CN103473948B - 压电电缆布设结构及超载车辆轮迹线横向位置识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电电缆布设结构及超载车辆轮迹线横向位置识别方法，其特征是在车辆行驶的公路或桥梁路面上以压电电缆构成“Z”形结构，“Z”形结构中的第一道压电电缆和第三道压电电缆是与车道方向垂直，且按车辆行驶方向一前一后分别横跨左半车道和右半车道上；第一道压电电缆与第三道压电电缆之间的距离为L1，L1≠0；第二道压电电缆与第一道压电电缆成一夹角θ，θ≠0，第二道压电电缆与第一道压电电缆相交于道路左边线；第二道压电电缆与第三道压电电缆相交于道路右边线。本发明在获得超载车重量及轴重的同时，可以识别其轮迹线在车道上的横向位置。

Description

压电电缆布设结构及超载车辆轮迹线横向位置识别方法

技术领域

本发明涉及桥梁监测技术领域，具体地说是一种超载车辆轮迹线横向位置的识别方法，用于公路桥梁车辆行驶时超载车的横向位置识别。

背景技术

公路桥梁钢桥面板直接承受车轮荷载的作用,许多有重交通荷载通行的钢桥面板在使用数年或十几年后相继出现了疲劳损伤现象。研究结果表明,钢桥面板的疲劳寿命与车轮荷载产生的应力幅和作用次数有很大的关系,对于桥梁来说，不仅是车辆超载，车辆在车道中的横向位置对桥梁的影响也很大。近年来连续发生的桥梁垮塌事件，与桥梁上通过车辆的超载以及它在桥梁上的横向位置有很大的关系,而科学有效的超载车横向位置识别方法较少，给超载车车轮迹线横向位置概率分布模型研究带来一定难度。

目前国内外的动态称重***，大多只能测出车辆的重量和车速等，无法同时测出车辆在车道中的横向位置；另外，一些基于图像或激光技术的车辆位置识别技术，无法同时识别车辆的重量并判别是否超载。专利(200910047121)《公路车辆动态称重***》基于压电电缆技术，能测定车辆总重、单个轮重和行车速度，但无法测出车辆在车道中的横向位置；专利(200810156777.1)《基于线阵CCD的测量高速公路上车辆位置与速度的方法》通过在公路上安装两台线阵CCD摄像机，间隔一定时间拍摄其镜头所对的行驶车辆的图像，根据几何关系求取坐标点的数据，计算出车辆所在的车道位置，但不能判别车辆的重量及是否超载。所以，一种能同时确定公路桥梁上超载车重量与其横向位置正被迫切需求着。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对目前超载车横向位置识别的上述问题，提供一种压电电缆布设结构及超载车辆轮迹线横向位置识别方法，以同时确定公路桥梁上的超载车重量与其轮迹线横向位置。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明压电电缆布设结构的特点是：在车辆行驶道路的路面上以压电电缆构成“Z”形结构，所述“Z”形结构中的第一道压电电缆和第三道压电电缆是与车道方向垂直，且按车辆行驶方向一前一后分别横跨左半车道和右半车道上；所述第一道压电电缆与第三道压电电缆之间的距离为L1，L1≠0；第二道压电电缆与第一道压电电缆成一夹角θ，θ≠0，所述第二道压电电缆与第一道压电电缆相交于道路左边线；所述第二道压电电缆与第三道压电电缆相交于道路右边线。

本发明超载车辆轮迹线横向位置识别方法的特点是：利用所述压电电缆布设结构按如下方法实现超载车辆轮迹线横向位置的识别：

匀速行驶的车辆由第一道压电电缆(3)所在一端驶入所述“Z”形结构，依次经过第一道压电电缆(3)、第二道压电电缆(4)和第三道压电电缆(5)，并驶离所述“Z”形结构；令：

车辆左前轮依次在t₁和t₂时刻在第一道压电电缆(3)和第二道压电电缆(4)上产生左前轮压电检测信号；

车辆左后轮依次在t₁′和t₂′时刻在第一道压电电缆(3)和第二道压电电缆(4)上产生左后轮压电检测信号；

车辆右前轮依次在t₃和t₄时刻在第二道压电电缆(4)和第三道压电电缆(5)上产生右前轮压电检测信号；

车辆右后轮依次在t₃′和t₄′时刻在第二道压电电缆(4)和第三道压电电缆(5)上产生右后轮压电检测信号；

依据各车轮经过各道压电电缆时产生的压电检测信号，分别计算获得左前轮重W_fl、左后轮重W_bl、右前轮重W_br和右后轮重W_fr；

则，整车重量W由式(1)获得：

$W=\frac{1}{2}(\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{ij}}+\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{2j});(i=\mathrm{1,3})---\left(1\right)$

