數據融合技術(shù)在車(chē)輛軸型識別系統中的應用

摘要：為了設計高可靠性和穩定性的軸型識別系統，為高速公路計重收費提供準確的收費依據和降低測輪器的維修成本，對高速公路計重收費的車(chē)輛軸型識別系統進(jìn)行了研究。分析了車(chē)軸單／雙輪和各種常見(jiàn)車(chē)輛的軸型特點(diǎn)及識別原理，提出在稱(chēng)重儀表中利用數據融合技術(shù)即把來(lái)自輪軸識別器、秤臺、軸重、光柵和專(zhuān)家系統經(jīng)驗等數據進(jìn)行融合對車(chē)輛軸型進(jìn)行綜合判斷，最終給出正確的軸型編碼?，F場(chǎng)試驗表明該系統不僅在各部分正常工作時(shí)能保證99％以上的識別率，而且在測輪器損壞時(shí)也能保證97％以上的識別率。
關(guān)鍵詞：數據融合；軸型識別系統；專(zhuān)家系統；軸型

動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡是高速公路計重收費中的主要裝置，軸型識別是對行駛車(chē)輛的各個(gè)軸的軸型進(jìn)行識別編碼，包括車(chē)軸的單／雙輪及聯(lián)軸信息。軸型識別系統負責整個(gè)車(chē)輛的軸型編碼，主要為計重收費提供重要的收費依據，它包括輪軸識別器及儀表的綜合處理。輪軸識別器廣泛應用于公路計重收費、路政超限車(chē)輛檢測等領(lǐng)域。實(shí)際工程中使用的產(chǎn)品主要有兩種：一種是使用開(kāi)關(guān)設備，長(cháng)時(shí)間易使雨水、沙塵侵入，容易導致設備損壞；另一種是使用壓力傳感器。這兩種輪軸識別器雖然應用比較廣泛但都有著(zhù)典型的共同缺點(diǎn)——安裝復雜繁瑣，故障率高，維護成本高。
本文提出以這兩種設備檢測為參考在稱(chēng)重儀表中利用多傳感器數據融合技術(shù)將來(lái)自輪軸識別器、承載器(秤臺)、光柵(車(chē)輛分離器)、各種車(chē)輛的軸型荷載特點(diǎn)的專(zhuān)家系統經(jīng)驗等數據進(jìn)行融合來(lái)提高軸型識別的準確性、穩定性，保證在輪軸識別器故障狀態(tài)下仍有較高的識別率。

1 系統組成部分
車(chē)輛動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡主要由秤臺和稱(chēng)重儀表構成，配接車(chē)輛分離器(光柵)、車(chē)輛輪軸檢測器如圖1所示，來(lái)完成車(chē)輛軸重、車(chē)輛整車(chē)重量、輪胎數、輪胎寬度、車(chē)輛軸組、車(chē)輛軸型、車(chē)輛速度、車(chē)輛加速度以及過(guò)車(chē)時(shí)間和超限超載檢測。

軸型識別系統作為動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的重要功能單元，由輪軸識別器、秤臺、稱(chēng)重儀表、光柵組成，系統控制的核心是稱(chēng)重儀表。稱(chēng)重儀表將來(lái)自輪軸識別器、秤臺、光柵和專(zhuān)家系統經(jīng)驗等數據進(jìn)行融合，得出過(guò)往車(chē)輛的軸型編碼信息。系統組成框圖如圖2所示。

1．1 輪軸識別器
輪軸識別器用來(lái)測得所過(guò)車(chē)軸的單／雙輪及有／無(wú)車(chē)壓軸情況，它由固定在公路秤臺附近一排檢測器件(壓力傳感器或開(kāi)關(guān)設備，此處以壓力傳感器為例)和輪軸識別電路構成(如圖3所示)。根據車(chē)軸駛過(guò)時(shí)輪胎所壓傳感器的個(gè)數及情況來(lái)確定該軸車(chē)輪的單／雙輪胎(編碼為1／2)。

輪軸識別器的電路結構主要由信號采集模塊、信號處理模塊和信號輸出模塊組成(如圖3所示)，利用模擬開(kāi)關(guān)CD4067可以按地址將多路傳感器信號分時(shí)接入處理器進(jìn)行處理。選STC12C2052AD作為處理器，它具有8路8位高精度的高速A／D轉換器，速度可達100 kHz可節省硬件電路開(kāi)銷(xiāo)。
1．2 秤臺
秤臺一方面配合艷軸識別器進(jìn)行聯(lián)軸的判斷，另一方面可以判斷軸的行駛勞向來(lái)保證軍輛的軸序號和其軸型的同步性。
在車(chē)輛的軸型結構中，當某兩個(gè)軸之間的軸距在約1 300 mm時(shí)可認為這兩根軸構成一個(gè)聯(lián)軸，如圖1所示(從左到右第三、四軸構成二聯(lián)軸)。當車(chē)輛的聯(lián)軸經(jīng)過(guò)秤臺時(shí)，構成聯(lián)軸的兩根軸由于距離較短會(huì )同時(shí)將各自荷載分別施加到測輪器的傳感器和秤臺上。通過(guò)檢測這兩個(gè)信號的同步性可以判斷出軸型是否為聯(lián)軸。
1．3 光柵
光柵也即車(chē)輛分離器，由發(fā)射器和接收器組成。當車(chē)輛通過(guò)時(shí)發(fā)——收光路被阻斷，車(chē)輛通過(guò)后光路恢復暢通并通過(guò)稱(chēng)重儀表進(jìn)行收尾處理。在軸型識別系統中它可用來(lái)作為將各個(gè)軸的編碼組合為車(chē)型編碼的命令信息，如車(chē)型為124的4軸車(chē)(圖1所示)通過(guò)時(shí)各軸型編碼分別顯示：1222；收尾后顯示各軸組編碼即車(chē)型編碼：124(按河北省車(chē)型編碼)。