ETC 模式货车计重收费系统设计
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本系统采用产生式规则对秤台的传感器进行综 合推理袁产生式通常用于表示具有因果关系的知识袁 其形式为院P寅Q 或者 IF E THEN H遥 其中袁P 是产 生式的证据袁指出该产生式可用的条件曰Q 是一组结 论袁用于指出当前提 P 所指条件被满足时袁应该得出 的结论遥 产生式的 IF渊如果冤被称为条件尧前项或产 生式的左边曰它说明应用这条规则必须满足的条件曰 THEN渊那么冤部分被称为操作尧结果尧后项或产生式 的右边遥 在产生式系统的执行过程中袁如果某条规则 的条件满足了袁那么袁这条规则就可以被应用曰本文 所设计的控制模块是基于产生式规则的袁基本逻辑结 构为院{IF渊事实项集冤THEN渊结论冤规则体部分 噎噎 结束}遥
多传感器信息综合推理技术需要同时采集过秤
雾灯 轮轴识别器 手动栏杆
天线
车牌识别器 自动栏杆机
室外称重 控制柜
地 感 线 圈
车道信息 控制器
信息显 示屏
收费亭
地 感 线 圈
落
杆
线 圈
ETC 车道
秤台
wenku.baidu.com
豁口自动栏杆 光栅
收费亭 MTC 车道
图 1 系统布局图
收费亭
86
中国测试
2016 年 7 月
时多只传感器的数据信息袁在系统的 CPU 中进行数 据融合推理袁利用信息互补袁提高系统决策尧规划的 科学性袁反应的快速性和准确性遥 本系统在称重台面 的不同位置安装了称重渊拉力冤传感器袁并将传感器 进行分组排列袁每组传感器可推断出一种或多种异 常现象袁然后根据专家系统中补偿数据库对各类数 据按属性权重进行补偿袁最终得到车辆的称量结果遥 系统的称重部分主要有院2 个称重台面尧8 只称重传 感器尧2 只拉杆传感器尧8 只轮轴识别传感器和处理 称重数据的仪表遥 传感器位置分布如图 2 所示袁8 只 称重传感器分别放置于 2 个称重台面的 4 个角袁用 于采集施加在称重台面上的压力袁并且可根据行车方 向上不同位置传感器的波形计算出车辆过秤的速度 以及加速度曰2 只拉杆传感器分别放置在一个称重 台面的左 右侧袁其输出 信号与称重台面水平方向 的 位移成一定的线性关系袁实际中可根据输出信号的 大小判定车辆拖磅现象的严重程度袁该传感器的信 号是对拖磅现象进行补偿重要依据曰 称重台面中间 放置 8 只轮轴识别传感器袁 主要用于识别车轴的轮 胎数量遥
R4院IF 9尧10 号传感器超过阈值 AND 车辆有明 显加减速 THEN 车辆拖磅遥
R5院IF 1~8 号传感器正常 AND 1~8 号传感器 波形不一致 THEN 车辆跳磅遥
R6院IF 1~8 号传感器正常 AND 1~8 号传感器 波形不一致 AND 9尧10 号传感器波形不一致且超过 阈值 THEN 车辆走野S冶型路线过磅遥
the basic information of the truck. The weighing system uses multi -sensor integrated reasoning
techniques to compensate for the weighing data and detect anomaly. The experiments have showed that the release time of such toll lane is 7.49 s；the average time of the whole system operation is 16.99 s. Comparing with manual semi-automatic charge mode，the charging method greatly improves the efficiency of trucks release and relieves congestion of the vehicle. Keywords: dynamic weighing；DSRC short-range link communication；truck ETC；traffic congestion
的时候所产生的机件损耗和车辆尾气排放污染[3]遥 对 电子不停车系统的研究袁大多数论文已进行全面详 细的研究和设计[4-5]袁而电子不停车计重收费系统的 研究大多都处于探讨和浅析阶段遥
本文以已实现计重收费的高速公路联网收费系 统为依托袁利用已有的 ETC 不停车收费技术与计重 收费技术袁提出了一站式双秤台前置单天线方式的 ETC 计重收费方案[6]遥
0引言
如何提高收费站通行效率袁有效缓解直至解决 收费站区拥堵问题袁成为高速公路运营管理领域的 重要课题[1-2]遥 电子不停车收费系统能够提高收费车 道的快速通行能力袁加快收费速度袁并减少车辆刹车
