高速公路计重收费系统

高速公路计重收费系统
1、项目概述
公路通行费是政府授权的公路投资及经营者向公路使用者、受益者征收的费用，它是公路使用者或受益者对使用公路所支付的一种补偿，是收费公路管理部门或经营者获得收益的主要途径之一。

实践证明，收费公路的设立是解决公路建设资金不足、促进公路发展的有效途径之一。

海南从1994年，海南省即率先在全省范围内实施，把公路养路费、过路费、过桥费以及公路运输管理费“四合一”的举措。

海南本省和外省的公路养路费汽油车是包含在汽油里面。

本省的柴油车采取的是按照车的载重量定期收取，然而外省的柴油车辆从入岛后是按照核定载重量和滞留的天数收取。

近五年以来，许多省市开始采取计重收费管理系统，这种收费系统是根据车辆的载荷对公路磨损程度大小来确定收取车辆通行费的费额。

根据通行车辆的载重情况来进行收费，空载的车辆按空载重量计费，重载的车辆按载重多少计费，超载则按实际载重进行计费，体现多拉多负担的原则。

采用电子计重收费管理系统，可以杜绝征费人员私收票款，保持廉洁；采用电子计重收费管理系统，可以增强监督功能，健全内部监督机制，杜绝征费人员私放人情车等不廉洁行为，有利于行风建设。

采用计重收费管理系统，可大大减轻征管人员的劳动强度，提高售票速度，提高工作效率，同时，可以统一规范内业资料，促进规范化建设，提高服务质量，保证公路
畅通。

采用计重收费管理系统，可以提高现代化管理的程度。

一方
面可以利用现代装备的语音系统，提高服务质量，有利于“文明窗口”建设；另一方面也使通行的司机感到政策的严肃性，减少很多
扯皮或人为争吵现象，以确保收费车道安全畅通。

实行计重收费，
还能及时提供实载的数据，解决承运货物过磅问题，方便了车主。

计重收费管理系统是利用设置在收费车道入口处的称重系统，
得到通过的车辆的重量等信息，再由收费计算机根据相应费率对通
过的货车实行计重收费。

二、系统概述
收费车道是车辆进行发卡、缴费的专用车道，不同于一般的通
行道路，因而有着其特殊性，车辆排队、高速通过、刹车、加速、
减速等现象极为普遍。

动态称重系统的构成和工作流程是确保系统
设计成功的关键。

本系统选用了IRD公司的DAW100弯板式称重系统，使用了整体式弯板传感器，路面开挖深度仅需5厘米，无机械结构，免维护，避免了车辆通过时所带来的冲击对机械结构的损坏导致车
辆无法通行及日常大量的检修、维护、保养工作。

DAW100弯板式称
重系统系统是得到国际上广泛赞誉的一种动态称重系统，其先进的
技术稳定性及高可靠性等特点一直得到广大客户的青睐。

IRD的DAW100是专门设计用于静态/动态中低速检测车辆轴载
的称重系统，可高精度并可靠的获得车辆重量及轴载等数据。

保证
当车辆不规则行驶时（实际使用中最常见的现象）不会对精度产生
影响，整个系统具备长寿命和低故障率。

在称重系统部件出现故障
时，称重系统可向管理软件发送错误信息，便于维护。

总体拥有成本（TCP）优于普通机械称台式称重系统。

三、系统构成
系统采用DAW100计重收费称重系统，该系统由2块
WPS125（超宽车道采用WPS175）动态弯板式传感器、1个线圈、1套红外线车辆分离器、1个轮胎识别器和1个中心处理器构成。

