科技创新研究方案报告

1、.wd河南城建学院大学生科技创新基金工程研究报告工程名称： 超重报警系统 申 请 者： 李 军 克 指导教师： 姜 丽 娟 所在系部：交 通 工 程 2021年10月11日河南城建学院大学生科技创新基金工程研究报告工程名称： 超重报警系统 申 请 者： 李 军 克 指导教师： 姜 丽 娟 所在系部：交 通 工 程 2021年10月11日目 录1 绪论11.1 工程背景11.2 研究的目的及意义21.3 国内外研究现状21.3.1 国外研究现状21.3.2 国内研究现状41.4本工程主要研究内容51.5本工程的主要研究方法52 超重报警系统研究的理论模型与依据62.1系统简述62.2主要技术性能

2、62.2.1适用的工作环境和条件62.2.2主要功能62.3 系统方案72.3.1 超限车辆的判定标准72.4 方案设计72.4.1工作原理72.5 主要设备及技术性能102.5.1 动态轴重秤102.5.2 称重传感器102.5.3 现场控制中心112.5.4 声光报警器112.5.5 超限检测软件112.5.6 车牌识别仪122.5.7 称重前端计算机132.5.8 不连续电源132.5.9 超限报警显示屏143 结论15参考文献171 绪论1.1 工程背景随着交通运输业的蓬勃开展，大型载重车辆的比重也随之不断增加。为了追求运输利益的最大化，车辆超限运输成为十分普遍的现象。超载超限运输严重

3、损害公路,压坏桥梁,危及行车平安,极大地加大了公路养护本钱,同时还给平安运输和运输市场的管理带来很大困难,被称为公路的头号杀手!我国每年因车辆超载超限运输造成的损失超过300亿元,公路寿命缩短50%60%。近几年来河南省用于修补省道干线公路破损路面的资金达5.5亿元,用于维护和加固省道干线公路桥梁的资金达1.2亿元,高等级公路投入养护的资金达5600万元。同时超载超限会导致车辆性能(如行车稳定性、刹车性能、悬挂承载能力、转向性)大大降低,车辆行驶中重心不稳,都极易引发交通平安事故。据调查全国近70%的道路平安事故与超载超限运输有关,河南省80%的道路平安事故与超载超限有关。超载超限运输已成为严

4、重影响国家和人民财产、危及社会经济秩序稳定的一个突出问题。近几年,交通部、公安部等相关部委在国务院的领导下,对全国高速公路超限运输情况进展了综合治理。开场实施时,主要是应用行政手段来治理超限超载,在各收费站前设置超限检测站来治理超载超限运输,对将驶入高速公路的货车先进入超限检测站进展称重,如果不超过规定的轴重和总重方可驶入高速公路,对于超过规定重量的车辆那么不允许驶入高速公路。这样保证了超载车辆不能行驶在高速公路上,不会由于超载运输对公路造成破坏。但实施效果并不理想,一方面是征费和管理超限分开管理不便,另一方面设置超限检测站,要配备相应的检测工作人员,这些开支是比拟大的,影响公路的经济效益和道

5、路交通。超重报警器就是针对上述治超措施不理想的情况下应运而生。它在不影响通行效率的情况下自动检测通行车辆的重量，自动识别超重，自动触发抓拍超重车辆图片，自动超重报警。为方便执法，检测结果、超重车辆抓拍图片、车牌号码等现场检测数据可实时上传到监控中心的称重计算机显示。检测单数据可打印，提供相应的执法依据。系统可选配LED超限报警显示屏，在车辆超限时可显示超重检测数据，自动引导超重车辆离开桥梁或驶入记重收费车道。1.2 研究的目的及意义我国公路建立迅猛开展，充分表达了交通运输现代化水平的提高和我国综合实力的增强，对国民经济拉动作用很大，给行车提供了告诉快捷的便利，同时也对公路运营管理工作带来了新课

