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淺談動態(tài)地磅發(fā)展史

本文通過闡述動態(tài)地磅的應(yīng)用領(lǐng)域，介紹了動態(tài)地磅的發(fā)展歷程及現(xiàn)階段動態(tài)地磅的問題，由此介紹了動態(tài)地磅的新時(shí)代—軸組式動態(tài)地磅，并通過與其他動態(tài)地磅的對比突出了軸組式動態(tài)地磅的特點(diǎn)和優(yōu)勢。
作最為描述物質(zhì)基本特性的度量衡之一，物體質(zhì)量的測量是有史以來人們最為重視的活動。近年來，隨著物流行業(yè)的急速發(fā)展，車輛的稱量問題浮出水面，如何準(zhǔn)確而快速地獲取車輛質(zhì)量的問題逐漸得到人們的重視。在動態(tài)汽車衡發(fā)展成熟之前，通常以靜態(tài)稱量的方式獲取車輛重量，盡管車輛靜態(tài)稱量的精度非常高，但車輛靜態(tài)稱量的效率是極其低下的。多年來，很多國家對車輛如何快速而準(zhǔn)確地稱重的問題進(jìn)行了探索，而我國在車輛的動態(tài)稱量中發(fā)展了獨(dú)有的技術(shù)。
一、動態(tài)地磅的發(fā)展
20世紀(jì)50年代，美國人受到德國人啟發(fā)，在國內(nèi)建造高速公路網(wǎng)，然而，隨之而來的卻是超限車輛對路面的損壞日益嚴(yán)重。美國自1953年即著手研究車輛運(yùn)動中的重量檢測技術(shù)。而最早進(jìn)行車輛動態(tài)稱重的技術(shù)研究，奠定了車輛動態(tài)稱重技術(shù)基礎(chǔ)的國家則是匈牙利。不過早期的動態(tài)稱重系統(tǒng)研究偏向于在硬件上解決問題，在傳感器以及承受器如何能夠精準(zhǔn)得反映車輛對其壓力的問題上一直在兜圈子。直到1976年春，來自日本的小野敏郎于第七屆IMEXO/TC3會議上發(fā)表了重要論文《動態(tài)稱重問題估算理論的應(yīng)用》，為車輛動態(tài)稱重提出了不同于以前的軟件方面的解決方案，是動態(tài)汽車衡的研究由純硬件測重向軟件突破的一個(gè)里程碑。
國內(nèi)針對地磅稱重研究開始在20世紀(jì)80年代初期，最早獨(dú)立研發(fā)動態(tài)地磅并提出成果的是重慶公路科學(xué)研究所，其研發(fā)的SM2000和SM3000動態(tài)汽車測重系統(tǒng)可以用在道路的自動化交通流量調(diào)查、貨車軸載重檢測、限重限超執(zhí)法等領(lǐng)域，山西的計(jì)量測試研究院與太原理工學(xué)院也曾進(jìn)行過聯(lián)合開發(fā)，最終開發(fā)出軸稱重式車輛動態(tài)地磅。隨著高速公路的不停發(fā)展，公路車的超載超限現(xiàn)象日益嚴(yán)重，而運(yùn)貨車輛的大幅增加，也使原有的靜態(tài)稱量技術(shù)效率低下的問題日益嚴(yán)重，因此對車輛的動態(tài)稱量產(chǎn)生了非常大的需求。
動態(tài)地磅是用稱重平臺和引道構(gòu)成的動態(tài)公路車輛自動衡器，根據(jù)計(jì)量的方式不一樣，動態(tài)地磅一般有軸組（或軸）重式動態(tài)地磅、輪重式動態(tài)地磅、整車式動態(tài)地磅三種樣式。
（一）軸重式動態(tài)地磅
稱臺式是最為常見的以軸稱量的方式獲取整車重量的動態(tài)地磅型式，稱臺式動態(tài)地磅的稱重平臺由承載體和支撐承載體的四只應(yīng)變式傳感器組成。當(dāng)車輛的每個(gè)軸動態(tài)形式經(jīng)過承載體時(shí)，承載體將車輛的軸重轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)變式傳感器的壓力，應(yīng)變式傳感器則將作用于其上的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺Q重系統(tǒng)采集應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生的電信號并進(jìn)行處理，相應(yīng)得出汽車每個(gè)軸的軸重，輔助分車設(shè)備對車輛駛?cè)牒碗x開進(jìn)行判別，車輛離開后對通過的每個(gè)軸重進(jìn)行加和獲取車輛的總重，其稱量的準(zhǔn)確性取決于安裝的道路情況、車輛段行駛速度、車輛的行駛方式以及稱重系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理水平。其優(yōu)點(diǎn)在于稱臺開挖量較小、施工進(jìn)度較快，且后期維護(hù)量小、成本低；其缺點(diǎn)在于軸的有效稱量距離短，為稱重平臺沿行車方向的速度，從而導(dǎo)致其精度和可靠性較低，受車輛速度計(jì)不規(guī)范行駛影響大。