收稿日期院2015-10-27曰收到修改稿日期院2015-12-12 作者简介：张剑勇渊1978-冤袁男袁山西原平市人袁工程师袁主要 从事自动化系统尧嵌入式系统的设计和开发研究。
在该系统中袁按图 2 所示将传感器编号袁并根据 实际现象建立如下规则院
7
8
5 3
9 1
图 2 传感器位置分布图
6 4
10 2
R1院IF 1~8 号传感器数据有效袁THEN 得到车辆 单轴重初值遥
R2院IF 1尧3尧5尧7 号传感器数据有效袁THEN 得到 车辆单轴的速度及加速度遥
R3院IF 1~8 号传感器数据不一致袁THEN 分析出 故障传感器并及时剔除该组传感器数据遥
Design of truck weighing toll system based on ETC mode
ZHANG Jianyong1，ZHOU Shangru2，YANG Jun2 （1. Shanxi Wanli Technology Company，Taiyuan 030032，China； 2. College of Information Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）
Abstract: In order to solve the highway toll gate truck low release efficiency，and serious traffic congestion problems，combined with advanced dynamic weighing technology and short link DSRC communications technology， we propose a scheme based on ETC truck weight fees. The program realizes the non -stop truck weight fees， through the use of the double dynamic weighing scale platform as a weighing system and radio frequency identification technology used to read and write
第 42 卷第 7 期
张剑勇等：ETC 模式货车计重收费系统设计
85
1 货车 ETC 计重收费系统方案
1.1 方案的组成及原理 一站式双秤台前置单天线方式的 ETC 计重收
费方案布局图如图 1 所示袁主要由双秤台动态称重 系统和 ETC 收费系统组成遥 车辆从 ETC 车道称重区 进入袁秤台称重并计算尧显示载重量曰车辆称重后袁系 统把当前称重车辆的数据加入到车辆队列的最后袁 并增加已称重的车辆数遥 当车辆进入通信区域并与 天线交易时袁系统从车辆队列中取第一辆车的称量 结果结合天线读到的其他通行数据进行费额计算袁 并向 OBU 发送扣款尧写卡指令袁交易成功后放行遥 栏 杆打开袁 车辆通过栏杆并离开落杆线圈后系统清除 车辆队列中的第一台车遥 如果车辆称重后交易不成 功袁则从前端豁口处离开袁此时同样要清除质量队列 中的第一台车遥
第 42 卷第 7 期 2016 年 7 月
中国测试 CHINA MEASUREMENT & TEST
Vol.42 No.7 July，2016
doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2016.07.017
ETC 模式货车计重收费系统设计
张剑勇 1袁 周尚儒 2袁 杨 军 2
（1. 山西万立科技有限公司，山西 太原 030032；2. 太原理工大学信息工程学院，山西 太原 030024）
大屏提示车辆驶入 MTC 通道进行人工收费袁此时车 道控制器控制豁口处的自动栏杆渊豁口处留有 5 m 宽的无障碍区域袁小型车辆可以直接从豁口处转至 MTC 车道而不需要豁口处的栏杆抬起冤放行车辆袁处理完 毕后车道信息控制器将车辆转移完毕的信息交给 车道机袁提示车道机准备进行下一辆车的处理[7-8]遥 1.2 ETC 车道长度的计算
异常检测遥 实验表明院该收费方式的车道放行时间为 7.49 s袁整个系统运行的平均时间 16.99 s袁与人工半自动化收费方
式相比大大提高货车的放行效率袁缓解车辆的拥堵问题遥
关键词院动态称重；DSRC 短程链路通信；货车 ETC；交通拥堵
文献标志码院A
文章编号院1674-5124渊2016冤07-0084-04