动态弯板传感器主要完成车轴的称重、速度检测、轴型判断等工作。

红外线车辆分离器用来进行车辆的分离及提供开始、结束等信号。

线圈主要用来完成测速、倒车的检测，并与红外线分离器一起对非车辆以外的物体或人通过时的判断，减少出错。

轮胎识别器主要用来检测通过车辆每轴的轮胎数。

中心处理器用来处理来自于各传感器的信号、计算数据，把相关数据通过通讯方式送给收费计算机。

数据分析软件包为称重系统配套使用，可按用户要求实现数据分析、统计查询和打印报表等功能。

输出检测信息为：
a.轮重h.车道号和行驶方向
b．轴重i.日期和时间
c．轴组重j.数据记录序号
d．总重k.总轴距
e．车速l.标准轴载(当量轴次)
f．轴距m.车辆加(减)速度
g．车型（按轴排列分型）n.违例代码
四、系统布置方案
DAW100采用前置式布置方式，即在收费前进行检测，根据我们国家汽车技术规范，货车的长度应不大于18米，因而为保证在车辆到达收费亭前完成检测，应适当延长收费岛的长度，同时考虑便于规范驾驶人员通过称重设备时的车辆控制，建议收费岛前端到收费亭中心线的距离为28-36米。

每个车道使用两块弯板，采取交错放置的方式，其前方装有一个线圈，弯板后方装有一个轮胎识别器，弯板前沿处的收费岛上装有红外线车辆分离器，称重处理器机箱装在收费岛上。

五、计重收费系统工作原理
进入安装有低速称重系统收费车道的车辆，其车轴依次压过铺
设在车道路面中的称重传感器，数据采集处理器经过处理，计算出
其轴重、轴组重和速度，并依次累加出车辆总重。

安装在路侧的红
外线车辆分离器可准确判别车辆是否完全通过。

同时通过独特的逻
辑分车装置判断是否有不同形式的倒车、溜车等现象，当车辆完全
通过后，将称重结果、车型判别结果、车速等完整的车辆称重信息
传输到车道收费计算机。

车道收费计算机依据计重收费费率对车辆
实行计重收费。

六、系统特点
采用国际先进的嵌入式微处理器技术，从数据采集、运算处理
以及系统控制，均为固化程序，一经启动便自动运行，避免了外界
震动和人为干扰。

采用全工业级元件，环境适应性强，可应用于高低温和大湿度
环境。

采用光电隔离及防浪涌措施，抗干扰、防雷击。

设置外接键盘接口和可铅封的校准端口，调试操作既安全又方便，符合计重法规要求。

系统采用自有专利的逻辑识别技术，能正确处理车辆在称重时
启动、刹车、倒车等复杂的行驶状态；同时也可以应对车违规行驶。

八、技术难点
(1)动态称重设备的精确度
(2)收费站的车流量比较大，对称重设备的要求较高
(3)车辆行驶状态对称重结果有较大的影响
(4)车辆行驶时的加减速会对称重设备造成骄傲大的冲击力，
影响设备的寿命急剧缩短。

(5)收费站的环境比较恶劣。

九、计重收费系统基本构成
1,计重秤台
2.专用称重控制器；
3.轮轴识别器；
4.红外车辆分离器；
5.信息显示屏；
6.收费计算机。

十、计重收费系统硬件原理
1.动态衡器——用于计量车辆各轴的动态重量
2.车辆分离器——车辆分离器主要用于为检重系统提供车辆驶入、离开信号，完成车辆的分离。

有效检测高度为0.5～1.7m。

3.轮轴识别器——轮轴识别器由轮轴检测器及其控制器组成，用以判别驶过车辆轮轴的类型。

4.称重控制柜——称重控制柜中布置了称重控制器、电源、信号控
制器、轮轴识别器的控制电路、保护电路等单元。

机柜采用ip65防护等级。

5.称重管理计算机系统——称重管理计算机系统是本系统的操作平台，该系统通过网络数据库，实现了与收费系统无缝互联。

计重收费系统网络结构：收费站的网络用于接收收费中心下传的系统运行参数，接收收费车道上传的收费数据，下发车道的系统运行参数，承担收费站的运行监控管理、数据查询、业务管理和票据管理职能，是公司系统的核心，有着重要的地位。

为了保障工作站之间和收费车道的数据采集和处理，必须建立较高性能的局域网。

收费站局域网采用10/100M快速以太网，收费站级计算机网络采用超五类屏蔽双绞线组成星型局域网络。

网络由数据服务器、业务管理计算机、财务管理计算机、各车道收费计算机组成，车道收费计算机完成收费业务，通过网络上传每笔业务记录到数据服务器的站级数据库中，然后财务管理计算机查询统计各种报表，业务管理计算机对系统参数、日常业务进行统筹管理。

