CN110853164A - 基于路网损伤的通行收费方法、***、介质及收费设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于路网损伤的通行收费方法、***、介质及收费设备，所述方法包括：获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况，当车辆进入当前路网体系时，将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与所述路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以得到该车辆的行驶路段信息；根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响；根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。本发明能够降低车辆超载、重载程度，降低道路与桥梁的失效风险，提高车辆收费的可靠性，满足了实际应用需求。

Description

基于路网损伤的通行收费方法、***、介质及收费设备

技术领域

本发明涉及将交通运输工程技术领域，特别是涉及一种基于路网损伤的通行收费方法、***、介质及收费设备。

背景技术

随着我国道路交通运输产业的爆发式增长，道路交通基础设施建设也随之不断递增，因此越来越多的道路和桥梁结构投入运营使用，在使用过程中这些基础设施面临外部环境侵蚀和荷载作用而性能逐渐退化，因此每年都需要投入大量人力、财力和物力进行基础设施管理与维护。

为了在建设道路交通网络的同时保障道路交通基础设施的管理和维护费用，实行车辆过路收费政策。最早的过路收费按照车辆类型执行，所有车辆被划分为几种类别，不同类别的车辆确定不同的基准费率，例如小轿车和大型货车分别按照0.3CNY/veh-km和1.2CNY/veh-km的费率标准执行；20世纪初期，随着大型运输储量的不断增加，开始执行基于重量和车辆类型的收费政策，货车被划分成若干种车型，每一类车型有基本的费率，但是考虑到车辆超载与否分别确定不同的增长系数，例如：无超载的货车按照0.08CNY/t-km，而超载货车需要乘以1.2的系数。

目前，为降低车辆超载重载率，对过路收费的载重范围内的车辆设置了阶梯式基准费率，对于超过载重限值的车辆征收超高费率，且费率与超载率高度关联，但仅仅按照重量的标准进行收费存在一定的不合理性，将会在一定程度上降低货物运输的积极性，进而影响区域的运输经济发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够降低车辆超载、重载程度，降低道路与桥梁的、失效风险，提高车辆收费的可靠性的基于路网损伤的通行收费方法、***、介质及收费设备。

一种基于路网损伤的通行收费方法，所述方法包括：

获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况；

当车辆进入当前路网体系时，将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与所述路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以得到该车辆的行驶路段信息；

根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响，其中所述车辆的外形和载重参数包括车重、轴重、车长、车高、轴距及车速；

根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。

根据本发明提供的基于路网损伤的通行收费方法，通过获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况，以根据各段道路及桥梁的结构养护数据、荷载试验数据及目前技术状况确定道路及桥梁的收费标准；通过将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以便于确定该车辆的行驶路段信息及收费信息；通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响，以便于根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。本发明能够降低车辆超载、重载程度，降低道路与桥梁的、失效风险，提高车辆收费可靠性与公正性，满足了实际应用需求。

另外，根据本发明上述的基于路网损伤的通行收费方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响的方法包括：

根据车辆加载于桥梁的极限承载位置时的车桥耦合动力，得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率和桥梁疲劳失效概率；

根据车辆加载于路基路面结构时的轮载作用力，得到该路基面的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率；

根据所述桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率、道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响。

进一步地，根据所述桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率、道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响的方法包括：

根据沿程各桥梁的重要系数、桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率及对应的桥梁权重系数得到车辆在当前行驶路段上对桥梁的损伤影响；

根据沿程道路的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率、道路车辙深度失效概率及对应的道路权重系数得到车辆在当前行驶路段上对道路的损伤影响；

通过对车辆在当前行驶路段上的道路损伤影响及桥梁损伤影响的累加值，得到车辆在当前行驶路段的累积失效概率。

进一步地，车辆在当前行驶路段的累积失效概率的模型为：

其中r和b分别代表道路和桥梁，n和m表示沿程桥梁数量和道路公里数，s、f和w分别为强度、疲劳和车辙问题；r为桥梁的重要性系数；w为道路和桥梁的权重系数，w^b,s+w^b,f＝1，w^r,s+w^r,f+w^r,w＝1和w^b+w^r＝1。

进一步地，根据车辆加载于桥梁的极限承载位置时的车桥耦合动力，得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率和桥梁疲劳失效概率的方法包括：

根据梁桥梁本身截面尺寸和构造配筋计算该桥梁的抗力，通过抗力、恒载效应、静力荷载效应、动力冲击系数建立该桥梁的极限强度承载能力模型，以得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率；

