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随着我国经济和交通事业的发展,公路运输的超重现象越来越严重,超载造成了路面、桥梁等设施的破坏,从而恶化了道路服务水平和行车安全状况,给国家造成巨大的经济损失。同时因超载运输引发的交通事故也日益增多,威胁着人民的生命安全。传统的车辆称重都是在静止时进行的,这种称重方式是最准确的方法。但是,这种传统的称重方式有它自身的缺点,测量效率较低,需要人工干预,无法实现对所有车辆的24小时不停车监控。动态地测量行驶中车辆的轴载,对于公路的养护及执法具有重要的意义,因此路政管理部门急需一种动态称重(WIM)系统来抑制超载现象。已有的公路动态称重系统,其称重原理大都是利用承载板传感单元测量重力信号,然后对该信号作滤波处理得到轴载,该系统需较长的承载板,而且限制了较低的车辆通过速度以保证动态称重信号经过一定时间的衰减,稳定到一定程度才开始计量转换处理。
本文利用高精度微传感器建立了一种新型的桥梁高速动态超载检测方法。桥梁采用简支梁模型,车/桥相互作用模型化为具有固定间距点力匀速通过桥面。利用安装在桥梁下面的微传感器测量车辆经过桥面引起的桥梁响应,建立测量信号与车辆载重的对应关系,进而获得动态车辆的载重值。由于采用间接测量方法,只需将传感器固定在桥下即可,不需要开挖道路,安装方便,也不会对交通产生任何影响。
通过对现有的WIM系统,动态检测方法和桥梁模型进行分类和总结,提出本文采用的桥梁模型,动态称重方法和超载检测系统。对单点力,两点力通过桥面情况的测量理论进行了研究,并推广到多轴车辆匀速通过桥面时载重测量理论。利用高灵敏度微传感器搭建了高速超载检测系统试验平台,同时经过实地勘察,选择了满足要求的高速公路桥梁作为试验桥梁。理论仿真和试验结果证明本文方法可以较准确的进行高速动态超重车辆的检测。利用Visual C++ 6.0开发了基于微传感器的高速车辆超载检测系统软件包,研制出高速车辆超载检测系统样机,通过专家组验收。