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传感器与微系统（Transducerand MicrosystemTechnologies）
2017年第36卷第3期
DOI:10.13873/J.10009787(2017)03001004
基于线性分割的动态称重传感器阵列优化方法
李浩"2，赵池航"，赵敏慧，梁杰（1.东南大学交通学院，江苏南京210000：
2.西安文理学院物联网关键技术及应用重点实验室，陕西西安710065）
摘要：基于部分承载模型的动态称重系统，能够满足车辆在高速行驶状态下的精确动态称重。然而当车轮静止于传感器上再次启动时，受其模型所限误差较大。针对这一问题以路面交互模型为基础，融合线性分割方法，提出一种基于线性分割的部分承载动态称重模型，并开发了4排并列式动态称重系统。经过实验对比验证，使用新模型构成的动态称重系统能够在车辆变速以及起停状态下整车误差仅为土2%，为重车限重管理系统、非现场治超等应用提供了一定的支持。
关键词：传感器技术；线性分割法；传感器稀疏矩阵；压电石英传感器；路面交互模型
中图分类号：TP212.9
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2017)03-0010-04
OptimizationmethodofWIMsensorarraybasedon
linear segmentation
LI Hao'2, ZHAO Chi-hang", ZHAO Min-hui', LIANG Jie?(1. School of Transportation,Southeast University,Nanjing 210000,China ; 2. Key Laboratory of IOT Engineering,Xi' an University,Xi'an 710065,China)
Abstract: Focusing on the large error of partly load-bearing dynamic weighing sensor, propose a partly load-bearing dynamic weighing model based on linear segmentation and developed a four-row paratactic dynamic weighing system, based on pavement interaction model and partly load-bearing dynamic weighing model, combined with linear segmentation. Contrast experimental results verify that eror of dynamic weighting system using new model,maintains within ±2 % , when speed changes and vehicle is start-stop state, Dynamic weighting system propels development of EWTC system and off-site treatment.
Key words : sensor technology ; linear segmentation method; sensor sparse matrix; piezoelectric quartz sensor; pavement interaction model
0引言
动态称重（weigh-in-motion，WIM）技术由于其具有通过能力强、响应速度快等特点，是未来非现场执法，主线收费站、货车安全运行保障、桥梁保护等方面应用的一个趋势。然而受其计算模型以及传感器类型所限，精度较静态称重方法相差较大。目前提高WIM传感器精度的方法有提升传感器性能、改变传感器布局、优化WIM传感器算法等方式。例如：长安大学王选仓11}、张绍阳等人于2014年提出了8排并列式传感器布设方法，在车速不高于15km/h， 20~50℃的条件下WIM传感器误差为±5%。Benedetto Allotta等人(2]于2014年提出了一种基于最小二乘法的 WIM算法，该算法能够精确估算不平衡的轮载并能够估算重心位置。2012年，北京方集推出了窄条式称重传感器，
收稿日期：2016-12-16
并自主研发了与之相适应的车辆动力学模型、小波分析、曲线拟合和线性回归核心算法。2014年，瑞士奇石乐公司推出了多排并列式压电石英传感器构成的WIM系统，该系统在95%的置信区间内，精度能达到±3%[3]。而当车辆变速，特别是静止再启动后，传感器读数漂移很大。这是由于 WIM的系统模型是通过测量车轮动态对地压力从而估算轴重、轮重或总重的过程，车辆在通过传感器时每个车轴轮均会引起单独的响应，每个轴/轮施加的力使传感器和路面振动，测得的响应类似于指数衰减的正弦波，其中每个车轴引发的响应持续时间取决于车辆的速度和传感器承载方式,这种模型与静态称重模型有着本质的区别14]。就WIM 模型而言，与匀速移动的车轴/轮相比，变速移动的车轴/轮会导致持续性高频震动不明显，同时传感器所测量的是运
（（9国(JG2015A009