高速公路动态称重系统的应用研究

论文摘要

随着交通检查、超限治理和计重收费工作的不断深入，汽车动态称重系统（Weigh-in-Motion，简称WIM）作为一种有效的车辆超限超载管理手段，已经得到了越来越广泛的应用，同时对于保护公路的正常使用有着重要的经济意义和社会价值。就高速公路动态称重系统而言，动态称重的精度、汽车的通过速度是其最重要的性能指标，它标志着动态称重技术水平的高低。本文在充分研究了影响动态称重精度各种因素的前提下，选择了适合的传感器，并实现了数据采集和传输系统的设计和数据处理算法，以及对该算法进行了实验验证，取得了较为理想的效果。全文组织如下：1、在参阅了大量国内外文献的基础上，重点分析了汽车在动态称重过程中的动态特性，并对动态称重过程中车辆自身的各种运动状态对称重数据的影响进行了理论分析，得出其影响称重精度的原因。2、在充分分析动静态精度影响因素并衡量系统结构和实用性的基础上，选用压电石英传感器阵列作为称重单元，给出了传感器阵列排布方案，并采用RS-232接口来完成系统有线数据传输，从硬件和软件两个方面对现有数据采集和传输系统进行了改进。3、结合压电石英传感器信号特征，利用小波原理对数据信号进行降噪处理，并针对信号“丢轴”现象提出信号完整性分析方法，并依据采集传感器的输出值及行车速度值建立BP神经网络模型，进而得到车辆的静态车重。实验结果表明，该算法具有较高的精度和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外动态称重系统的发展与应用现状
• 1.2.1 国内外动态称重系统的发展
• 1.2.2 国内外动态称重系统的应用现状
• 1.2.3 动态称重相关规范
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 小结
• 第二章 动态称重系统概述
• 2.1 动态称重系统的设计框架
• 2.1.1 动态称重系统基本组成
• 2.1.2 动态称重系统车道布局及工作流程
• 2.2 车辆整体运动和动力荷载分析
• 2.2.1 车辆整体运动分析
• 2.2.2 车辆动力载荷分析
• 2.3 动态称重过程中精度影响因素分析
• 2.3.1 动态精度影响因素分析
• 2.3.2 静态精度影响因素分析
• 2.4 小结
• 第三章 动态称重系统数据采集与传输系统设计
• 3.1 数据采集与传输系统基本构成
• 3.2 称重传感器与传输方式的分析和选择
• 3.2.1 称重传感器的分析和选择
• 3.2.2 数据传输方式的分析和选择
• 3.3 动态称重系统数据采集实现
• 3.3.1 数据采集系统硬件设计
• 3.3.2 数据采集系统软件设计
• 3.3.3 采样频率确定
• 3.4 动态称重系统数据传输实现
• 3.4.1 串口通讯规约
• 3.4.2 数据通信协议
• 3.4.3 数据交互主要方法
• 3.5 小结
• 第四章 动态称重系统数据处理算法与验证
• 4.1 动态称重信号中噪声分析
• 4.1.1 噪声信号成因
• 4.1.2 压电石英称重传感器信号的特点
• 4.2 动态称重信号中噪声处理方法
• 4.2.1 基于小波分解的处理方法
• 4.2.2 动态称重信号预处理
• 4.2.3 信号完整性分析
• 4.3 BP 神经网络算法在动态称重系统中的应用
• 4.3.1 BP 神经网络拓扑结构及实现
• 4.3.2 BP 神经网络设计
• 4.3.3 多传感器神经网络模型建立与数据获取
• 4.4 实验验证与分析
• 4.4.1 实验验证
• 4.4.2 实验分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