述触电传动感应子系统是动态触电传动感应称重系统，其特征是它是由触电传动感应器、机箱、低功耗电气部件、高能树脂胶、称重识别单元、数据检测单元组成，称重触电传动感应器采用交错式类型，每个车道安装两个长度为1.8M以上的感应器。两个感应器的距离为3.5M用于检测车辆的出现和测量长度；机箱内置中央处理器、电缆连接器、数据转换器、避雷器、调解器；低功耗电气部件接收触电传动感应器的信号作为输入信号；高能树脂胶用于安装触电传动感应器；称重识别单元和数据检测单元对输入信号进行分析、测算、存储、传送、并能准确的检测出每部车辆的数据，如，通过时间、车牌号、车型、车主名称、核定载重量、自重、实际载重量、轴距、轴数、车体长度、车道、类型、车速等信息。并可根据不同设置进行处理。
所述地感子系统是触发装置，它包括地感线圈、控制器、电缆，当车辆通过时，触发地感线圈，启动微波读写器，识读车辆上安装的微波电子芯片中的信息。
所述抓拍子系统是辅助手段，它包括数码相机，图文识别单元，当无微波电子芯片的车辆通过时，该系统自动启动，拍摄车牌号和车头，以区别判断核定载重量、自重。
所述超载识别子系统是综合性的识别、运算、鉴定、记录、传输系统，它能将各种有效的信息进行汇总、分类、比对、得出正确的结论。明确提示是那辆车超载，超载多少，应该如何处罚。
所述数据库子系统和传输子系统主要是对采集的信息分类保管、存储、传输，可同时存放40万辆车的信息。
所述超载识别检测方法是利用计算机、微波读写子系统、触电传动感应子系统、地感子系统、抓拍子系统、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统对动态机动车超载进行自动识别检测，为严格执法提供科学依据。其特征是包括以下步骤1)将微波电子芯片根据不同的要求和管理方面的需要封装成漂亮、美观、标志明显的电子卡；2)将电子卡初驶化及个人化，由交管部门或主管部门向电子卡中写入下述几组数据信息车辆国际终身编码、车主名称、车牌号、发动机号、车架号、车型、车辆颜色、核定载重量、车辆自重、车辆长度、车辆轴数、识别代码；3)初始化及个人化的电子卡连同车牌一起发给车主，作为车辆入户认证的电子车牌；4)将电子卡安装于车辆前风挡玻璃上方。
由于采用了以上方案，将客、货运机动车辆关键性的物理数据及特征通过计算机技术写入一个智能化的电子媒体，称之为“机动车辆电子车牌”。在车辆上牌入户时，由车管部门连同车牌一起发给车主；已上牌的在年审或办理客、货运营运手续时一并办理。车牌较易伪造，但电子卡内由于采用了微电子技术、计算机技术、数据加密技术等现代科技手段，保证了电子卡的唯一性和不可伪造性。电子卡的使用同交管部门管理体制和管理方法相结合，就能保证电子卡的数据准确性从而保证超载识别检测的可靠性，就能为交警‘治超’提供科学的管理办法，为处理超载提供合法的依据。由于本系统采用微波技术，有线/无线传输技术就能保证执法人员在不停车的情况下在较远距离(15米)，用最短的时间和简便的操作方式，检测出所通过的车辆是否超载，超载数量，便于交警人员采取相应的处理措施。
本发明提出两种检测方式，固定式检测方法和移动式检测方法。
图1是本发明动态机动车超载自动识别检测系统及方法结构示意图。
图2是本发明动态机动车超载自动识别检测系统及方法工作原理方框图。
图3是本发明电子卡功能方框示意图。
图4是本发明电子卡形成流程图。
图5是本发明微波读写器电路原理框图。
图6是本发明触电传动感应器电路原理框图A。
图7是本发明触电传动感应器电路原理框图B。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例为了完整描述，本实施例同时包括了一种动态机动车超载自动识别检测系统及其检测方法。其中所述微波读写子系统的电子卡(图3、4)中有处理器CPU、只读存储器ROM、动态存储器RAM、标识符识别区；每一张电子卡的标识符识别区中有一个芯片的出厂唯一编号；所述动态存储器RAM中存储有需要存储的数据信息，如；车辆国际终身编码、车主名称、车牌号、发动机号、车架号、车型、车辆颜色、核定载重量、车辆自重、车辆长度、车辆轴数、识别代码；所述只读存储器ROM中存储有芯片管理系统COS，即监控程序，管理上述动态存储器RAM中的信息的读或不能读、写或不能写、改或不能改；电子卡内还设置有数据自毁终端，在遇破坏或被强行取走时，存储数据自动消失。所述微波读写子系统中(图5)的微波发射机、接收机、唤醒时间器、读写检测单元、快速检索辅助单元是指微波发射机、接收机用于与外界设备进行连接，向电子卡中写入数据或读出电子卡中的数据；唤醒时间器用于控制电子卡的“休眠”与工作状态转换；读写检测单元用于向电子卡发送数据并接收来自电子卡中的应答信号，它包括数字电路模快、微波射频电路模块和天线；数字电路模块又包括控制部分和数据解调部分，微波电路模块调制发射到电子卡的数据，提供一个连续载波用于电子卡的反向散射波，接收和解调来自电子卡的反向散射波信号；快速检索辅助单元主要由单片机MCU组成，它与读写检测单元相连，对读写检测单元读入的数据进行分析处理。还包括有系统计算机主机和副机，它与读写检测单元的连接是通过快速检索辅助单元，它与快速检索辅助单元中的单片机MCU之间采用高速双口RAM以并行方式传送数据，并可以采集、存储、比对、分析、处理电子卡的有关信息；它还可以通过网络连接公安部交管局及各省、市车辆管理所的局域网上传、存放、下载各种车辆专用信息；计算机中还存有本地数据库中的“超载违章车辆”；可以按比对检测结果发出截停、处罚、记录、放行等指令。
