Взвешивание в движении - Weigh in motion

Взвешивание в движении или устройства взвешивания в движении (WIM) предназначены для захвата и записи ось масса и полная масса транспортного средства при проезде транспортных средств по месту измерения. В отличие от статические весы, WIM-системы могут измерять транспортные средства, движущиеся с пониженной или нормальной скоростью движения, и не требуют остановки транспортного средства. Это делает процесс взвешивания более эффективным и, в случае грузовых автомобилей, позволяет грузовикам с ограниченным весом обходить статические весы или досмотр.

Вступление

Взвешивание в движении - это технология, которая может использоваться для различных частных и общественных целей (например, приложений), связанных с весами и осевыми нагрузками автомобильных и железнодорожных транспортных средств. Системы WIM устанавливаются на автомобильном или железнодорожном пути или на транспортном средстве и измеряют, хранят и предоставляют данные о транспортном потоке и / или конкретном транспортном средстве. Для систем WIM применяются определенные особые условия. Эти условия влияют на качество и надежность данных, измеряемых системой WIM, а также на долговечность датчиков и самой системы WIM.

Системы WIM измеряют динамические нагрузки на оси транспортных средств и пытаются вычислить наиболее точную оценку соответствующих статических величин. Системы WIM должны работать без присмотра в суровых условиях дорожного движения и окружающей среды, часто без какого-либо контроля над тем, как движется автомобиль или ведет себя водитель. В результате этих особых условий измерения успешное внедрение WIM-системы требует определенных знаний и опыта.

Важность информации о весе транспортного средства

Зная, что установка, эксплуатация, калибровка и обслуживание WIM-систем сложны, возникает вопрос: «Зачем вообще использовать WIM-системы?»

Ответ прост: «Только WIM предоставит подробную информацию о весе автомобиля!»

Информация о весе состоит из полной массы транспортного средства и нагрузки на ось (группы) в сочетании с другими параметрами, такими как дата и время, местоположение, скорость и класс транспортного средства. Для бортовых систем WIM это относится только к конкретному автомобилю. Для автомобильных WIM-систем это относится ко всему транспортному потоку.

Эта информация о весе дает пользователю подробные сведения о загрузке грузовых автомобилей. [1]. Эти знания заменят предположения и оценки, которые использовались ранее; в результате пределы неопределенности уменьшаются. Это означает, например, что соответствие между грузовыми автомобилями и дорожной / железнодорожной инфраструктурой может быть оптимизировано. Это приводит к более эффективной транспортировке товаров и лучшему управлению экономической инфраструктурой и повышению производительности. [2](Моффатт, 2017).

Дорожные приложения

Взвешивание в движении на Автомагистраль A28 (Нидерланды)
Датчик нагрузки на ось

Особенно для грузовики, мониторинг полной массы транспортного средства и осевой массы полезен во множестве приложений, включая:

  • Тротуар дизайн, мониторинг и исследования
  • Мост дизайн, мониторинг и исследования
  • Для информирования о правилах применения перегрузки по весу и для непосредственного обеспечения соблюдения[3]
  • Планирование и исследования движения грузов
  • Плата по весу
  • Данные для облегчения принятия законодательства и регулирования

Наиболее распространенное применение данных WIM для дорог - это, вероятно, проектирование и оценка дорожного покрытия. В США для этой цели используется гистограмма данных WIM. При отсутствии данных WIM доступны гистограммы по умолчанию. Тротуары повреждаются в результате механико-эмпирического процесса усталости.[4] что обычно упрощается как закон четвертой степени. В своей первоначальной форме закон четвертой степени гласит, что степень повреждения дорожного покрытия пропорциональна нагрузке на ось, увеличенной до четвертой степени. Данные WIM предоставляют информацию о количестве осей в каждой значимой весовой категории, что позволяет проводить такие расчеты.[нужна цитата ]