式(1)中：n为车轴数量，w_ij表示第i道压电电缆的第j个信号所代表的轴重；

车速v由式(2)获得：

$v=\frac{L1}{t_4-t_1}---\left(2\right)$

轴距d由式(3)获得：

$d=v\×(t_1^{\′}-t_1)=\frac{t_1^{\′}-t_1}{t_4-t_1}L1---\left(3\right)$

轮距D由式(4)获得：

$D=v\×(t_3-t_2)\cot \mathrm{\θ}=\frac{t_3-t_2}{t_4-t_1}L1\cot \mathrm{\θ}---\left(\text{4}\right)$

车辆在车道中的横向位置y由式(5)获得：

$y=v\×(t_2-t_1)\cot \mathrm{\θ}=\frac{t_2-t_1}{t_4-t_1}L1\cot \mathrm{\θ}---\left(\text{5}\right)$

横向位置y是指车辆左轮距车道左边缘的距离。

因此,基于式(1)获得车辆重量并判别是否超载，基于式(5)获得超载车在车道中的横向位置。

本发明超载车辆轮迹线横向位置识别方法的特点也在于：

在所述车辆驶入的一端，距离第一道压电电缆(3)距离为L2设置地感线圈1，L2≠0。

所述距离L1为2.5m‐3.5m。

所述L2为300mm。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明可以获得包括车辆总重、单个轮重车辆以及轴距、轮距、轮胎数和车辆在车道中的横向位置等信息，可同时判别超载车重量及其横向位置。

2、本发明结构简单，以三条压电电缆布置成“Z”便可以检测出所需的车辆信息。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中标号：1地感线圈，2信息处理***，3第一道压电电缆，4第二道压电电缆，5第三道压电电缆。

具体实施方式

参见图1，本实施例中行驶车辆动态称重传感器是在车辆行驶道路的路面上以压电电缆构成“Z”形结构，“Z”形结构中的第一道压电电缆3和第三道压电电缆5是与车道方向垂直，且按车辆行驶方向一前一后分别横跨左半车道和右半车道上；第一道压电电缆3与第三道压电电缆5之间的距离为L1，L1≠0；第二道压电电缆4与第一道压电电缆3成一夹角θ，θ≠0，第二道压电电缆4与第一道压电电缆5相交于道路左边线；第二道压电电缆4与第三道压电电缆5相交于道路右边线。

本实施例中行驶车辆动态称重传感器进行行驶车辆动态称重的方法是：

匀速行驶的车辆由第一道压电电缆3所在一端驶入“Z”形结构的行驶车辆动态称重传感器，依次经过第一道压电电缆3、第二道压电电缆4和第三道压电电缆5，并驶离“Z”形结构的行驶车辆动态称重传感器；令：

车辆左前轮依次在t₁和t₂时刻在第一道压电电缆3和第二道压电电缆4上产生左前轮压电检测信号；

车辆左后轮依次在t₁′和t₂′时刻在第一道压电电缆3和第二道压电电缆4上产生左后轮压电检测信号；

车辆右前轮依次在t₃和t₄时刻在第二道压电电缆4和第三道压电电缆5上产生右前轮压电检测信号；

车辆右后轮依次在t₃′和t₄′时刻在第二道压电电缆4和第三道压电电缆5上产生右后轮压电检测信号；

依据各车轮经过各道压电电缆时产生的压电检测信号，分别计算获得左前轮重W_fl、左后轮重W_bl、右前轮重W_br和右后轮重W_fr；

则，整车重量W由式(1)获得：

$W=\frac{1}{2}(\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{ij}}+\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{2j});(i=\mathrm{1,3})---\left(1\right)$

