一种目标车辆称重方法及系统与流程
本发明实施例涉及车辆动态称重技术领域，具体涉及一种目标车辆称重方法及系统。
背景技术：
目前，国内公路车辆动态称重产品大体分为两类：一类是以整车式和轴组式等内嵌传感器的秤体为代表的传统低速称重产品；另一类是以窄条、石英和压电膜等一体式称重传感器为代表的高速称重产品。
传统低速称重产品一般是由多个独立的传感器共同支撑一个较宽的称重台面，允许车辆整轴或轴组甚至整车行驶在称重台面上的称重区域。虽然动态称重精度较高，但是其体积较大，耗材量和安装施工量很大且周期较长，同时具有成本较高，稳定性差，需要经常维护等缺点。
而高速称重产品一般采用一体式称重传感器，即秤体本身就是称重传感器，尺寸较小多呈条状，且在实际运用中常采用多跟条状传感器联合布局的方式。因此，其相对施工量较小且施工周期较短，对道路损坏小，不需要经常维护，但是称重精度相对不高，且对安装和维护的要求较高。
技术实现要素：
本发明实施例的一个目的是解决现有技术难以同时满足提高称重精度和降低资源损耗要求的问题。
本发明实施例提出了一种目标车辆称重方法，包括：
当目标车辆经过行驶路面上的称重秤体时，获取设置在称重秤体中与目标车辆行驶方向相垂直的方向上的间隔分布的多个应变传感器采集的应变数据；
根据各应变传感器采集的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取车轮碾压位置数据；
根据车轮碾压位置数据，以及各应变传感器的位置数据，获取各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据；
根据各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据，以及预设称重增益函数，获取各应变传感器的称重增益；
根据各应变传感器的称重增益，以及各应变传感器采集的应变数据，获取车轮的平均重量；
根据车轮的平均重量获取目标车辆的重量。
优选地，所述根据各应变传感器采集的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取车轮碾压位置数据的步骤具体包括：
获取目标时刻各应变传感器的应变数据以及各应变传感器的位置坐标；
根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取目标时刻的第一碾压位置坐标；
根据不同时刻各应变传感器采集的应变数据，获取不同时刻的第一碾压位置坐标；
结合加权平均方法，根据不同时刻的第一碾压位置坐标获取车辆碾压位置坐标，即车轮碾压位置数据。
优选地，所述根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取目标时刻的第一碾压位置坐标的步骤具体包括：
根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，结合以下公式，获取目标时刻的第一碾压位置坐标：
xc＝f(x1,y1,x2,y2,…,xN,yN)
xi-xj＝dij,(i,j≤N)
其中，xc为所述目标时刻的第一碾压位置坐标；xi为第i个应变传感器的预存储的位置坐标；yi为车轮行驶过程中目标时刻第i个应变传感器的应变数据；N为应变传感器的总个数；f为碾压位置坐标xc、各应变传感器的位置坐标(x1,x2,…xN)和应变数据(y1,y2,…,yN)间的关系函数；dij为第i个应变传感器和第j个应变传感器的间隔距离，i,j＝1,2,…N。
优选地，所述根据各应变传感器的称重增益，以及各应变传感器采集的应变数据，获取车轮的平均重量的步骤具体包括：
获取各应变传感器根据称重增益和应变数据输出的第一车轮重量；
根据以下公式，对各应变传感器输出的第一车轮重量进行加权平均处理，获取平均车轮重量G：
其中，Gi为第i个应变传感器输出的第一车轮重量；a1,a2,…aN为各应变传感器的第一车轮重量的权重，且a1+a2+…aN＝1。
优选地，所述根据车轮的平均重量获取目标车辆的重量的步骤具体包括：
将所有车轮的平均重量相加，获取所述目标车辆的重量。
本发明还提出了一种目标车辆称重系统，包括：
第一获取模块，用于当目标车辆经过行驶路面上的称重秤体时，获取设置在称重秤体中与目标车辆行驶方向相垂直的方向上的间隔分布的多个应变传感器采集的应变数据；
第一处理模块，用于根据各应变传感器采集的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取车轮碾压位置数据；
第二处理模块，用于根据车轮碾压位置数据，以及各应变传感器的位置数据，获取各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据；
第三处理模块，用于根据各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据，以及预设称重增益函数，获取各应变传感器的称重增益；