6、题。超载超限的隐形杀手纷纷“窜入公路，给公路造成致命的创伤，路面桥梁损坏日益加剧，公路使用寿命大大缩短。目前国际上许多国家，公路车辆在运输货物的过程中，普遍存在超载现象，且超载车辆比例相当高。超载车辆会对道路造成严重破坏。超载车辆造成的直接经济损失非常严重，据有关专家计算，即使不考虑税费的流失，超载者每获得1000元，相应国家就会损失6000元。同时超载还导致大量交通事故，给人民的生命财产造成很大损失。对超载车辆进展严查严治，不仅有利于标准运输市场秩序，促进汽车工业开展，也有利于延长公路的使用寿命，减少交通事故的发生，是一项利国利民的好政策。但是由于我国的汽车制造、车辆落籍、公路规费征收、运输

7、价格政策、货物装载配送等诸多管理环节的配套措施难以跟上，超载治理工作也暴露出一些更深层次的矛盾和问题。因此如何治超成为当今一些高校的主流研究方向。1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究现状治理超限超载是一个世界性难题，各国政府都深深意识到超限超载车辆对交通平安、环境和道路设施的巨大危害。有关专家曾形象地将超限超载车辆比喻为“掠夺性命的武器，道路设施的天敌。为此，很多国家都采取了严格的治理措施。为此，很多国家都采取了严格的治理措施。美国出台多部法律治超。早在1913年通过第一部限制车重的法律，在20世纪50年代就开场进展超载货车对道路的损坏研究，建立了严格的法律制度，广泛采用车辆静态和动态称

8、重设备对车辆超限情况进展检测。美国约有1000多个动态称重站，采用照相机和路边控制器技术，并与高速公路巡警车中的笔记本计算机相连接，对货车进展检查，可以及时观察数据和鉴别超载车辆的身份。多部联邦法律，对超限超载车辆的管理做出了明确规定。目前，美国的超限超载车辆约占被检测货运车辆总数的3.5。处理超限超载车辆的主要措施有：一是向违章车辆发出违章传票，确定罚款金额。并辅以其他惩罚措施，如交付路产补偿金、被列入驾驶员和运输企业不良记录档案等。二是卸载或均载(移动货物直到轴载不超限)。二是对严重超限超载或屡次违章者采取司法行动，包括刑事诉讼、短期拘留和多达1年以上的监禁。韩国超限超载车辆仅占1.5。从

9、1973年7月开场对重车实行重点检查。1994年10月，超限超载车辆过多导致圣水大桥坍塌后，韩国政府进一步加大了治理力度，在全国设立了400余个超限超载检测站(点)。日前，韩国超限超载车辆仅占被检测货运车辆数的1.5。韩国法律规定，对超限行驶者或强迫驾驶员超限运营者判处1年以下有期徒刑或处以200万元韩币(约合人民币1.5万元)以下罚款；对擅自改装车辆或阻碍检测者处2年以下有期徒刑或处以700万元韩币(约合人民币5.2万元)罚款。超限运输车辆一经发现，将被公路部门直接引导至法院承受法律惩办。德国在德国联邦货物运输局内，设有专门机构管理超限运输车辆，有权拘留并处理违章车辆。在8个州设有分部，还设

10、有3个小型机构对车辆违章罚款进展处理。在全国1.1万公里的高速公路上共设有700多个检查站，对车辆超重、装载尺寸超限、司机超时行驶、危险货物运输等进展检测，对违章车辆有权拘留并进展处理。如对超限运输驾驶员的管理方法中规定，第一次驾驶员将被登记在案并口头警告；第二次被发现将面临三个月的监禁；一年内发现超限三次以上的驾驶员，将撤消驾驶执照，登上“黑名单，终身不得从事驾驶行业工作，迫使没人敢开超限车。南非非常重视车辆自动称重技术的研究工作，将电子秤应用于治理超限超载工作中。电子秤可以对时速不低于10公里的重载车辆进展自动称重，并显示在重载车辆信息管理系统上，管理部门据此对这些超重车辆进展卸载和处分。

