国省道公路智能超限检测系统设计与应用研究

2022-08-19孙媛媛赵兴奎

交通建设与管理 2022年4期

张倩，孙媛媛，赵兴奎

（1.山东东泰工程咨询有限公司，山东淄博 256410；2.淄博市临淄区交通运输事业服务中心，山东淄博 255400）

0 引言

随着我国公路货运需求的不断增大，公路货运车辆超限问题已成为我国各地愈来愈突出的普遍问题,其对公路使用寿命、交通安全、环境保护等方面均有非常不利的影响。目前国省道公路传统治超管理工作主要存在以下几方面的问题：（1）大部分路外治超站检测设备仅能超重自动检测，车辆超宽、超宽等方面的检测仍以人工检查、测量为主，工作效率及准确率均偏低；（2）现有治超检测及管理系统自动化程度较低，导致需要大量的人员参与录入信息、车辆组织管理等工作，占用工作人员数量多、劳动强度大；（3）由于智能化水平较低，人工操作环节较多，人为主观因素在检测和治理工作中作用显著，个别人员职业素质不达标可能影响检测及治理工作的充分性、准确性及公平性[1]。

1 智能超限检测系统组成及总体解决方案

智能超限检测系统是采用智能监控及识别、信息集成及传输等技术，通过在公路路段安装必要的信息采集设备，在车辆行驶过程中，动态采集货运车辆外形、重量等参数，并通过网络信息传输、信息识别及对照等系统，实现对公路正常交通流中的货车的超限超重识别及检测，识别后的信息进入超限信息管理系统，实现对超限车辆的治理。

一套完整的国省道公路智能超限检测系统主要由前端车辆信息采集系统和后端超限检测信息管理系统组成。前端车辆信息采集系统一般由不停车称重设备、车牌识别及抓拍设备、信息发布设备、视频监控设备、数据传输设备、供电设备和动态称重检测区及其附属设施构成。后端超限检测信息管理系统一般设置于公路管理部门的治超站或超限治理联合执法指挥中心等，主要开展超限检测信息的储存管理及向违法车辆下达处罚信息、执行处罚措施等。智能超限检测系统的总体解决方案架构见图1。

图1 国省道公路智能超限检测系统总体解决方案架构

2 主要子系统构成及参数要求

2.1 动态称重子系统

动态称重子系统由称重控制器、称重传感器、线圈传感器、称重信号处理器（放大器）等组成[2]，通过与其他设备衔接，完成对动态货运车辆通过公路称重区时的车辆轴数、轴重、车货总重、轴距和速度等相关信息的采集、数据处理、识别，并将有关数据传输至前端服务器，同时向前端服务器发送车辆进入信号，供其他检测子系统触发使用。此外，动态称重子系统[3]中还需要集成轮轴识别器，以准确识别轮轴数量、轮胎宽度等指标。国内相关领域的研发及生产处于起步阶段。几类常见动态称重传感器的对比情况如表1所示。

表1 平板式、弯板式、石英式、条形应力式高速动态称重设备主要性能对比

通过对比分析得出，应力类传感器能较好地从原理上解决车辆极低速行驶下的精确称量问题；条形类传感器能较好地解决车辆高速行驶下的称量准确性问题，并实现传感器免维护。

动态称重子系统获取的轴重和车重信息，是超限判断的主要依据。其配置原则应包括：（1）为了保证车辆不漏检，称重传感器应该覆盖整个车辆可通行路面，包括硬化路肩，以避免超限司机逃逸；（2）线圈传感器配置数量宜为1个/可通行车道；（3）其他设备的配置，以满足全部称重传感器和线圈传感器的接入为基准。

2.2 车牌识别子系统

车牌识别子系统由车牌识别摄像机（卡口单元）、闪光灯、车牌识别控制器等组成，接收来自前端服务器的抓拍执行信号，完成车辆颜色、车牌和部分车辆类型的识别，并将检测结果数据送往前端服务器[4]。车牌识别子系统获取的车牌和车辆颜色数据，是超限执法的重要依据。同时，智能化的前脸识别可以为车辆类型判断提供辅助数据。车牌识别子系统配置数量，主要取决于需检测的车道数和配置方式。通常，每个车道每个抓拍方向配置一组抓拍设备，包括车牌相机和闪光灯。车牌识别的配置有多种模式，包括四向抓拍、三向抓拍、二向抓拍和单向抓拍四种。