第四处理模块，用于根据各应变传感器的称重增益，以及各应变传感器采集的应变数据，获取车轮的平均重量；
第二获取模块，用于根据车轮的平均重量获取目标车辆的重量。
优选地，所述第一处理模块，具体用于获取目标时刻各应变传感器的应变数据以及各应变传感器的位置坐标；根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取目标时刻的第一碾压位置坐标；根据不同时刻各应变传感器采集的应变数据，获取不同时刻的第一碾压位置坐标；结合加权平均方法，根据不同时刻的第一碾压位置坐标获取车辆碾压位置坐标，即车轮碾压位置数据。
优选地，所述第一处理模块，具体用于根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，结合以下公式，获取目标时刻的第一碾压位置坐标：
xc＝f(x1,y1,x2,y2,…,xN,yN)
xi-xj＝dij,(i,j≤N)
其中，xc为所述目标时刻第一碾压位置坐标；xi为第i个应变传感器的预存储的位置坐标；yi为车轮行驶过程中目标时刻第i个应变传感器的应变数据；N为应变传感器的总个数；f为碾压位置坐标xc、各应变传感器的位置坐标(x1,x2,…xN)和应变数据(y1,y2,…,yN)间的关系函数；dij为第i个应变传感器和第j个应变传感器的间隔距离，i,j＝1,2,…N。
优选地，所述第四处理模块，具体用于获取各应变传感器根据称重增益和应变数据输出的第一车轮重量；根据以下公式，对各应变传感器输出的第一车轮重量进行加权平均处理，获取平均车轮重量G：
其中，Gi为第i个应变传感器输出的第一车轮重量；a1,a2,…aN为各应变传感器的第一车轮重量的权重，且a1+a2+…aN＝1。
优选地，所述第二获取模块，具体用于将所有车轮的平均重量相加，获取所述目标车辆的重量。
由上述技术方案可知，本发明实施例提出的目标车辆称重方法及系统基于称重秤体的应变数据计算获取目标车辆的重量，与现有技术相比，具有在提高称重精度的同时，降低资源损耗的优点。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明一实施例提供的一种目标车辆称重方法的流程示意图；
图2示出了本发明一实施例提供的一种目标车辆称重方法中称重秤体的结构示意图；
图3是使用图2示出的称重秤体获得的称重精度结果图；
图4示出了本发明一实施例提供的一种目标车辆称重系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的一种目标车辆称重方法的流程示意图，参见图1，该目标车辆称重方法，包括：
110、当目标车辆经过行驶路面上的称重秤体时，获取设置在称重秤体中与目标车辆行驶方向相垂直的方向上的间隔分布的多个应变传感器采集的应变数据；
需要说明的是，称重秤体为弹性材料，应变传感器沿垂直于行驶方向设置在称重秤体上，以在车辆碾压称重秤体时，测量应变数据；
可理解的是，在安装各应变传感器时，对于各应变传感器的安装位置、编号均有记录，并将记录的数据存储在处理器。由此，在采集应变传感器的应变数据时，还会将该应变传感器的编号或者其他标识性信息一同采集。
另外，应变传感器的分布有多种方案，例如：一字排开等，此处不再进行限定。
120、根据各应变传感器采集的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取车轮碾压位置数据；
需要说明的是，在目标车辆经过称重秤体的每一时刻，每个应变传感器均能检测获取一个应变数据，处理器根据所有应变传感器的应变数据，计算获取该时刻下车轮的碾压位置数据；同理，基于多个时刻应变传感器采集的应变数据，处理器计算获取多个时刻对应的碾压位置数据；并基于多个时刻对应的碾压位置数据计算获取一个平均碾压位置，记为车轮碾压位置；
可理解的是，应变传感器的数量可视要求精度要求而定。
130、根据车轮碾压位置数据，以及各应变传感器的位置数据，获取各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据；
需要说明的是，各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据可以通过建立坐标系的方法计算获取；
即，预先建立坐标系，记录各应变传感器的位置坐标；在获取到车轮碾压位置坐标时，根据应变传感器的位置坐标和车轮碾压位置坐标，计算获取相对距离数据。140、根据各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据，以及预设称重增益函数，获取各应变传感器的称重增益；
需要说明的是，称重增益函数是传感器称重增益与相对距离的关系函数，可以通过对称重秤体测试标定得到。
150、根据各应变传感器的称重增益，以及各应变传感器采集的应变数据，获取车轮的平均重量。
160、根据车轮的平均重量获取目标车辆的重量；
