數據融合技術在車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輛軸型識別系統進行了研究。分析了車軸單／雙輪和各種常見車輛的軸型特點及識別原理，提出在稱重儀表中利用數據融合技術即把來自輪軸識別器、秤臺、軸重、光柵和專家系統經驗等數據進行融合對車輛軸型進行綜合判斷，最終給出正確的軸型編碼。現場試驗表明該系統不僅在各部分正常工作時能保證99％以上的識別率，而且在測輪器損壞時也能保證97％以上的識別率。
關鍵詞：數據融合；軸型識別系統；專家系統；軸型

動態汽車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輛的各個軸的軸型進行識別編碼，包括車軸的單／雙輪及聯軸信息。軸型識別系統負責整個車輛的軸型編碼，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、路政超限車輛檢測等領域。實際工程中使用的產品主要有兩種：一種是使用開關設備，長時間易使雨水、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典型的共同缺點——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重儀表中利用多傳感器數據融合技術將來自輪軸識別器、承載器(秤臺)、光柵(車輛分離器)、各種車輛的軸型荷載特點的專家系統經驗等數據進行融合來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下仍有較高的識別率。

1 系統組成部分
車輛動態汽車衡主要由秤臺和稱重儀表構成，配接車輛分離器(光柵)、車輛輪軸檢測器如圖1所示，來完成車輛軸重、車輛整車重量、輪胎數、輪胎寬度、車輛軸組、車輛軸型、車輛速度、車輛加速度以及過車時間和超限超載檢測。

軸型識別系統作為動態汽車衡的重要功能單元，由輪軸識別器、秤臺、稱重儀表、光柵組成，系統控制的核心是稱重儀表。稱重儀表將來自輪軸識別器、秤臺、光柵和專家系統經驗等數據進行融合，得出過往車輛的軸型編碼信息。系統組成框圖如圖2所示。

1．1 輪軸識別器
輪軸識別器用來測得所過車軸的單／雙輪及有／無車壓軸情況，它由固定在公路秤臺附近一排檢測器件(壓力傳感器或開關設備，此處以壓力傳感器為例)和輪軸識別電路構成(如圖3所示)。根據車軸駛過時輪胎所壓傳感器的個數及情況來確定該軸車輪的單／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)，利用模擬開關CD4067可以按地址將多路傳感器信號分時接入處理器進行處理。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可節省硬件電路開銷。
1．2 秤臺
秤臺一方面配合艷軸識別器進行聯軸的判斷，另一方面可以判斷軸的行駛勞向來保證軍輛的軸序號和其軸型的同步性。
在車輛的軸型結構中，當某兩個軸之間的軸距在約1 300 mm時可認為這兩根軸構成一個聯軸，如圖1所示(從左到右第三、四軸構成二聯軸)。當車輛的聯軸經過秤臺時，構成聯軸的兩根軸由于距離較短會同時將各自荷載分別施加到測輪器的傳感器和秤臺上。通過檢測這兩個信號的同步性可以判斷出軸型是否為聯軸。
1．3 光柵
光柵也即車輛分離器，由發射器和接收器組成。當車輛通過時發——收光路被阻斷，車輛通過后光路恢復暢通并通過稱重儀表進行收尾處理。在軸型識別系統中它可用來作為將各個軸的編碼組合為車型編碼的命令信息，如車型為124的4軸車(圖1所示)通過時各軸型編碼分別顯示：1222；收尾后顯示各軸組編碼即車型編碼：124(按河北省車型編碼)。