一种基于“自由交通流”模式的高速公路货车预检计重智慧收费系统的制作方法

本发明涉及智慧交通技术领域，尤其是一种基于“自由交通流”模式的高速公路货车预检计重智慧收费系统。

背景技术：

货车超载对高速公路安全行车或运输造成了极大的危害，货车超载使货车长期处于超负荷运转状态，造成车辆安全性能下降，诱发了大量的高速公路交通事故。据统计，70％的高速公路交通事故是由于货车超载引发的，50％的群死群伤的事故重大道路交通事故与超限超载有直接关系，因此，货车超载运输严重危及国家和人民的生命和财产安全，给人民生命财产造成了巨大的损失。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于“自由交通流”模式的高速公路货车预检计重智慧收费系统，能够有效减少由于路面不平及车辆重心不稳引起的称重偏差，为治超部门和高速公路收费系统提供在线实时服务。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于“自由交通流”模式的高速公路货车预检计重智慧收费系统，包括：三车道货车预检系统、治超点和无人值守收费站；三车道货车预检系统由三个车道的第一智慧动态称重系统组成；第一智慧动态称重系统包括摄像机1#和2#、动态称重传感器组1#、线圈、机柜1#、led显示屏1#和物联网传输端1#；所述摄像机1#和2#、动态称重传感器组1#、线圈、led显示屏1#分别和机柜1#内的工控机的输入端相连，机柜1#内的工控机的输出端和物联网传输端1#相连；摄像机1#和2#采集货车车牌信息；动态称重传感器组1#感知车辆重量信息；线圈通过车辆经过时产生的震荡信号检测有车辆经过并分离车辆；led显示屏1#实时显示货车车牌、重量以及是否超重等信息；物联网传输端1#将货车车牌、重量和是否超重等信息上传至高速公路管理部门的云端数据服务器；治超点供高速公路管理部门对超重货车进行执法；无人值守收费站由三个车道的第二智慧动态称重系统组成；第二智慧动态称重系统包括摄像机3#和4#、动态称重传感器组2#、物联网传输端2#、光幕、led显示屏2#和机柜2#；摄像机3#和4#采集货车车牌信息；动态称重传感器组2#感知车辆重量信息；光幕传感器将多个光电传感器等距离地排列在发射器和接收器上，所产生的测量光线在测量区域形成一道幕墙，对货车进行外围轮廓扫描获得剖面尺寸后通过串口把光幕可编程控制器与机柜中的控制器相连，从而可以检测车辆到达、分离车辆以及得出货车的长度和宽度信息；物联网传输端2#将货车车牌、车型、重量等信息上传至云端数据服务器；led显示屏2#实时显示货车的车牌、车型、重量等信息。

优选的，三车道货车预检系统的三个车道的第一智慧动态称重系统分别包括两台车牌识别摄像机1#和2#，安装于道路前进方向的后方与道路方向垂直的龙门架上；动态称重传感器组1#采用两排四根压电石英传感器铺设方案，压电石英传感器交错排列连接；每排压电石英传感器间的距离为0.45m，每根压电石英传感器的长度为2m；led显示屏1#安装于道路前进方向的前方与道路方向垂直的龙门架上。

优选的，治超点位于预检岛台和无人值守收费站之间，距预检岛台和收费站的距离分别为0.5km和1.5km。

优选的，无人值守收费站的第二智慧动态称重系统的摄像机3#和4#安装于收费站后方与道路方向垂直的龙门架上；动态称重传感器组2#采用四排八根压电石英传感器铺设方案，每排由两根沿道路方向铺设的压电石英传感器串行连接；每排压电石英传感器间的距离为0.45m，每根压电石英传感器的长度为2m；光幕距第一排压电石英传感器的距离为0.5m；led显示屏2#安装于收费站前方与道路方向垂直的龙门架上。

