本文對(duì)電子地磅計(jì)重設(shè)備在高速公路十余年期間的應(yīng)用發(fā)展歷程進(jìn)行了梳理，總結(jié)了不同階段計(jì)重設(shè)備的特點(diǎn)和應(yīng)用，并對(duì)計(jì)重設(shè)備的日常代維資質(zhì)提出了看法，希望能為機(jī)電從業(yè)者提供幫助。
電子地磅計(jì)重設(shè)備全稱為“動(dòng)態(tài)公路車輛自動(dòng)衡器”，主要分為動(dòng)態(tài)軸重衡與整車式動(dòng)態(tài)電子地磅兩種。受技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、稱重精度、通行效率、收費(fèi)廣場(chǎng)大小，可操作性和效益性等多方面的制約，前者廣泛應(yīng)用于高速公路匝道收費(fèi)站出口車道，后者主要應(yīng)用于省界主線站或較大的收費(fèi)站。本文將對(duì)高速公路計(jì)重設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用做簡(jiǎn)析。
一、動(dòng)態(tài)公路車輛自動(dòng)衡器簡(jiǎn)介
（一）動(dòng)態(tài)軸重衡
1、組成
該系統(tǒng)由秤臺(tái)、輪胎識(shí)別器、車輛分離器、線圈、數(shù)據(jù)采集處理器等部分組成，系統(tǒng)布置如圖1所示。
2、種類
動(dòng)態(tài)軸重衡的秤臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選取在整個(gè)計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)中有著非常重要的地位，它影響著稱重精度及承載器的可靠性、穩(wěn)定性。秤臺(tái)有多種形式，因此，動(dòng)態(tài)軸重衡的種類很多，比較主流的結(jié)構(gòu)有：?jiǎn)闻_(tái)面結(jié)構(gòu)、兩臺(tái)面結(jié)構(gòu)、彎板（薄板）式結(jié)構(gòu)這三種，如圖2所示。
（1）稱臺(tái)式結(jié)構(gòu)
計(jì)重系統(tǒng)的稱重儀由臺(tái)面、邊框、傳感器、底座、接地、護(hù)罩等組成。臺(tái)面及邊框由鋼板焊接成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在施加重力時(shí)，不至于受力變形引起重量輸出滯后；傳感器安裝在臺(tái)面與底座之間，受壓時(shí)微小的應(yīng)力變化引起輸出電壓的變化；底座的作用是支撐秤臺(tái)，設(shè)有獨(dú)立的接地裝置，保證雷電電流繞過(guò)傳感器流入地下，確保傳感器免遭雷擊；秤臺(tái)整體做了防銹處理并涂有多層防銹漆，不論是埋入地下的部分，還是外露部分都不會(huì)被銹蝕。一個(gè)車道的施工周期約為20天，其中混凝土養(yǎng)護(hù)需占用大部分時(shí)間。
（2）彎板式結(jié)構(gòu)
彎板傳感器采用整體式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量、安裝僅需開(kāi)挖5cm深度，采用交錯(cuò)密封安裝方式，可成功解決倒車識(shí)別及灰塵困擾，但稱重精度及重復(fù)性是最差的，日后維護(hù)任務(wù)較重。
（二）整車式動(dòng)態(tài)電子地磅
整車式稱重平臺(tái)主要由鋼結(jié)構(gòu)承重臺(tái)面或混凝土面板、稱重傳感器及限位等配件組成、實(shí)現(xiàn)車輛重量的精確計(jì)量，可完美杜絕各類逃費(fèi)行為。
1、組成
整車式動(dòng)態(tài)汽車衡由整車式稱重平臺(tái)、紅外光柵分離器、車輛檢測(cè)線圈、輪胎識(shí)別器、自動(dòng)欄桿機(jī)（選配）、通行信號(hào)燈（配件）和必要的輔材組成，如圖3所示。
2、工作原理
（1）稱重流程
車輛通過(guò)計(jì)重設(shè)備時(shí)，紅外光柵分離器對(duì)前后車進(jìn)行分離，軸種式稱重平臺(tái)（或小秤臺(tái)）及紅外光柵分離器識(shí)別車輛進(jìn)入；
前端稱重平臺(tái)和輪胎識(shí)別器通過(guò)稱重傳感器測(cè)量軸重、軸型、軸數(shù)、行車方向、行車速度等原始數(shù)據(jù)，整車式稱重系統(tǒng)開(kāi)始稱重；
當(dāng)車輛全部通過(guò)紅外光柵分離器，完全駛?cè)胝囀椒Q重平臺(tái)，秤臺(tái)處于相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)，記錄車輛總重，并修正軸重；