Весы для взвешивания в движении часто используются для облегчения контроля за весовой перегрузкой, например Федеральное управление безопасности автотранспортных средств Программа информационных систем и сетей для коммерческих автомобилей. Системы взвешивания в движении могут использоваться как часть традиционных станций придорожной инспекции или как часть виртуальных станций инспекции.[5] В большинстве стран системы WIM не считаются достаточно точными для прямого контроля перегруженных транспортных средств, но это может измениться в будущем.[6]

Самым распространенным мостовым приложением WIM является оценка загрузки трафика. Интенсивность движения на мостах сильно различается, так как одни дороги намного загружены, чем другие. Для мостов, которые вышли из строя, это важно, поскольку мост с менее интенсивным движением более безопасен, а мосты с более интенсивным движением должны быть приоритетными для обслуживания и ремонта. Большое количество исследований было проведено на тему транспортной нагрузки на мостах, как короткопролетных, так и короткопролетных.[7][8][9] с учетом динамики,[10][11][12] и большой пролет.[13][14][15]

В последние годы появилось несколько "специальных" систем взвешивания в движении. Один из популярных примеров - весы для мусоровоза с передней вилкой. В этом приложении контейнер взвешивается - пока он полный - когда водитель поднимает, и еще раз - пока он пустой - когда контейнер возвращается на землю. Разница между полным и пустым весом равна весу содержимого.[нужна цитата ]

Использовать

Этот список неполный; вы можете помочь добавление недостающих предметов с надежные источники.

Страны, использующие взвешивание в движении на автомагистралях, включают:

  • Бельгия[16]
  • Китай[17][18]
  • Франция[19]
  • Германия[19]
  • Япония[20]
  • Нидерланды[21]
  • объединенное Королевство[19]

Точность

Точность данных взвешивания в движении, как правило, намного ниже, чем у статических весов, где условия окружающей среды лучше контролируются. Европейский СТОИМОСТЬ 323[22] группа разработала структуру классификации точности в 1990-х годах.[23] Они также координировали три независимо контролируемых дорожных испытания коммерчески доступных и прототипных систем WIM, одно в Швейцарии,[24] один во Франции (Тест на континентальной автомагистрали) и один в Северной Швеции (Тест на холодную среду).[25] Более высокая точность может быть достигнута с помощью систем WIM с несколькими датчиками[26] и тщательная компенсация влияния температуры. В Федеральное управление автомобильных дорог в США опубликовал критерии обеспечения качества для WIM-систем[27] чьи данные включены в Долговременные характеристики дорожного покрытия проект.

Системные основы большинства систем

Датчики

Системы WIM могут использовать для измерения различные типы датчиков.

Самые ранние системы WIM, которые до сих пор используются в небольшом количестве установок, используют в качестве платформы для взвешивания существующий мост с инструментами.[28][29] Пластины изгиба перекрывают пустоту, прорезанную в дорожном покрытии, и используют изгиб при прохождении колеса в качестве меры веса. В тензодатчиках используются тензодатчики в угловых опорах большой платформы, встроенной в дорогу.[30]

Сегодня большинство систем представляют собой полосовые датчики - чувствительные к давлению материалы, устанавливаемые в канавку шириной 2–3 см, вырезанную в дорожном покрытии. В полосковых датчиках используются различные чувствительные материалы, включая пьезополимер, пьезокерамику, емкостные и пьезокварцевые. Многие из этих сенсорных систем зависят от температуры, и для этого используются алгоритмы.[30]

Преобразователи деформации используются в системах Bridge WIM. Тензодатчики используются для измерения изгиба изгибаемых пластин и деформации в тензодатчиках. В системах датчиков полосы используются пьезоэлектрические материалы в канавке. Наконец, емкостные системы измеряют емкость между двумя близко расположенными заряженными пластинами.[31]

Усилители заряда

Сигналы заряда с высоким импедансом усиливаются усилителями заряда на основе полевых МОП-транзисторов и преобразуются в выходной сигнал напряжения, который подключается к системе анализа.[нужна цитата ]

Индуктивные петли

Индуктивные петли определяют въезд и выезд транспортного средства со станции WIM. Эти сигналы используются как триггерные входы для запуска и остановки измерения, чтобы инициировать общую полную массу каждого транспортного средства. Они также измеряют общую длину транспортного средства и помогают с классификацией транспортных средств. Для платных ворот или низкоскоростных приложений индуктивные петли могут быть заменены другими типами датчиков транспортных средств, такими как световые завесы, датчики оси или пьезокабели.[нужна цитата ]

Система измерения

Система высокоскоростного измерения запрограммирована на выполнение расчетов следующих параметров:[нужна цитата ]

Расстояние между осями, вес отдельных осей, полная масса транспортного средства, скорость транспортного средства, расстояние между транспортными средствами и синхронизированная с GPS отметка времени для каждого измерения транспортного средства.