11、这一技术系统在近10年来的治理超限超载工作中发挥了巨大的作用，目前南非超限超载车辆的比例已下降到10以下。日本在近40多年内，对公路超限超载运输的限制标准，采用了长期稳定不变的政策，对运输车辆有严密的法规进展约束。做到有法可依，有法必依。实行“一超三罚制度广泛使用固定或移动称重设备对超限车辆进展检测。在高速公路收费站设有电子秤测量轴载。大型货车还要安装货物自动测重仪。在实施惩罚的手段和方式上，对超限超载者从严处分，采用罚货主、罚运输企业、罚司机的“一超三罚制度。根据日本相关法律，超过行驶证最大载重量的，处6个月以下徒刑，10万元罚款(约合人民币7400元)：超过车辆总重量一般限值20吨的，处以

12、30万元罚款(约合人民币2.2万元)。1.3.2国内研究现状由于超载超限对于交通设施、平安及环境的巨大危害，国内对此早有研究，但是依然没有拿出一套限制超载车辆的行之有效的方法来。目前主要依靠交警，但是由于人数和各种人为条件的限制，无法有效的遏制超载车辆的行驶。我国对超限超载货物运输的研究主要是成因研究和治理对策研究两个方面。由于我国的特殊国情，与国外相比，超限超载货物运输有明显的特点和形成机理，由此导致在国外很多有效的治理对策在我国治超过程中效果并不显著，为此，对我国超限超载货物运输的成因分析显得尤为必要，不同的研究人员从不同的视角对其形成原因进展了剖析，并以此为依据，提出了相应的治理措施，归

13、纳其观点主要有以下几个方面:1.超限超载运输是一种典型的外部负效应现象。2.经济利益驱动是超限超载的根本原因.3.我国法规和市场监管不健全。4.超限超载运输是综合性问题。归纳以上观点，可以发现尚存在以下缺乏:l经济利益驱动理论具有相当的局限性，它无视了这样一个事实:在市场经济条件下，一切市场经济行为都必然是由利益驱动形成的，各经济主体对利益的追逐不可能停顿或者减弱，尤其是中国正处于社会主义初级阶段，物质文明还不够兴旺，地区开展不平衡，贫富差距仍有逐步拉大的趋势，大量的低收入群体必然会通过各种渠道(包括合法的甚至非法的)来追逐利益，以脱贫致富。建立在经济利益驱动上的经济处分在实施过程中必然会遇到

14、相当的困难，可以用作治超的辅助调节，但难以成为治理超限超载货物运输的主要手段。2以上观点对超限超载货物运输的形成原因分析时，虽然对影响因素进展了相当全面的梳理，但缺少对各个因素的关联性分析，对各影响因素的相互作用分析不够深入，缺乏系统性。在此根底上形成的治超对策协调性不强，不利于长效机制的建立。我国每一次治超后的不断反弹也反复证明，目前对于超限超载运输的形成机理还没有明确全面的认识，各种己实施的治超措施都不能到达预想的效果，在某些地区甚至出现了“越治越超的奇怪现象。为此，有必要对超限超载货物运输进展深入分析研究，探索其形成机理，为有效治理超限超载运输提供理论依据。1.4本工程主要研究内容通过对

15、被研究对象以桥梁为例各个力学性能和汽车荷载的分析，开发出相应的桥梁超载防控预警系统。开发出的系统在车辆将要通过桥体时，会记录车辆的重量，并计算出桥梁所增加的荷载和产生的挠度。经过系统分析做出正常、超重、严重超重的分析结果，当超重或严重超重时，系统会自动发出警报。同时为方便执法，检测结果、超重车辆抓拍图片、车牌号码等现场检测数据可实时上传到监控中心的称重计算机显示。检测单数据可打印，提供相应的执法依据。系统可选配LED超限报警显示屏，在车辆超限时可显示超重检测数据，自动引导超重车辆离开桥梁或驶入记重收费车道。从而防止超重车辆对桥梁或其他设施的损害。1.5本工程的主要研究方法本工程以三大力学、车辆

