[发明专利]利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统

说明书

本发明公开了一种利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法及系统，该方法包括，在主体结构上部署动态识别模块，当车辆经过主体结构时动态识别模块采集作用力数据；对动态识别模块采集的作用力数据进行计算得到支反力及支反力时程；通过支反力时程所对应的时程曲线识别车轴对应的突变，获取车辆轴数和车辆各轴驶上和离开主体结构的时间点；通过驶上和离开主体结构的时间点和支反力时程计算支反力名义值及车辆速度；通过支反力名义值及车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。本发明利用一套系统实现车辆轴重、轴距和速度的识别功能，既可对慢速行驶的车辆称重，也可对快速行驶的车辆进行称重，结构简单，安装方便且有较高的识别精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及车辆动态称重，尤其涉及利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法及系统。

背景技术

交通结构主题的使用期长达几十年、甚至上百年，在环境侵蚀、材料老化、荷载的长期效应和疲劳效应、灾害因素的突变效应等共同作用下将不可避免地导致结构系统的损伤积累和抗力衰减，极端情况下可能引发灾难性的突发事故。因此，为了保障结构的安全性、完整性和耐久性，已建成使用的交通结构主体急需采用有效的手段来监测和评估其损伤程度及安全状态，而车辆的轴重和轴距是交通结构主题健康监测中重要的参数。

目前对车辆进行称重的主要方法有：

传统地磅，该方式识别效率低，车辆需停车或以极低速度行驶，只能识别车辆总重，不能识别车辆单轴轴重，并且需设置专门称重站；

路面式动态称重系统(Pavement weight-in-motion,PWIM)，包括弯板式、压电石英式等。该方式安装维护不方便，需中断交通，使用寿命低；另外车辆正常行驶的跳动对识别精度影响较大且不易控制；

桥梁动态称重系统(Bridge weigh-in-motion,BWIM)，该类系统一般需要由两套装置协同工作以达到识别车辆重量的功能：一套装置用于识别车辆速度和轴距，另一套装置用于识别车辆轴重。用于识别车辆速度和轴距的技术主要有传统的磁带式或风压管式路面轴距识别装置和非路面式车轴探测传感器(Free-of-axle-detector,FAD)两类。用于识别车辆轴重的技术一般为Moses方法或基于其改进的方法，这类方法通过在桥梁上安装应变传感器，利用测得的桥梁弯曲应变计算车辆轴重/总重。

但BWIM也存在一定的局限性：

现有的磁带式或压感觉式轴距识别装置，由于其安装方式需要在路面/桥面开挖后安装传感器，因此仍存在使用寿命低和安装维护需要中断交通等缺点。

现有的FAD传感器，由于其安装在桥梁下方，因此解决了磁带式或压感式装置寿命低的缺点，因而FAD技术已逐步替代了传统的磁带式或压感式装置。但商用经验表明，FAD传感器对车辆横向行驶位置很敏感，即车辆行驶位置的改变可能导致识别结果精度下降，甚至无法识别(即使用桥梁局部响应识别车轴，受车辆横向加载位置影响)；此外，FAD传感器在应用于结构长度较短的桥梁或具有次级结构的桥梁(如正交异性板桥)时具有较好的效果，但对于其它类型桥梁其识别精度较差。

现有BWIM技术使用桥梁弯曲应变进行车轴轴重识别，因此仅适用于以受弯为主要受力形式的梁桥或含有以受弯为主要受力形式的次级结构的桥梁(如正交异性板桥梁)。此外，通过桥梁弯曲应变计算结构内力时需要考虑结构材料属性和截面属性，而结构材料属性和截面属性无法避免地具有一定的随机性，因此将导致计算所用的数值模型具有一定的误差，且该误差无法彻底消除，从而导致识别得到的车辆轴重的可靠精度降低。

针对上述情况，需提出一种利用支反力动态识别车辆轴重、轴距的方法及其系统，以解决传统技术安装维护不方便，需中断交通，使用寿命低，识别精度局限性较大且易产生误差的问题。

发明内容