基于电子秤原理的快速公交满载率检测方法研究①

赵海敬++吴学帮++曾锐

摘 要：在城市道路交叉口快速公交信号优先控制系统运行时，考虑到车辆满载率的影响，利用电子秤测重原理，设计车辆满载率检测装置，包括稳压器、称重传感器、信号发射接收器及满载率检测器整体设计，通过设置一定重量值作为信号优先控制实现条件，进而实现真正意义上的交叉口信号优先控制。

关键词：交叉口 信号优先 快速公交 满载率 检测

中图分类号：U491.1+7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（c）-0051-03

随着我国经济的快速发展，汽车保有量急速上升，城市交通拥堵现象越发严重。为减缓我国城市交通压力，国家、政府和相关部门都致力于寻找解决的办法和措施，近年来，不断提倡“低碳生活，绿色出行”，优先发展公共交通事业成为解决城市交通难题的重要途径[1]。

如何增强城市公共交通客运能力，提高乘客出行舒适度和便捷性成为城市交通管理者亟需解决的难题。目前，很多城市已经大力发展快速公交（Bus Rapid Transit，BRT），其作为一种新型公共客运系统，利用现代化公交技术配合智能交通和运营管理，开辟公交专用道路，以其快速、高效且节省经济的公共交通模式，为解决城市交通拥堵、增加客流量、缩短旅行时间等方面做出重要贡献[2]。而在公共交通通行能力的计算，尤其是道路交叉口信号优先控制系统运行中，公交车满载率作为最基本的参数之一，在一定程度上影响了优先控制结果。因此，为实现真正意义上的道路交叉口快速公交信号优先控制，有必要对车辆满载率的问题进行研究。

1 满载率的定义

公交车辆满载率是指公共交通车辆运载乘客的平均满载程度。它是衡量车辆利用程度的重要指标，同时还可作为编制行车时刻表的重要依据和提升乘车舒适性的考核标准[3]。

在我国大多数城市，尤其是早晚高峰期，出行乘客数量远远大于公交车座位数量，此时可定义公交车载客率大于1，而且在大多数情况下都甚至大于2.5，因为通常探讨的满载率问题与实际有差异，常用满载率指标来进行定义 。

在快速公交通行能力计算中有3种情况对公交满载率进行定义，分别是总体满载率、线路满载率、车辆满载率。

（1）总体满载率。指汽车在日、月、年度的客运周转与客运段的路程之比，数据显示在运行时间内各个段面的平均满载率。计算公式为：

（2）线路满载率。指公交路线上车辆的满载率时所形成的路程加平均值，其计算的公式为：

（3）车辆满载率。平时使用的计算方法是运用线路的最大的断面客流量与同一断面运营能力的分析对比，也就是说车上实际乘客的数量和汽车型号额定载荷的人数之比，是衡量车辆利用率的标准。其计算方式為：

在道路交叉口信号优先控制系统中，考虑满载率的设置，不仅可以避免公交车辆的资源浪费，还可减少社会车辆由于信号调整导致的交通拥堵问题。

2 车辆满载率检测器设计

在以上3种定义中，车辆满载率最为基础，且信号优先控制系统中也是以车辆满载率为指标[4]，该文重点研究车辆满载率检测模型，建立在电子秤电路原理的基础上，通过对电子秤的电路原理图进行分析，认为其对汽车满载率检测的准确率非常高。满载率电路图的基本核心处理器有稳压器、称重传感器、输入与非门反相器、数字电压表、震荡器、0-1进位器、信号接收发射装置等装置。

2.1 稳压器

稳压器在电路中起到非常重要的作用，首先，可以给整个运行系统提供非常稳定的电压；其次，能够避免电路中各个运行系统元器件受到不稳定电流的冲击。该文选用稳压器型号是LM340，其不仅能够提供比较稳定的电源，而且耗能少、体积小，安装便捷，其电路图如图1所示。

2.2 称重传感器

称重传感器由电源、继电器、重量开关等组成。考虑到实际路况，分别把3个重量开关放置在公交车前中后3个地方，不管路况如何变化，只有3个重量开关同时闭合，电路才能接通，所以采用3个串联的重量开关来控制整个电路的接通与闭合，当3个重量值达到额定值的时候，重量开关就会闭合，电路就会接通，此时电路中的继电器就得到通电，称重传感器就会发出重量信息并传输到控制器中。采用3个串联的重量开关可以很好地解决路面复杂性对检测结果的影响；而且只需要一个低电压就可以控制高电压的接通与断开，可以很好地保护高电压中的元器件，称重传感器电路图如图2所示[5]。

2.3 信号发射接收器

满载率检测器的发射装置主要是由信号处理器、两根天线、电感和若干个电容等组成。信号处理器主要是控制处理信号的接收与发射，天线负责信号的接收和发送，电感和电容是控制电路的信号的稳定运行。选择该装置的原因是：整个装置体积小；只需要一个振荡器就可控制与处理信号的接收与输出；信号的传送速度比较快，做到实时信号的接收与传送，提高了整个装置的工作效率。其电路图如图3所示。

2.4 检测器整体设计

稳压器提供给检测器稳定的电压以满足整个检测器的运行，当称重传感器上的3个重量开关达到设定值的时候，重量开关就会接通，称重传感器输出信号给数字电压表处理器，信号经处理后输出给震荡器和0-1信号进位器，当信号显示是0的时候，信号不发出，当信号显示1时，信号传输给信号发射装置，发射装置处理后以无线电发送到信号识别系统，其整体电路图如图4所示。

3 满载率的应用

假设快速公交车上的乘客平均重量是60 kg/人，公交车额定座位有35个，包括司机在内，那么给公交车能达到快速通过信号交叉口设置一个值（条件），根据以上假设，该值假设设置为质量为2100 kg，也就是说当重量检测器的值达到设定值的时候，就会发出信号，申请优先通行。

信号优先权示意图如图5所示。

4 结语

该文采用质量测量计数设计实现公交满载率的检测，可以对乘客上下车进行加减计数。当乘客上了车辆时进行质量加法计数，当乘客车辆下车后进行减法计数，得到数据后传输到信号控制中心，当数据达到额定值时，可以优先通行，否则没有优先通行权，快速公交满载率的检测方法研究在一定意义上对交叉口信号优先控制提供了技术支持。

参考文献

[1] 文国玮.城市交通与道路系统规划[M].北京：清华大学出版社，2001.

[2] 张丽娜.浅谈解决中国城市交通拥堵问题的主要思路[J].现代企业文化，2009（5）：118-119.

[3] 刘欢，李文权.城市交通调度中公交满载率问题的研究[J].城市交通工程与信息学报，2008，6（4）：104-109.

[4] 杨思源.基于快速公交乘客刷卡数据的车辆满载率推算方法研究[J].物流技术，2016，35（12）：74-78.

[5] 赵总社.关于电子秤的工作原理与应用[J].科技信息，2007（1）：70.