以上的规则库建立之后袁当车辆过秤时袁具体结 构流程如图 3 所示遥
3 异常逻辑解决方案
为防止车辆在未称重情况下从侧面进入 ETC 收费车道袁把车道两侧的 ETC 收费引导部分适当加 长袁形成野称重区冶遥 如图 4 所示袁为方便部分不能正 常交易的车辆离开 ETC 车道袁 如院 无 OBU 电子标 签尧OBU 电子标签识别错误尧 路侧单元识别的轴型 与称重显示控制器识别的轴型不匹配尧OBU 电子标
2 动态称重技术
货车 ETC 计重收费实施面临最大的难点是称重 的准确度袁本系统中的双秤台动态称重系统采用了 多传感器信息综合推理技术对称量状态进行智能识 别和数据补偿袁并使用自适应卡尔曼滤波算法对称 重数据进行滤波处理袁实现了车辆在正常通行情况 下的高准确度称重袁动态准确度等级达到国标 2 级 指标渊检定准确度为依1.0%冤遥
基本过车处理流程如下院当车辆驶入该 ETC 计 重收费车道时袁首先对车辆进行动态称重处理袁称重 完毕后袁称重显示控制器将汽车的重量和轴型传送 给车道信息控制器曰 当车辆驶入 ETC 通信区域时袁 ETC 路侧单元对车载电子标签 OBU 进行唤醒和识 别袁识别成功后将车辆信息渊如车型尧车牌号码和高 速公路入口地点等冤上传到车道机中袁同时车道信息 控制器将称重信息上传到车道机中曰车道机将称重信 息和 ETC 路侧单元的信息进行融合与综合处理并 计算出将收取的费用后控制 RSU 对车辆的 OBU 进 行扣费袁收费成功后自动栏杆抬起袁车辆放行遥 如遇 到 RSU 对车辆的 OBU 信息读取失败尧 最终收费失 败或者非货车 ETC 车辆等非正常流程袁则通过显示
摘 要院为解决高速公路收费口货车放行效率低尧车辆拥堵严重等问题袁结合先进的动态称重技术和 DSRC 短程链路
通信技术袁提出一种基于 ETC 模式的货车计重收费方案遥 该方案采用双台面动态衡作为称重系统和射频识别技术对
货车的基本信息进行读写袁从而实现货车不停车计重收费遥 其中袁采用多传感器综合推理技术对称量数据进行补偿和
ETC 车道长度是指 ETC 车道中 ETC 识别装置 至车道自动栏杆的距离遥 在本方案中袁ETC 车道长度 的影响因素有 5 个院1冤ETC 车辆过站时允许的最大 速度曰2冤车辆自身长度曰3冤ETC 系统对一辆车的收费 处 理 时 间 曰4冤 电 动 栏 杆 的 动 作 时 间 曰5冤 驾 驶 员 对 路 边信息显示屏上有关信息的识读时间遥 汽车长度一 般不超过 18 m袁速度为 30 km/h袁ETC 识别时间不超过 300 ms袁高速自动栏杆袁栏杆运行时间在 0.5~0.8 s袁由 此可计算出距离为 27m遥考虑到场地条件限制袁本系统 中动态称重系统到 ETC 天线距离为 23 m袁天线识别 区域中两地感线圈的中心距为4 m袁天线到识别区域 1 号地感的距离为 9 m遥
多传感器信息综合推理技术需要同时采集过秤
雾灯 轮轴识别器 手动栏杆
天线
车牌识别器 自动栏杆机
室外称重 控制柜
地 感 线 圈
车道信息 控制器
信息显 示屏
收费亭
地 感 线 圈
落
杆
线 圈
ETC 车道
秤台
wenku.baidu.com
豁口自动栏杆 光栅
收费亭 MTC 车道
图 1 系统布局图
收费亭
86
中国测试
2016 年 7 月
时多只传感器的数据信息袁在系统的 CPU 中进行数 据融合推理袁利用信息互补袁提高系统决策尧规划的 科学性袁反应的快速性和准确性遥 本系统在称重台面 的不同位置安装了称重渊拉力冤传感器袁并将传感器 进行分组排列袁每组传感器可推断出一种或多种异 常现象袁然后根据专家系统中补偿数据库对各类数 据按属性权重进行补偿袁最终得到车辆的称量结果遥 系统的称重部分主要有院2 个称重台面尧8 只称重传 感器尧2 只拉杆传感器尧8 只轮轴识别传感器和处理 称重数据的仪表遥 传感器位置分布如图 2 所示袁8 只 称重传感器分别放置于 2 个称重台面的 4 个角袁用 于采集施加在称重台面上的压力袁并且可根据行车方 向上不同位置传感器的波形计算出车辆过秤的速度 以及加速度曰2 只拉杆传感器分别放置在一个称重 台面的左 右侧袁其输出 信号与称重台面水平方向 的 位移成一定的线性关系袁实际中可根据输出信号的 大小判定车辆拖磅现象的严重程度袁该传感器的信 号是对拖磅现象进行补偿重要依据曰 称重台面中间 放置 8 只轮轴识别传感器袁 主要用于识别车轴的轮 胎数量遥
R4院IF 9尧10 号传感器超过阈值 AND 车辆有明 显加减速 THEN 车辆拖磅遥
R5院IF 1~8 号传感器正常 AND 1~8 号传感器 波形不一致 THEN 车辆跳磅遥
R6院IF 1~8 号传感器正常 AND 1~8 号传感器 波形不一致 AND 9尧10 号传感器波形不一致且超过 阈值 THEN 车辆走野S冶型路线过磅遥