數(shù)據(jù)采集處理器根據(jù)各分項(xiàng)設(shè)備的數(shù)據(jù)計(jì)算整車重量、軸重、軸數(shù)、行車方向、行車速度等車輛信息；
稱重系統(tǒng)向車道計(jì)算機(jī)發(fā)送計(jì)重信息（軸數(shù)、軸組、軸重、車貨總重等），車道計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)收費(fèi)操作。
（2）車型及行進(jìn)方向識(shí)別
經(jīng)特殊算法可使車型識(shí)別達(dá)到99.7%以上。圖4是經(jīng)信號(hào)處理算法處理后的數(shù)據(jù)波形圖（上圖為6軸車正向狀態(tài)截圖；下圖為2軸車倒車狀態(tài)截圖），從圖片中可以清楚地看到，經(jīng)過(guò)特殊算法處理后，能準(zhǔn)確得到車型及行進(jìn)方向。
二、計(jì)重產(chǎn)品的發(fā)展歷程及趨勢(shì)
（一）第一代計(jì)重產(chǎn)品—-單程臺(tái)計(jì)重設(shè)備
自2003年實(shí)施計(jì)重收費(fèi)開(kāi)始，出現(xiàn)了第一代計(jì)重產(chǎn)品。采用單臺(tái)面稱臺(tái)式結(jié)構(gòu)，裝配有4只電阻應(yīng)變計(jì)式稱重傳感器，秤臺(tái)的有效稱重長(zhǎng)度為70cm---90cm。具有以下特點(diǎn)。
1、優(yōu)點(diǎn)
（1）稱重較為準(zhǔn)確，勻速狀態(tài)下總重誤差在±2.5%至5.0%之間；
（2）安裝條件幾乎不受車道的彎度、坡度的影響，有良好的適用性；
（3）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，后期維護(hù)的工作量及成本較低；
（4）建設(shè)成本較低（10萬(wàn)以下）。
2、缺點(diǎn)
（1）稱重精度較差。動(dòng)態(tài)軸重衡應(yīng)確?，F(xiàn)場(chǎng)平直、水平，車輛勻速通過(guò)，但在實(shí)際使用過(guò)程中受路面、車輛狀況等環(huán)境因素的影響，無(wú)法到達(dá)標(biāo)稱指標(biāo)，嚴(yán)重影響收費(fèi)站的收費(fèi)管理；
（2）無(wú)法應(yīng)對(duì)各類逃費(fèi)行為。不良司機(jī)針對(duì)第一代動(dòng)態(tài)軸重式計(jì)重收費(fèi)設(shè)備結(jié)構(gòu)上存在臺(tái)面短、取樣時(shí)間短等缺陷，采用了一些如走S型、跳秤、沖磅等逃費(fèi)行車方式進(jìn)行減重逃費(fèi)，而且愈演愈烈，傳播廣泛，至2008年，全國(guó)各省市高速公路幾乎都出現(xiàn)了針對(duì)計(jì)重設(shè)備的逃費(fèi)行為。
（二）第二代計(jì)重產(chǎn)品----雙臺(tái)面計(jì)重設(shè)備
為提高計(jì)重設(shè)備的稱重精度，各廠家在第一代秤臺(tái)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理等方面做了大量的研究及改進(jìn)工作（如采用視頻聯(lián)合分析的原理提高稱重的準(zhǔn)確性等），但效果都不明顯。最終發(fā)現(xiàn)，只有通過(guò)增加稱臺(tái)的長(zhǎng)度，提供充分采集信息的平臺(tái)。增加有效采樣樣本才是解決稱重精度問(wèn)題的根本，并且在采集到大量信息后進(jìn)行科學(xué)分析才能提高動(dòng)態(tài)稱重的準(zhǔn)確性。為了滿足這些要求，催生了第二代動(dòng)態(tài)計(jì)重收費(fèi)設(shè)備。第二代計(jì)重設(shè)備具有以下技術(shù)特點(diǎn)。
1、先進(jìn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)
兩臺(tái)面秤臺(tái)之間在力學(xué)上相互獨(dú)立，空間上緊密相連。車輛通過(guò)時(shí)，避免了車輛倆個(gè)輪軸同上一個(gè)臺(tái)面互相干擾的現(xiàn)象，除此之外，由于兩臺(tái)面長(zhǎng)，有效稱重時(shí)間長(zhǎng)，稱重信息采樣量遠(yuǎn)大于單臺(tái)面，能夠得到較完整的車輛重曲線，進(jìn)而得到更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。應(yīng)用表明，其平均誤差小于單臺(tái)面誤差的2/3.