所述触电传动感应子系统是由触电传动感应器(图6、7)、机箱、低功耗电气部件、高能树脂胶、称重识别单元、数据检测单元组成。其称重触电传动感应器是一种经特殊加工后能将动能转化成电能的材料。是由金属编织芯线、触电材料和金属外壳制成同轴结构。主要是将触电材料置于一个强电场中极化，数量级为每一毫米厚的触电材料大约100000V。无护套电缆的电晕场也采用这种电场。极化场使非结晶聚合体变成半晶体的形式，同时又保留了许多聚合体的柔韧特性。触电材料在受到机械冲击或振动时产生电荷。在原子层，偶极子(氢—氟偶对)的排列顺序被打乱，并试图使其恢复原来的状态。这个偶极子被打乱的结果就是有一个电子流形成。就像海绵中的水，当你挤压一块湿海绵时，水会从海绵中流出来，当你松开时，水又被吸回去，这同触电传动感应器十分相似。当有压力施加到触电传动感应器上时，就产生了电荷(电压)，而当去掉负载时，就会产生一个相反极性的信号。它产生的电压可以相当高，但触电传动感应器产生的电流却比较小。触电传动感应器的检测原理就是在车辆经过时采集信息，也就是在轮胎经过触电传动感应器时采集信息。感应线圈只能显示出一个大金属物体经过了线圈，只能提供车辆的有限的特征信息。而触电传动感应器检测经过触电传动感应器的轮胎，产生一个与施加到触电传动感应器上的压力成正比的模拟信号，并且输出的周期与轮胎停留在触电传动感应器上的时间相同。每当一个轮胎经过触电传动感应器时，触电传动感应器就会产生一个新的电子脉冲。触电传动感应器在行驶中称重(WIM)的检测原理是对受力产生的信号积分。触电传动感应器采用交错式类型，每个车道安装两个长度为1.8M以上的触电传动感应器。两个触电传动感应器的距离为3.5M用于检测车辆的出现和测量长度；机箱内置中央处理器、电缆连接器、数据转换器、避雷器、调解器；低功耗电气部件接收触电传动感应器的信号作为输入信号；高能树脂胶用于安装触电传动感应器；称重识别单元和数据检测单元对输入信号进行分析、测算、存储、传送、并能准确的检测出每部车辆的数据，如，通过时间、车牌号、车型、车主名称、核定载重量、自重、实际载重量、轴距、轴数、车体长度、车道、类型、车速等信息。并可根据不同设置进行处理。
所述触电传动感应子系统性能符合ASTME1318-94动态称重标准。触电传动感应器长度方向上的输出一致性小于±7％，埋设在路面下永久性安装时，称重精度在±10％以内，适用于ASTME1318-94标准I类动态称重系统；临时安装在路面时，称重精度在±15％以内，适用于ASTME1318-94标准II类动态称重系统。触电传动感应器精度与车辆振动和跳动有关，与轮胎压在触电传动感应器上的面积有关，与温度有关，需要温度补偿。尤其是道路质量对系统精度影响很大，用在水泥路面较好，寿命长于沥青路面，用于动态称重的道路质量应符合ASTM的有关规定。通常可以保证的精度是±10％，个别的可达1-2％。速度范围可以从5公里/小时到120公里/小时。重量下限是自行车，上限可根据计算机软件和电容器调整，最高可达到120吨。
本发明根据需要可分为两种检测方式，一种是固定式检测方法；所述固定式检测设备设置于主要道口、收费检查站前方约300米处。系统中包括计算机、微波读写子系统、触电传动感应子系统、地感子系统、抓拍子系统、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统以及自动识别检测方法。地感子系统和触电传动感应子系统通过外来施加的压力，激活微波读写子系统工作，读取电子卡中的信息；触电传动感应子系统将压力产生的电荷转化为模拟信号，测出通过车辆的总重量信息；两组信息通过计算机的运算、超载识别子系统、数据库子系统的分析、比对，将通过车辆的通过时间、车牌号、车型、车主名称、核定载重量、自重、实际载重量、超载重量、处罚内容等信息快速显示出来；对超载车辆进行声光报警，并将有关信息传输到前方检查站，对本地车(有电子卡)可进行数据记录，传输到当地车管部门，为防止道路堵塞可进行每月或每季集中处罚；对无电子卡的车辆，抓拍子系统将车牌、车头拍摄下来，从数据库的车辆载重分类表中查找核定载重量、自重等信息，并与实际载重量分析、比对，做出是否超载的判断，如属超载，将有关信息传输到前方检查站，伴有声光报警，前方检查站可将有关信息打印并拦截车辆进行处罚。如属无超载车辆则放行通过。另一种是移动式的，所述移动式的计算机可选择车载台式机或手提笔记本电脑。触电传动感应器可放置于高性能橡胶垫中，平铺设在要查验的路段，其他子系统可放置在查验车中，对过往车辆实行机动查验，传输方式可采用无线调制解调器上网。