16、工程学、桥梁工程学、路基路面工程学、计算机科学、统计学、管理学等相关理论和方法为根底，以计算机科学技术为工具，才用数学分析与动态模拟相结合，理论加实证的研究方法进展研究。2超重报警系统研究的理论模型与依据2.1系统简述本超重检测系统是由安装在主线车道上的ZCU-30动态轴重秤、地感线圈、现场控制中心内置动态称重仪、车牌识别摄像机内置车牌仪、声光报警器等现场设备构成。在不影响通行效率的情况下自动检测通行车辆的自动识别超重，自动触发抓拍超重车辆图片，自动超重报警，自动引导超重车辆离开桥梁。2.2主要技术性能2.2.1适用的工作环境和条件Ø 工作环境温度：-40+80Ø 工作环境

17、湿度:95%Ø 工作电源：交流220VAC(-15%+10%)，50Hz±2%Ø 防雷等级： 二级2.2.2 主要功能Ø 不停车检测通行车辆的轴组重、总重、速度、车型等数据。Ø 可根据7部委标准自动识别超重车辆。Ø 自动声光报警提醒车辆超重。Ø 自动识别超重车辆车牌号码、抓拍超重车辆图片。Ø 黑名单管理功能，黑名单车辆自动报警。Ø 系统可7天/24小时连续运行，无执法时间空隙。Ø 可根据需要调整超重识别参数。Ø 多种数据报表功能，可按车号、时间、吨位、车型等统计超重车辆检测数据。

18、16; 内置上传数据接口，可将检测数据上传主机。Ø 可通过超限检测软件调整现场超重报警参数。Ø 可显示当前现场设备的故障情况。2.3系统方案2.3.1超限车辆的判定标准根据交通部2000年公布的第2号令?超限运输车辆行驶公路管理规定?的要求，重车辆的判定标准明确如下：1总重超限的测量判定标准单车、半挂列车、全挂列车车货总质量40,000千克以上集装箱半挂列车车货总质量46,000千克以上2轴载超限的测量判定标准u 单轴每侧单轮胎载质量6,000千克u 单轴每侧双轮胎载质量10,000千克u 双联轴每侧单轮胎载质量10,000千克u 双联轴每侧各一单轮胎、双轮胎载质量14,0

19、00千克u 双联轴每侧双轮胎载质量18,000千克u 三连轴每侧单轮胎载质量12,000千克u 三联轴每侧双轮胎载质量22,000千克3其他判定标准7部委标准u 2轴车辆载质量不超过20,000千克u 3轴车辆载质量不超过30,000千克u 4轴车辆载质量不超过40,000千克u 5轴车辆载质量不超过50,000千克u 6轴及6轴以上车辆载质量不超过55,000千克2.4 方案设计2.4.1 工作原理现场布置图如图1所示：光端机称重前端计算机超重，离开桥梁图1现场布置图现场布置如图1所示，整个系统由动态轴重秤、地感线圈、声光报警器、车牌识别摄像机内置车牌识别仪、现场控制中心AxleMate称重

20、控制仪、称重前端计算机内置专用超限检测软件、LED超重报警显示屏可选等设备组成，构成一个无人值守全自动超重车辆检测报警系统。称重仪表采用专用于公路计重收费系统的动态轴重称重仪表，内置专有的动态处理算法，实现车辆的实时动态称重处理。在车辆以小于30公里/小时通行过秤的过程中自动检测车辆的轴重、轴组重和整车重量。为可靠的识别车辆完全通过秤台，系统采用地感线圈进展车辆收尾识别。在车辆间距大于1.2米的条件下可靠实现车辆别离判断，防止连续通过的两辆车的检测数据合并为一辆车的检测数据。现场控制中心用于汇接秤台、地感线圈、车牌识别摄像机、声光报警器、LED超重报警显示屏等现场设备。可将现场信号称重数据、车

