货车不规范过秤的算法研究
一、概述:
目前我国绝大多数省份高速路收费系统都是按照计重收费模式收费的，从计重收费在河南、江苏等部分省份开始实施以来，已经走过了7个年头；随着计重收费的不断推广，越来越多的货车经过不规范行驶经过秤台，造成称重系统不完全称重导致自身重量减轻，从而达到少缴通行费的目的，由于司机作弊行为多种多样，只依靠收费员管理的效果不是很明显，而且也增加了收费人员的工作量，增加了管理成本，同时影响的高速公路通行效率；
本文详细列举了各种现有货车常见不规范过秤的方法及在该方法下称量重量偏轻的原因，并提出了针对各种货车不规范过秤作弊方法的检测方法；
二、常见的货车不规范过秤行驶的方法及重量减轻的原因
1、车辆走S型的方式经过秤台
该作弊方法的行为特征为：车轮一侧轮胎先上称，等这个轮胎快下称时，让另一测上称，从而使得该轴两侧轮胎全不在称台上的时间很短，甚至在超宽车道上能做到两侧的轮胎不同时在称台上，完整的称重时间很短或者没有；
称量重量偏轻的原因是：因为称重系统按照正常的算法去计算该轴的重量，肯定会把不完全称重的部分计算在内，从而导致称重结果偏轻；
2、车辆跳秤行驶
该不规范行驶的特征为：车辆前轴行驶到称台边缘后点刹车，然后突然加速，前轴会在称台上跳过，轴没有全部位于称台上，导致称重后重量偏轻，从而达到逃避收费的目的；
3、车辆垫钢板过秤
该不规范过秤的行为特征为：在背对收费员的一侧，车辆在经过第一轴后，在称台一侧垫钢板，一侧的轮胎在钢板上经过，由于钢板两侧位于路面上，钢板本身承担了一部分重量，导致该轴一侧重量偏轻，从而使得整个车辆重量偏轻，从而达到逃避收费的目的；
4、 车辆安装假轴过秤
该作弊行为特征是：在一个固定轮轴的前侧或者后侧在安装一个假轴，平时行驶的时候假轴是抬起来的，等在称台称重的时候再把该假轴放下，假轴能承担一定的重量；此时该车超限的标准因为轴数的增加而有所提高，本来超限的就有可能不超限或者少超限，达到逃避收费的目的；
5、 车辆后轴点刹经过秤台
该不规范过秤的行为特征为：车辆前轴行驶到称台边缘后点刹车，然后突然加速，前轴会在称台上跳过，轴没有全部位于称台上，导致称重后重量偏轻，从而达到逃避收费的目的；
除了以上常见的不规范方式以外还有比如在轴上安装液压装置、超过20公里以上快速冲击秤台、压边行驶等多种规范行为，就不一一列举了；
三、各种不规范行驶的判断算法
为了准确判断出所列举的各种作弊行为，必须要对称重系统本身做适应性改进；保证在称重过程中能实时采集秤台四角四支传感器的重量；以下算法是建立在此基础上形成的；由于不同的不规范过车的类型差异很大，故针对不同的不规范类型，提出了不同的检测方法；
核心思想针对不同的不规范行驶的类型，尽可能多的提取符合该不规范行驶特征，再根据特征的重要性进行加权投票，最终判断车辆的每一根轴在经过秤台时否规范行驶；即检测算法中心思路就是如何准确的挖掘车辆在不规则行驶时的各种特征，如何准确提取并量化这些特征，如何提取众多特征化把他们融合到一起进行准确的判断；
１、 车辆Ｓ型的行驶通过秤台
如果车辆正常行驶经过秤台，垂直于行车方向的一侧地两个传感器A1与A4或者A2与A3的重量的大小变化应该是一致的（在靠一侧行驶的时候大小可能是不一样）;Ｓ型不规范特征一是A1与A4或者A2与A3传感器的峰值的差异度；当车辆Ｓ型经过秤台时因为在秤台上的有效称重区间变小了，从而导致称重偏轻；Ｓ型不规范特征二是，轮胎在经过秤台的有效称重时间；在特定的速度下，轮胎在秤台上的称重区域是有严格限制的；两种特征的权重比例是一致的，但需要考虑当某一特征特严重不正常时肯定车辆不是正常行驶的；
２、 车辆以跳秤方式通过秤台