所述超载识别检测方法是利用计算机、微波读写子系统、触电传动感应子系统、地感子系统、抓拍子系统、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统对动态机动车超载进行自动识别检测，为严格执法提供科学依据。其特征是包括以下步骤1)将微波电子芯片根据不同的要求和管理方面的需要封装成漂亮、美观、标志明显的电子卡；2)将电子卡初驶化及个人化，由交管部门或主管部门向电子卡中写入下述几组数据信息车辆国际终身编码、车主名称、车牌号、发动机号、车架号、车型、车辆颜色、核定载重量、车辆自重、车辆长度、车辆轴数、识别代码；3)初始化及个人化的电子卡连同车牌(已上牌的在年审或办理客、货运营运手续时一并办理)一起发给车主，作为车辆入户认证的电子车牌；4)将电子卡安装于车辆前风挡玻璃上方。在对电子卡进行初始化及个人化时，还将对四组以上信息进行押码加密处理，然后将加密后的信息一并写入电子卡中。根据固定式和移动式的不同，其用法也不同。在主干道、检查站、道桥关口等处设置固定式动态机动车超载自动识别检测系统，在不停车的情况下对过往客、货运车辆进行逐一检查超载情况；快速检索辅助单元和超载识别子系统通过检测单元利用微波信号即时读取被检过往客、货运车辆上的电子卡中的数据，传送到系统计算机，系统计算机对数据进行处理，决定放行、抓拍或截停车辆；在查验车上设置移动式动态机动车超载自动识别检测系统，触电传动感应器可放置于高性能橡胶垫中，平铺设在要查验的路段，对过往车辆进行人机相结合的随机检查，快速检索辅助单元和超载识别子系统通过检测单元利用微波信号即时读取被检客、货运车辆上的电子卡中的数据，传送到系统计算机，系统计算机对数据进行处理，决定放行、抓拍或截停车辆。传输方式可采用无线调制解调器上网。
所述动态机动车超载自动识别检测系统及方法的微波读写子系统为了达到车辆在时速100公里的运行中距离15-20米能准确、无误、及时、迅速的读出车辆电子卡中的数据，采用824-960MHZ、2.45GHZ、5.8GHZ载波频率，可根据不同需要选择。
下面对本实施例的各部分进一步详述。一、本实施例动态机动车超载自动识别检测系统及方法的构成本系统由以下几部份构成附图1是本发明动态机动车超载自动识别检测系统及方法结构示意图。图中①电子卡、②计算机、③微波读写子系统、④触电传动感应子系统、⑤地感子系统、⑥抓拍子系统、⑦超载识别子系统、⑧数据库子系统、⑨传输子系统、⑩声光报警器。
(一)、计算机计算机的配置要求；GPU PIII、主板、RAM 128M、网卡、硬盘40G、机箱、开关电源、显示器、鼠标、键盘、网络集线器、网线。
1、连接公安部交管局各省、市车辆管理所的局域网上，上传、存放、下载各种车辆专用信息。
2、采集、存储、比对、分析、处理车辆电子卡和触电传动感应子系统内的有关信息。
3、存放“车辆载重分类表”“超载车辆数据库”4、按检测结果，命令截查机构放行合法车辆，或命令截查机构截停非法车辆。
5、系统配置计算机主机及副机，主机用于日常检测过往车辆；副机用于核对被截停查车辆的各种信息数据，副机连接公安部交管局广域网，并通过广域网服务器调用其它省、市车管所车辆标准数据库的数据以备查询。
(二)、微波读写子系统1、电子卡作为车辆电子卡的微波电子芯片为达到较远距离(15米)不停车检测车辆数据信息的技术要求，采用了2.45GHZ载波频率的微波识别硬件框架。主要技术参数是带八位GPU；有4K字节ROM；有用户256字节RAM；功率300mw；检测距离15米；可以不停车检测时速为120公里的过往车辆；读/写检测单元对电子芯片的正向链接的数据传输速率189Kbps；电子芯片对读/写检测单元的反向链接的数据传输速率92Kbps；使用环境温度-40℃-+85℃。
2、微波读写器和双发射天线、双接收天线微波读写器是本系统中的重要部件，它由读/写检测单元、双发射天线和双接收天线、快速检索辅助单元、电子卡芯片初始化及个人化的发卡系统组成。作为在较远距离(15米)向电子卡发送数据信号及接收来自电子卡的应答信号。
1)、读/写检测单元由数字电路模块和微波射频电路模块两部分组成，数字电路模块又由控制部分和数据解调部分组成。微波射频电路模块完成调制发射到电子卡的数据，完成提供一个连续载波用于电子卡的反向散射波，完成接收和解调来自电子卡的反向散射波信号。其主要技术参数是①.正向链接主时钟频率19.075MHZ；数据速率307.66bps(有效189.33Kbps)；频率2422MHZ；调制已滤波00K；发射功率最大500mw(+27毫瓦分贝)；直接时序传播频谱每位31分割，分割速率9.537兆周/秒；代码长度31；错误校正/检测16位检验和5位奇偶校验(一位校正，二位检测)；解调技术二极管检波器。
②.反向链接数据速率149bps(有效91.75Kbps)；频段低段2418MHZ(±15MHZ)、中段2442MHZ(±15MHZ)、高段2465MHZ(±15MHZ)；调制反向散射波用差分相移键控副载波；副载波频率596KHZ；频率跳跃每段75次数，间隔400KHZ；跳跃速率每个信息一次；信息长度；变换高度104字节；接收灵敏度最小-80毫瓦分贝；副载波调解用DSP差分相移键控；错误校正16位校验和5位奇偶检验(一位校正，二位检测)；交错每个数据字都是交错的。