十一、术语和定义
（1）轴
由两个或两个以上的车轮与一个沿中心旋转横向共同轴构成的组合。

轴的两端至整个车辆宽度，并与车辆行驶方向垂直。

（2）单轴
一个悬挂系统上仅有的一个轴。

3.3轴组
由数个轴构成的组合，组合中的轴数和轴之间相互的间距（轴距）应有明确定义。

（3）双联轴
由两个轴组成的轴组。

3.5三联轴
由三个轴组成的轴组。

3.6轮荷载
轴的一端所有车轮轮胎荷载的总和。

车轮可以由单轮胎组成或者由双轮胎组成。

（4）轴荷载
一个轴上所有轮荷载的总和，称辆时是重力作用到车辆总质量而产生的施加到静态轴上的分量。

(5)总质量限
车辆总的质量或包括所有连接部件的车辆组合的总质量。

(6)轴型、轴型编号和轴限
不同数量轮胎和车轴的组合类型称之为轴型、不同轴型的顺序编号称之为轴型编号、轴（轴组）的限载重量称为轴限。

(7)总轴限
各轴（联轴）的限载值之和称之为总轴限。

3.11计重收费系统计重收费系统是由一组安装好的传感器和含软件的电子装置所组成的独立系统，用以测量动态车辆轮胎力和车辆通过时间，并提供计算轴数、轴重、整车重以及其它诸如速度、轴距、轮数等的数据，按照既定收费标准进行车辆通行费征收的一种收费方式。

(8)称重平台
计重收费系统承载轮轴压力的部分，又称为承载器、秤台。

称重平台由称体、框架、限位装置、传感器装置、称重控制器、信号电缆等组成。

(9)主车辆分离器
由发射器和接收器组成，相向分置计重车道两旁。

负责判断车辆是否完整通过车道。

(10)辅助车辆分离器
判断是否有车辆通过的辅助车辆分离设备，当用于辅助收尾时，又称为收尾装置。

(11)轮胎（轴）识别器
由一组外置或内置的传感器组成，通过检测驶过传感器的轮胎宽度，判断驶过的轮胎是单胎还是双胎，以及单独或与其它设备共同判断轴型和车型。

(12)称重费额显示器
接受车道控制机的控制，显示计重车辆的车型、费额、总轴重、超限重和余额等。

(13)室外机柜
放置计重系统处理机、电源和接线板的室外机柜。

3.18参考车辆为动态试验而选定，经过控制衡器称量已知车重的典型车辆。

(14)检定
为查明和确认衡器是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和（或）出具检定证书。

(15)首次检定
对未曾检定过的衡器所进行的一种检定。

3.21后续检定
衡器首次检定后的任何一种检定。

后续检定包括强制性周期检定、修理后检定和周期检定有效期内的检定，不论它是由用户提出的请求，或由于某种原因使有效期内的封印失效而进行的检定。

(16)使用中检验
为检查衡器的检定标记或检定证书是否有效、保护标记是否损坏、检定后衡器是否遭到明显改动，以及其误差是否超过使用中最大允许误差所进行的一种检查。

十二、收费原则
1、实行计重收费后，对货车以实地测量的车货总重量为依据，按照轴重与总重相结合的方式，判定其是否超过公路承载能力认定标准而进行分类（“正常车辆”、“超过公路承载能力认定标准的车辆”等两种）收取车辆通行费。

