數(shù)據(jù)融合技術(shù)在車輛軸型識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：為了設(shè)計(jì)高可靠性和穩(wěn)定性的軸型識(shí)別系統(tǒng)，為高速公路計(jì)重收費(fèi)提供準(zhǔn)確的收費(fèi)依據(jù)和降低測(cè)輪器的維修成本，對(duì)高速公路計(jì)重收費(fèi)的車輛軸型識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行了研究。分析了車軸單／雙輪和各種常見車輛的軸型特點(diǎn)及識(shí)別原理，提出在稱重儀表中利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)即把來自輪軸識(shí)別器、秤臺(tái)、軸重、光柵和專家系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行融合對(duì)車輛軸型進(jìn)行綜合判斷，最終給出正確的軸型編碼?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明該系統(tǒng)不僅在各部分正常工作時(shí)能保證99％以上的識(shí)別率，而且在測(cè)輪器損壞時(shí)也能保證97％以上的識(shí)別率。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)融合；軸型識(shí)別系統(tǒng)；專家系統(tǒng)；軸型

動(dòng)態(tài)汽車衡是高速公路計(jì)重收費(fèi)中的主要裝置，軸型識(shí)別是對(duì)行駛車輛的各個(gè)軸的軸型進(jìn)行識(shí)別編碼，包括車軸的單／雙輪及聯(lián)軸信息。軸型識(shí)別系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)車輛的軸型編碼，主要為計(jì)重收費(fèi)提供重要的收費(fèi)依據(jù)，它包括輪軸識(shí)別器及儀表的綜合處理。輪軸識(shí)別器廣泛應(yīng)用于公路計(jì)重收費(fèi)、路政超限車輛檢測(cè)等領(lǐng)域。實(shí)際工程中使用的產(chǎn)品主要有兩種：一種是使用開關(guān)設(shè)備，長(zhǎng)時(shí)間易使雨水、沙塵侵入，容易導(dǎo)致設(shè)備損壞；另一種是使用壓力傳感器。這兩種輪軸識(shí)別器雖然應(yīng)用比較廣泛但都有著典型的共同缺點(diǎn)——安裝復(fù)雜繁瑣，故障率高，維護(hù)成本高。
本文提出以這兩種設(shè)備檢測(cè)為參考在稱重儀表中利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)將來自輪軸識(shí)別器、承載器(秤臺(tái))、光柵(車輛分離器)、各種車輛的軸型荷載特點(diǎn)的專家系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行融合來提高軸型識(shí)別的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，保證在輪軸識(shí)別器故障狀態(tài)下仍有較高的識(shí)別率。

1 系統(tǒng)組成部分
車輛動(dòng)態(tài)汽車衡主要由秤臺(tái)和稱重儀表構(gòu)成，配接車輛分離器(光柵)、車輛輪軸檢測(cè)器如圖1所示，來完成車輛軸重、車輛整車重量、輪胎數(shù)、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(shí)間和超限超載檢測(cè)。

軸型識(shí)別系統(tǒng)作為動(dòng)態(tài)汽車衡的重要功能單元，由輪軸識(shí)別器、秤臺(tái)、稱重儀表、光柵組成，系統(tǒng)控制的核心是稱重儀表。稱重儀表將來自輪軸識(shí)別器、秤臺(tái)、光柵和專家系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得出過往車輛的軸型編碼信息。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

1．1 輪軸識(shí)別器
輪軸識(shí)別器用來測(cè)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(tái)附近一排檢測(cè)器件(壓力傳感器或開關(guān)設(shè)備，此處以壓力傳感器為例)和輪軸識(shí)別電路構(gòu)成(如圖3所示)。根據(jù)車軸駛過時(shí)輪胎所壓傳感器的個(gè)數(shù)及情況來確定該軸車輪的單／雙輪胎(編碼為1／2)。

輪軸識(shí)別器的電路結(jié)構(gòu)主要由信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊和信號(hào)輸出模塊組成(如圖3所示)，利用模擬開關(guān)CD4067可以按地址將多路傳感器信號(hào)分時(shí)接入處理器進(jìn)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(zhuǎn)換器，速度可達(dá)100 kHz可節(jié)省硬件電路開銷。
1．2 秤臺(tái)
秤臺(tái)一方面配合艷軸識(shí)別器進(jìn)行聯(lián)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(hào)和其軸型的同步性。
在車輛的軸型結(jié)構(gòu)中，當(dāng)某兩個(gè)軸之間的軸距在約1 300 mm時(shí)可認(rèn)為這兩根軸構(gòu)成一個(gè)聯(lián)軸，如圖1所示(從左到右第三、四軸構(gòu)成二聯(lián)軸)。當(dāng)車輛的聯(lián)軸經(jīng)過秤臺(tái)時(shí)，構(gòu)成聯(lián)軸的兩根軸由于距離較短會(huì)同時(shí)將各自荷載分別施加到測(cè)輪器的傳感器和秤臺(tái)上。通過檢測(cè)這兩個(gè)信號(hào)的同步性可以判斷出軸型是否為聯(lián)軸。
1．3 光柵
光柵也即車輛分離器，由發(fā)射器和接收器組成。當(dāng)車輛通過時(shí)發(fā)——收光路被阻斷，車輛通過后光路恢復(fù)暢通并通過稱重儀表進(jìn)行收尾處理。在軸型識(shí)別系統(tǒng)中它可用來作為將各個(gè)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(shí)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)。