2)、双发射天线和双接收天线。天线采用全模快结构、坚固耐用，外罩采用防紫外线材料、进口密封胶密封，防水性能好。天线频带宽，可覆盖UHF频段，适用于读写设备多种应用环境两个发射天线和两个接收天线。发射天线是6dp的补偿天线，接收天线是12如，由于增益不同，接收天线的尺寸仅为发射天线的1/3。工作频率(MHZ)824～960MHZ、2.45GHZ、5.8GHZ载波频率；水平波瓣宽度90°；增益(dBi)7；输入阻抗(Ω)50；电压驻波比＜1.35；前后比(dB)＞20；极化水平极化；三阶互调(IM3)(dBm)＜-107；功率容量(W)500；接头N型(F)，7/16(F)；抗风速(m/s)＞60；雷电防护直流接地；垂直面俯仰角可调范围0°～30°。
3)、快速检索辅助单元。由单片机电路组成，连接于读/写检测单元和系统计算机主机之间，主要负责监控读卡，减轻系统计算机的负担，提高系统计算机查找相关数据的速度，辅助单元的MCU同系统之间采用高速“双口RAM”以并行方式传送数据。辅助单元有以下功能①.有车辆通过时，“数字式车辆检测器”将车辆通过信号通知辅助单元，得知过往车数，单元的MCU读取设定车道上通行车辆上的电子卡数据。
②.单元的MCU读不到设定车道上通行车辆电子卡的数据时，说明该车辆无电子卡或已坏，及时通知系统计算机下令抓拍、截停该车查询。
③.辅助单元的MCU首先读取并校验电子卡内的“电子卡序列索引编号”，并将信息及时传送到系统计算机；单元MCU则继续读取＜车辆国际终身编码＞等数据，“电子卡索引编号”可以利用交管部门现有某些索引编号的数字，如国家、省、市代码，加上发行电子卡芯片时的序列号组成。
④.系统计算机收到来自单元MCU的“电子卡序列索引号”后，即按索引号在有关数据库中查找相关信息，并等待同单元MCU联系核对数据。
⑤.单元MCU读出的‘车辆国际终身编码’将电子卡在发卡时已加密生成的‘车辆国际终身编码’的原押码同新读出的26字节的‘车辆国际终身编码’和6字节的出厂唯一编号再同8字节的“机站密钥”通过SHF加密算法后得出的新的押码进行比对，如吻合则属正确，通知系统计算机下令放行。如属错误即刻将信息传送到系统计算机做进一步处理。
⑥.系统计算机将单元MCU送来的信息在数据库对超载车辆进行比对；对本地车(有电子卡)可进行数据记录，传输到当地车管部门，为防止道路堵塞可进行每月或每季集中处罚；对无电子卡的车辆，抓拍子系统将车牌、车头拍摄下来，从数据库的车辆载重分类表中查找核定载重量、自重等信息，并与实际载重量分析、比对，做出是否超载的判断，如属超载，将有关信息传输到前方检查站，伴有声光报警，前方检查站可将有关信息打印并拦截车辆进行处罚。如属无超载车辆则放行通过中比对。
4)、电子卡初始化及个人化的发卡系统发卡系统由发卡机和发卡系统软件组成，发卡时由授权卡授权开机。初始化及个人化的发卡系统软件包括根据卡号生成的“电子卡序列索引编号”，发行用户电子卡及管理软件；数据查询(用户电子卡浏览、管理卡浏览、核对查询)软件；下装数据软件；数据库的车辆载重分类表(车辆载重分类数据录入、生成数据文件、数据查询)软件；系统功能(配置系统参数、注销、退出系统)软件。
(三)、触电传动感应子系统是由触电传动感应器、机箱、低功耗电气部件、高能树脂胶、称重识别单元、数据检测单元组成。
1、称重触电传动感应器是一种经特殊加工后能将动能转化成电能的材料。是由金属编织芯线、触电材料和金属外壳制成同轴结构。主要是将触电材料置于一个强电场中极化，数量级为每一毫米厚的触电材料大约100000V。无护套电缆的电晕场也采用这种电场。极化场使非结晶聚合体变成半晶体的形式，同时又保留了许多聚合体的柔韧特性。触电材料在受到机械冲击或振动时产生电荷。在原子层，偶极子(氢—氟偶对)的排列顺序被打乱，并试图使其恢复原来的状态。这个偶极子被打乱的结果就是有一个电子流形成。就像海绵中的水，当你挤压一块湿海绵时，水会从海绵中流出来，当你松开时，水又被吸回去，这同触电传动感应器十分相似。当有压力施加到触电传动感应器上时，就产生了电荷(电压)，而当去掉负载时，就会产生一个相反极性的信号。它产生的电压可以相当高，但触电传动感应器产生的电流却比较小。触电传动感应器的检测原理就是在车辆经过时采集信息，也就是在轮胎经过触电传动感应器时采集信息。感应线圈只能显示出一个大金属物体经过了线圈，只能提供车辆的有限的特征信息。而触电传动感应器检测经过触电传动感应器的轮胎，产生一个与施加到触电传动感应器上的压力成正比的模拟信号，并且输出的周期与轮胎停留在触电传动感应器上的时间相同。每当一个轮胎经过触电传动感应器时，触电传动感应器就会产生一个新的电子脉冲。触电传动感应器在行驶中称重(WIM)的检测原理是对受力产生的信号积分。触电传动感应器采用交错式类型，每个车道安装两个长度为1.8M以上的触电传动感应器。两个触电传动感应器的距离为3.5M用于检测车辆的出现和测量长度。技术参数芯线16AWG扁平编织镀银铜芯线；触电材料极化压电聚合物涂层P(VDF-TrFE)；外护套0.4mm黄铜管；外形尺寸6.6mm宽×1.6mm厚；芯线与屏蔽层间的绝缘电阻＞500Mohm；触电常数＞20pC/N(标称值)；无源信号电缆采用地下/直埋外层护套，电缆外径为4.75mm，额定电容为89pF/m；安装支架每150mm配1个支架；输出一致性传感器长度方向的输出一致性在用于动态称重(WIM)时为±7％，用于其它用途，如车辆分类统计、车速监测、闯红灯拍照等时为±10％；工作温度范围-40℃-80℃；温度灵敏度0.2％/℃(取决于封灌材料)。