客车维持现有收费方式不变。

2、车货总重由动态轴重仪检测获得，计重收费标准及超过公路承载能力的判定标准按省政府批准的有关文件执行。

3、由于称重设备故障造成无法获取货车称重数据时，可按车型收费或按省政府批准的有关文件执行。

十三、省收费结算中心系统增加的功能
（1）接收下级上传的计重收费数据，完成计重收费数据的收集、存储、处理、管理等。

（2）在联网收费系统参数表中需增加计重收费基本费额表、超限
超载费额表、超限超载车辆黑名单，并可以根据需要及时下发至下
级系统中。

（3）统计/查询/打印各类计重收费日/月/季/年等管理报表。

（4）对计重收费数据进行综合分析处理，提供简单必要的辅助分析决策数据，包括货车分车型OD数据、路面动态荷载数据等。

十四、路段收费中心（分中心）系统增加的功能
（1）接受收费站下发的计重收费系统参数表。

（2）对货车依据实地测量的总质量是否超过公路承载能力认定标准，按照正常费率标准、超限超载基本费率加收调节系数分别实施计重
收费。

（3）对计重收费车道产生的特殊事件进行相应的处理，并向上级
上传实时的报警信息。

（4）称重系统能够准确、及时、平滑传输完整的称重数据。

（5）出口计重收费车道基本操作流程包括：正常车、超过公路承载能力认定标准车（超重车）、超时车、“U”型车、无通行券（无卡）、
不可读通行券（坏卡）、冲卡车、无支付或不足支付（未付或欠费车）、公务车、、计重收费故障（无重车）等。

（6）在通行费发票上打印货车的总重、超重数据等相关信息。

十五、计重收费系统设备技术要求
计重收费系统设备为室外露天独立设置，前置固定安装，可以测量机动车辆各轴的轴型、轴载荷和总载荷。

计重设备由称重平台、
主车辆分离器、轮胎识别器、辅助车辆分离器、称重费额显示器、
处理机、相应软件以及设备生产厂家认为必须配套的部件等部分组
成的独立系统。

安置在（或者驶过）称重平台上的载荷，通过传感
器输出信号，经处理机处理后在费额显示器上显示，显示内容通过
通讯接口传输给车道控制机。

计重收费车道用轴重仪作为计重收费系统的关键设备，至少应
该满足下列的要求：1、计量器具的生产、销售单位必须依法取得《制造计量器具许可证》或国家质量技术监督行政部门颁发的型式
批准证书。

2、计重收费系统中的计量器具应具有《制造计量器具
许可证》标志、编号，设备铭牌上明确标注设备型号、规格、称量
精度以及制造企业名称、地址等信息。

主要功能：
(1)能对低速通过的车辆进行称量：(2)能检测车辆通过车道时的速度；(3)能对车辆进行自动分离；(4)能检测车辆的轴、轴组
及整车重量：(5)能记录车辆通过时间；(6)称重系统软件应在
系统死机时能自动重新启动，并且所有的处理软件、设备驱动程序、示范测试程序和示范测试程序源代码，都必须具有合法的使用许可，需方不需要额外付费；(7)能形成完整的车辆称重信息，包括轴型、轴重、联轴信息、每轴的胎数、联轴重量、轴距、总重等信息；(8)能通过通信接口将称重信息传输给车道控制机；(9)当最后一辆
车不完全退出（未收头）并且再进入时，计重设备能够正确判断处
理该辆车的称重数据。

(10)当车辆不完全进入（未收尾）并退出时，计重设备能够正确判断，撤销该辆车的称重数据。

(11)当车辆在称
重平台上不完全倒车（未收尾、也未收头）并进入时，计重设备能
够正确判断处理该辆车的称重数据。

十六、称重系统的要求
(1)静态称量准确度：符合JJG539-1997的
级；
(2)动态称量准确度：
1）单轴或轴组载荷准确度：符合JJG907-2006中C级；
2）车辆匀速通过承载器,行驶速度≤20km/h时，整车总重量准确度：
符合以下要求；
称重车辆速度范围
整车总重量准确度
重复性变差
首次检定和后
续检定
使用中检验
车速0～20km/h
优于±2.5%
优于±5%
≤5%注：有效测量车速范围0～20km/h。

