浅析WIM系统在车辆荷载监测中的应用

【摘要】WIM系统的出现有效地解决了关于超载超限车辆检测的关键问题，并且通过在车辆荷载监测中的应用，为修正规范汽车荷载取值提供了大量有效的数据基础，本文通过介绍WIM系统的组成及其工作原理，比较该系统的优势和不足，分析了该系统在车辆荷载监测工作中的广泛应用，并指明其在今后的发展方向。

【关键字】WIM 车辆荷载 监测

一、动态称重系统的意义

动态称重（Weigh-in-Motion简称为WIM）的定义[1]：动态称重是测量行驶车辆的动态轮胎受力并计算相应的静态车辆重量的过程；公路动态称重系统是一组传感器和支持仪器，用来测量在特定地点特定时间一辆行驶车辆的出现及其动态轮胎受力，计算车辆的重量、车速、轴距、车辆类型以及有关车辆的其他参数并且处理、显示和存储这些信息。

近年来，随着我国城市化进程和现代化发展，再加上超载超限运输经济利益的驱动，道路运输车辆超限超载现象极为普遍，在严重地区，几乎所有的货运车辆都存在不同程度的超载超限行为。货运部门通过改装车身、后桥和轮胎来大幅度提高货车的装载能力，使运输效率和经济效益得到很大的提高，但是超载超限却带来了诱发道路交通事故、损坏路桥基础设施、造成车辆自身损毁等一系列的重大危害。

通过科学快速地衡量车辆的重量是治理超载超限运输的关键手段。相对于静态称重，动态称重系统能够突出灵活机动、操作方便的特性，使其能够在不影响交通的情况下快速准确的判断出超载超限车辆，因此动态称重是现代交通中超限超载运输测量的主要手段和发展方向。同时，动态称重系统在车辆荷载监控中也得到了广泛应用，由于超载超限运输的出现改变了我国车辆荷载的分布，很多现有道路、桥梁的承受荷载超出了当初的设计值，要保证道路、桥梁设计和运营的安全，必须重新考虑规范里车辆荷载的取值，这就需要运用动态称重系统对现有交通情况进行监测，获取现有公路车辆荷载数据，在此基础上对规范里车辆荷载的取值进行修正。

二、动态称重系统的组成及其工作原理

目前使用的动态称重系统主要由称重仪、轮轴识别器、车辆分离器、车辆检测器、信息采集系统（包括数据中心处理器、信号处理器）等组成，其中称重仪由固定式称重平台、称重传感器、数据采集卡、整体框架、信号电缆和安装部件等构成；轮胎识别器由轮胎检测、识别装置、安装部件、数据采集卡等构成；车辆分离器由成对配置的红外线光幕发射和接收装置、控制器等构成；车辆检测器由埋设于车道的环形感应线圈、线圈检测器、信号电缆等构成。

当车辆通过称重仪时，传感器将信号输入到数据处理中心，对车辆每轴重量数据进行处理，计算出每个轴的重量和车辆总重，当车辆驶出称量区时，地感线圈与红外光栅按顺序发出信号，表示该辆车称量工作结束。信号处理器根据轮轴识别传感器的信号判断出每轴的轮胎数、轴型以及车型，从而得到该轴型规定的标准值，再与实测值进行比较，得出超限与否的结果。地感线圈信号为车辆称量收尾信号，保证车辆连续进入称量区时，准确的区分每辆车的检测数据。地感线圈与红外光栅完成正常行驶与倒车的检测，确保数据的准确性，并对车辆以外的物体或人通过时进行判断，避免出错。

三、动态称重系统在车辆荷载监测中的应用

在超载超限运输经济利益的驱动下，道路运输车辆超载超限现象极为普遍，多地发生由超载超限车辆引起的道路、桥梁损毁事故。根据目前交通状况及其发展趋势，对规范里的车辆荷载取值进行修正显得尤为重要。

车辆荷载统计工作展开已久，1994年，童乐为在上海展开交通调查并统计获得车辆荷载谱，调查的方法是采用计数观察法，该方法只能获得车辆数和车辆类型，无法准确获得轴距、轴重等准确信息[2]；2006年，王硕在上海通过“交通信息无线传输采集系统”统计出不同类型车辆的运行分布规律，但无法实时获得车重、轴重等信息[3]；2010年，许肇峰等人基于WIM系统，对广东省5条典型高速公路上的汽车荷载状况进行调查，建立车辆荷载模型，并与规范车辆荷载进行对比分析，证明了规范对活载效应的低估[4]。2012年，宗周紅等人对新沂河桥进行车辆荷载监测，获得该桥车重、车间距的分布信息，以及实际车辆荷载相对于公路一级的荷载效应增大系数[5]；2013年，作者通过对杭州市留石快速路进行长期的车辆荷载监测，获得该地区交通流分布情况，并建立车辆荷载模型，为该地区交通治理、桥梁的设计和检修提供依据[6]。

通过动态称重系统的投入使用，可以对车辆行驶的车道位置、轴重、总重、轴距、轮距、车型、车速等信息进行实时监测，相对于通过观察获得的交通调查数据，基于WIM的数据更具完整性，能够全面的记录实时发生的车况信息，在大量统计数据的基础上获得的结果也更具真实性；相对与静态称重系统，WIM系统具有灵活、机动的优势，不会对交通环境造成影响，并且只需要日常的设备检查、收集数据工作就能完成对交通流的监测，这样可以省去繁琐的人工监督工作。

随着动态称重系统的广泛使用，多地相继开展了车辆荷载监测工作，通过建立各地区的车辆荷载模型，为道路、桥梁的设计和检修提供依据。

四、动态称重系统的发展前景

目前对车辆荷载的监测有静态和动态两种方法，虽然静态称重精度高，但其会造成交通不畅，影响交通的通畅；而动态称重系统具有灵活、机动的优势，并且只需要通过日常的设备检查和数据收集就能完成对车辆荷载的长期监测工作，因此动态称重是现代交通中车辆荷载监测的主要手段和发展方向。

虽然汽车动态称重系统在研究应用方面已经取得了一定的成果，但是该系统在国内外都处于比较前沿的位置，各方面技术还不够成熟，这将对车辆荷载的监测工作造成一定的影响，比如对车辆通过速度的限制、系统数据采集的准确性和稳定性都会导致监测数据的偏差，这样的偏差必定会增加数据校核、误差处理的工作量，进而影响监测结果的真实性，因此，在测量精度、汽车通行速度、系统结构等方面的技术还需要进一步的发展。

参考文献：

[1] ASTM. Commitee. Standard specification for Highway weigh-in-motion（WIM） system with user Requirements and Test Method[s].1995 Annual book of ASTM standards 04（03）.wad and paving materials paving management technologies，1995.E1318-94

[2]童乐为，沈祖炎，陈忠延. 城市道路桥梁的疲劳荷载谱[J]. 土木工程学报，1997，05：20-27.

[3]王硕.桥梁运营荷载状况研究[D].上海：同济大学.2007.

[4]许肇峰，王强，刘仰韶. 基于WIM的广东省公路桥梁车辆荷载模型研究[J]. 桥梁建设，2012，06：39-44.

[5]宗周红，李峰峰，夏叶飞，袁微微. 基于WIM的新沂河大桥车辆荷载模型研究[J]. 桥梁建设，2013，05：29-36.

[6]芦良健. 基于实桥的超限车辆荷载模型及其荷载效应研究[D].南昌大学，2014.