2、机箱内置中央处理器、电缆连接器、数据转换器、避雷器、调解器。
3、低功耗电气部件接收触电传动感应器的信号作为输入信号。
4、高能树脂胶用于安装触电传动感应器。
5、称重识别单元和数据检测单元对输入信号进行分析、测算、存储、传送、并能准确的检测出每部车辆的数据，如，通过时间、车牌号、车型、车主名称、核定载重量、自重、实际载重量、轴距、轴数、车体长度、车道、类型、车速等信息。并可根据不同设置进行处理。
(四)、感应子系统包括信号处理器和检测线圈两个部分。
采用了先进的数模转化技术，通过电磁感应原理，在30KHZ到180KHZ感应范围检测并计数通行车辆。技术参数计数误差1×10-6；交直流12-20V+50HZ；感应范围30KHZ-180KHZ；输出信号感应时电平信号，离开时脉冲信号；RS-485接口；检测线圈采用1mm单芯铜芯BVC塑料线，长度100mm，均匀绕置于线槽内，出口处以双线绕线引出，槽内全部用环氧树脂封罐好；技术参数导线1mm×100m；线圈电阻小于4Ω；线圈面积2.5m×1.5m；线圈对地绝缘电阻10MΩ。
(五)、抓拍子系统由摄像机、图文识别单元、电缆、机盒组成。是辅助手段。当无电子卡的车辆通过时，该系统自动启动，拍摄车牌号和车头，以区别判断核定载重量，自重。
(六)、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统超载识别子系统是综合性的识别，运算、鉴定、记录、传输系统，它能将各种有效的信息进行汇总、分类、比对、得出正确的结论。明确提示是那辆车超载，超载多少，应该如何处罚。数据库子系统和传输子系统主要是对采集的信息分类保管、存储，传输，可同时存放40万辆车的信息。
(七)、超载识别检测方法是利用计算机、微波读写子系统、触电传动感应子系统、地感子系统、抓拍子系统、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统对动态机动车超载进行自动识别检测，为严格执法提供科学依据。其特征是包括以下步骤1)将微波电子芯片根据不同的要求和管理方面的需要封装成漂亮、美观、标志明显的电子卡；2)将电子卡初驶化及个人化，由交管部门或主管部门向电子卡中写入下述几组数据信息车辆国际终身编码、车主名称、车牌号、发动机号、车架号、车型、车辆颜色、核定载重量、车辆自重、车辆长度、车辆轴数、识别代码；3)初始化及个人化的电子卡连同车牌(已上牌的在年审或办理客、货运营运手续时一并办理)一起发给车主，作为车辆入户认证的电子车牌；4)将电子卡安装于车辆前风挡玻璃上方。在对电子卡进行初始化及个人化时，还将对二组以上信息进行押码加密处理，然后将加密后的信息一并写入电子卡中。根据固定式和移动式的不同，其用法也不同。在主干道、检查站、道桥关口等处设置固定式动态机动车超载自动识别检测系统，在不停车的情况下对过往客、货运车辆进行逐一检查超载情况；快速检索辅助单元和超载识别子系统通过检测单元利用微波信号即时读取被检过往客、货运车辆上的电子卡中的数据，传送到系统计算机，系统计算机对数据进行处理，决定放行、抓拍或截停车辆；在查验车上设置移动式动态机动车超载自动识别检测系统，触电传动感应器可放置于高性能橡胶垫中，平铺设在要查验的路段，对过往车辆进行人机相结合的随机检查，快速检索辅助单元和超载识别子系统通过检测单元利用微波信号即时读取被检客、货运车辆上的电子卡中的数据，传送到系统计算机，系统计算机对数据进行处理，决定放行、抓拍或截停车辆。传输方式可采用无线调制解调器上网。二、本实施例工作原理(见附图2)(一)、电子卡的形成由交管部门省市地区交管所应用电子卡发卡系统向电子卡内写入1、4字节(暂定为4字节)的“电子卡序列索引编号”(放在10个字节标识符识别区的后4个字节用户识别区内)2、读/写检测单元和快速检索辅助单元一次性读取10字节的标识符识别区，先读6字节的电子卡出厂唯一编号，再读4字节的电子卡序列索引编号。
3、向电子卡内的256字节RAM区内写入标识牌的最关键的‘车辆国际终身编码’信息，再写入车辆车主名称、车牌号、发动机号、车架号、车型、车辆颜色、核定载重量、车辆自重、车辆长度、车辆轴数、识别代码等信息。
4、“车辆国际终身编码”、“车主名称”、“车牌号”“核定载重量”四个主要信息需要进行押码加密处理，使之不可能做到伪造。
5、芯片内的8位MCU和ROM区内存放的监控程序(COS)严格管理各种信息的读或不能读，写或不能写，改或不能改，保证了电子卡信息的读取更改及存储的安全性。
6、芯片内256字节的用户RAM区尚余留122字节的存储空间，作为日后发展所需，如车辆肇事记录及电子钱包等用途。
