地磅计重收费系统在寒冷地区应用分析

地磅计重收费是借助计重收费系统，根据计费质量确定收 费标准和费用总额的一种公路通行费征收方式。计重收费 是公路通行费征收方式的调整和完善，目前已在全国24个 省（市）收费公路上实施。黑龙江省冬季漫长且寒冷，平 均气温-14’C,最低气温达-45’C 5(TC。经调査，在与 黑龙江省相同的气候条件的地区，还没有计重收费系统的 应用案例，计重收费系统生产商无法出具在低温环境下计 重收费系统的动态检测报告。在产品宣传资料中，部分生 产商描述计重收费系统所有的外场设备都可以在-45 ~7(TC 范围内正常工作，但都无法提供有力证据。所以，地磅计重收费系统能否在寒冷地区稳定运行，是有关方面关注的焦点 问题。

系统结构

1.计重收费系统概述

计重收费系统由计重秤台、控制柜、轮胎识别器、红外 光幕车辆分离器及环形线圈车辆检测器等组成。计重收费系 统构成见图1。

当车辆进人出口计重收费车道时，红外光幕车辆分离器检测车辆到达，车辆各轴依次通过轮胎识别器，轮胎识 别器判断出车辆轴组类型或轮胎数量。当车辆通过计重秤 台时，每轴的重量经两侧轮胎使称重传感器内部电阻阻抗 失衡，而输出与重量成比例的信号，经线性放大器、A/D 转换器转换成数字信号，经微处理机处理后，完成每一轴 重动态计量。在车辆完全通过计重秤台后，将轴重累计， 得到车辆总重，车辆分离器产生一个信号，进入数据处理 状态。在此状态，控制柜中数据采集处理器对所记录的数 据进行处理，将车速、加速度、轴型、总重、超限率等信 息通过标准接口（RS232)按照规定的格式输出至车道控制 机。

2、计重秤台

目前计重秤台主要有两大类型：常规机械钢结构秤台、 弯板式秤台。机械钢结构秤台在结构上有两种形式：称重传 感器安装在高于秤台的位置，称之为上翻式秤台，另一种则 是将传感器装在秤台下面，与常规地磅一样。二者对比， 前者因传感器装在地下，不易被水浸泡，更换也较为方便。 但此结构两头有突起，必须将突起部分装于安全岛内或另加 保护以免压坏。

3.控制柜

控制柜由称重数据采集和处理器、通讯及应用软件、控 制和接口单元、电源单元、电缆接线、仪表（含计重相关信 息显示窗口）、机柜等构成，主要用于采集处理称重数据， 并将称重数据上传至车道收费计算机。

4.轮胎识别器

其作用是正确判别车轴每侧是单轮还是双轮，同时与秤 台一起判别轴型是单轴还是双联轴或三联轴。目前常见的轮 胎识别器大体上有两大类：一是采用多个传感器，通过检测 车轮压到传感器的数目来判断单/双轮，另一种是采用压电 元件来识别，后者使用不多。

5、红外光幕车辆分离器

红外光幕车辆分离器的作用是检测车辆是否已完全通过秤台，由一组红外发射/接收对管组成。考虑到拖挂车的检 测，相临红外管之间的间距不宜大于20mm,为能检测各种 车型，红外管最低离地高度不宜大于30cm,最高点离地高 度不小于170cm，高速公路上行驶的车辆类型比普通公路简 单一些，一般可适当放宽高度要求。目前一般选用120cm的 红外分离器，也可用140cm规格。除高度要求以外，红外分 离器主要是要考虑足够的检测距离，要确保在恶劣气候如浓 雾、雨雪等条件下能正常工作。

6、环形线圈车辆检测器

环形线圈车辆检测器可作为红外光幕车辆分离器的备 份。环形线圈车辆检测器是利用车辆经过埋有线圈的路面时 引起线圈电感量的变化来检测车辆的，它不能可靠地分离二 辆靠得很近的车辆，也会将拖挂货车误判为两个车，因此准 确率较低。

实际应用分析

黑龙江省处于我国最北端，冬季持续时间长，雪量较 大，气候寒冷。在这种寒冷、多雪的气候环境下，全国各厂 家的计重收费设备都没有应用案例，整个计重收费系统也没 有做过低温动态测试，无法证明计重收费系统在黑龙江省冬 季寒冷条件下能否正常工作。按黑龙江省交通厅要求，2007 年9月，黑龙江省高速公路计重收费项目办公室组织了十个 计重收费设备厂商，在哈双、哈同、哈大、哈牡、呼绥、佳 鹤六条高速公路】8个收费站出口收费车道安装了 19套计重收 费设备，并于该年10月至次年3月这个较为寒冷的时间段， 进行实际应用。与此同时，对上述十个厂家提供的秤台式、 弯板式及石英式计重收费设备，对七大类20个单项进行详细 的测试分析，以全面掌握不同类型的计重收费设备在寒冷环 境下的工作状况。