2.3 视频监控子系统

视频监控子系统一般由高清球型摄像机、高清枪型摄像机、小型硬盘录像机等组成。视频监控子系统主要用于对超限车辆的现场录像，并保存5s录像与超限数据存入数据库作为现场违法凭证。同时也起到对现场安装的各种设备监视保护的作用。为提高系统扩展能力，视频监控系统内的各个摄像机和录像机应该作为独立IP设备接入公路信息化网络，除了向本检测站前端服务器提供图像数据外，还预留接口，可供公路管理部门从数据中心接收视频流。

除以上主要子系统外，智能超限检测系统还包括信息发布子系统、供电通信传输子系统等必要的组成部分。此外，整个系统的落地及运行实施还需要结合系统运行需要，完善相关配套设施、相关路段的土建改造及安全设施。

3 案例应用

以某山区省道为例，该省道是区域公路运输主干网的重要组成部分，是所在区域南北的物资运输通道。该路段为二级公路，设计速度60km/h，双向两车道，路基宽度11m，路面宽度9m，沥青混凝土路面结构。拟在适宜路段增设智能超限检测系统1套。根据当地公路管理部门的执法需求，综合考虑治超执法及路网管控需要、不停车超限检测系统的设备要求及道路实际情况等因素，选定智能超限检测系统建设位置，该路段线形顺直、纵坡平缓，前后1km内无可绕行交叉口。

3.1 动态称重子系统设计

动态称重子系统执行的检测精度指标为：（1）动态精度整车总重量5级，轴组精度F级；（2）速度范围：允许速度0～200km/h，检测速度0.5～100km/h；（3）荷载能力：≥30t；（4）过载能力：≥150%；（4）设备防护等级：IP68；（5）轴距检测误差：≤±150mm；（6）流量误差：≤1%；（7）输出信息：包括车速、车轴数量、轮重、轴重、轴组重、总重、车型等检测信息；（8）供电方式：AC220V±10%，50Hz±3Hz；（8）使用寿命：≥30000万轴次，使用期10年；（9）触发信号：矩阵式触发，能够识别车辆进入位置并给出相应的信号触发。

其中，轮轴子系统是被集成在动态称重子系统的轴重秤内，没有单独的硬件设备。具体执行参数：（1）轮轴检测：识别单双轮，误差≤5%；（2）轮胎宽度单位：25cm为一个单位；（3）单双胎识别准确率：≥99%。

3.2 车牌识别子系统设计

在该案例中，两个外场检测点均为双向通行，双向执法，但逆行车出现概率较高。因此，均采用四向抓拍方式。根据我国现行相关规范及识别标准要求，结合该系统功能需求，车牌识别的主要指标参数应满足以下要求：

（1）车辆颜色识别：系统提供公路行驶车辆的车身颜色识别功能，自动识别出10种常见车身颜色；（2）车辆号牌识别：系统提供过往检测车辆的车辆号牌识别功能，车辆号牌识别功能符合《机动车号牌图像自动识别技术规范》(GA/T 833—2009)要求；（3）车牌特写图片抓拍：系统通过部署的抓拍单元，抓拍目标监控区域过往车辆拍照并进行存储和展示；（4）捕获率：≥99%（线圈触发），≥95%（视频触发）；（5）识别牌照种类：民用车牌（除5小车辆），警用车牌，2012式新军用车牌，2012式武警车牌；（6）牌照识别率：≥90%；（7）车身颜色识别准确率：深浅分类准确率≥80%；车身颜色识别率（白天≥85%，夜晚≥80%）；（8）车型判别：可以识别7种车型[5]：大客车、中型客车、大货车、小货车、面包车、小轿车及SUV；（9）看清前排司乘人员面部特征：支持气体放电灯和LED频闪灯同步补光；抓拍图片可看清司乘人员人脸；（10）图像分辨率：3392(H)×2008(V)；（11）接口：1个100M/1000M自适应RJ45接口；1个RS－485半双工接口；（12）输出格式：JPEG；（13）整机功耗：＜36W。

3.3 视频监控子系统设计

为了保证有效拍摄范围及保存5s录像的需求，选用球型摄像机、枪型摄像机和硬盘录像机为核心构建检测系统的视频监控子系统。高清枪型摄像机包含前视摄像机、后视摄像机和侧视摄像机，每个执法方向都需要一组。高清球型摄像机安装在任意方向车牌识别L杆的顶端；前视摄像机安装在同方向车牌识别L杆的顶端；后视摄像机需要单独架设轻型立杆，距离称重区域大于30m；侧视摄像机可以安装在对向的车牌识别L杆的顶端。执行的主要技术标准：（1）过车视频录像：系统通过部署的抓拍单元，对目标监控区域进行录像存储和展示，并自动截取5s录像单独存储；（2）过车照片抓取：按照电子证据要求抓取多张车辆照片；（3）球机像素：≥300万；（4）枪机像素：≥700万；（5）前端录像容量：≥4T。