7、初始化及个人化后的电子卡连同车牌(已上牌的在年审或办理客、货运营运手续时一并办理)一起发给车主，作为车辆入户认证不可能伪造的车辆电子车牌。
(二)、电子卡的安装1、电子卡(约80×50m)应安装在车头挡风玻璃内上方，卡不离车，车不离卡。
2、电子卡应用有机溶剂将电子卡同挡风玻璃溶接为一体。
3、电子卡表面按交管部门规定印有有关部图案及相关标志。
4、为保证电子卡的安全性，在系统工程正式启动后，可在芯片内设置数据自毁终端，即遇破坏或强行取走电子卡时卡内的存储器数据会自动消失。
(三)、交管部门车管所配备有电子卡发卡系统、电子卡读/写检测单元和快速检索辅助单元以便及时处理发卡、查卡、坏卡处理、丢卡备案、车辆年检验卡等业务事项。
(四)、车辆动态超载自动检测有两种方式进行。一种是固定式检测即在主干道、检查站、道桥关口等处设定固定式检测点；固定式检测点配置有系统计算机(主辅)、微波读写子系统、触电传动感应子系统、地感子系统、抓拍子系统、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统等设备。另一种是移动式检测点，在查验车上设置移动式动态机动车超载自动识别检测系统，触电传动感应器可放置于高性能橡胶垫中，平铺设在要查验的路段，对过往车辆进行人机相结合的随机检查，快速检索辅助单元和超载识别子系统通过检测单元利用微波信号即时读取被检客、货运车辆上的电子卡中的数据，传送到系统计算机，系统计算机对数据进行处理，决定放行、抓拍或截停车辆。传输方式可采用无线调制解调器。
(五)、检测电子卡信息时，可在距天线15M范围，90度角内检测时速为100公里的过往车辆，同时可检测到20辆车的电子卡信息。
(六)固定式检测方式1、地感子系统及时将通过某车道检测段的车辆信号传送到系统计算机，以便确定在某时段过往车辆的数量，防止无电子卡的车辆漏检。
2、微波读写子系统的快速检索辅助单元即刻读取车辆电子卡内的10字节标识符ID区，先读6字节的电子卡芯片的唯一编号，再读4字节的车辆索引编号，并将信息传送到系统计算机。
3、“辅助单元”继续读取电子卡芯片内的‘车辆国际终身编码’。
4、“辅助单元”首先将‘车辆国际终身编码’的原有加密押码同新的验证押码进行比对。即将‘车辆国际终身编码’再同已读取的芯片的6个字节的出厂唯一编号，再同8字节“机站密钥”通过SHF加密算法得出后的新的押码进行比对。
5、如比对结果相符，将电子卡中的“车辆国际终身编码”、“车主名称”、“车牌号”“核定载重量”四个主要信息显示在主机显示器。
6、当车辆压过触电传动感应器时，称重识别单元和数据检测单元对输入信号进行比对、分析、测算、存储、传送、并能准确的检测出每部车辆的数据，如；通过时间、车牌号、车型、车主名称、核定载重量、自重、实际载重量、轴距、轴数、车体长度、车道、类型、车速等信息。并可根据不同设置进行处理。
7、经过与电子卡的四个主要信息进行比对、分析、测算后，即将通过时间、车牌号、车型、车主名称、核定载重量、自重、实际载重量、超载重量等信息传至系统计算机“超载车辆数据库”存储。车辆放行通过。
8、系统计算机中的“超载车辆数据库”存放的是通过车辆超载的统计数据及资料。由公安部交管局按时通过网络向各省、市车管所传播，经过授权能自动增、删、改写。各省、市车管所依此作为定期处罚超载的依据。
9、对无电子卡的车辆，抓拍子系统将车牌、车头拍摄下来，从数据库的车辆载重分类表中查找核定载重量、自重等信息，并与实际载重量分析、比对，做出是否超载的判断，如属超载，将有关信息传输到前方检查站，伴有声光报警，前方检查站可将有关信息打印并拦截车辆进行处罚。如属无超载车辆则通过比对检测后放行。
10、固定检测点的系统计算机是作为省、市车管所局域网的一个终端机，通过有线调制解调器由车管所主机下载加密的超载车辆数据及资料到固定检测点的系统计算机内，建立‘超载车辆数据库’。
11、如比对结果，判定被检测车辆超载，则系统计算机下令设置在离车道检测段300米处的自动道闸实行截停处理。
12、被截停的车辆如执法人员需查询该车更多的信息，可以用另一台联网的计算机通过交管局广域网服务器调用全国各省市车管所数据库的有关其他信息，以便作出处理。
13、如在同一时间内，地感子系统送出的车辆的数目信息同辅助单元检测到的电子卡信息一致，则证明过往车辆上都装有电子卡，如数目不符，则证明某些过往车辆上没有装电子卡，对于无电子卡车辆，系统计算机即下令启动抓拍子系统进行自动识别和处理。
(七)、移动式检测方式移动式检测方式须结合固定式检测方式才能取得较好的效果，从某些意义上讲，移动式随机检测可能还会取得更好的效果。查验车上配备读/写检测单元和快速检索辅助单元、手提式电脑、无线调制解调器、电源逆变器等，并有专人负责。实行人机结合检测，手提式电脑内建有车辆超载数据库，可以事先下载，也可以通过无线调制解调器实时下载或实时增删、更改。移动式检测主要对流动车辆，也对停止车辆进行随机检测；检测结果除由机器得出判断外，也由人的观察、分析得出判断，如检查人员发现从某车电子卡内取得的“车辆国际终身编码”、“车型”、“车牌号”、“核定载重量”、“自重”等信息数据同实际观察到的“车型”、“车牌号”、“核定载重量”、“自重”、“实际载重量”等信息不符，即可截停车做进一步查询处理，车载系统计算机也可以通过无线调制解调器方式租用GSM信道同交管局广域网络联接，对截停车辆复查时，并可通过交管局广域网络服务器调查各省、市车管所数据库的车辆有关部门数据和资料。三、本实施例车辆电子卡、检测系统的安全性设计检测系统的安全性涉及电子卡芯片、读/写检测单元、系统计算机、发卡系统及网络传输。