the basic information of the truck. The weighing system uses multi -sensor integrated reasoning
techniques to compensate for the weighing data and detect anomaly. The experiments have showed that the release time of such toll lane is 7.49 s；the average time of the whole system operation is 16.99 s. Comparing with manual semi-automatic charge mode，the charging method greatly improves the efficiency of trucks release and relieves congestion of the vehicle. Keywords: dynamic weighing；DSRC short-range link communication；truck ETC；traffic congestion
的时候所产生的机件损耗和车辆尾气排放污染[3]遥 对 电子不停车系统的研究袁大多数论文已进行全面详 细的研究和设计[4-5]袁而电子不停车计重收费系统的 研究大多都处于探讨和浅析阶段遥
本文以已实现计重收费的高速公路联网收费系 统为依托袁利用已有的 ETC 不停车收费技术与计重 收费技术袁提出了一站式双秤台前置单天线方式的 ETC 计重收费方案[6]遥
0引言
如何提高收费站通行效率袁有效缓解直至解决 收费站区拥堵问题袁成为高速公路运营管理领域的 重要课题[1-2]遥 电子不停车收费系统能够提高收费车 道的快速通行能力袁加快收费速度袁并减少车辆刹车
收稿日期院2015-10-27曰收到修改稿日期院2015-12-12 作者简介：张剑勇渊1978-冤袁男袁山西原平市人袁工程师袁主要 从事自动化系统尧嵌入式系统的设计和开发研究。
在该系统中袁按图 2 所示将传感器编号袁并根据 实际现象建立如下规则院
7
8
5 3
9 1
图 2 传感器位置分布图
6 4
10 2
R1院IF 1~8 号传感器数据有效袁THEN 得到车辆 单轴重初值遥
R2院IF 1尧3尧5尧7 号传感器数据有效袁THEN 得到 车辆单轴的速度及加速度遥
R3院IF 1~8 号传感器数据不一致袁THEN 分析出 故障传感器并及时剔除该组传感器数据遥
Design of truck weighing toll system based on ETC mode
ZHANG Jianyong1，ZHOU Shangru2，YANG Jun2 （1. Shanxi Wanli Technology Company，Taiyuan 030032，China； 2. College of Information Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）
Abstract: In order to solve the highway toll gate truck low release efficiency，and serious traffic congestion problems，combined with advanced dynamic weighing technology and short link DSRC communications technology， we propose a scheme based on ETC truck weight fees. The program realizes the non -stop truck weight fees， through the use of the double dynamic weighing scale platform as a weighing system and radio frequency identification technology used to read and write
第 42 卷第 7 期
张剑勇等：ETC 模式货车计重收费系统设计
85
1 货车 ETC 计重收费系统方案
1.1 方案的组成及原理 一站式双秤台前置单天线方式的 ETC 计重收