优选的，货车从三车道预检系统通过后，若为超重货车，云端数据服务器实时提醒治超点工作人员货车超重，治超点工作人员将超重货车按路面指引标识引导至治超点进行执法；若为非超重货车，货车正常通行。

优选的，压电石英传感器采用瑞士kistler9195gc51的高精度压电石英传感器组，可实现高速度下的称重误差低于2.5％。

优选的，三车道货车预检系统的第一智慧动态称重系统的动态称重传感器组采用两排四根压电石英传感器铺设方案，四根传感器每两个为一组，交错排序，在一定程度上减少了车辆震动带来的误差且降低了施工成本；无人值守收费站的第二智慧动态称重系统的动态称重传感器组采用四排八根压电石英传感器的铺设方案，八根传感器每两个为一组，会测出四组结果，对四组结果分别进行分析，如果有一种结果与其他三种结果相差过大，可以舍弃，取其他几组的测量数据进行融合算法，得到最后的测量结果；这种排布方式保证了称重结果的真实可靠，进一步降低了称重的误差。

优选的，第一智慧动态称重系统和第二智慧动态称重系统的称重算法如下：设t时刻第i组(第一智慧动态称重系统：i＝1,2；第二智慧动态称重系统：i＝1,2,3,4)传感器的权重为货车碾压传感器的速度为多传感器融合权重为μi；则t时刻的称重数据xt为：

约束条件为：

本发明的有益效果为：(1)本发明在预检系统和无人值守收费站分别安装了两组智慧动态称重系统，其中动态称重传感器组1#和2#感知货车重量信息，第一智慧动态称重系统的动态称重传感器组采用两排四根压电石英传感器铺设方案，四根传感器每两个为一组，交错排序，在一定程度上减少了车辆震动带来的误差且降低了施工成本；第二智慧动态称重系统的动态称重传感器组采用四排八根压电石英传感器的铺设方案；每排由两根沿道路方向铺设的压电石英传感器串行连接，可有效减少由于路面不平及车辆重心不稳引起的称重偏差；摄像机安装于龙门架上，可同时采集货车车头和车尾的车牌信息；(2)本发明采用物联网传输端通过专用无线网络将货车车牌、车型、重量和是否超重等信息实时上传和下载至高速公路管理部门的云端数据服务器，可为治超部门和高速公路收费系统提供在线实时服务。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于“自由交通流”模式的高速公路货车预检计重智慧收费系统布置方案图，主要包括：三车道货车预检系统、治超点和无人值守收费站；所述的三车道预检系统由三个车道的第一智慧动态称重系统组成；所述第一智慧动态称重系统包括摄像机1#和2#、动态称重传感器组1#、线圈、机柜1#、led显示屏1#和物联网传输端1#；所述动态称重传感器组1#采用两排四根压电石英传感器铺设方案，压电石英传感器交错排列连接，每根压电石英传感器的长度为2m，每相邻两排石英传感器组间距离为0.45m。摄像机1#和2#安装于道路前进方向的后方与道路方向垂直的龙门架上，可实现货车前后车牌信息的获取。摄像机1#和2#、动态称重传感器组1#、线圈、led显示屏1#分别和机柜1#内的工控机的输入端相连，机柜1#内的工控机的输出端和物联网传输端1#相连。

如图1所示，所述无人值守高速公路入口由三个车道的第二智慧动态称重系统组成；所述第二智慧动态称重系统包括摄像机3#和4#、动态称重传感器组2#、光幕、机柜2#、led显示屏2#和物联网传输端2#；所述动态称重传感器组2#采用四排八根压电石英传感器铺设方案，每排由两根沿道路方向铺设的压电石英传感器串行连接，每根压电石英传感器的长度为2m，每相邻两排石英传感器组间距离为0.45m。采用四排八根压电石英传感器组铺设方案，可有效减少由于路面不平及车辆重心不稳引起的称重偏差，从而有效改善由单排石英传感器作为称重传感器而造成的称重偏差。光幕发射红外线根据光幕被遮挡部分感知货车长度和宽度信息，并分离车辆。摄像机3#和4#、动态称重传感器组2#、光幕、led显示屏2#分别和机柜2#内的工控机的输入端相连，机柜2#内的工控机的输出端和物联网传输端2#相连。