根据桥梁的疲劳损伤指标、疲劳强度系数，以及车辆荷载作用下的等效损伤应力和损伤次数建立该桥梁的极限疲劳承载能力模型，以得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁疲劳失效概率。

进一步地，根据车辆加载于路基路面结构时的轮载作用力，得到该路基面的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率的方法包括：

根据道路施工材料确定该段道路各层路面结构基地的容许拉应力及在车辆荷载作用下的最大拉应力，并建立该段道路的极限强度评估模型，以得到该段道路路基面的道路强度失效概率；

根据道路施工材料及构造信息确定该段道路疲劳开裂寿命及设计年限内累计标准轴载作用次数，并建立该段道路的极限疲劳评估模型，以得到该段道路路基面的道路疲劳失效概率；

计算该段道路在车辆荷载作用下道路路面结构所产生的车辙深度，并根据路面设计预期的车辙深度建立该段道路的极限车辙评估模型，以得到该段道路路基面的道路车辙深度失效概率。

进一步地，所有道路和桥梁的结构信息及技术状况包括设计图纸、变更图纸、养护记录、加固记录、试验检测结果，以及道路和桥梁最新技术状态的有限元分析模型。

本发明的另一实施例提出一种基于路网损伤的通行收费***，解决了现有技术中为降低车辆超载重载率，对过路收费的载重范围内的车辆设置了阶梯式基准费率，对于超过载重限值的车辆征收超高费率，且费率与超载率高度关联，但仅仅按照重量的标准进行收费存在一定的不合理性，将会在一定程度上降低货物运输的积极性，进而影响区域的运输经济发展的问题。

根据本发明实施例的基于路网损伤的通行收费***，包括：

获取模块，用于获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况；

比对模块，用于当车辆进入当前路网体系时，将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与所述路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以得到该车辆的行驶路段信息；

确定模块，用于根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响，其中所述车辆的外形和载重参数包括车重、轴重、车长、车高、轴距及车速；

收费模块，用于根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。

本发明的另一个实施例还提出一种介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明的另一个实施例还提出一种收费设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。

附图说明

图1是本发明第一实施例提出的基于路网损伤的通行收费方法的流程图；

图2是本发明第一实中网体系的路线基本示意图；

图3是图2中网体系的桥梁结构的示意图；

图4是图2中网体系的道路路面结构的示意图

图5是图1中步骤S103的具体流程图；

图6是图5中步骤S1031的具体流程图；

图7是图5中桥梁构件计算的各个参数图；

图8是图5中步骤S1032的具体流程图；

图9是图5中步骤S1033的具体流程图；

图10是本发明第二实施例提出的基于路网损伤的通行收费***的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明第一实施例提出的一种基于路网损伤的通行收费方法，其中，包括步骤S101～S104：

步骤S101，获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况。所有道路和桥梁的结构信息及技术状况包括设计图纸、变更图纸、养护记录、加固记录、试验检测结果，以及道路和桥梁最新技术状态的有限元分析模型。

其中，由于路网体系的结构复杂、线路较长，为了保证方法的可行性，具体实施时，可以根据各站点的距离对路段沿线进行区域划分，划分为多个节点区域，每个节点区域内均设有与道路及桥梁检测相关的检测设备组，各个检测设备组可以根据需要安装在相应位置，进行数据采集。

为简化说明，图2给出了某一路网体系的路线基本示意图，图3给出了该路网体系的桥梁结构的示意图，该桥梁结构采用标准跨径20m的预应力混凝土T梁桥，图4给出了道路路面结构示意图，该道路路面结构采用柔性沥青路面结构。

在本实施例中，通过获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况，以根据各段道路及桥梁的设计图纸、变更图纸、养护记录、加固记录、试验检测结果以及道路和桥梁最新技术状态的有限元分析模型，以便于及时确定各段道路及各个桥梁的损耗状况，提高数据获取的可靠性，为车辆收费提供必要准备。

步骤S102，当车辆进入当前路网体系时，将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与所述路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以得到该车辆的行驶路段信息。

如上所述，为提高车辆道路行程的可靠性，因此需在车辆进入当前路网体系时，记录该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像，确定该车辆的唯一驾驶路线，得到该路线上的所有桥梁和道路的技术信息。例如沿线共30km，桥梁里程3km共有桥梁150座，道路里程27km。