费方案布局图如图 1 所示袁主要由双秤台动态称重 系统和 ETC 收费系统组成遥 车辆从 ETC 车道称重区 进入袁秤台称重并计算尧显示载重量曰车辆称重后袁系 统把当前称重车辆的数据加入到车辆队列的最后袁 并增加已称重的车辆数遥 当车辆进入通信区域并与 天线交易时袁系统从车辆队列中取第一辆车的称量 结果结合天线读到的其他通行数据进行费额计算袁 并向 OBU 发送扣款尧写卡指令袁交易成功后放行遥 栏 杆打开袁 车辆通过栏杆并离开落杆线圈后系统清除 车辆队列中的第一台车遥 如果车辆称重后交易不成 功袁则从前端豁口处离开袁此时同样要清除质量队列 中的第一台车遥
第 42 卷第 7 期 2016 年 7 月
中国测试 CHINA MEASUREMENT & TEST
Vol.42 No.7 July，2016
doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2016.07.017
ETC 模式货车计重收费系统设计
张剑勇 1袁 周尚儒 2袁 杨 军 2
（1. 山西万立科技有限公司，山西 太原 030032；2. 太原理工大学信息工程学院，山西 太原 030024）
大屏提示车辆驶入 MTC 通道进行人工收费袁此时车 道控制器控制豁口处的自动栏杆渊豁口处留有 5 m 宽的无障碍区域袁小型车辆可以直接从豁口处转至 MTC 车道而不需要豁口处的栏杆抬起冤放行车辆袁处理完 毕后车道信息控制器将车辆转移完毕的信息交给 车道机袁提示车道机准备进行下一辆车的处理[7-8]遥 1.2 ETC 车道长度的计算
异常检测遥 实验表明院该收费方式的车道放行时间为 7.49 s袁整个系统运行的平均时间 16.99 s袁与人工半自动化收费方
式相比大大提高货车的放行效率袁缓解车辆的拥堵问题遥
关键词院动态称重；DSRC 短程链路通信；货车 ETC；交通拥堵
文献标志码院A
文章编号院1674-5124渊2016冤07-0084-04
以上的规则库建立之后袁当车辆过秤时袁具体结 构流程如图 3 所示遥
3 异常逻辑解决方案
为防止车辆在未称重情况下从侧面进入 ETC 收费车道袁把车道两侧的 ETC 收费引导部分适当加 长袁形成野称重区冶遥 如图 4 所示袁为方便部分不能正 常交易的车辆离开 ETC 车道袁 如院 无 OBU 电子标 签尧OBU 电子标签识别错误尧 路侧单元识别的轴型 与称重显示控制器识别的轴型不匹配尧OBU 电子标
2 动态称重技术
货车 ETC 计重收费实施面临最大的难点是称重 的准确度袁本系统中的双秤台动态称重系统采用了 多传感器信息综合推理技术对称量状态进行智能识 别和数据补偿袁并使用自适应卡尔曼滤波算法对称 重数据进行滤波处理袁实现了车辆在正常通行情况 下的高准确度称重袁动态准确度等级达到国标 2 级 指标渊检定准确度为依1.0%冤遥
基本过车处理流程如下院当车辆驶入该 ETC 计 重收费车道时袁首先对车辆进行动态称重处理袁称重 完毕后袁称重显示控制器将汽车的重量和轴型传送 给车道信息控制器曰 当车辆驶入 ETC 通信区域时袁 ETC 路侧单元对车载电子标签 OBU 进行唤醒和识 别袁识别成功后将车辆信息渊如车型尧车牌号码和高 速公路入口地点等冤上传到车道机中袁同时车道信息 控制器将称重信息上传到车道机中曰车道机将称重信 息和 ETC 路侧单元的信息进行融合与综合处理并 计算出将收取的费用后控制 RSU 对车辆的 OBU 进 行扣费袁收费成功后自动栏杆抬起袁车辆放行遥 如遇 到 RSU 对车辆的 OBU 信息读取失败尧 最终收费失 败或者非货车 ETC 车辆等非正常流程袁则通过显示
摘 要院为解决高速公路收费口货车放行效率低尧车辆拥堵严重等问题袁结合先进的动态称重技术和 DSRC 短程链路
通信技术袁提出一种基于 ETC 模式的货车计重收费方案遥 该方案采用双台面动态衡作为称重系统和射频识别技术对
货车的基本信息进行读写袁从而实现货车不停车计重收费遥 其中袁采用多传感器综合推理技术对称量数据进行补偿和
ETC 车道长度是指 ETC 车道中 ETC 识别装置 至车道自动栏杆的距离遥 在本方案中袁ETC 车道长度 的影响因素有 5 个院1冤ETC 车辆过站时允许的最大 速度曰2冤车辆自身长度曰3冤ETC 系统对一辆车的收费 处 理 时 间 曰4冤 电 动 栏 杆 的 动 作 时 间 曰5冤 驾 驶 员 对 路 边信息显示屏上有关信息的识读时间遥 汽车长度一 般不超过 18 m袁速度为 30 km/h袁ETC 识别时间不超过 300 ms袁高速自动栏杆袁栏杆运行时间在 0.5~0.8 s袁由 此可计算出距离为 27m遥考虑到场地条件限制袁本系统 中动态称重系统到 ETC 天线距离为 23 m袁天线识别 区域中两地感线圈的中心距为4 m袁天线到识别区域 1 号地感的距离为 9 m遥