2、先進(jìn)的電測(cè)硬件
兩個(gè)臺(tái)面秤臺(tái)的8只傳感器同樣采樣，對(duì)個(gè)傳感器進(jìn)行獨(dú)立模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳避免干擾。兩個(gè)臺(tái)面即可分別計(jì)重又可做聯(lián)合分析合成計(jì)重，所以更能準(zhǔn)確地得出車重。
3、軟件數(shù)據(jù)分析更加科學(xué)且不斷完善
兩臺(tái)面計(jì)重系統(tǒng)的硬件設(shè)備是基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上可采集大量有用信息；軟件是靈魂，數(shù)據(jù)采用科學(xué)的分析方法，并且對(duì)記錄到的車輛行駛曲線進(jìn)行分析歸納，軟件不斷升級(jí)完善，使得穩(wěn)定性大幅改善。
由于兩臺(tái)面計(jì)重設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高、一致性好，具有防計(jì)重逃費(fèi)的特點(diǎn)，與其他類型的設(shè)備相比，大大減少了收費(fèi)糾紛，改善了收費(fèi)站收費(fèi)運(yùn)營(yíng)秩序，避免了通行費(fèi)的流失。
（三）第三代計(jì)重產(chǎn)品
2014年，第三代計(jì)重產(chǎn)品開(kāi)始推出并逐漸應(yīng)用，其中以具有連續(xù)過(guò)車功能的整車式稱重系統(tǒng)與具有軸組稱量功能的軸組式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)為代表。
1、整車式稱重系統(tǒng)
整車式稱重系統(tǒng)是一種新型公路計(jì)重收費(fèi)解決方案，融合了動(dòng)態(tài)稱重速度快和靜態(tài)稱重精度高的優(yōu)勢(shì)，可連續(xù)過(guò)車，摒棄了早期整車式產(chǎn)品單車單過(guò)的過(guò)秤方式。單車通過(guò)時(shí)稱重精度為0.5%，以50t車重為例，最大誤差為250kg，對(duì)非正常行駛的車輛計(jì)重精度沒(méi)有影響，可較完美地解決各類逃費(fèi)行為；需要注意的是，連續(xù)過(guò)車時(shí)稱重精度受前車震動(dòng)等因素影響會(huì)有較大幅度的降低。
該系統(tǒng)通行效率一般為：30—60s，使用壽命一般在10年以上，但初期投資較大、建設(shè)工期長(zhǎng)、維護(hù)成本高、對(duì)車道要求苛刻等缺點(diǎn)制約了該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
2、軸組式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)
軸組秤是動(dòng)態(tài)軸組衡的一種，是由兩臺(tái)軸重秤衍生出來(lái)的計(jì)重設(shè)備，秤臺(tái)長(zhǎng)度約為兩臺(tái)面軸重衡的2—3倍，可實(shí)現(xiàn)對(duì)雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸的稱重，對(duì)加裝液壓裝置逃費(fèi)行為的治理效果尤為明顯，且高速度段下的稱重精度與數(shù)據(jù)的重復(fù)性也有明顯的提高。
目前軸組秤的形式也比較多樣，如以單軸稱量為主的多承載器方式（如圖5所示）、以軸組稱量方式為主的單承載器方式（如圖6所示）、單軸和軸組均可稱量的雙承載器方式（如圖7所示）等、承載器稱量方式不同，使用效果也各不相同，但從稱量方式的原理上看、雙承載器方式兼顧軸和軸組的直接稱量，在成本與維護(hù)便利性上具有一定的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)而言，采用雙承載器方式的軸組秤具有很好的競(jìng)爭(zhēng)力。
現(xiàn)以雙承載器軸組式稱重系統(tǒng)為例，將其與整車式稱重系統(tǒng)做對(duì)比。軸組式稱重系統(tǒng)的總車重精度1級(jí)，軸組精度B級(jí)，其稱量精度與整車式計(jì)重產(chǎn)品的精度相當(dāng)；但從軸重精度來(lái)看，優(yōu)于整車式稱重系統(tǒng)；從車到適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等方面來(lái)看，軸組式稱重系統(tǒng)有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。兩者對(duì)比較如右圖所示。