步骤S103，根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响。

具体的，该车辆的外形及轴载，如图6所示，车辆的总重67t，总长13.8m，提取这些桥梁的有限元分析模型，该模型通过桥梁设计图纸建立，根据后期图纸变更、结构养护、荷载试验等测试数据，进行有限元模型的更新，反映该桥梁的目前技术状况，分别计算该车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响，以便于为后期计费提供必要条件。

请参阅图5，根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响的方法包括如下步骤：

步骤S1031，根据车辆加载于桥梁的极限承载位置时的车桥耦合动力，得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率和桥梁疲劳失效概率。

具体的，由于简支梁桥的抗弯承载力相对与抗剪承载力更为重要，因此，需根据车辆加载于桥梁的极限承载位置时的车桥耦合动力，得到该桥梁关键构件的抗弯强度失效概率；由于预应力混凝土简支梁桥的疲劳主要受到梁底纵向钢筋疲劳性能决定，因此需根据车辆加载于桥梁的极限承载位置时的车桥耦合动力，评估跨中位置的纵向受力钢筋的疲劳性能，得到该桥梁关键断面的桥梁疲劳失效概率。

请参阅图6，根据车辆加载于桥梁的极限承载位置时的车桥耦合动力，得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率和桥梁疲劳失效概率的方法包括如下步骤：

步骤S1031a，根据梁桥梁本身截面尺寸和构造配筋计算该桥梁的抗力，通过抗力、恒载效应、静力荷载效应、动力冲击系数建立该桥梁的极限强度承载能力模型，以得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率。其中各个参数的不确定性度量参考表1。

进一步地，桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率的模型为：

其中，Z为承载能力极限状态的能力；M_gs为恒载效应，包括结构自重、预应力、收缩徐变、二期铺装等、附属设施等作用引起的参数变化，通过有限元计算确定其名义值；M_ls和η_ls分别为该车辆产生的静力荷载效应和动力冲击系数，与车辆的轴载与轴距分布等有关，通过将该车辆加载于桥梁梁格空间模型计算车桥耦合动力得到受力最不利T梁的最大荷载效应；M_u是T梁通过本身截面尺寸和构造配筋所具备的抵抗弯矩。可以理解的，通过抗力中抵抗弯矩、载效应、静力荷载效应、动力冲击系数建立该桥梁的极限强度承载能力模型，以便于根据车辆经过桥梁时对该桥梁所产出的作用信息，得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率。

进一步地，请参阅图7，

N＝f_sd1A_sd1+f_pdA_pd-f_cdb_fh_f-f_sd2A_sd2

x₁＝(f_sd1A_sd1+f_pdA_pd-f_sd2A_sd2)/f_cdb_f

x₂＝[(f_sd1A_sd1+f_pdA_pd-f_sd2A_sd2)/f_cd-h_f(b_f-b)]/b

其中，f_cd、f_sd2、f_sd1和f_pd分别为混凝土抗压强度、受压钢筋强度、受拉钢筋强度和预应力钢筋强度；h₀，h_f，b，b_f，A_sd1，A_sd2，A_pd，a_sd1，a_sd2，a_pd为因为施工控制、模板控制等偏差引起的参数变异性的几何参数；f_sd1，f_sd，f_pd，f_cd为材料本身的离散性引起的设计值的变异性的材料参数；M_gs为几何参数复合影响的恒载效应；Mls，η_ls为车辆参数测试的离散性引起的活载效应。

表1.桥梁结构相关参数的不确定性

步骤S1031b，根据桥梁的疲劳损伤指标、疲劳强度系数，以及车辆荷载作用下的等效损伤应力和损伤数次建立该桥梁的极限疲劳承载能力模型，以得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁疲劳失效概率。

进一步地，桥梁关键构件及关键断面的桥梁疲劳失效概率的模型为：

其中，D_Δ是Miner疲劳损伤指标，服从均值为1.0和标准方差为0.3的对数正态分布；K_D是疲劳强度系数，服从均值1.64×10¹⁴和标准方差0.56×10¹³的对数正态分布；Δσ_r和N_d是车辆荷载作用下的等效损伤应力和损伤次数，基于车辆过桥的底部纵向钢筋应力时程，采用雨流法进行计算，车辆时程效应计算得到的等效应力Δσ_r和损伤次数N_d依据表1中的活载效应参数进行概率可靠度分析，通过蒙特卡洛方法得到。