(3)轴间距测量精度(没有明显加减速的情况下)：两轴：
±0.30m；(4)工作环境：温度-20℃～+80℃相对湿度
0～95%(5)设备的防护等级：控制设备：IP65称重传感器：
IP67
(6)称重平台能对各轴分别进行计量，计量线性良好，其标准测量范围为：
标准载重≥30t（每轴）(7)秤台有效尺寸(宽*长)：
3200mm*800mm（标准车道），4000mm*800mm（超宽车道），秤台刚度
设计指标[1/f]≥1600，提供不需要大型机械可维修和清淤的机械设计和专用工具，称台宽度可根据车道实际宽度调整。

(8)不超过最大过载能力时，传感器工作寿命≥300万次；当传感器发生故障时，可以通过硬件和软件发出故障消息。

主车辆分离器：
(1)在良好天气时，要求分离判断正确率99.5%以上；(2)在恶劣天气时，要求分离判断正确率98%以上；
(3)能分辨车辆的离地最高高度：1600mm，离地最低高度：
400mm；(4)在此范围内，最小分辨物的尺寸不大于50mm；(5)
可分离两车的最小间距应不大于200mm；(6)发射器和接收器应能够防止凝露、结霜；
(7)应具有自诊断功能，可自动探测故障，并忽略或屏蔽有问题的信号，仍能正常工作，同时输出报警信号，一旦故障排除，能自动回复正常工作状态；
(8)应在恶劣环境下，诸如：强光干扰、下雨、下雪、浓雾、温度异常，仍能保证100%可靠工作，并可忽略雪花、石块、昆虫或飞鸟
等的干扰；
(9)当主车辆分离器发生故障时，可以通过硬件和软件（收费界面上）显示出明确的故障信息；
(10)分离器外壳可采用1.5mm以上不锈钢或其他耐腐蚀材料，并设有醒目的防撞反光标志。

(11)工作环境：
温度：-20℃～+80℃相对湿度：0～95%RH；
振动：0～100Hz；加速度：98m/s2；
冲击：4.1Joules，3ft.～1b；
(12)防护等级：IP67；(13)使用寿命：8年以上。

5.1.5轮胎
识别器
(1)内置或外置于动态称重系统判别各轴轴型及检测轮胎总宽度以
识别每侧的单双胎，配合承载器为主系统识别车型提供数据，对总
重5T以上的车辆要求判断准确度达到98%以上，由16路的应变力
传感器组成；轮胎识别器的长度与称重平台适应，普通车道检测宽
度≥1100mm，超宽车道检测宽度≥1500mm；
(2)轮胎识别器应具有自诊断功能，能够向车控机发出故障信息；
(3)当轮胎识别器发生故障时，可以通过硬件和软件（收费界面上）显示出明确的故障信息；
(4)工作环境：温度：-20℃～+80℃；相对湿度：0～95%RH；(5)防护等级：IP67；(6)使用寿命：8年以上。

辅助车辆分离器
(1)在主车辆分离器发生故障时，自动切换为使用辅助车辆分离器，对车辆进行分离和辅助收尾；
(2)辅助车辆分离器在车距不少于2m时，判断准确度≥99%；
(3)当辅助车辆分离器发生故障时，可以通过硬件和软件（收费界面上）显示出明确的故障消息；
(4)工作环境：温度：-20℃～+80℃；相对湿度：
0～95%RH；5.1.7辅助车速检测器
(1)用于辅助精确检测车辆各种行驶状态下的速度，对车辆进行辅助的速度检测；
(2)测速距离：不小于8m;(3)测速范围：0～40km/h(4)测速精度：±0.5km/h
(5)当辅助车速检测器发生故障时，可以通过硬件和软件（收费界面上）显示出明确的故障消息；
(6)工作方式：连续(7)防护等级：IP66(8)工作环境：温度：-20℃～+80℃；相对湿度：0～95%RH；
室外机柜
(1)安装在收费岛适当位置，采用基础安装方式，机柜内要有电源装置、数据处理器等，称重外场设备数据均传至室外机柜。

经处理后通过RS422方式传输，通过带光隔的RS422/RS232转换器(有源)与车控机的RS232接口连接。

(2)柜体材料应符合设计要求，门锁采用防盗锁，门缝采取包边防护；整个机柜应具有防水能力；应有相应措施使机箱内部始终维持
在适当的温度范围内；具有防雷、抗浪涌冲击装置；机柜底部要有出线孔与外部电缆连接。