可理解的是，将所有车轮的车轮重量相加，即可获取所述目标车辆的重量。
本实施例基于称重秤体的应变数据计算获取目标车辆的重量，与现有技术相比，具有在提高称重精度的同时，降低资源损耗的优点。
本实施例中，步骤120具体包括：
获取目标时刻各应变传感器的应变数据以及各应变传感器的位置坐标；
根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取目标时刻的第一碾压位置坐标；
根据不同时刻各应变传感器采集的应变数据，获取不同时刻的第一碾压位置坐标；
结合加权平均方法，根据不同时刻的第一碾压位置坐标获取车辆碾压位置坐标，即车轮碾压位置数据。
其中，第一碾压位置坐标的计算过程如下：
根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，结合以下公式，获取目标时刻的第一碾压位置坐标：
xc＝f(x1,y1,x2,y2,…,xN,yN)
xi-xj＝dij,(i,j≤N)
其中，xc为所述第一碾压位置坐标；xi为第i个应变传感器的预存储的位置坐标；yi为车轮行驶过程中第i个应变传感器的应变数据；N为应变传感器的总个数；f为碾压位置坐标xc、各应变传感器的位置坐标(x1,x2,…xN)和应变数据(y1,y2,…,yN)间的关系函数；dij为第i个应变传感器和第j个应变传感器的间隔距离，i,j＝1,2,…N。
图2示出了本发明一实施例提供的一种目标车辆称重方法中称重秤体的结构示意图，参见图2，该称重秤体包括固结区和称重区；
固结区，与称重区连接，用于固定称重区，且能使得称重秤体与外部装置连接；此处的外部装置可以为称重平台、或者是行驶路面等；
称重区上设置有多个应变传感器，此处应变传感器的分布方式为均匀分布在称重区沿水平方向的横截面的中心线上；
可理解的是，传感器的分布方向与车辆的行车方向相互垂直。
下面结合图2对本发明实施例的工作原理进行详细说明：
步骤1，在如图2所示的秤体上，沿垂直于行驶方向上等间距地安装多个应变传感器，且各传感器均安装在秤台称重区的中心线上，记录各传感器的位置坐标。这里各传感器采用等间距排布，为了保证结构约束的对称性和各传感器的一致性，方便后续称重增益计算；且相邻两个传感器的间距d应小于200mm，以防间距过大有效数据较少。同时为了保证秤体的使用寿命，沿行驶方向秤体宽度应小于500mm。
当车辆碾压称重秤体时，秤体产生弹性变形，应变传感器测得相应位置的秤体应变数据。为了方便数据采集和处理，这里采用分路分组采集各传感器应变数据，且保证每组传感器仅有一路显示数据，为步骤2碾压位置计算做准备；
步骤2，提取同时刻各应变传感器的应变数据作为瞬时应变数据，根据瞬时应变数据和各应变传感器的位置坐标，确定车轮沿垂直于行驶方向上的瞬时碾压位置，具体公式为：
xc＝f(x1,y1,x2,y2,…,xN,yN)
xi-xj＝(j-i)d,(i,j≤N)
其中，xc为所述第一碾压位置坐标；xi为第i个应变传感器的预存储的位置坐标；yi为车轮行驶过程中第i个应变传感器的应变数据；d为相邻两个传感器的间隔距离，f为碾压位置坐标xc、各应变传感器的位置坐标(x1,x2,…xN)和应变数据(y1,y2,…,yN)间的关系函数。其中，确定车轮碾压位置坐标xc的函数f具体是指，在同一时刻的N个数据对(x1,y1),(x2,y2),…,(xN,yN)中选取n组非零瞬时应变数据相同的两个数据对(xi,yi)和(xm,ym)，即yi＝ym≠0,xi≠xm(若不存在，则采用线性插值的方式获得)，根据对称性可知，确定车轮碾压位置坐标
即，根据每个时刻N个数据对(x1,y1),(x2,y2),…,(xN,yN)，进行二次多项式拟合，所得对称轴的坐标即为第一车轮碾压位置xc。
进一步地，选取不同时刻各应变传感器的应变数据，重复上述第一碾压位置坐标的计算步骤，得到不同时刻车轮沿垂直于行驶方向上的瞬时碾压位置，将其加权平均得到最终车轮碾压位置。
步骤3，根据上述车轮碾压位置和预存各传感器的位置，确定各传感器与车轮碾压位置的相对距离；
步骤4，根据步骤3所得的各传感器与车轮碾压位置的相对距离和称重增益函数计算各应变传感器的称重增益ki；
其中，称重增益函数为应变传感器称重增益与上述相对距离之间的关系函数，应变传感器称重增益为应变传感器采集的应变数据与轮胎重量的比值；上述称重增益函数可在试验测量中，通过对称重秤体多次测试并标定得到。
步骤5，根据传感器称重增益ki和传感器应变数据Ti，得到车轮重量Gi。其中，对于每个传感器i，均可由其示数计算出一个轮重Gi，而最后输出轮重G则是将所有计算的轮重，依据相对距离的不同进行加权平均得到的，即
其中，Gi为第i个应变传感器输出的第一车轮重量，a1,a2,…aN均为非负数，为各应变传感器所计算轮重的权重，该权重与只与各应变传感器的相对距离信息有关，相对距离信息中携带的距离值越小权重系数越大，且a1+a2+…aN＝1。