（二）輪重式動態(tài)地磅
彎板式動態(tài)地磅是常見的輪重式動態(tài)地磅，彎板由框架支撐，它自身便是傳感器，當(dāng)車輪碾壓時(shí)，彎板受力向下彎曲變行導(dǎo)致應(yīng)變片電阻發(fā)生，從而可以得到車輪的重量以及車輛的總軸數(shù)，再對輪軸累加得到車輛的總重。其優(yōu)點(diǎn)在于開挖量小、施工進(jìn)度快、且后期維護(hù)量小、成本低；其缺點(diǎn)在于輪的有效稱量距離短，為稱重平臺沿行車方向的長度，從而導(dǎo)致其精度可靠性較低，受車輛速度及不規(guī)范行駛影響大，且對稱重平臺周圍的路面情況要求較高。
（三）整車式動態(tài)地磅
一方面，由于軸重式和輪重式地磅的稱重平臺較短，使車輛容易采取加速或減速的方式轉(zhuǎn)移車輛重心，從而導(dǎo)致稱重精度大大降低；另外一方面，由于傳統(tǒng)的靜態(tài)大稱的車輛通行效率較低，因而整車式動態(tài)地磅浮出水面。由于是整車稱量，車輛受外部因素的影響較小，其準(zhǔn)確度較高，整車稱量的準(zhǔn)確度可達(dá)到0.5級，甚至高達(dá)0.2級。但稱臺的體積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛度較低，要求動態(tài)過秤的速度較小，一般在15km以下，基礎(chǔ)施工量大，現(xiàn)場安裝復(fù)雜。
二、動態(tài)地磅的應(yīng)用
動態(tài)地磅是為了解決靜態(tài)地磅在車輛重量獲取中的低效問題而產(chǎn)生的。在國內(nèi)，車輛的動態(tài)稱重技術(shù)發(fā)展與目前的車輛超限超載情況息息相關(guān)。但動態(tài)稱重技術(shù)不只局限于超限超載治理的應(yīng)用，現(xiàn)在動態(tài)稱重系統(tǒng)有如下重要運(yùn)用領(lǐng)域。
（1）道路的交通量查詢。利用動態(tài)稱重系統(tǒng)及附屬的汽車感應(yīng)器計(jì)算某車道的車輛數(shù)量，車輛種類以及重量分散在哪一部分，依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到某一條路的車輛行駛狀況，以此作為依據(jù)來制定道路規(guī)劃設(shè)計(jì)、路面的養(yǎng)護(hù)以及路面大修計(jì)劃。
（2）超載運(yùn)輸管制。道路治理者建立道路超載執(zhí)法站，經(jīng)過精密、嚴(yán)厲的對超載超載車輛的司法，對道路路面形成了較好的保護(hù)，使車輛在道路上行駛更加安全。
（3）應(yīng)用于車載計(jì)量收費(fèi)。使用動態(tài)稱重系統(tǒng)于道路流通車輛，執(zhí)行按載荷收費(fèi)，完美詮釋了公平公正這一社會原則，多載則多繳費(fèi)，針對超限運(yùn)輸加大收費(fèi)力度，行之有效地制止了貨車超載超限對公路造成的損害，極大地保護(hù)了高速道路路面與橋梁，制止了持續(xù)增長的超限運(yùn)輸貨車對道路路面、橋梁的過分迫害，今兒大大提升了車輛駕駛的安全性能。
（4）設(shè)于道路閘道、彎道的載貨車的安全預(yù)示系統(tǒng)。這樣的運(yùn)用方式在當(dāng)前國內(nèi)還未曾出現(xiàn)。一般情況下，將設(shè)備放置在公路閘道或者彎道處，避免對不熟悉路況的貨車司機(jī)造成整車翻車或者傾覆。在匝道與彎道預(yù)先埋設(shè)稱重的設(shè)備與檢測的設(shè)備，依據(jù)車的重量與車的速度計(jì)算出灌完的離心力，進(jìn)而得到拐彎的安全行車速度，之后，道路前方電子顯示屏上自動地顯現(xiàn)出安全行駛速度，提醒駕駛司機(jī)不能超速行駛。
三、動態(tài)地磅存在的問題
動態(tài)地磅在計(jì)重收費(fèi)等領(lǐng)域的應(yīng)用中顯現(xiàn)出了一系列問題，主要凸顯在以下幾點(diǎn)。