Измерительная система должна быть экологически безопасной, иметь широкий диапазон рабочих температур и выдерживать конденсацию.

Считывание номерного знака

Камеры для автоматическое распознавание номеров может быть частью системы для проверки измеренного веса относительно максимально допустимого веса для транспортного средства и, в случае превышения лимитов, информировать правоохранительные органы, чтобы преследовать транспортное средство или напрямую отлично владелец.[32]

Связь

В измерительную систему необходимо установить различные способы связи. Может быть предоставлен модем или сотовый модем. В более старых установках или при отсутствии коммуникационной инфраструктуры системы WIM могут работать самостоятельно, сохраняя данные для последующего их физического извлечения.[нужна цитата ]

Архивирование данных

Система WIM, связанная с любыми доступными средствами связи, может быть подключена к центральному серверу мониторинга. Программное обеспечение для автоматического архивирования данных требуется для извлечения данных со многих удаленных станций WIM, чтобы они были доступны для дальнейшей обработки. Можно создать центральную базу данных, чтобы связать множество WIM с сервером для различных целей мониторинга и обеспечения соблюдения.[нужна цитата ]

Железнодорожные приложения

Взвешивание в движении также широко применяется на железнодорожном транспорте. Известные приложения[33]

Основы системы

Измерительная система состоит из двух основных частей: рельсового компонента, который содержит оборудование для связи, питания, вычислений и сбора данных, и рельсового компонента, который состоит из датчиков и кабелей. Известные принципы работы датчиков включают:

  • тензодатчики: измерение деформации обычно в ступице рельса[34]
  • волоконно-оптический датчики: измерение изменения силы света, вызванного изгибом рельса[35]
  • тензодатчики: Измерение изменения деформации в датчике веса, а не непосредственно на рельсе.
  • лазер системы на основе: измерение смещения рельса

Дворы и главная линия

Поезда взвешиваются либо на главной линии, либо на станциях.[нужна цитата ]Системы взвешивания в движении, установленные на основные направления измерить полный вес (распределение) поездов, проезжающих с заданной линейной скоростью. Взвешивание в движении на магистрали также называется «взвешиванием в движении»: все вагоны сцеплены.[нужна цитата ]Взвешивание в движении на ярды часто измеряют отдельные вагоны. Для взвешивания требуется, чтобы железнодорожный вагон был отцеплен с обоих концов. Поэтому взвешивание в движении на ярдах также называется «взвешиванием в движении без сцепления». Системы, установленные на верфях, обычно работают на более низких скоростях и имеют более высокую точность.[нужна цитата ]

Воздушные приложения

В некоторых аэропортах используется система взвешивания самолетов, при которой самолет рулит через платформу весов и измеряется его вес. Затем вес можно использовать для сопоставления с записью в журнале пилота, чтобы гарантировать, что топлива достаточно, с небольшим запасом для безопасности. Некоторое время это использовалось для экономии топлива для реактивных двигателей.[нужна цитата ]

Кроме того, основное различие в этих платформах, которые в основном являются приложением "передачи веса", заключаются в том, что чеквейеры, также известные как динамические шкалы или подвижные шкалы.[нужна цитата ]


Международное сотрудничество и стандарты

Международное общество весов в движении (ISWIM, www.is-wim ) - международная некоммерческая организация, юридически учрежденная в Швейцарии в 2007 году. ISWIM - это международная сеть, объединяющая людей и организации, работающих в области взвешивания в движении, и для них. Сообщество объединяет пользователей, исследователей и поставщиков WIM-систем. Сюда входят системы, установленные на или под дорожным покрытием, мостами, железнодорожными путями и на борту транспортных средств. ISWIM периодически организует Международные конференции по WIM (ICWIM), региональные семинары и практикумы в рамках других международных конференций и выставок.