1、主要测试内容

在黑龙江省寒冷的环境下，对计重收费系统的测试分为 专项测试和运行测试，主要测试如下：

(1)专项测试

专项测试是使用标准，参考车辆相关数据，对计重收 费设备的称重性能、计重收费设备、软件等内容进行综合测 试，专项测试由黑龙江省计量检定部门按照以下测试内容进 行。

①正常情况下称重性能测试

依据《动态公路车辆自动衡器检定规程》JJG907-2006

进行正常情况下称重性能测试。

②异常情况下称重性能测试。

取两个不同质量的参考车辆，一辆为三轴刚性车辆，车 货总质量在10~15吨之间，另一辆车为五轴铰接挂车，车货 总质量要求在35吨以上。

?有效称量速度范围内称重测试

每辆参考车按5km/h的增量逐步加快通过速度，分别 在4~6km/h、9~llkm/h、14~16km/h、19~21km/ h, 24~ 26km/h、29~ 31km/h等速度点进行5次称量，记 录称量值，分析称量精度，直至称量误差达到±5%以上为 止。

?车辆启动、停止状况下称重精度测试

使每辆参考车后车轴在称台上有明显停留，停留时间大 于3秒，重新启动，加速通过秤台后记录称量数据，重复10 次，记录称量值，分析称量精度。

?车辆刹车状况下称重精度测试

每辆参考车从10km / h—5km / h刹车状况下通过称 台，记录称量数据，重复10次分析称量精度。

?秤台上有冰雪覆盖物时称重精度测试

提前12小时在称台之上浇注lcm厚的冰，然后选取上述 两个不同质量的参考车辆，以5km/h匀速通过称台，每辆车 重复5次，分析称量精度。

③红外光栅车辆分离器测试

?光栅分辨率测试

在光栅的测试范围内，使用不同宽度的遮挡物阻断光 栅，分析并测出能够阻断光栅的最小遮挡物宽度。

?最小分车距离测试

使用两个宽度大于最窄遮挡宽度的遮挡物间隔一定距离 先后阻断光栅，逐步缩小两个遮挡物的间距直到光栅无法分 辨为止，其间距即为最小分车距离。

?光栅抗干扰能力测试

在光栅的测量范围内，采用雪、强光、烟雾等干扰光 栅，分析其受影响的情况。

④收尾线圈测试

?辅助收尾功能

人为制造红外光栅车辆分离器故障，厂家人员不能操作 设备，要求自动切换为收尾线圈收尾。分析计重收费系统在 车辆通过时能否正常收尾。

?收尾距离测试

采用电磁感应物(如铁板等)沿车道测量线圈的感应范围移动，前后感应点的距离即收尾距离。

⑤计重收费设备配套软件测试

?测试准备

用RS-232串行电缆连接计重设备和测试计算机，并在 测试计算机上安装动态连接库和测试软件，正确设置测试计 算机的RS-232串行通讯口。

?数据通讯起源和动态连接库自主运行测试

当参考车辆部分驶过秤台，且未收尾时暂停，此时在测 试计算机显示界面上应能够观察到无称量数据上传。车辆继 续前进，收尾后在测试计算机显示界面上能够观察到动态连 接库缓存有该车的称重数据。符合上述情况，则认为数据通 讯是由收尾信号发起的，而且数据通讯可以不需要计重收费 软件干涉，由动态连接库自动进行。

?计重设备缓存能力测试

重启测试计算机清空动态连接库中缓存的称重数据，再 发同步命令从计重设备向测试计算机同步称重数据，检査动 态连接库中缓存的称重数据与原来的数据是否相符，若相符 则认为计重设备具有缓存能力。

?称重数据删除测试

发删除命令将前项测试中缓存的数据删除1~2条，重启 测试计算机清空动态连接库中缓存的称重数据，再发同步命 令从计重设备向测试计算机同步称重数据，检查动态连接库 中缓存的称重数据是否对应减少，若对应减少则认为符合要 求。

?车辆进入后退出测试

当参考车辆驶入车道并收尾后，在测试计算机上应能观 察到计重设备发出的该车称重数据，若该车退出后可以观察 到该车的称重数据被清除，则认为计重设备能够正确处理车 辆进人后退出的情况。

?车辆不完全退出

当参考车辆驶人车道并收尾后，在测试计算机上应能 观察到计重设备发出的该车称重数据。若该车部分退出通 过秤台(未收头），再完全进人车道时，若缓存的称重数据 不变，则认为计重设备能够正确处理车辆不完全退出的情 况。

?车辆不完全进人

当参考车辆驶人车道，部分通过秤台(未收尾)，再完全 退出车道时，若计重设备不发出任何称重数据，在测试计算 机上也未观察到称重数据的改变，则认为计重设备能够正确

处理车辆不完全进人的情况。

?车辆在称台上不完全倒车

当车辆驶人车道，并在秤台上来回进退(未收尾也未收 头)，再完全进人车道时，在测试计算机上应能够观察到计 重设备发出的该车称重数据，若该数据与车辆的实际情况相 符，则认为计重设备能够正确处理车辆在称台上不完全倒车 的情况。