21、牌数据等通过电信光纤网络传输到布置在监控中心的称重前端计算机。光端机预留1路视频传输通道，可在需要时将车牌识别摄像机现场视频信号传输到监控中心。在秤台中心线前方设置立柱，安装车牌识别摄像机。为保证夜间可靠抓拍识别车牌号码，立柱上内置补光灯，确保夜间车牌图片的抓拍效果。车牌识别摄像机可在超重报警触发信号作用下自动抓拍车辆图片、自动定位车牌，自动识别车牌号码。车牌识别摄像机可将识别的车辆车牌号码、车牌图片、车头图片等实时传送到称重前端计算机上显示和保存。车头图片显示时可叠加显示车辆检测数据。在秤台中心线前方设置立柱，安装声光报警器。当仪表识别车辆超重时，驱动声光报警器报警；声光报警器可提醒司机车辆

22、超重，事后承受处分。如果现场有执法人员，执法人员可根据报警指示拦截和处分超重车辆。系统可在桥梁旁路匝道口前方设置LED超重报警显示屏，显示超重车辆的车牌号码、方向指示，自动引导超重车辆自动离开桥梁。2.4.2 工作流程工作流程图如图2所示超重识别检测 初始状态：称重通道空 车辆上秤?车辆未上秤车辆上秤车牌识别摄像机抓拍车辆图片，识别车牌号码。上传前端计算机 仪表采集秤台重量，及时车辆轴重 车辆通过？ 车辆收尾 称重仪显示车辆总重、轴重、车型、车速 车辆超重上传计算机 车辆不超重，车辆通行上桥，报警系统不报警 完毕引导车辆离开或承受处分声光报警器报警图2工作流程图2.5 主要设备及技术性能2.5

23、.1动态轴重秤轴重衡秤台构造由秤体、框架、限位装置、传感器套件、接线盒接线盒在控制中心中、信号电缆等组成。由于秤台安装在公路收费路口，露天置放，环境恶劣，而且过车频次高，所以秤台要到达足够的的强度、刚度，才能保证较长时间的疲劳寿命。2.5.2 称重传感器型号：GD-20称重传感器称重传感器是由一个或多个能在受力后产生形变的弹性体，和能感应这个形变量的电阻应变片组成的电桥电路如惠斯登电桥，以及能把电阻应变片固定粘贴在弹性体上并能传导应变量的粘合剂和保护电子电路的密封胶等三大局部组成测力传感器。简单说，就是应变片贴在弹性体上，当弹性体受力变形时，应变片也变形，同时应变片的电阻值发生变化，以此到达测

24、量的目的。2.5.3现场控制中心控制中心采用钢板制造而成，安装在称重台旁边，内有接线盒、仪表、地感线圈车辆检测器、车牌识别触发电路、光端机、超限报警触发电路等。其中控制仪表完成整个系统的信号处理和控制。主要技术参数如下：模块化设计、无需人工值守、有夜间维护照明灯，门锁采用防盗锁，门缝采用包边防护，具有防雨能力2.5.4声光报警器当车辆超限超载时，声光报警器报警提示司乘人员及执法人员注意，低速声光装在低速称重显示屏上方。1、灯光颜色：红色；2、带2片旋转反光片及1个35瓦灯泡；3、电源;12V/300mA；4、音量：105分贝；5、报警时间：020秒可调。2.5.5超限检测软件u 不停车检测通行

25、车辆的轴组重、总重、车型、速度等数据。u 可根据7部委标准自动识别超重车辆。u 可根据道路交通法规自动识别超高车辆。u 自动引导超重、超高车辆进入路边检测站区。u 自动声光报警提醒现场执法人员。u 自动识别超限车辆车牌号码、抓拍车辆图片。u 黑名单管理功能，黑名单车辆自动报警。u 系统可7天/24小时连续运行，无执法时间空隙。u 可根据需要调整超重识别阈值。u 多种数据报表，可按车牌、时间、吨位、车型等统计检测数据。u 自定义条件数据查询功能。u 预留上传数据接口，可将检测数据上传到监控中心。u 可设置现场轴重秤超重报警参数。u 可显示现场设备的故障信息。2.5.6车牌识别仪HWY-III型汽

