激光轮轴识别器在高速计重收费系统的应用

张刚++马广林

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.094

摘 要：激光轮轴识别器是新一代车辆轴型识别设备，用于替换传统轮轴识别器。该识别器采用当前最先进的激光扫描技术，能精确获得车辆是否有箱体、轮轴数、轴型、单双胎、车辆高度、轮胎直径及轴距等信息，在检测精度以及抗干扰方面具有优异的性能，彻底解决传统轮轴传感器使用寿命短、维护成本高的行业难题。

关键词：轮轴识别器 激光扫描技术 工作原理 精度

中图分类号：TH715.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（a）-0094-02

《GB1589-2016道路车辆外轮廓尺寸、轴荷及质量限值》及交通部62号令明确货运车辆额定载荷，依据轴型、驱动轮个数、是否安装空气悬挂等各个维度进行限定，其中轴型为主要依据。此标准改变了原来单一按照轴数规定货运车辆额定载荷的方法。新认定标准对轮轴识别器的故障率、检测方法及精度提出更高要求。

1 现有轮轴识别器存在问题

高速公路计重系统轮轴识别器主要有接触式和非接触式两种类型。接触式轮轴识别器主要有胶条式、触点式、压电式。非接触式轮轴识别器主要由开关量式、光栅式。其工作原理及存在问题如下。

胶条接触式轮轴识别器工作原理采用导电橡胶制作成一定长度的胶条，横向或斜向铺设在车道上。当有车辆经过时碾压胶条，其受压产生开关量闭合信号；通过两条平行铺设的胶条的信号变化情况，判断车辆胎型信息（即判断单双轮），缺点为寿命短、短维修成本高、易磨损、单双轮识别率低、易受温度影响。

触点接触式轮轴识别器工作原理主要由压力传感器单元和轮轴识器处理控制单元两部分组成；压力传感器组合单元安装在收费车道称台旁，其由数个压力传感器一字排列，传感器间距为10cm组合形成检测单元；轮轴识器处理控制单元根据车辆所压传感器的数量判断车辆胎型等数据信息，通过串行通信方式传送给主控设备。缺点是单个传感器受力较大并且要有排水系统，故障率高，维护成本高，寿命短。

压电式触点式接触式轮轴识别器工作原理采用压电薄膜传感器进行识别，当有力作用在压电陶瓷上时，压电陶瓷就会产生电荷，通过电路放大就能产生信号.缺点是无法检测长期压在上面的车轮，不能检测静止在传感器上的车辆，只能检测动态信号，寿命短，维护成本高。

开光量光信号非接触式轮轴识别器工作原理通过处理器将接收到的光信号状态与预设的光信号值相对比，若接收到的光信号大于预设的光信号值则判为轮轴信息并上传到处理控制单元。缺点是测量面积较小，容易受外界干扰，无法辨别单双胎。

光纤光栅非接触式轮轴识别器工作原理采用光纤光栅轮轴识别传感器作为传感部件，LED作为光源，用光功率计进行信号检测，当车轮经过轮轴识别传感器时，相应识别传感器里面的光纤光栅的布拉格反射波长发生改变，引起整条光路反射光强的变化。根据发生光强变化的光路数即可对轮胎的数目进行判别。缺点是容易受地面障碍物遮挡造成误判，安装复杂、维护困难。

以上传统轮轴识别器共同特点为使用寿命短、故障率高、维护成本高、识别率低，成为行业难题。因此选用新型激光轮轴识别器将降低维修成本，提升产品的整体稳定性。

2 激光轮轴识别器工作原理

激光轮轴识别器是在高速公路收费岛固定位置处安装激光立杆，扫描式测距激光仪安装于立杆上方1.5m处。激光仪沿着垂直于行车方向的角度扫描，获取通过车辆的实时截面数据，当其检测到一个完整的轴后，立即将检测的单双胎结果发送给数据采集处理器。数据采集处理器根据激光扫描线与称台的布局，来识别轴组，进而根据激光给出的胎型数据来识别轴组型。从而得到完整的车型和轮轴数据，通过485串口发送给数据采集控制器。数据采集控制器根据获取到的称重台的称重数据及激光仪发送的轴型数据，识别通过车辆的车型。

激光轮轴识别器工作示意如图1所示。

3 激光轮轴识别器构成及特点

激光轮轴识别器基于先进的激光扫描技术，通过主动扫描车辆外形，利用三维点云重构技术进行车辆高度、长度、轴距、轴型、轮胎直径的测量，同时判断是否有厢体存在，具有测量精度高、抗干扰能力强等特点；激光轮轴识别器包括扫描式激光传感器、激光控制器、串口转换器、数据采集处理器等。

3.1 扫描式激光传感器

激光轮轴识别器主要扫描元件为激光传感器，传感器发出波长为905nm的激光形成激光扫面断面。当车辆经过扫断面时，在50Hz的激光扫描频率下，将车辆情况整体分解为几十个精确的断面信息，通过计算精准的测出车辆的实况信息，如车辆高度、长度、是否装货、车厢信息、是否有玻璃、凹槽位置等信息，对于细分车型提供了充分的依据。传感器发出的激光源，具有良好方向性及穿透能力，在各种极端天气工况下，依然能够精确测量。

3.2 激光控制器

激光控制器是整个轮轴识别器的核心，其接收激光传感器扫描数据，车辆整体通过激光扫描截面时，通过单个轮轴的速度以及车辆的整体结构，得到轮轴间的相对位置关系，从而计算出车辆的轴组信息。激光控制器技术性能为：轴数识别精度、单双胎识别精度达到99.5%，平均无故障时间：≥50000h。

4 激光轮轴识别器优势

（1）使用寿命长。扫描式测距激光仪安装在立杆上，不与车辆直接接触，日常使用过程中没有损耗。因此使用寿命长。

（2）安装维护简单，开通时间短。不需要开槽施工，施工期间不影响车辆通行；通过安装支架固定在立杆上，安装维护简单。

（3）胎型识别率高。基于激光扫描技术，通过多年技术积累形成三维云重构技术及胎型识别算法，保证系统胎型识别准确率。

（4）不受车辆异常行驶的影响。激光仪安装于收费岛上1.5m的立杆，车辆异常行驶（如反复碾压，跳轮轴等方式）不影响激光轮轴识别，大大提高了系统的抗干扰性和防作弊性能。

5 结语

基于激光扫描技术的新型轮轴识别器与传统轮轴识别器相比较，既解决了传统轮轴识别器精度不高、寿命短、维护成本高的行业难题，又满足了新技术标准要求。随着新技术标准规范在高速公路计重收费行业的贯彻执行，各收费站可在现有通行费基础增加收入2%～3%，所以激光輪轴识别器凭借自身优势，将在公路计重收费、路政超限车辆检测及港口码头计重管理行业得到广泛应用。

参考文献

[1] GB 1589-2016，汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值[S].

[2] 超限运输车辆行驶公路管理规定（交通运输部令2016年第62号）[Z].

[3] 激光轮轴识别器技术方案[Z].北京万集科技股份有限公司.endprint