?模拟故障测试

人为使计重设备的各个组成部分产生故障，观察测试计 算机上获得的故障代码与实际情况是否相符，若相符则认为 计重设备能够正确发出各种出错信息。

⑥计重收费设备在低温环境下启动测试

在冬季低温环境之下，将计重收费设备电源关闭24小时 之后，重新通电开机，检查计重收费设备工作是否正常。

2、运行测试

运行测试主要对红外光幕车辆分离器分车性能、计重收 费系统轮胎识别性能、计重收费系统稳定性进行测试。运行 测试由高速公路管理部门组织实施。

红外光幕车辆分离器分车性能测试

以测试当天24小时内通过测试车道所有车辆为测试对 象，记录车辆分离器的车辆分离情况，将计重收费系统分离 结果与人工观测记录结果分析、比较，然后进行统计汇总， 计算车辆分离器分车正确率，并进行分析。

计重收费系统轮胎识别性能测试

轮胎识别性能测试与车辆分离器分车性能测试同步进 行。以测试当天24小时内通过测试车道的5T以上货车为测 试对象，记录计重收费系统轮胎识别情况，将计重收费系统 识别结果与人工观测记录结果分析、比较，然后进行统计汇 总，计算轮胎识别正确率，并进行分析。

计重收费系统稳定性测试

①测试前的准备。为了测试计重收费系统的稳定性，要 求安装计重收费设备的测试车道开放，进行正常收费业务。 设备厂家人员将设备的电源与收费亭持续供电系统(UPS供 电)连接，保证设备连续采集数据。由管理人员负责派发封 条，将控制机柜封存，厂家人员不得再对设备做任何操作， 收费站计重收费相关人员负责监督。

②在计重收费系统稳定性测试期间，如设备出现故障等 因素，厂家技术人员需操作设备，必须以书面申请的方式上 报，说明情况并得到许可后，再进行操作。收费站计重收费负责人要对厂家人员打开封条操作设备的情况进行记录，最 后将有关情况汇总。

③计重收费系统稳定性测试内容见表1。

测试地点：——收费站 号出口车道

日期： 天气: 气温：

公路管理处(或公司): 供货商：

应用分析

在黑龙江省寒冷的环境下，对十个设备厂家的19套计重 收费设备经过三个多月的实际应用和测试，分析如下：

1、在-30X：条件下，计重收费设备的称重精度未发生 改变，十个厂家计重收费设备大多能满足国家质检总局发布 《动态公路车辆自动衡器》（J J G907-2006)关于整车重量最 大允许误差的要求，在低速勻速情况下，十个厂家19台计重表2 19台计重收费设备在低速勻速情况下称重合格率汇总表

2、车辆通过称重平台的速度对称重精度有一定影响， 当车速大于20km/h时，秤台式计重收费设备称重误差明显 偏大，在高速情况下，19台计重收费设备的称重合格率汇总见表3。

表3 19台计重收费设备在高速情况下称重合格率汇总表

3、称重区域结冰、积雪对弯板式和石英式计重收费设 备称重精度有一定的影响，但是经过收费站管理人员及时清 雪除冰，上述设备均能满足规定的称重精度要求；

4、积雪、结冰对轮胎识别器的轮胎识别功能影响较 大，常常将双轮胎识别为单轮胎。在路面结冰情况下，19套 轮胎识别器的识别正确率汇总见表4,

表4轮胎识别器在路面结冰情况下轮胎识别正确率汇总表

5、计重收费系统中心控制柜内使用嵌人式计算机较为 稳定，在寒冷环境之下启动较为顺畅，不用进行预加热，在 室外中心控制柜内也不用安装温控设备，

6、在寒冷环境下，称重传感器式的轮胎识别器由于没 有机械运动，工作较为稳定，误判率较低，

7、下雪、大雾对红外光幕车辆分离器分车性能没有明 显的影响，但是，红外光幕的玻璃外罩在冬季容易凝霜，所 以在寒冷环境下红外光幕的玻璃外罩自动除霜功能必不可 少；

8、计重收费系统中心控制柜安装到收费亭内，可降低 温差和电磁效应对控制柜内机电设备的影响，使计重收费系 统工作更加稳定。

结束语

经过应用和测试，可以证明计重收费系统能够在寒冷环 境下正常运行工作，完全可以满足黑龙江省对载货类车辆进 行计重收费的需要。但是，在寒冷地区使用计重收费设备时 要注意：首先，应加大秤体下部排水沟及排水管的尺寸，确 保冬春和秋冬交替之际排水畅通，防止秤体下部结冰而影响 计重设备的称重精度，其次，对称重区域的清雪除冰工作要 及时，防止雪水流人秤体后重新结冰而影响设备正常使用， 第三，加强对计重收费设备的维护保养工作，定期巡查和计 量检定，确保设备正常运行。