26、车牌照识别器系列产品，采用最新的数字图像处理和识别技术，基于DSP和专用硬件电路，利用定向反射和自然光相结合的识别原理，实时地完成复杂情况下的汽车牌照的定位、分割以及识别。由于采用识别仪和抓拍单元、辅助光源设备一体化设计，简化了设备安装和维护，提高了设备运行的可靠性。该产品具有很高的识别率和稳定性，已大量应用于高等级公路的收费、监控系统。² 抓拍图像及车牌识别时间：0.5秒；² 整牌识别率90%；² 牌照定位率98%；² 允许车辆行驶速度：0-160公里/小时；² 抓拍图像分辨率：720*576；² 平均无故障时间：MTBF20000

27、小时；² 平均修复时间：MTTR30分钟；² 专用摄像机的快门速度可达：1/500000秒；² 辅助光源寿命：100万次；² 设备接口：RS232串口，10/100M以太网口；² 支持平台：WINDOWS98/NT/2000；² 工作电压：AC220V10%50HZ；² 功耗：<50W；² 工作温度：-10+85(处理单元)，-30+85(抓拍单元)；² 相对湿度：<95%；² 防护等级：IP66；² 满足7×24小时工业环境全天候连续工作要求；² 智能

28、辅助光源、抓拍单元和车牌识别器一体化；² 智能辅助光源的开关及强弱随环境光线变化智能调节2.5.7称重前端计算机配置要求：序号器件名称规格数量备注说明1CPUP42.8G12内存512MB3硬盘80G14显卡集成15声卡单插PCI插槽16串口17USB口28PCI卡59ISA插槽2-310操作系统正版XP.SP2.11光驱DVD-ROM112操作台113鼠标1个光电鼠标114键盘1个115网卡100M自适应16并口1个117显示器17LCD显示器12.5.8不连续电源输入电压范围118300VAC输入频率范围4060Hz转换时间0ms备用时间10分钟额度输出容量1KVA2.5.9超限

29、报警显示屏超限报警显示屏由大屏幕超重显示屏和报警指示灯组成。当车辆通过秤台，动态仪表显示车辆的动态重量，该车辆的总重、超重、金额等数据由仪表发送到大屏幕显示器显示。3 结论我国每一次治超后的不断反弹反复证明，目前对于超限超载运输的形成机理还没有系统全面的认识，各种已实施的治超措施都不能到达预想的效果，在某些地区甚至出现了“越治越超的奇怪现象。为此，本文在己有的超限超载货物运输成因研究的根底上，通过实际调研，计算机科学技术、电子工程学和系统工程等理论，深入分析我国道路超限超载货物运输的形成机理，从行政、法律、经济以及技术等多个层面评估我国现行治超措施的实施效果，充分借鉴国外有效的治超经历，尝试提

30、出实际应用价值较强的长效治超机制。主要结论如下:1.公路超限超载货物运输不仅仅是单纯的公路交通经济范畴内的问题，更是与宏观经济开展密切相关的综合性系统问题，其形成与开展具有特定的社会经济背景，是我国社会经济领域中多种矛盾的一种集中表达。2.公路超限超载运输作为一种社会现象，具有多种属性。从法律角度看，它是一种违法行为;从经济角度看，它是一种负外部性现象;而从公路工程角度看，它是非正常荷载作用下的交通现象，即重载交通;从技术角度来看，它属于超负荷运行行为。3.公路超限超载货物运输各影响因素发挥的作用具有明显的层次性。公路交通规费收取模式以及相关法制建立是该层次构造的输入端，是市场经济条件下公路货物运输市场最根本的两个环节，是运输市场安康运行最根本的因素，其他要素都受其约束，是其外部延伸。4.我国现阶段社会经济开展阶段决定了进展超限超载货物运输的必然性。我国社会经济正处于快速工业化时期，方案经济体制向市场经济体制转转化过程仍未完毕，以重工业为主导的产业形态派生出的货运需求特点决定了公路货运输市场的不成熟，大量社会剩余劳动力的就业需求与供应之间存在的缺口，导致大批以个体单车运输为主的运输业主涌入公路货物运输市场。在利益最大化的驱动下，形成了超限超载货物运输动机。5.目前我国行政监管在诸多领域都