动态称重方法和系统与流程

本发明涉及称重技术领域，尤其是涉及一种动态称重方法和系统。

背景技术：

随着动态称重系统在科技治超和计重收费等领域的广泛应用，对称重设备的要求也越来越高，除了要求具有一定的称重精度以外，还应该减少施工周期和施工量、对道路的损害度及后续维护工作等。基于此，目前常用的动态称重设备是以压电石英等为代表的一体式称重传感器，即秤体本身就是称重传感器。采用压电石英称重传感器的动态称重设备，其轮重计算的核心算法为波形积分和与行车速度的乘积，因此除波形误差以外，速度计算误差直接影响了轴重精度。所以，如何减小甚至消除速度误差成为该类设备提高称重精度的关键。

技术实现要素：

针对以上缺陷，本发明提供一种动态称重方法和系统，可以提高测量精度。

第一方面，本发明提供的动态称重方法包括：

采集车辆碾压称重平台过程中称重平台的形变数据，所述形变数据为所述称重平台上被车辆碾压过程中各个位置的形变量；

采集车辆的运动数据，所述运动数据包括车辆碾压称重平台过程中对应的车轮位置；

根据所述形变数据和所述运动数据，计算每一车轮行驶到特征碾压位置时的碾压重量，记为特征碾压重量；

根据该车轮的各个特征碾压重量，计算车轮重量，并根据各个车轮重量确定整车总重量；

其中，所述特征碾压位置为车轮从开始碾压所述称重平台时每行驶预设距离所在的位置。

可选的，所述根据所述形变数据和所述运动数据，计算每一车轮行驶到特征碾压位置时的碾压重量，记为特征碾压重量，包括：

根据所述形变数据，确定该车轮开始碾压所述称重平台的时刻，记为起始碾压时刻，将所述运动数据中所述起始碾压时刻对应的车轮位置作为起始碾压位置；

根据所述运动数据和起始碾压位置，确定该车轮行驶到每一特征碾压位置时的时刻，并根据形变数据中该时刻的形变量和该特征碾压位置的称重增益，确定对应的碾压重量，记为特征碾压重量，直至该车轮驶离所述称重平台；

其中，不同位置的称重增益为预先根据车轮碾压称重平台所采集的形变量和车轮重量所标定。

可选的，所述根据该车轮的各个特征碾压重量，计算车轮重量，并根据各个车轮重量确定整车总重量，包括：

对该车轮碾压称重平台过程中的各个特征碾压重量进行加权求和，得到该车轮的车轮重量，其中加权过程中的权重系数为根据所述预设距离所确定的参数；

对各个车轮重量进行求和，获得车辆的整车总重量。

可选的，所述运动数据还包括车辆的车轮轮廓信息，所述方法还包括：

根据所述车轮轮廓信息，确定车轮的车胎类型；

根据所述车胎类型，对每一特征碾压位置所对应的称重增益进行修正。

可选的，所述方法还包括：

根据所述运动数据，确定所述车轮行驶速度，和/或，根据车辆的车轮重量和整车总重量，判断所述车辆是否超载；

将所述车轮行驶速度显示出来和/或在所述车辆超载时显示超载标志。

第二方面，本发明提供的动态称重系统包括：

称重平台，在被车辆碾压过程中发生弹性变形；

应变传感器，设置在所述称重平台的底部，用于采集车辆碾压所述称重平台过程中称重平台的形变数据，所述形变数据为所述称重平台上在被车辆碾压过程中各个位置产生的形变量；

激光扫描装置，设置在所述称重平台所在车道的两侧，用于采集车辆的运动数据，所述运动数据包括车辆碾压称重平台过程中对应的车轮位置；

数据处理装置，与所述应变传感器和所述激光扫描装置连接，用于根据所述形变数据和所述运动数据，计算每一车轮行驶到特征碾压位置时的碾压重量，记为特征碾压重量；根据该车轮的各个特征碾压重量，计算车轮重量，并根据各个车轮重量确定整车总重量；