（1）設(shè)備體積龐大，在收費(fèi)站場地安裝動態(tài)衡器的困難比較大，設(shè)備安置時(shí)間長，維護(hù)的復(fù)雜度高。
(2)設(shè)備的穩(wěn)定性能干擾費(fèi)額。系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)車型的對比主要如下：一是單雙胎型判別錯(cuò)誤；二是多軸或少軸，即稱重?cái)?shù)據(jù)相比車輛實(shí)際軸數(shù)多軸或者少軸的情況，是收費(fèi)無法正常進(jìn)行。面對以上情況，有些情況下收費(fèi)員可以通過修改限載來進(jìn)行調(diào)整，但限載修改以后兩次的收費(fèi)額會發(fā)生變化，司機(jī)會認(rèn)為是收費(fèi)員人為操作，極易引發(fā)矛盾；有些情況下只能讓車輛倒回重新稱重，從而引起車輛的排隊(duì)，甚至在倒車過程中發(fā)生事故。
（3）稱重的差異變成新問題的關(guān)鍵。載重車量在通過不同的收費(fèi)站、甚至不同的收費(fèi)車道時(shí)，其測量數(shù)據(jù)會反復(fù)出現(xiàn)稱量值偏差巨大的情況。而貨車司機(jī)則按照對自己有利的方式與收費(fèi)站收費(fèi)人員理論，經(jīng)常因此而產(chǎn)生糾紛。對于計(jì)重收費(fèi)來講，其收費(fèi)費(fèi)率與車輛的超限率息息相關(guān)，通常是超限率在某個(gè)閾值以下為標(biāo)準(zhǔn)費(fèi)率，某個(gè)閾值以上是加倍費(fèi)率，因此素然是極小的誤差，但有可能一下子就超越了閾值，需要交的道路通行費(fèi)也變化巨大，極易引起沖突。
（4）同行費(fèi)用被偷逃。一部分貨車司機(jī)利用逃費(fèi)技巧，以不規(guī)范的方式通過動態(tài)地磅。例如：以S行行車軌跡通過秤臺臺板，使輪胎向下的壓力分解成橫向的扭矩，從而減少某個(gè)或某幾個(gè)軸的稱量重量；車輛最末軸組通過動態(tài)地磅時(shí)采用拖車過秤臺臺板的方法，使車輛的重心前傾，進(jìn)而使后軸的重量減輕。
四、動態(tài)地磅新時(shí)代、
隨著高速公路的不斷發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，對于稱重精度、設(shè)備成本、施工進(jìn)度、維護(hù)復(fù)雜度、防作弊效果、設(shè)備穩(wěn)定性的綜合性要求會越來越高，而現(xiàn)有的動態(tài)地磅無法在這幾方面達(dá)到很好的平衡。縱觀動態(tài)地磅的發(fā)展歷程，凡是遇到需求的改變，新型是的動態(tài)地磅會應(yīng)運(yùn)而生。
軸組式動態(tài)地磅是綜合考慮了稱重精度、設(shè)備成本、施工進(jìn)度、維護(hù)復(fù)雜度、防作弊效果、設(shè)備穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)出來的，其性能對比見表1.它沿行車方向上的長度為5.1m，由四個(gè)稱重傳感器支撐，在稱重平臺的上秤端和下稱端個(gè)分布了兩組觸發(fā)器傳感器，用于識別車軸經(jīng)過上秤端和下秤端的方向，它分別對各個(gè)軸組進(jìn)行稱量，最后將各軸組的軸組重求和的到車輛的總重。一方面，由于是軸組稱量，所以運(yùn)動過程中在各相鄰軸（連軸中）之間的重量轉(zhuǎn)移對于軸重組的稱量幾乎沒有影響；另外一方面，其有效稱量距離為各軸組的軸間距與軸組完全獨(dú)立（或兩相鄰短軸距軸組）在秤臺上的可行駛距離的最小者，憑借如此大的稱量區(qū)域，不僅可以很好地保證稱重精度，還可以很好地從結(jié)構(gòu)上大大降低車輛作弊的難度；第三，由于其具有更加豐富多樣的數(shù)據(jù)信號，所以可以通過車輛的上、下秤速度更準(zhǔn)確地計(jì)算車輛通過秤臺的加速度，從而識別車輛的作弊行為，按照車輛加速度的動力學(xué)模型對作弊后重量進(jìn)行修正，可以很好的保證車輛的稱重精度。
五、結(jié)論
隨著對于稱重精度、設(shè)備成本、施工進(jìn)度、維護(hù)復(fù)雜度、防作弊效果、設(shè)備穩(wěn)定性的綜合性要求的逐漸提高，軸組式動態(tài)汽車將會逐漸被推廣使用，并將引領(lǐng)動態(tài)地磅的一個(gè)新時(shí)代.

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