(一)、特别要求安全性高的是电子卡芯片，现有以下几种措施予以保证1、芯片结构带有8位MCU及4K字节的ROM区。通过MCU的安全管理机制及ROM区内有效的监控程序(COS)严格控制存储区内数据的可读或不能读，写或不能写，改或不能改。
2、6个字节不可改写的ID区，存放出厂唯一芯片编号，保证了43亿分之一以上的唯一性。
3、预留26个字节的‘车辆国际终身编码’同6个字节的“芯片唯一编号”，加上8个字节的“机站密钥”通过不可逆的保密押码函数SHF算法得出一个高安全性的6字节押码。由于保密押码函数是一个单向函数，即已知x，求y＝f(x)很容易，反过来已知y，求x则不可估算，保证了它的不可逆性。保密押码函数还具有良好的随机性，如输入全0，输出非全0，且输出中O和1的个数接近；输入全1，输出非全1，且输出中0和1的个数接近；任意改变输入中1位，输出的变化位数将达到总位数的一半左右。由于不可逆性和随机性，企图伪造押码几乎是不可能的。实践证明，保密押码函数计算产生一次押码仅需3.3ms，并且总的程序量小于1K字节。
(二)、读/写检测单元和系统安全性要同交管业务部门的严格管理制度相结合。要有系统操作管理授权及执勤操作授权。如果需要将传输数据加密，以密文形式传输到标识牌芯片内，可以在读/写检测单元内加入硬件形式“加密控制器IC”。如具有基于非对称算法，16位CPU，1100为算法加密协处理，写/擦除时间为1.8-3.6ms，型号为SLE66CX80S的加密控制器。也可以应用滚动加密将数据加密后传输到标识牌芯片内，滚动加密法具有将一位信息可以加密到任意数，不可逆转，一对一加(解)密密钥，密钥可以从四位到几十位到几百位等特性。
(三)、发卡系统的安全性特别要同交管业务部门的管理体制和管理制度相结合。严格实行管理授权及格操作授权互相制约的方法。
(四)、网络传输的安全性基本上根据交管部门的实际网络和局部网络的安全规范进行操作。要强调网络传输的授权管理，关键数据的加密管理和三级动态密钥管理。
(五)、系统微机同交管业务部门的网络接口，按规范化的网络传输标准和接口标准衔接。四、本实施例动态机动车超载自动识别检测系统及方法的扩展功能本系统扩展功能强，可在此平台上，扩展机动车辆超速、机动车盗抢、机动车违章、交通肇事、肇事逃匿、电子钱包、高速公路不停车收费、重要部门不停车门禁管理等功能。
表一列出了本实施例车辆电子卡芯片储存信息的资源分配。
表二列出了电子卡芯片内10个字节的标识符识别区的情况。
表一电子卡芯片储存信息的资源分配
表二电子卡芯片内10个字节的标识符识别区
权利要求
1.一种动态机动车超载自动识别检测系统及方法，是利用微波自动识别技术和触电传动感应技术集成的系统及方法。实观上述目的的方案包括计算机、微波读写子系统、触电传动感应子系统、地感子系统、抓拍子系统、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统以及自动识别检测方法。
2.微波读写子系统它包括有微处理器CPU、只读存储器ROM、动态存储器RAM、微波发射机、微波接收机、唤醒时间器、标识符识别区；每一个电子卡的标识符识别区中有一个芯片的出厂唯一编号；所述动态存储器RAM中存储有车辆国际终身编码、车主名称、车牌号、发动机号、车架号、车型、车辆颜色、核定载重量、车辆自重、车辆长度、车辆轴数、识别代码；所述只读存储器ROM中存储有芯片管理系统COS，即监控程序，管理上述动态存储器RAM中的信息的读或不能读、写或不能写、改或不能改；微波发射机、接收机用于与外界设备进行连接，向电子卡中写入数据或读出电子卡中的数据；唤醒时间器用于控制电子卡的“休眠”与工作状态转换；微波发射机、接收机所用的频率为下述三个频段之一824-960MHZ、2.45GHZ、5.8GHZ。
3.所述的车辆电子卡，其特征是电子卡内设置有数据自毁终端，在遇破坏或被强行取走时，存储数据自动消失。
4.车辆电子卡检测包括读写检测单元、快速检索辅助单元，其中读写检测单元用于向电子卡发送数据并接收来自电子卡的应答信号，它包括数字电路模快、微波电路模块和天线；数字电路模块又包括控制部分和数据解调部分，微波电路模块调制发射到电子卡的数据，提供一个连续载波用于电子卡的反向散射波，接收和解调来自电子卡的反向散射波信号；快速检索辅助单元主要由单片机MCU组成，它与读写检测单元相连，对读写检测单元读入的数据进行分析处理；微波电路模块是可变频的。
