围绕高速公路称重系统进行阐述，对动态称重系统和静态称重系统进行对比分析，简要分析 动态和静态的利弊，得出称重系统适宜采用动静 结合的测控系统。
引言
近年来，随着经济的发展，加快了高速公路的建 设步伐。高速公路建设标准高、路况优良、通行效率 高，一直存在不法分子逃避缴纳通行费的作弊现象。 实施全省高速公路联网收费之后，全省高速公路处在 同一路网中，车辆单次行驶距离变长、缴费额增大，通 过一些技术手段逃费,例如在车上装上液压设备，通 过改变重心位置达到减少重量来逃费。超载对桥梁 和高速公路的路面损害巨大，无疑加重桥梁和道路的 养护工程的负担,并对交通安全、交通运输秩序构成了极大的危害。
据不完全统计，山东省内各条段高速公路收费站 屡次出现大型货车利用计重设备漏洞，通过跳秤、轧 秤、冲秤等方式，进行偷逃通行费现象，造成反复跳 称，长时间的堵车排队现象时有发生，遭到其他过往 车辆的抵触与不理解，同时也给计重收费的征管工作 带来许多困难。
1.称重系统
1. 1动态称重
动态称重系统在高速称重系统应用较多，技术较 成熟。动态测量是对运动中车辆的轴重和轴数进行 测量，是由弯板传感器和轴数识别器来测量的，对轴 重的结果并不是很准确,典型问题称重误差较大。
1.2静态称重
静态称重系统是最近开始应用的计重方式。静 态测量是对车辆的总重进行测量，通过汽衡获得轴重 测量结果。
2.称重系统的原理与设计
2.1称重系统的原理
通过称重传感器,选用单片机作为系统的控制中 心（单片机采用集成外围电路的芯片，多端口），提高 了系统工作的可靠性。传感器将重量信号转变成为 工业标准电流信号，利用液晶显示设备地址、过量程 报警值、当前测量值,通过设置报警值，当重量超出传 感器的量程时,报警电路发出警报信号。
系统具体工作流程：首先，由压力传感器将重量 转变为工业标准的电流信号,经I/V转换电路与A/D 转换器,将重量信号变成数字量。然后，通过芯片RS -485通信收发器，按照工业标准MODBUS通信协 议,将数字化后的重量信息传递给上位机。
上位机采用QT设计可视化界面,结合数据库、ASP 以及MD5数字指纹加密技术,完成数据的储存和网络 传输,其功能主要包括称重组态、称重曲线绘制、用户登 录、车辆信息、票据打印和网络在线查询等。
数据传输采用标准的MODBUS通信协议，CRC 校验采用数据计算的方法获得。上位机使用控件通过串口进行数据的传输和接收，控件以事件驱动方式 处理通信数据，控件的事件捕获并处理这些通信事 件,设置接收缓冲区，每收到一个字符就产生一个事 件,数据发送不产生事件。设置二进制取回数据方 式，同时,需要设置波特率、奇偶校验位、数据位和停 止位。
为保证系统的安全性，引入MD5数字指纹加密 技术。当用户登录时，系统对用户输入的密码进行 MD5运算,然后与保存在数据库中的MD5值进行比 较，以确定输入的密码是否正确。这样，系统在并不 知道用户密码的明码情况下就可以确定用户登录系 统的合法性,避免用户的密码被具有系统管理员权限 的用户知道。在数据库设计方面，系统在数据库中建 立了多张表,分别是称重数据表、操作人员表、车辆信 息数据表、称重计费表。网络系统采用动态服务界 面，它可以与数据库进行交互，为用户的数据查询、密 码修改提供便捷。
2.2硬件部分电路设计
计重系统电路见图1。