步骤6，将上述得到的所有车轮重量直接加和，其和值就是整个目标车辆的重量。基于轮重的高精度结果，所得整车重量精度也很好，如图3所示。
对于方法实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。
图4示出了本发明一实施例提供的一种目标车辆称重系统的结构示意图，参见图4，该目标车辆称重系统，包括：第一获取模块41、第一处理模块42、第二处理模块43、第三处理模块44、第四处理模块45、以及第二获取模块46，其中；
第一获取模块41，用于当目标车辆经过行驶路面上的称重秤体时，获取设置在称重秤体中与目标车辆行驶方向相垂直的方向上的间隔分布的多个应变传感器采集的应变数据；
第一处理模块42，用于根据各应变传感器采集的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取车轮碾压位置数据；
第二处理模块43，用于根据车轮碾压位置数据，以及各应变传感器的位置数据，获取各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据；
第三处理模块44，用于根据各应变传感器与车轮碾压位置的相对距离数据，以及预设称重增益函数，获取各应变传感器的称重增益；
第四处理模块45，用于根据各应变传感器的称重增益，以及各应变传感器采集的应变数据，获取车轮的平均重量；
第二获取模块46，用于根据车轮的平均重量获取目标车辆的重量。
需要是，当目标车辆车轮碾压称重秤体时，称重秤体发生弹性形变，第一获取模块41采集应变传感器测得相应位置的应变数据，并将采集到的数据发送给第一处理模块42和第四处理模块45；第一处理模块42，用于根据各应变传感器采集的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取车轮碾压位置数据；第二处理模块43用于根据车轮碾压位置数据，以及各应变传感器的位置数据，获取各应变传感器与对应的车轮碾压位置的相对距离数据；第三处理模块44根据各应变传感器与对应的车轮碾压位置的相对距离数据，以及预设称重增益函数，获取各应变传感器的称重增益，并将获取到的数据发送至第四处理模块45；第四处理模块45根据接收到的各应变传感器的称重增益，以及各应变传感器采集的应变数据，获取车轮的平均重量；第二获取模块46，用于将根据上述步骤获取的所有车轮的重量相加，获得目标车辆的重量。
本实施例中，所述第一处理模块42，具体用于获取目标时刻各应变传感器的应变数据以及各应变传感器的位置坐标；根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，获取目标时刻的第一碾压位置坐标；根据不同时刻各应变传感器采集的应变数据，获取不同时刻的第一碾压位置坐标；结合加权平均方法，根据不同时刻的第一碾压位置坐标获取车辆碾压位置坐标，即车轮碾压位置数据。
本实施例中，所述第一处理模块42，具体用于根据目标时刻各应变传感器的应变数据，以及各应变传感器的位置数据，结合以下公式，获取目标时刻的第一碾压位置坐标：
xc＝f(x1,y1,x2,y2,…,xN,yN)
xi-xj＝(j-i)d,(i,j≤N)
其中，xc为所述第一碾压位置坐标；xi为第i个应变传感器的预存储的位置坐标；yi为车轮行驶过程中第i个应变传感器的应变数据；N为应变传感器的总个数；f为碾压位置坐标xc、各应变传感器的位置坐标(x1,x2,…xN)和应变数据(y1,y2,…,yN)间的关系函数；d为相邻两个传感器的间距。
本实施例中，所述第四处理模块45，具体用于获取各应变传感器根据称重增益和应变数据输出的第一车轮重量；根据以下公式，对各应变传感器输出的第一车轮重量进行加权平均处理，获取平均车轮重量G：
其中，Gi为第i个应变传感器输出的第一车轮重量；a1,a2,…aN为各应变传感器的第一车轮重量的权重，且a1+a2+…aN＝1。
对于系统实施方式而言，由于其与方法实施方式基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。
应当注意的是，在本发明的系统的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合。
本发明的各个部件实施方式可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本系统中，PC通过实现因特网对设备或者装置远程控制，精准的控制设备或者装置每个操作的步骤。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，并且程序产生的文件或文档具有可统计性，产生数据报告和cpk报告等，能对功放进行批量测试并统计。应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
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