如图1所示，所述治超点位于预检岛台和无人值守收费站之间，距预检岛台和收费站的距离分别为0.5km和1.5km。

货车沿道路前进方向分别通过三车道预检系统时，所述后向方向的摄像机1#采集货车车头的车牌信息，前向方向的摄像机2#采集货车车尾的车牌信息。所述动态称重传感器组1#采用两排四根压电石英传感器铺设方案，货车车轮碾压动态称重传感器组1#产生的波形信号传输到机柜，由机柜中的数据采集器进行采集和处理，并最终生成货车重量信息。所述led显示屏1#分别安装于道路前进方向的前方与道路方向垂直的龙门架上，实时显示货车车牌、重量和是否超重等信息；所述物联网传输端1#将货车车牌、称重和是否超重等信息上传至高速公路管理部门的云端数据服务器。

货车从三车道预检系统通过后，若为超重货车，云端数据服务器实时提醒治超点工作人员货车超重，治超点工作人员将超重货车按路面指引标识引导至治超点进行执法；若为非超重货车，货车正常通行。

货车驶入无人值守收费站时，所述后向方向的摄像机3#采集货车车头的车牌信息，前向方向的摄像机4#采集货车车尾的车牌信息。所述动态称重传感器组2#采集货车重量信息。所述光幕距第一排压电石英传感器的距离为0.5m，光幕所形成的光路与动态称重传感器组平行，光幕发射红外线根据光幕被遮挡部分感知货车长度和宽度信息，并分离车辆。所述led显示屏2#安装于道路前进方向的前方与道路方向垂直的龙门架上，实时显示货车车牌、车型、重量等信息；所述物联网传输端2#将货车车牌、车型和重量等信息上传至高速公路管理部门的云端数据服务器。

本发明中，货车分别通过三车道的预检系统时，三车道的朝向道路前进方向后方的摄像机1#感知货车车头的车牌信息，朝向道路前进方向前方的摄像机2#感知货车车尾的车牌信息；动态称重传感器组1#感知货车重量信息，并由机柜1#中的数据采集器进行采集和处理；线圈检测车辆经过并分离车辆；led显示屏1#实时显示货车车牌、重量和是否超重等信息；物联网传输端1#将货车车牌、重量和是否超重等信息上传至高速公路管理部门的云端数据服务器；对于超重货车，治超点工作人员将其引导至治超点执法，非超重货车正常行驶至无人值守收费站；货车驶近无人值守收费站，朝向道路前进方向后方的摄像机3#感知货车车头的车牌信息，朝向道路前进方向前方的摄像机4#感知货车车尾的车牌信息；动态称重传感器组2#感知货车重量信息，并由机柜2#中的数据采集器进行采集和处理；光幕发射红外线根据光幕被遮挡部分感知货车长度和宽度信息，并分离车辆；物联网传输端2#将货车车牌、车型、重量等信息上传至云端数据服务器；led显示屏2#实时显示货车的车牌、车型、重量等信息。

本发明提出了一种基于“自由交通流”模式的高速公路货车预检计重智慧收费系统，货车可在60-80km/h速度范围内通过货车预检系统，实现货车的动态称重功能，感知货车前后车牌，通过物联网传输端从高速公路管理部门的云端数据服务器上传货车车牌、重量和超重等信息，并通过治超点工作人员和路面指引标识将超重货车引导至治超点执法，使非超重货车正常通行；并货车可在30-50km/h速度范围内通过无人值守收费站，实现货车动态称重功能，感知货车前后车牌、车型，通过物联网传输端从高速公路管理部门的云端数据服务器上传货车车牌、车型、重量等信息，实现货车的自由交通流模式。