2.2.1数字信号处理
DSP处理器系统见图2。


2. 2. 2 信号处理
输入信号的波形见图3。经过处理的信号输出的波形见图4。输入信号的频谱见图5。输出信号的频 谱见图6。




2.3干扰环境的信号处理
强干扰环境下的输入波形见图7。经过信号处理 产生波形见图8。输入信号的频谱见图9。经过信号 处理的频谱见图10。



2.4滤波
滤波器滤波设置，设置当前阶数为512,即i =512。程序：
#include < fract. h >
fract32 filter (f
ract16 * in, fract16 * coeff)
{ int i;
fract32 acc = 0;
for(i =0；i <512;i + + )
{ acc =
add_fr1x32 (acc, mult_fr1x32 (in [i] , coeff [i]))；
}
return acc;
}
3.称重系统的应用
针对高速公路现行的称重系统，被测车辆低速驶 入称重区域,车头触发光幕，系统被触发，自动进入动 态称重状态。车辆进入汽车衡后，在重力作用下获得 与重量成比例的电信号，如果干扰信号强，先进行滤 波，消除干扰大的信号,然后经过放大器将信号放大， 通过模数器件将测量的模拟信号转换为数字信号,通 过DSP等器件的数据处理，并进行数据的冗余校验， 最终获得有效数据。由汽衡测出各轴的轴重、轴形, 当车的车尾通过光幕时,通过计算机将轴重、总重和 轴形等数据进行处理，将结果存入计重数据库，并将 收费信息显示在LED屏上。见图11。

4.动态称重系统的弊端
(1)设备按照要求，四台面的称重设备开挖面积 大,施工难度大，设备安装周期长，维护耗时，不易维 修。（2)设备的稳定性差,称重准确性差。（3)反作弊 措施差。车辆走“S”型“跳车”过称《 “拆分轴”过称、 车辆改装、快速通过计重平台、安装液压卷“增加轴” 过称、遮挡光幕等。建议在车道入口设置限速标志， 保障车道的正常通行。
5.静态称重系统应用
5.1静态称重系统在计重收费的应用
车辆驶入称台，光栅收尾后，一般程序会延迟一 段时间，取其稳定数值，自动上传上位计算机，车无需 停留称台。一般车未到收费窗口，采集的计重数据已 经上传到数据库。
5.2静态称重系统的利弊
5.2.1静态称重的优点
(1)误差小,精度高。根据现有资料,误差范围在 5%内。（2)车辆通行速度加快,收费效率高。（3)解 决现存动态称重系统的逃费行为。
5.2.2静态称重的缺点
(1)造价高，土建开挖面积大。（2)过车速度降 低，前面的驶出称台后车才能进道，大大降低了车辆 的通行效率。（3)安装设备具有局限性。在有些弯道 和坡度大的坡道无法进行安装。
6.收费系统的安防
针对现存非接触IC卡的安全问题，可以在读取 时设置多位编码，进行简单的加密处理。当读卡时， 管理员可以看到特定的编码，可以有效的防治对IC 卡的信息的写入。
7 .展望
高速公路应用称重系统可以采取动静结合的方 式,弥补不足。采用静态称重系统的布设，采用静态 称重系统的基础，对静态称重系统存在的问题,使用 软件处理使其具有动态称重系统的优点，以便为人们 的出行带来更多的便利。
8.新技术在收费系统的应用
车型判别采用相控阵列雷达技术，可以快速分辨 车的数量和种类,采用相控阵列雷达技术可以提高车 辆识别的精度。今后可以根据车牌识别获取车辆登 记信息，对改装车和未达标车进行黑名单处理，防止 干扰正常车辆的通行。
目前正在国内推广使用的电子不停车收费系统 是通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在 收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程 通讯,利用计算机联网技术与银行进行后台结算处 理,从而实现车辆通过路桥收费站时无需停车、快捷 交易。
相比传统的人工收费方式,避免了在车流量大的 情况下造成的公路堵塞。不过，当前很多ETC系统存 在不同程度的局限性。一方面，汽车上的车载电子标 签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的通讯信 号容易受到干扰；另一方面，多辆汽车之间的车载电 子标签容易互相干扰,从而容易导致汽车在通过ETC 车道自动交费的过程中出现错误。大多ETC收费,只 有在限制汽车通行速度、前后车辆保持一定距离的前 提下才能正常工作，否则会导致ETC无法识别汽车上 的电子标签，以致收费错误或失败。也就是说，这种 技术上的局限性没能从根本上缓解交通拥塞。
采用新技术的基于相控阵雷达技术的ETC系统， 运用了空间谱估计技术从空间域对期望信号到达天 线阵列的波达角（DOA)进行精确估计,再利用信号到 达空间角度差异用数字波束形成技术实现空域滤波， 极大地减少了信号干扰，增强了信号强度和辨识能 力,使车辆通过ETC收费系统的速度得到很大提高， 从根本上缓解了原有ETC收费站因信号误读、不能识 别而导致的交通拥塞。