В 1990-х годах появился первый стандарт WIM ASTM-E1318-09.[36] был опубликован в Северной Америке, а действие COST 323 предоставило проект европейских спецификаций WIM[23] а также отчеты о панъевропейских тестах WIM-системы. Европейский исследовательский проект WAVE [37] и другие инициативы предоставили улучшенные технологии и новые методологии WIM. Эти первые тесты проводились с комбинацией систем WIM с видео в качестве инструмента, помогающего перегрузить средства контроля. [38].

В начале 2000-х годов точность и надежность систем WIM были значительно улучшены, и они чаще использовались для проверки перегрузки и предварительного выбора для контроля за соблюдением веса на обочине дороги (виртуальные станции взвешивания). OIML R134 [39] был опубликован как международный стандарт низкоскоростных систем WIM для юридических приложений, таких как толлинг по весу и прямое применение веса. Совсем недавно стандарт NMi-WIM [40] предлагает основу для внедрения высокоскоростных систем WIM для прямого автоматического принуждения и бесплатного взимания пошлин по весу.

Рекомендации

  1. ^ DEVINE (1998). «Эксперимент по динамическому взаимодействию транспортных средств и инфраструктуры (проект DIVINE), Заключительный отчет DSTI / DOT / RTR / IR6 (98) 1 / FINAL: Группа научных экспертов ОЭСР IR6».
  2. ^ Моффатт, М. (август 2017 г.). «Данные о массе транспортных средств для проектирования дорожного покрытия и управления активами. Брисбен, Австралия». Презентация на TCA WIM Forum 2017.
  3. ^ Джейкоб, Бернард; Коттино, Луи-Мари (2016). «Взвешивание в движении для прямого контроля перегруженных коммерческих автомобилей». Транспортные исследования. 14: 1413–1422. Дои:10.1016 / j.trpro.2016.05.214.
  4. ^ Taheri, A .; OBrien, E. J .; Коллоп, А.С. (август 2012 г.). «Модель повреждений дорожного покрытия, включающая динамику транспортного средства и трехмерную поверхность покрытия». Международный журнал дорожной техники. 13 (4): 374–383. Дои:10.1080/10298436.2012.655741. HDL:10197/7059.
  5. ^ «Расширенные возможности CVISN». Федеральное управление безопасности автотранспортных средств. Получено 8 февраля, 2012.
  6. ^ Cornu, D .; Stamberg, R .; Kriz, I .; Дупал, Э. (2012). Годовой опыт прямого применения WIM в Чешской Республике. ISBN  978-1-84821-415-6.
  7. ^ Новак, Анджей С. (декабрь 1993 г.). «Модель динамической нагрузки для автомобильных мостов». Структурная безопасность. 13 (1–2): 53–66. Дои:10.1016/0167-4730(93)90048-6. HDL:2027.42/30400.
  8. ^ О'Коннор, Алан; О'Брайен, Юджин Дж (февраль 2005 г.). «Моделирование транспортной нагрузки и факторы, влияющие на точность прогнозируемых экстремумов». Канадский журнал гражданского строительства. 32 (1): 270–278. Дои:10.1139 / l04-092. HDL:10197/2334. S2CID  16871994.
  9. ^ OBrien, Eugene J .; Лихи, Катал; Энрайт, Бернард; Капрани, Колин С. (30 сентября 2016 г.). «Валидация сценарного моделирования нагрузки моста». Балтийский журнал дорожного и мостостроения. 11 (3): 233–241. Дои:10.3846 / bjrbe.2016.27. HDL:10197/9252.
  10. ^ OBrien, Eugene J .; Кантеро, Даниэль; Энрайт, Бернард; Гонсалес, Артуро (декабрь 2010 г.). «Характерный динамический прирост для случаев экстремальной транспортной нагрузки на автомобильных мостах с короткими и средними пролетами». Инженерные сооружения. 32 (12): 3827–3835. Дои:10.1016 / j.engstruct.2010.08.018. HDL:10197/4045.