5.在对电子卡进行初始化及个人化时，还将下述四种信息进行押码加密处理，然后将加密后的信息一并写入电子卡中，车辆国际终身编码、车主名称、车牌号、核定载重量。电子卡的形成包括以下步骤1)将微波电子芯片根据不同的要求和管理方面的需要封装成漂亮、美观、标志明显的电子卡；2)将电子卡初始化及个人化，由交管部门或主管部门向电子卡中写入下述数据信息车辆国际终身编码、车主名称、车牌号、发动机号、车架号、车型、车辆颜色、核定载重量、车辆自重、车辆长度、车辆轴数、识别代码；3)初始化及个人化的电子卡连同车牌(已上牌的在年审或办理客、货运营运手续时一并办理)一起发给车主，作为车辆入户认证的电子车牌；4)将电子卡安装于车辆前风挡玻璃上方。
6.车辆电子卡检测系统，是通过系统计算机与读写检测单元的连接、通过快速检索辅助单元，它与快速检索辅助单元中的单片机MCU之间采用高速双口RAM以并行方式传送数据，并可以采集、存储、比对、分析、处理车辆电子卡内的有关信息；它还通过网络连接公安部交管局各省、市车辆管理所的局域网上传、存放、下载各种车辆专用信息；其中还设有‘超载车辆数据库’‘车辆载重数据库’；可以按检测结果发出各种指令。
7.所述触电传动感应子系统是由触电传动感应器、机箱、低功耗电气部件、高能树脂胶、称重识别单元、数据检测单元组成。其称重触电传动感应器是一种经特殊加工后能将动能转化成电能的材料。是由金属编织芯线、触电材料和金属外壳制成同轴结构。主要是将触电材料置于一个强电场中极化，数量级为每一毫米厚的触电材料大约100000V。极化场使非结晶聚合体变成半晶体的形式，同时又保留了许多聚合体的柔韧特性。触电材料在受到机械冲击或振动时产生电荷。在原子层，偶极子(氢—氟偶对)的排列顺序被打乱，并试图使其恢复原来的状态。这个偶极子被打乱的结果就是有一个电子流形成。当有压力施加到触电传动感应器上时，就产生了电荷(电压)，而当去掉负载时，就会产生一个相反极性的信号。它产生的电压可以相当高，但触电传动感应器产生的电流却比较小。触电传动感应器的检测原理就是在车辆经过时采集信息，也就是在轮胎经过触电传动感应器时采集信息。触电传动感应器检测经过触电传动感应器的轮胎，产生一个与施加到触电传动感应器上的压力成正比的模拟信号，并且输出的周期与轮胎停留在触电传动感应器上的时间相同。每当一个轮胎经过触电传动感应器时，触电传动感应器就会产生一个新的电子脉冲。触电传动感应器在行驶中称重(WIM)的检测原理是对受力产生的信号积分。触电传动感应器采用交错式类型，每个车道安装两个长度为1.8M以上的触电传动感应器。两个触电传动感应器的距离为3.5M用于检测车辆的出现和测量长度；通常可以保证的精度是±10％，个别的可达1-2％。速度范围可以从5公里/小时到120公里/小时。重量下限是自行车，上限可根据计算机软件和电容器调整，最高可达到120吨。
8.称重识别单元和数据检测单元对输入信号进行分析、测算、存储、传送、并能准确的检测出每部车辆的数据，如，通过时间、车牌号、车型、车主名称、核定载重量、自重、实际载重量、轴距、轴数、车体长度、车道、类型、车速等信息。并可根据不同设置进行处理。
9.所述固定式检测方式是；设备设置于主要道口、收费检查站前方约300米处。系统中包括计算机、微波读写子系统、触电传动感应子系统、地感子系统、抓拍子系统、超载识别子系统、数据库子系统、传输子系统以及自动识别检测方法。地感子系统和触电传动感应子系统通过外来施加的压力，激活微波读写子系统工作，读取电子卡中的信息；触电传动感应子系统将压力产生的电荷转化为模拟信号，测出通过车辆的总重量信息；两组信息通过计算机的运算、超载识别子系统、数据库子系统的分析、比对，将通过车辆的通过时间、车牌号、车型、车主名称、核定载重量、自重、实际载重量、超载重量、处罚内容等信息快速显示出来；对超载车辆进行声光报警，并将有关信息传输到前方检查站，对本地车(有电子卡)可进行数据记录，传输到当地车管部门，为防止道路堵塞可进行每月或每季集中处罚；对无电子卡的车辆，抓拍子系统将车牌、车头拍摄下来，从数据库的车辆载重分类表中查找核定载重量、自重等信息，并与实际载重量分析、比对，做出是否超载的判断，如属超载，将有关信息传输到前方检查站，伴有声光报警，前方检查站可将有关信息打印并拦截车辆进行处罚。如属无超载车辆则放行通过。
10.所述移动式的计算机可选择车载台式机或手提笔记本电脑。触电传动感应器可放置于高性能橡胶垫中，平铺设在要查验的路段，其他子系统可放置在查验车中，对过往车辆实行机动查验，传输方式可采用无线调制解调器上网。
全文摘要
本发明公开一种动态机动车超载自动识别检测系统及方法,特别是利用微波自动识别技术和触电传动感应技术集成的系统及方法。系统包括:计算机、微波读写、触电传动感应、地感、抓拍、超载识别、数据库、传输子系统及自动识别检测方法。本发明的检测方法采用固定式和移动式。客、货运车辆时速在5公里－120公里的运行中,在15米的距离内,准确无误的检测出车辆的总重量,并能自动计算出超载的重量并打印或存储,使查验超载更加合理、科学,为执法提供依据。
文档编号G01G19/40GK1365908SQ02100699
公开日2002年8月28日 申请日期2002年2月26日 优先权日2002年2月26日
发明者乔永康 申请人:乔永康