称重显示装置，与所述数据处理装置连接，用于显示所述整车总重量；

其中，所述特征碾压位置为车轮从开始碾压所述称重平台时每行驶预设距离所在的位置。

可选的，所述数据处理装置中根据所述形变数据和所述运动数据，计算每一车轮行驶到特征碾压位置时的碾压重量，记为特征碾压重量，具体包括：

根据所述形变数据，确定该车轮开始碾压所述称重平台的时刻，记为起始碾压时刻，将所述运动数据中所述起始碾压时刻对应的车轮位置作为起始碾压位置；

根据所述运动数据和起始碾压位置，确定该车轮行驶到每一特征碾压位置时的时刻，并根据形变数据中该时刻的形变量和该特征碾压位置的称重增益，确定对应的碾压重量，记为特征碾压重量，直至该车轮驶离所述称重平台；

其中，不同位置的称重增益为预先根据车轮碾压称重平台所采集的形变量和车轮重量所标定。

可选的，所述数据处理装置中根据该车轮的各个特征碾压重量，计算车轮重量，并根据各个车轮重量确定整车总重量，具体包括：

对该车轮碾压称重平台过程中的各个特征碾压重量进行加权求和，得到该车轮的车轮重量，其中加权过程中的权重系数为根据所述预设距离所确定的参数；

对各个车轮重量进行求和，获得车辆的整车总重量。

可选的，所述称重平台包括两个沿车道宽度方向一字排开的弹性称重条，所述弹性称重条的长度适于在车辆碾压所述称重平台时，两个弹性称重条与碾压所述称重平台的两个车轮一一对应。

可选的，所述系统还包括平台固定结构和/或光栅分车装置，所述平台固定结构用于对所述称重平台进行固定，所述光栅分车装置用于将区分不同车辆驶入所述称重平台

本发明提供的动态称重方法和系统，在车轮碾压到每一特征碾压位置时计算一次特征碾压重量，然后根据该车轮在各个特征碾压位置的特征碾压重量，确定该车轮的重量，进而根据各个车轮重量计算整车总重量。在确定整车重量的过程中不需要考虑行车速度，因此相对于现有技术中的称重方法，可以提高测量的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1示出了本发明一实施例中动态称重方法的流程示意图；

图2(a)～2(f)示出了本发明一实施例中车辆在行驶过程中车轮与弹性称重条之间的位置示意图；

图3示出了本发明一实施例中动态称重系统的结构示意图；

图4示出了本发明一实施例中车辆的行车示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

第一方面，本发明提供一种动态称重方法，如图1所示，包括：

S1、采集车辆碾压称重平台过程中称重平台的形变数据，所述形变数据为所述称重平台上被车辆碾压过程中各个位置产生的形变量；

S2、采集车辆的运动数据，所述运动数据包括车辆碾压称重平台过程中对应的车轮位置；

S3、根据所述形变数据和所述运动数据，计算每一车轮行驶到特征碾压位置时的碾压重量，记为特征碾压重量；

S4、根据该车轮的各个特征碾压重量，计算车轮重量，并根据各个车轮重量确定整车总重量；

其中，所述特征碾压位置为车轮从开始碾压所述称重平台时每行驶预设距离所在的位置。

本发明提供的动态称重方法，在车轮碾压到每一特征碾压位置时计算一次特征碾压重量，然后根据该车轮在各个特征碾压位置的特征碾压重量，确定该车轮的重量，进而根据各个车轮重量计算整车总重量。在确定整车重量的过程中不需要考虑行车速度，因此相对于现有技术中的称重方法，可以提高测量的精度。

在具体实施时，S3中根据所述形变数据和所述运动数据，计算每一车轮行驶到特征碾压位置时的碾压重量，记为特征碾压重量，可以具体包括：

S31、根据所述形变数据，确定该车轮开始碾压所述称重平台的时刻，记为起始碾压时刻，将所述运动数据中所述起始碾压时刻对应的车轮位置作为起始碾压位置；

S32、根据所述运动数据和起始碾压位置，确定该车轮行驶到每一特征碾压位置时的时刻，并根据形变数据中该时刻的形变量和该特征碾压位置的称重增益，确定对应的碾压重量，记为特征碾压重量，直至该车轮驶离所述称重平台；

其中，不同位置的称重增益为预先根据车轮碾压称重平台所采集的形变量和车轮重量所标定。

这里，提供了一种计算特征碾压重量的具体过程，计算过程简单、易实现。

可理解的是，称重增益是在预先标定的过程中，某一位置的车轮重量与应变传感器所采集的形变量的比值。可见，这里称重增益与碾压位置是对应的，不同的碾压位置可能具有不同的称重增益，例如当将应变传感器设置在称重平台下方的中心位置处，此时在称重平台边缘和中心位置处的称重增益则是不同的。当然，如果对称重平台作应力集中，和/或将应变传感器嵌入称重平台内，将两者设置为一体结构，此时称重平台上各个位置处的称重增益是一致的。