步骤S1032，根据车辆加载于路基路面结构时的轮载作用力，得到该路基面的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率。其中，该路基面的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率按照每0.1km计入。

具体的，通过车辆对道路路面结构的强度安全，根据路面层的结构构造，通过面层底部的拉应力指标，进行车载作用下的路面结构强度可靠性评估，以得到该路基面的道路强度失效概率；通过车辆对道路路面结构的疲劳损伤，根据路面层的结构构造，通过疲劳开裂寿命(轴次)和设计年限内累计标准轴载作用次数，进行疲劳可靠度分析，以得到该路基面的道路疲劳失效概率；通过车辆对道路路面结构的车辙损伤，计算车辆荷载作用下路面的车辙深度预估和设计预期的车辙深度限值，进行概率可靠度分析，以得到该路基面的道路车辙深度失效概率，其中，路面设计预期的车辙深度按照道路等级取用，其服从偏差系数取值1.0且变异系数取值0.1的正态分布。

请参阅图8，根据车辆加载于路基路面结构时的轮载作用力，得到该路基面的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率的方法包括如下步骤：

步骤S1032a，根据道路施工材料确定该段道路各层路面结构基地的容许拉应力及在车辆荷载作用下的最大拉应力，并建立该段道路的极限强度评估模型，以得到该段道路路基面的道路强度失效概率。

进一步地，该段道路路基面的道路强度失效概率的模型为：

其中，σ_Ri为第i层路面结构基地的容许拉应力，根据所用材料确定；σ_mi为第i层路面结构基地在车辆荷载作用下的最大拉应力，根据形式车辆类型确定。

步骤S1032b，根据道路施工材料及构造信息确定该段道路疲劳开裂寿命及设计年限内累计标准轴载作用次数，并建立该段道路的极限疲劳评估模型，以得到该段道路路基面的道路疲劳失效概率。

进一步地，该段道路路基面的道路疲劳失效概率的模型为：

其中，N_e为疲劳开裂寿命(轴次)，与面层结构所用的材料类型和构造特点相关；N₀为设计年限内累计标准轴载作用次数，其参数的不确定性参照表1的活载效应偏差值和变异系数取用，通过蒙特卡洛方法得到。

步骤S1032c，计算该段道路在车辆荷载作用下道路路面结构所产生的车辙深度，并根据路面设计预期的车辙深度建立该段道路的极限车辙评估模型，以得到该段道路路基面的道路车辙深度失效概率。

进一步地，该段道路路基面的道路车辙深度失效概率的模型为：

其中，h_e为路面设计预期的车辙深度，是保证道路使用性能的重要设计控制指标；h_p为车辆荷载作用于道路路面结构所产生的车辙深度，其参数的不确定性参照表1的活载效应偏差值和变异系数取用，通过蒙特卡洛方法得到。

步骤S1033，根据所述桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率、道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响。

请参阅图9，根据所述桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率、道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响的方法包括如下步骤：

步骤S1033a，根据沿程各桥梁的重要系数、桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率及对应的桥梁权重系数得到车辆在当前行驶路段上对桥梁的损伤影响。

步骤S1033b，根据沿程道路的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率、道路车辙深度失效概率及对应的道路权重系数得到车辆在当前行驶路段上对道路的损伤影响。

步骤S1033c，通过对车辆在当前行驶路段上的道路损伤影响及桥梁损伤影响的累加值，得到车辆在当前行驶路段的累积失效概率。

车辆在当前行驶路段的累积失效概率的模型为：

其中r和b分别代表道路和桥梁，n和m表示沿程桥梁数量和道路公里数，s、f和w分别为强度、疲劳和车辙问题；r为桥梁的重要性系数；w为道路和桥梁的权重系数，w^b,s+w^b,f＝1，w^r,s+w^r,f+w^r,w＝1和w^b+w^r＝1。

可选地，同等失效概率基础上桥梁显然要远高于道路，因为桥梁结构一旦发生失效其造成的社会影响、经济影响、可能人员伤亡、所需要的修复与加固等，都远高于道路结构，因此可以取值w^b＝0.99而w^r＝0.01。对于桥梁而言：强度安全往往引起结构的垮塌失效，而疲劳问题会引起构件破坏但是通常不足以导致结构失效，因此可以取值w^b,s＝0.80而w^b,f＝0.20；对于道路结构而言：强度安全是引起道路面层破坏的直接原因，破坏会引起路面不平顺引发交通安全；疲劳失效会引起路面的开裂破坏；车辙超过一定的深度会影响车辆驾驶的稳定性和舒适性：基于上述考虑，可以设定w^r,s＝0.70，w^r,f＝0.20，w^r,w＝0.10。根据本实施例，累积损伤的计算中取值n＝150，m＝270。