式(1)中：n为车轴数量，w_ij表示第i道压电电缆的第j个信号所代表的轴重；

车速v由式(2)获得：

$v=\frac{L1}{t_4-t_1}---\left(2\right)$

轴距d由式(3)获得：

$d=v\×(t_1^{\′}-t_1)=\frac{t_1^{\′}-t_1}{t_4-t_1}L1---\left(3\right)$

轮距D由式(4)获得：

$D=v\×(t_3-t_2)\cot \mathrm{\θ}=\frac{t_3-t_2}{t_4-t_1}L1\cot \mathrm{\θ}---\left(\text{4}\right)$

车辆在车道中的横向位置y由式(5)获得：

$y=v\×(t_2-t_1)\cot \mathrm{\θ}=\frac{t_2-t_1}{t_4-t_1}L1\cot \mathrm{\θ}---\left(\text{5}\right)$

横向位置y是指车辆左轮距车道左边缘的距离。

具体实施中，在车辆驶入的一端，距离第一道压电电缆3距离为L2设置2000×2000mm的地感线圈1，L2为300mm；设置距离L1为2.5m‐3.5m，。

本实施例中在车辆行驶道路的路面上以压电电缆构成“Z”形结构，设置信息处理***2，将地感线圈1以及各道压电电缆产生的压电检测信号均输入在信号处理***2中。

本实施例中，由于第二道压电电缆与行车道纵向成夹角θ，同一车轴上的左侧车轮和右侧车轮不同时通过该压电电缆，这样即可测得同一车轴上左右单个车轮的荷载，通过对由第一道压电电缆和第三道压电电缆测得的单个轮重进行校验，根据轮载判断出车辆的偏载情况，同时根据轮载脉冲的个数可判断轮胎的个数。

Claims (4)

1.一种超载车辆轮迹线横向位置识别方法，设置压电电缆布设结构为：在车辆行驶公路桥面路面上以压电电缆构成“Z”形结构，所述“Z”形结构中的第一道压电电缆(3)和第三道压电电缆(5)是与车道方向垂直，且按车辆行驶方向一前一后分别横跨左半车道和右半车道上；所述第一道压电电缆(3)与第三道压电电缆(5)之间的距离为L1，L1≠0；第二道压电电缆(4)与第一道压电电缆(3)成一夹角θ，θ≠0，所述第二道压电电缆(4)与第一道压电电缆(5)相交于道路左边线；所述第二道压电电缆(4)与第三道压电电缆(5)相交于道路右边线；其特征是利用所述压电电缆布设结构按如下方法实现超载车辆轮迹线横向位置的识别：

匀速行驶的车辆由第一道压电电缆(3)所在一端驶入所述“Z”形结构，依次经过第一道压电电缆(3)、第二道压电电缆(4)和第三道压电电缆(5)，并驶离所述“Z”形结构；令：

车辆左前轮依次在t₁和t₂时刻在第一道压电电缆(3)和第二道压电电缆(4)上产生左前轮压电检测信号；

车辆左后轮依次在t₁′和t₂′时刻在第一道压电电缆(3)和第二道压电电缆(4)上产生左后轮压电检测信号；

车辆右前轮依次在t₃和t₄时刻在第二道压电电缆(4)和第三道压电电缆(5)上产生右前轮压电检测信号；

车辆右后轮依次在t₃′和t₄′时刻在第二道压电电缆(4)和第三道压电电缆(5)上产生右后轮压电检测信号；

依据各车轮经过各道压电电缆时产生的压电检测信号，分别计算获得左前轮重W_fl、左后轮重W_bl、右前轮重W_br和右后轮重W_fr；

则，整车重量W由式(1)获得：

式(1)中：n为车轴数量，w_ij表示第i道压电电缆的第j个信号所代表的轴重；

车速v由式(2)获得：

轴距d由式(3)获得：

轮距D由式(4)获得：

车辆在车道中的横向位置y由式(5)获得：

横向位置y是指车辆左轮距车道左边缘的距离；

因此,基于式(1)获得车辆重量并判别是否超载，基于式(5)获得超载车在车道中的横向位置。

2.根据权利要求1所述的超载车辆轮迹线横向位置识别方法，其特征是：在所述车辆驶入的一端，距离第一道压电电缆(3)距离为L2设置地感线圈1，L2≠0。

3.根据权利要求1所述的超载车辆轮迹线横向位置识别方法，其特征是：所述距离L1为2.5m‐3.5m。

4.根据权利要求2所述的超载车辆轮迹线横向位置识别方法，其特征是：所述L2为300mm。