如果车辆正常通过秤台，A1与A4加和值应该和A2与A3的加和值基本对称，如果出现较大偏差，表示车轴开始的压秤的时候肯定不规则行驶了，这是第一个特征B1；为了保证车头能够抬起，车辆必须有一个制动的动作，在秤台上的表现就是上下称的时间是不一致的，即车头在秤台上有明显的速度变化，这个是第二个特征B2；由于车辆本头重量关系，跳称后往往第一个轴的重量明显偏轻，而前轴重量自身存在一定的规律,超过下限有重大跳称嫌疑,此为第三个特征B3; B=0.5*B1+0.2*B2+0.3*B3,在通过实验的得到合适的阈值即可完成对跳称车辆的准确判断;
３、 车辆以垫钢板方式通过秤台
如果车辆正常通过秤台，在载货车辆本身不偏载特别严重的情况下，A1与A2的加和应该同A3与A4的加和值保持一定的对称性，此为第一个特征B1； 车辆垫钢板时往往为了躲避收费员观察，要在第一个轴经过秤台后开始再垫钢板，第一个轴的左右载荷分布与后面轴的载荷分布要保证一定的一致性（如果左右载荷出现偏差是因为偏行造成的话），这个为第二个特征B2；对于同一个轴来说，轴自身震动变化对于传感器A1与A4，A2和A3应该有很强的一致性，而垫钢板车辆的一致性比较差，此为第三个特征B3；B=0.3*B1+0.5*B2+0.2*B3；通过实验得到合适的阈值即可进行垫钢板判断。
４、 车辆以刹车的方式通过秤台
如果车辆正常通过秤台，A1与A4加和值应该和A2与A3的加和值基本对称，如果出现较大偏差（震动过大），表示车轴开始的压秤的时候肯定不规则行驶了，这是第一个特征B1；车辆点刹车本身是一个减速的动作，在秤台上的表现就是上下称的时间是不一致的，即轴在秤台上有较明显明显的速度变化，这个是第二个特征B2；车辆每个轴的速度变化也可以作为判断车辆是否进行点刹的方式这个市特征三B3；B=0.5*B1+0.35*B2+0.15*B3, 在通过实验的得到合适的阈值即可完成对点刹车辆的准确判断;
５、 车辆安装假轴的方式通过秤台
对车辆进行假轴安装一般在一个轴附近安装凑成连轴，一轴变两连轴，两连轴变三连轴，但是安装的假轴所承载的重量相对于平均轴重是比较低的，这个为第一特征B1；如果是正常车辆连轴的话，其每个轴的载荷相对变化应该在一个真实的范围内，可以通过计算方差的形式计算出各轴轴重是否合理这个为第二个特征B2；B=0.5*B1+0.5*B2；在通过实验的得到合适的阈值即可完成对点刹车辆的准确判断;
对其他不规范过车类型的判断也是基本上通过在现场不断观测，记录不规范过车的数据；进行数据对比分析，特征提取并进行各个特征方法融合归一最终得到合适的方法；
四、实验结果
在环城某站做车辆违规行驶现场分析；调研车道有1443辆货车通过，只记录常见的7种轴型（1129、159、115、129、12、112、15）共计1409辆货车，经收费站工作人员和调查人员目测判断，记录违规行驶货车有497辆，占调研车道货车的35.27%；准确判断出违规行驶车辆448辆，识别准确率为92.27%；有4个误判即没有违规行驶的被判为违规行驶的了，误判率为0.28%；如表1所示；
现场的测试基本满足了高管局及各收费站的需要，目前太原环城所有80多车道都已更换带有对违规车辆行驶功能的计重收费系统了；在此感谢高管局对我们测试工作的配合和支持；
在测试过车功能中发现以下问题：
1） 各个判断参数是随着不同的车道的实际情况要加以调节；
2） 不同的车型违规行驶的检测参数时有差异的；
3） 违规行驶车辆主要的作弊类型为跳称；
4） 将检测类别分为违规行驶、疑似违规行驶、正常行驶检测效果更好，但疑似违规行驶比例必须小于3%；
5） 增加了违规行驶判断算法后计重系统必须向下兼容以利于推广；
五、结语
对于越来越多的车辆在经过收费站时，均采用不规范过车的方式；这种行为造成了高速收费系统收费金额流失，降低了计重设备的使用寿命，破坏了正常的高速公路收费运营环境，造成了公路运输市场的不正当竞争；因此对车辆不规范经过秤台的行为进行准确判断，为接下来的合理重量补偿提供了重要依据，结合合理的重量补偿方法，是可以在最大程度上减少甚至杜绝不规范过车的行为，恢复正常的收费运行环境。 |