（四）ETC計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)
近年來(lái)，ETC技術(shù)的發(fā)展與推廣應(yīng)用勢(shì)頭迅猛，已實(shí)現(xiàn)全國(guó)29個(gè)省份ETC基本聯(lián)網(wǎng)，河北省要求在所有的收費(fèi)站至少配置一入一出ETC車道。ETC計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。
ETC計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的總技術(shù)指標(biāo)要求：
1、稱重設(shè)備：總精度優(yōu)于±0.5%，車型識(shí)別率優(yōu)于99.7%，其他綜合故障率不高于0.005%；
2、車輛安全速度：≤20km/h；
3、車輛通行時(shí)間；≥6.5秒；
4、交易成功率：不低于現(xiàn)有ETC系統(tǒng)的交易成功率。
ETC計(jì)重收費(fèi)的實(shí)現(xiàn)與實(shí)施是貫徹國(guó)務(wù)院“十三五”節(jié)能減排決策部署的重大實(shí)踐，是貫徹落實(shí)交通部“十三五”規(guī)劃的具體行動(dòng)，也是每一個(gè)交通參與者的心愿。
三、計(jì)重設(shè)備的維修資質(zhì)
由于計(jì)重設(shè)備屬于計(jì)量衡范疇，根據(jù)國(guó)家有關(guān)法律規(guī)定，需要具有相應(yīng)資質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行維護(hù)和維修。《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》中第三章計(jì)量器具管理第十二條規(guī)定，制造、修理計(jì)量器具的企業(yè)、事業(yè)單位，必須具備所制造、修理的計(jì)量器具相適應(yīng)的設(shè)施、人員和檢定儀器設(shè)備，經(jīng)縣級(jí)以上人民政府計(jì)量行政行政部門考核合格，取得《制造計(jì)量器具許可證》或者《修理計(jì)量器具許可證》。
因此，維護(hù)單位必須具備《制造計(jì)量許可證》或者《修理計(jì)量器具許可證》。還需要注意的是，在具備許可證的情況下，其許可證的情況所涉及的樣機(jī)型式必須與現(xiàn)有被修設(shè)備型式，尤其是關(guān)鍵設(shè)備（秤臺(tái)、傳感器、儀表等）完全一致才可以，否則一樣視為無(wú)證經(jīng)營(yíng)。
維護(hù)單位每次維護(hù)或檢修時(shí)，需要檢測(cè)參數(shù)或調(diào)整參數(shù)，要保證每次維修后系統(tǒng)自檢參數(shù)與計(jì)量檢定合格設(shè)置的參數(shù)一致，尤其是一些影響稱量結(jié)果的參數(shù)，萬(wàn)萬(wàn)不可調(diào)整。若關(guān)鍵參數(shù)被調(diào)整后，應(yīng)立即重新計(jì)量檢定，同時(shí)，業(yè)主單位在計(jì)重設(shè)備的運(yùn)營(yíng)維護(hù)上，也應(yīng)該建立計(jì)量檢定參數(shù)檔案，對(duì)設(shè)備上的參數(shù)進(jìn)行定期或不定期查驗(yàn)，確保計(jì)重設(shè)備的安全性與合法性。
四、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用不僅體現(xiàn)在設(shè)備自身的精度和穩(wěn)定性上，更多地體現(xiàn)在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)形勢(shì)下的收費(fèi)運(yùn)營(yíng)管理的協(xié)調(diào)、聯(lián)動(dòng)、稽查等方面。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展按趨勢(shì)來(lái)看，通過(guò)對(duì)計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)的深度挖掘和有效應(yīng)用，將為聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)更先進(jìn)、更合理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。