机柜的内部结构布置应合理，便于维护。

(3)当数据处理器发生故障时，可以通过硬件和软件（收费界面上）发出明确的故障信息；
(4)工作环境：
温度：-20℃～+80℃，机箱内部安装散热装置；相对湿度：
0～95%RH。

(4)防护等级：IP65。

5.1.9其他技术要求：
(1)有良好的稳定性，设备标定周期应该大于12个月。

(2)计重收费车道用轴重仪应该具有开机自检、空闲时定时自检、零点校正和自动温度补偿能力。

(3)在自检异常、通讯失败或者程序迷走时，处理机必须能够自动复位，复位时间不得超过30秒。

(4)计重设备必须具有调试、检测用数字仪表显示面板（也可外接显示器），可以显示各轴轴型、轴重、车辆总重和车速；能独立驱动
费额显示器，并显示相关信息。

(5)必须具有进入校准状态的开关。

在校准状态下，通过仪表面板上的按钮或者厂商提供的设定工具，可以很方便的对计重设备进行校准。

(6)对影响测量结果的元件及参数储存器应加印封装置，印封装置应具有如下特点：
1）易于查看，便于操作；
2）禁止使用改变或影响测量结果参数的印封；
3）对于机械印封，不破坏印封就无法解除印封装置的锁定状态，亦不能对印封装置加封的相应元件及存储器进行移动或更换。

4）当没有机械印封装置对影响测量结果的参数加以保护时，需采取以下措施：
5）只有经过授权，才可以访问，例如，通过一个代码（密码）或者一个特定的装置，代码必须是可以更改的；
6）至少可以记录上一次的改动，记录包括数据、时间和能够确认授权人作出改动的部分，如果改动没有被最新的改定所覆盖，它的可跟踪性至少要保持两年。

具有可选的总质量显示器，可以显示总质量和超限质量供车主观看。

(7)计重设备应有措施保证在正常收费状态下不因其它人员误触仪表上的按钮而影响收费的正常进行。

(8)计重系统中所有活动金属部件均应有可靠的防锈功能，尽可能采用使用寿命内能防锈的材料。

(9)平均无故障工作时间不小于20000小时。

5.2称重费额显示器
称重费额显示器应显示车型、费额、总(轴)重、超限重和余额等。

费额显示器与车道控制机之间以RS232串行接口标准通信，缺省设置为：9600bps，8bit UART,1位起始位，8位数据位，1位停止位。

立柱的要求:具有防锈、防撞等处理;若采用镀锌钢管，其钢管壁厚不小于1.5mm;高度1.5m左右;具有通行信号灯和黄闪报警功能。

5.2.1显示信息(1)车型：显示1位数字(2)金额：单位元，
显示4位数字(3)车重：单位吨，显示4位数字(4)超重：单位吨，显示4位数字(5)余额：单位元，显示4位数字5.2.2
基本要求
(1)在长期暴露于太阳光的环境条件下，其可见性不能降低。

(2)费额显示器可自动调节发光强度，既可以防止在夜间产生眩光影响司机视觉，又节省了能源，防止器件过早老化。

十七、故障处理规程
故障和误差
由于硬件可能出现的各种故障和误差，对每一种故障和误差，收费
软件也必须有相应的对策。

计重收费后，可能出现的故障和误差有
以下几种：
(1)称重设备出现故障，包括1)辅助车辆分离器损坏2)主车辆
分离器损坏
3)辅助车辆分离器和主车辆分离器同时损坏4)轮胎识别器损坏5)秤台损坏
6)与车道控制机通讯故障
(2)输出数据产生错误或误差，包括1)称量误差2)总轴限计算
错误3)车辆分离错误4)总轴数错误5)牵引（排障）车处理6)称重数据数与称重车辆数不符A.2故障处理原则
计重收费的故障和误差可分为三类：
(1)不影响称重数据的故障，如主车辆分离器或辅助车辆分离器其
中一个故障时。

对这类故障只进行记录并提示维修。