可理解的是，在车轮开始碾压称重平台和车轮后缘驶离称重平台之间的过程是车轮碾压称重平台的过程，在这一过程中，根据车轮每行驶一段距离的车轮位置和之前标定后得到的各个位置处的称重增益，便可以得知该位置处的称重增益，然后根据该位置处的称重增益和该位置处的应变传感器采集的应变量，便可以得知该位置处的碾压重量。根据在这一过程中的各个碾压重量，便可以得到整个车轮总量，最后得到整车重量。

其中，根据所述形变数据，确定车轮开始碾压称重平台的时刻的具体做法可以为：按照时间顺序，称重平台的应变量第一次大于0的时刻即起始碾压时刻。同样的，结束碾压时刻为弹性称重条的应变量第一次回0的时刻。

在具体实施时，由于计算所需的数据比较多，为方便调用和计算，在将所确定的各个特征碾压重量加权求和之前，将每行驶预设距离所对应的时刻、车轮位置和所述称重平台的形变量形成数据包，并将所述起始碾压位置至所述结束碾压位置之间形成的各个数据包构成应变数据集。

举例来说，车辆的起始碾压位置为(x₁,y₁)，相应的起始碾压时刻为t₁，相应的称重平台的形变量为S₁，可组成数据包(t₁,x₁,y₁,S₀₁)，车轮每行驶预设距离后的数据包记为(t_i,x_i,y_i,S_i)，车辆的结束碾压位置对应的数据包记为(t_N,x_N,y_N,S_N)。

根据上述数据包中特征碾压位置(x_i,y_i)，确定与其对应的称重增益K_i，然后根据称重增益K_i和特征应变数据S_i，由G_i＝K_i·S_i确定当前碾压位置所对应的车轮的碾压重量G_i。而称重增益与碾压位置的关系由事前秤体标定得到；车轮碾压重量是指车轮在碾压秤台的过程中，在某一时刻下车轮与秤台相重合部分的重量，如图2(b)所示，当前车轮的碾压重量为A的重量即G_A，同理，图2(c)所示当前车轮的碾压重量为AB的重量,即G_A+G_B。

在具体实施时，S4中根据该车轮的各个特征碾压重量，计算车轮重量，并根据各个车轮重量确定整车总重量，可以具体包括：

S41、对该车轮碾压称重平台过程中的各个特征碾压重量进行加权求和，得到该车轮的车轮重量；

S42、对各个车轮重量进行求和，获得车辆的整车总重量。

在具体实施时，不论预设距离为多少，S41中根据各个特征碾压重量，计算车轮重量G的公式可以为：

其中，G_i表示在时刻i时的特征碾压重量，K_i表示时刻i时所对应的称重增益，S_i表示特征时刻i时所对应的形变量，N表示特征碾压重量的个数，α表示加权系数，即车轮重量修正系数，与车轮碾压位置的提取有关。

在具体实施时，所述预设距离可以为所述称重平台的宽度的一半。参考图2(a)，车轮的前缘刚接触称重平台；参考图2(b)，车轮的A部分称重平台，碾压重量为G_A；参考图2(c)，车轮的A部分和B部分同时碾压称重平台，碾压重量为G_A+G_B；参考图2(d)，车轮的B部分和C部分碾压称重平台条，碾压重量为G_B+G_C；参考图2(e)，车轮的N部分碾压称重平台，碾压重量为G_N；参考图2(f)，车轮的后缘离开称重平台。从各个图中可以看出，车轮的每部分重量被计算两次，因此车轮重量为G＝(G_A+G_A+G_B+G_B+G_C+……+G_N)*1/2，可见此时各个碾压重量进行权重系数α为1/2，该权重系数与预设距离一一对应，如所述预设距离是称重平台宽度的三分之一时，对应的权重系数α也是1/3。

在具体实施时，采集的运动数据还可以包括车辆的车轮轮廓信息，本发明提供的动态称重方法还可以包括：根据所述车轮轮廓信息，确定车轮的车胎类型；根据所述车胎类型，对每一特征碾压位置所对应的称重增益K_i进行修正。