步骤S104，根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。

具体的，根据计算得到的车辆对沿线道路和桥梁的损伤程度，结合车辆通行的基准费率，计算得到收费值，以得到该车辆的过路费。其中收费值与累积失效概率p和基准费率成正相关关系，具体的关联函数，可通过大量数据分析和市场经济确定或根据经验值确定。

根据本发明提供的基于路网损伤的通行收费方法，通过获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况，以根据各段道路及桥梁的结构养护数据、荷载试验数据及目前技术状况确定道路及桥梁的收费标准；通过将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以便于确定该车辆的行驶路段信息及收费信息；通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响，以便于根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。本发明能够降低车辆超载、重载程度，降低道路与桥梁的、失效风险，提高车辆收费可靠性与公正性，满足了实际应用需求。

请参阅图10，基于同一发明构思，本发明第二实施例提供的基于路网损伤的通行收费***，包括：

获取模块10，用于获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况。所有道路和桥梁的结构信息及技术状况包括设计图纸、变更图纸、养护记录、加固记录、试验检测结果，以及道路和桥梁最新技术状态的有限元分析模型。

对比模块20，用于当车辆进入当前路网体系时，将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与所述路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以得到该车辆的行驶路段信息。

确定模块30，用于根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响。其中所述车辆的外形和载重参数包括车重、轴重、车长、车高、轴距及车速。

进一步地，根据梁桥梁本身截面尺寸和构造配筋计算该桥梁的抗力，通过抗力、恒载效应、静力荷载效应、动力冲击系数建立该桥梁的极限强度承载能力模型，以得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率；根据桥梁的疲劳损伤指标、疲劳强度系数，以及车辆荷载作用下的等效损伤应力和损伤数次建立该桥梁的极限疲劳承载能力模型，以得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁疲劳失效概率。

进一步地，根据道路施工材料确定该段道路各层路面结构基地的容许拉应力及在车辆荷载作用下的最大拉应力，并建立该段道路的极限强度评估模型，以得到该段道路路基面的道路强度失效概率；根据道路施工材料及构造信息确定该段道路疲劳开裂寿命及设计年限内累计标准轴载作用次数，并建立该段道路的极限疲劳评估模型，以得到该段道路路基面的道路疲劳失效概率；计算该段道路在车辆荷载作用下道路路面结构所产生的车辙深度，并根据路面设计预期的车辙深度建立该段道路的极限车辙评估模型，以得到该段道路路基面的道路车辙深度失效概率。

进一步地，根据沿程各桥梁的重要系数、桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率及对应的桥梁权重系数得到车辆在当前行驶路段上对桥梁的损伤影响；根据沿程道路的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率、道路车辙深度失效概率及对应的道路权重系数得到车辆在当前行驶路段上对道路的损伤影响；通过对车辆在当前行驶路段上的道路损伤影响及桥梁损伤影响的累加值，得到车辆在当前行驶路段的累积失效概率。

其中，车辆在当前行驶路段的累积失效概率的模型为：

其中r和b分别代表道路和桥梁，n和m表示沿程桥梁数量和道路公里数，s、f和w分别为强度、疲劳和车辙问题；r为桥梁的重要性系数；w为道路和桥梁的权重系数，w^b,s+w^b,f＝1，w^r,s+w^r,f+w^r,w＝1和w^b+w^r＝1。

收费模块40，用于根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。

根据本发明提供的基于路网损伤的通行收费***，通过获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况，以根据各段道路及桥梁的结构养护数据、荷载试验数据及目前技术状况确定道路及桥梁的收费标准；通过将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以便于确定该车辆的行驶路段信息及收费信息；通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响，以便于根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。本发明能够降低车辆超载、重载程度，降低道路与桥梁的、失效风险，提高车辆收费可靠性与公正性，满足了实际应用需求。

本发明实施例提出的基于路网损伤的通行收费***的技术特征和技术效果与本发明实施例提出的方法相同，在此不予赘述。

此外，本发明的实施例还提出一种介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

此外，本发明的实施例还提出一种收费设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于路网损伤的通行收费方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况；