  11. ^ Кантеро, Даниэль; Гонсалес, Артуро; ОБрайен, Юджин Дж. (16 марта 2011 г.). «Сравнение мостовых динамических усилений от 5-осных тележек с шарнирно-сочлененной рамой и больших кранов». Балтийский журнал дорожного и мостостроения. 6 (1): 39–47. Дои:10.3846 / bjrbe.2011.06. S2CID  59584590.
  12. ^ Гонсалес, Артуро; OBrien, Eugene J .; Кантеро, Даниэль; Ли, Инъянь; Доулинг, Джейсон; Снидарич, Алесь (май 2010 г.). «Критическая скорость для динамики движения грузовиков на мостах с ровным дорожным покрытием». Журнал звука и вибрации. 329 (11): 2127–2146. Bibcode:2010JSV ... 329.2127G. Дои:10.1016 / j.jsv.2010.01.002. HDL:10197/2138.
  13. ^ Новак А.С.; Лютомирская М; Шейх Ибрагим Ф.И. (2010). «Развитие динамической нагрузки на мосты большой протяженности». Мостовые конструкции. 6 (1, 2): 73–79. Дои:10.3233 / BRS-2010-006.
  14. ^ Мику, Елена Александра; Обриен, Юджин Джон; Малекджафарян, Абдолла; Куиллиган, Майкл (21 декабря 2018 г.). «Оценка воздействия экстремальных нагрузок на мосты большой протяженности с использованием данных изображений трафика». Балтийский журнал дорожного и мостостроения. 13 (4): 429–446. Дои:10.7250 / bjrbe.2018-13.427.
  15. ^ Липари, Алессандро; Caprani, Colin C .; ОБрайен, Юджин Дж. (Октябрь 2017 г.). «Методика расчета характерной нагрузки перегруженного трафика на длиннопролетных мостах с использованием данных для конкретной площадки». Компьютеры и конструкции. 190: 1–12. Дои:10.1016 / j.compstruc.2017.04.019.
  16. ^ "Взвешивание в движении | Wegen en verkeer". wegenenverkeer.be. Получено 2020-11-03.
  17. ^ «Звонок для пунктов взимания платы за проезд на скоростных автомагистралях на границах провинций». www.ecns.cn. Получено 2020-11-03.
  18. ^ Хэнг, Вен; Се, Юаньчан; Хе, Джи (ноябрь 2013 г.). «Практика использования технологии взвешивания в движении для регулирования веса грузовиков в Китае». Транспортная Политика. 30: 143–152. Дои:10.1016 / j.tranpol.2013.09.013.
  19. ^ а б c Рынок систем взвешивания в движении по типу (дорожные, мостовые, бортовые), скорости транспортного средства (низкая, высокая), компонентам (оборудование, программное обеспечение и услуги), отрасли конечного использования (дорожные сборы, нефть и нефтеперерабатывающий завод, логистика ), Датчики, функции и региональный глобальный прогноз до 2026 г. ". www.marketresearch.com. Получено 2020-11-03.
  20. ^ «Дорожное бюро - МЛИТ Министерства земли, инфраструктуры, транспорта и туризма». www.mlit.go.jp. Получено 2020-11-03.
  21. ^ "Meer data, minder schade". Verkeerskunde (на голландском). Получено 2020-11-03.
  22. ^ «Действие 323». СТОИМОСТЬ. Получено 2019-03-14.
  23. ^ а б Джейкоб, Бернард; О'Брайен, Юджин Дж .; Ньютон, В. (2000). «Оценка точности и классификация систем взвешивания в движении. Часть 2: Европейская спецификация». Международный журнал систем тяжелых транспортных средств. 7 (2/3): 153. Дои:10.1504 / IJHVS.2000.004831. HDL:10197/4072. ISSN  1744–232X. S2CID  52574966.
  24. ^ "ЕВРОПЕЙСКОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО EUCO-COST / 323/6/97". wim.zag.si. Получено 2019-03-14.