其中，所谓的修正是指不同位置的称重增益为预先根据车轮碾压至对应位置处时应变传感器所采集的形变量、车轮重量和车胎类型所标定。

其中，可以根据运动数据中采集的车轮上各个检测点的位置信息，例如坐标，便可以确定其轮廓，然后通过单双胎轮廓差异，便可以判断得到车胎的类型。在实际中，称重增益可能与车胎类型有关，在计算碾压重量时考虑到车胎类型这一因素，以进一步提高计算精度。

当然，根据检测点在不同时刻的位置信息还可以确定车轮的行进速度，因此本发明提供的动态称重方法还可以包括：根据所述车轮轮廓信息，确定所述车轮行驶速度，并将所述车轮行驶速度显示出来。

举例来说，车轮上某个检测点与激光扫描装置之间的距离为L，该检测点与激光扫描装置之间的连线与行驶方向的夹角为θ，该检测点的位置坐标可以记为(x_i，y_i)，其中，x＝Lsinθ，y＝Lcosθ。根据该检测点位置坐标的变化，便可以得到车轮行驶速度。

当然，在具体实施时，所述本发明提供的动态称重方法还可以包括：根据车辆的车轮重量和整车重量，判断所述车辆是否超载，在所述车辆超载时显示超载标志。这样，用户通过称重显示装置便可以知道车辆是否超载。

第二方面，本发明提供的动态称重系统，如图3所示，包括：

称重平台，在被车辆碾压过程中发生弹性变形；

应变传感器，设置在所述称重平台的底部，用于采集车辆碾压所述称重平台过程中称重平台的形变数据，所述形变数据为所述称重平台上在被车辆碾压过程中各个位置产生的形变量；

激光扫描装置，设置在所述称重平台所在车道的两侧，用于采集车辆的运动数据，所述运动数据包括车辆碾压称重平台过程中对应的车轮位置；

数据处理装置，与所述应变传感器和所述激光扫描装置连接，用于根据所述形变数据和所述运动数据，计算每一车轮行驶到特征碾压位置时的碾压重量，记为特征碾压重量；根据该车轮的各个特征碾压重量，计算车轮重量，并根据各个车轮重量确定整车总重量；

称重显示装置，与所述数据处理装置连接，用于显示所述整车总重量；

其中，所述特征碾压位置为车轮从开始碾压所述称重平台时每行驶预设距离所在的位置。

本发明提供的动态称重系统除了与本发明提供的动态称重方法相同的技术效果外，还可以并通过设置多个传感器实现一次过车多次称重。增益乘以传感器的示数获得碾压重量进而获得车轮重量，这个是对于其中一个传感器的计算重量的过程；如果称重平台上设置多个传感器，那么每一个传感器都能经过这样的过程计算该车轮的一个重量，然后将所有的计算车轮重量平均，得到最终的车轮重量，这样可以提高计算精度，防止一次计算的误差过大。

可选的，所述数据处理装置中根据所述形变数据和所述运动数据，计算每一车轮行驶到特征碾压位置时的碾压重量，记为特征碾压重量，具体包括：

根据所述形变数据，确定该车轮开始碾压所述称重平台的时刻，记为起始碾压时刻，将所述运动数据中所述起始碾压时刻对应的车轮位置作为起始碾压位置；

根据所述运动数据和起始碾压位置，确定该车轮行驶到每一特征碾压位置时的时刻，并根据形变数据中该时刻的形变量和该特征碾压位置的称重增益，确定对应的碾压重量，记为特征碾压重量，直至该车轮驶离所述称重平台；

其中，不同位置的称重增益为预先根据车轮碾压称重平台所采集的形变量和车轮重量所标定。

可选的，所述数据处理装置中根据该车轮的各个特征碾压重量，计算车轮重量，并根据各个车轮重量确定整车总重量，具体包括：

对该车轮碾压称重平台过程中的各个特征碾压重量进行加权求和，得到该车轮的车轮重量，其中加权过程中的权重系数为根据所述预设距离所确定的参数；

对各个车轮重量进行求和，获得车辆的整车总重量。

在具体实施时，如图4所示，所述称重平台可以包括两个沿车道宽度方向一字排开的弹性称重条，所述弹性称重条的长度适于在车辆碾压所述称重平台时，两个弹性称重条与碾压所述称重平台的两个车轮一一对应。

在具体实施时，为了保证称重平台的稳固，还可以设置一平台固定结构，用于对称重平台进行固定。

在具体实施时，还可以设置一光栅分车装置，用于将区分不同车辆驶入所述称重平台。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。