当车辆进入当前路网体系时，将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与所述路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以得到该车辆的行驶路段信息；

根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响，其中所述车辆的外形和载重参数包括车重、轴重、车长、车高、轴距及车速；

根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。

2.根据权利要求1所述的基于路网损伤的通行收费方法，其特征在于，根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响的方法包括：

根据车辆加载于桥梁的极限承载位置时的车桥耦合动力，得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率和桥梁疲劳失效概率；

根据车辆加载于路基路面结构时的轮载作用力，得到该路基面的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率；

根据所述桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率、道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响。

3.根据权利要求2所述的基于路网损伤的通行收费方法，其特征在于，根据所述桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率、道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响的方法包括：

根据沿程各桥梁的重要系数、桥梁强度失效概率、桥梁疲劳失效概率及对应的桥梁权重系数得到车辆在当前行驶路段上对桥梁的损伤影响；

根据沿程道路的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率、道路车辙深度失效概率及对应的道路权重系数得到车辆在当前行驶路段上对道路的损伤影响；

通过对车辆在当前行驶路段上的道路损伤影响及桥梁损伤影响的累加值，得到车辆在当前行驶路段的累积失效概率。

4.根据权利要求3所述的基于路网损伤的通行收费方法，其特征在于，车辆在当前行驶路段的累积失效概率的模型为：

其中r和b分别代表道路和桥梁，n和m表示沿程桥梁数量和道路公里数，s、f和w分别为强度、疲劳和车辙问题；r为桥梁的重要性系数；w为道路和桥梁的权重系数，w^b,s+w^b,f＝1，w^{r ,s}+w^r,f+w^r,w＝1和w^b+w^r＝1。

5.根据权利要求2所述的基于路网损伤的通行收费方法，其特征在于，根据车辆加载于桥梁的极限承载位置时的车桥耦合动力，得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率和桥梁疲劳失效概率的方法包括：

根据梁桥梁本身截面尺寸和构造配筋计算该桥梁的抗力，通过抗力、恒载效应、静力荷载效应、动力冲击系数建立该桥梁的极限强度承载能力模型，以得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁强度失效概率；

根据桥梁的疲劳损伤指标、疲劳强度系数，以及车辆荷载作用下的等效损伤应力和损伤次数建立该桥梁的极限疲劳承载能力模型，以得到该桥梁关键构件及关键断面的桥梁疲劳失效概率。

6.根据权利要求2所述的基于路网损伤的通行收费方法，其特征在于，根据车辆加载于路基路面结构时的轮载作用力，得到该路基面的道路强度失效概率、道路疲劳失效概率及道路车辙深度失效概率的方法包括：

根据道路施工材料确定该段道路各层路面结构基地的容许拉应力及在车辆荷载作用下的最大拉应力，并建立该段道路的极限强度评估模型，以得到该段道路路基面的道路强度失效概率；

根据道路施工材料及构造信息确定该段道路疲劳开裂寿命及设计年限内累计标准轴载作用次数，并建立该段道路的极限疲劳评估模型，以得到该段道路路基面的道路疲劳失效概率；

计算该段道路在车辆荷载作用下道路路面结构所产生的车辙深度，并根据路面设计预期的车辙深度建立该段道路的极限车辙评估模型，以得到该段道路路基面的道路车辙深度失效概率。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的基于路网损伤的通行收费方法，其特征在于，所有道路和桥梁的结构信息及技术状况包括设计图纸、变更图纸、养护记录、加固记录、试验检测结果，以及道路和桥梁最新技术状态的有限元分析模型。

8.一种基于路网损伤的通行收费***，其特征在于，所述***包括：

获取模块，用于获取路网体系中所有道路和桥梁的结构信息及技术状况；

比对模块，用于当车辆进入当前路网体系时，将该车辆的入口信息、出口信息及沿程影像与所述路网体系中所有道路及桥梁的结构信息及技术状况进行比对，以得到该车辆的行驶路段信息；

确定模块，用于根据进出口称重***获取的该车辆的外形、载重参数，并通过该车辆的外形、载重参数，以及行驶路段信息，得到车辆在当前行驶路段上对道路及桥梁的损伤影响，其中所述车辆的外形和载重参数包括车重、轴重、车长、车高、轴距及车速；

收费模块，用于根据所述损伤影响的量化值收取该车辆的过路费。

9.一种介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述的方法。

10.一种收费设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任意一项所述的方法。

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