  25. ^ Союз, Европейское бюро публикаций (1999-06-18). "СТОИМОСТЬ 323: Материалы Второй Европейской конференции по взвешиванию дорожных транспортных средств, Лиссабон, 14-16 сентября 1998 г.". публикации.europa.eu. Получено 2019-03-14.
  26. ^ О'Коннор, Том; О'Брайен, Юджин Дж .; Джейкоб, Бернард (2000). «Экспериментальное исследование пространственной повторяемости». Международный журнал систем тяжелых транспортных средств. 7 (1): 64. Дои:10.1504 / IJHVS.2000.004519. ISSN  1744–232X. S2CID  56218933.
  27. ^ Уокер, Дебра; Себон, Дэвид (2012). Джейкоб, Бернард; Макдоннелл, Энн Мари; Кунагин, В. (ред.). "Метаморфоза данных трафика LTPP" (PDF). Даллас, Техас: Международное общество взвешивания в движении.
  28. ^ Моисей, Фред (1979). «Система взвешивания в движении с использованием мостов с инструментами». Журнал транспортной инженерии ASCE. 105 (3): 233–249.
  29. ^ Ричардсон, Джим; Джонс, Стивен; Браун, Алан; О ', Евгений; Brien, N.A .; Гаджализаде, Донья (2014). «Об использовании моста с взвешиванием в движении для принуждения грузовиков с избыточным весом». Международный журнал систем тяжелых транспортных средств. 21 (2): 83. Дои:10.1504 / IJHVS.2014.061632. HDL:10197/7058. S2CID  73594148.
  30. ^ а б Бурнос, Петр; Гайда, Януш (15.12.2016). «Анализ тепловых свойств датчиков нагрузки на ось для транспортных средств с весами в системе взвешивания в движении». Датчики. 16 (12): 2143. Дои:10,3390 / с16122143. ISSN  1424-8220. ЧВК  5191123. PMID  27983704.
  31. ^ Ченг, Лу; Чжан, Хунцзянь; Ли, Цин (17 августа 2007 г.). «Разработка емкостного гибкого датчика веса для автомобильной WIM-системы». Датчики. 7 (8): 1530–1544. Дои:10,3390 / с7081530. ISSN  1424-8220. ЧВК  3814867.
  32. ^ «Британские системы ловят перегруженные грузовики. Посмотрите, как они работают». Trans.INFO. Получено 2020-11-03.
  33. ^ Буурман, Герлоф и Зетеман, Арьен. «Жизненно важный инструмент в управлении активами», Европейский железнодорожный обзор, Выпуск 3, 23 августа 2005 г.
  34. ^ «ARGOS® - высокоточная система мониторинга поездов на обочине» (PDF). Unece. 2012 г.
  35. ^ Системы мониторинга Gotcha «Увеличение срока службы гусеницы и подвижного состава», = EurailMag, Выпуск 22, сентябрь 2010 г.
  36. ^ ASTM-E1318-09 (2009). «Стандартные спецификации для автомобильных систем взвешивания в движении (WIM) с требованиями пользователя и методами испытаний». Вест Коншохокен, Пенсильвания, США: ASTM International.
  37. ^ ВОЛНА (2002). «Взвешивание осей и транспортных средств в Европе, общий отчет». LCPC, Париж, Франция.
  38. ^ ван Саан, Х., ван Лоо, Х. (2002). «Взвешивание в движении в Нидерландах». Орландо, Флорида, США, 3-й Int. Конференция по взвешиванию в движении.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  39. ^ МОЗМ R134 (2009 г.). «Автоматические приборы для взвешивания автотранспортных средств в движении и измерения осевых нагрузок». Международная организация законодательной метрологии, Париж, Франция.
  40. ^ NMi (2016). «Стандарт NMi WIM - Спецификации и процедуры испытаний для систем взвешивания в движении». Голландская метрологическая организация, Дордрехт, Нидерланды.

внешняя ссылка

6. ВЗВЕШИВАНИЕ В СВОБОДНОМ ПОТОКЕ