一种基于工业控制系统的车辆计重数据采集方法及系统与流程

本发明涉及车辆动态称重，具体涉及一种基于工业控制系统的车辆计重数据采集方法及系统。

背景技术：

1、动态称重站点通过沿行驶方向排列的多组称重传感器条带采集车辆轴重信号，并配合路面温度传感器对零点漂移进行补偿。现有方法通常依赖相邻车辆之间的空闲时间间隔采集静态基线配对数据，再通过回归拟合温度零点漂移函数，以此计算零点补偿量。

2、在车辆密集低速排队通行且环境温差显著的工况下，相邻车辆间的空闲时段严重不足，满足完整采集时长要求的基线配对数据稀疏，温度零点漂移函数无法及时更新，导致零点补偿量滞后于实际温度状态。与此同时，现有方法以各轴原始测量值作为载荷转移补偿的输入，温度漂移未被正确补偿时，温度偏差与载荷转移补偿偏差在同一轴重值上叠加，使比例校验的判断基础受到系统性污染，正常轴易被误判为异常轴，有效数据利用率下降。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于工业控制系统的车辆计重数据采集方法及系统，解决相关技术中称重传感器温度漂移补偿不充分、车辆低速非匀速行驶时动态载荷转移引起轴重误差以及异常轴载荷难以有效识别与修正的技术问题。

2、本发明公开了一种基于工业控制系统的车辆计重数据采集方法，至少包括以下步骤：同步采集各称重传感器条带的原始载荷时序信号及对应位置的实时温度值，获取车辆轴数信息和车型分类编码；

3、监测各条带上相邻车辆之间的空闲时间间隔，基于预设最短基线采集时长阈值对所述空闲时间间隔进行分级分类，生成包含完整配对数据和低置信度配对数据的基线温度配对数据集；

4、对所述基线温度配对数据集执行加权回归计算生成各条带的增强温度零点漂移函数，基于所述增强温度零点漂移函数和当前实时温度值对原始载荷时序信号执行温度补偿，生成温度全补偿后的逐轴载荷信号；

5、基于温度全补偿后各轴载荷信号的时间戳序列估算瞬时速度序列并计算变异系数，基于所述变异系数与预设速度波动阈值的比较结果对当前采集数据进行工况标记；

6、对标记为低速非匀速工况的采集数据，基于所述瞬时速度序列将速度变化量转换为动态载荷转移估计量，从温度全补偿后各轴载荷值中减去对应的动态载荷转移估计量，获得补偿后的轴重值序列；

7、将补偿后各轴重值与轴重总和的比值生成实测载荷分布比例序列，与基于车型分类编码检索的标准轴载荷分布比例向量逐轴比对，将比例值超出对应标准区间的轴标记为疑似异常轴；

8、对疑似异常轴的载荷信号提取能量集中度参数和峰值对称性参数，与历史同类工况合格数据中的标准范围比对，基于比对结果判定疑似异常轴的最终状态并对确认异常轴执行轴重修正。

9、进一步地，所述基于预设最短基线采集时长阈值对所述空闲时间间隔进行分级分类包括：

10、当空闲时间间隔超过预设最短基线采集时长阈值时，提取该间隔内的静态基线信号均值及对应温度值，作为完整配对数据加入对应条带的基线温度配对数据集；

11、当空闲时间间隔短于预设最短基线采集时长阈值时，提取该间隔内的瞬时基线信号片段均值及温度值，标记为低置信度配对数据加入对应条带的基线温度配对数据集。

12、进一步地，对所述基线温度配对数据集执行加权回归计算包括：

13、以完整配对数据为主回归样本执行分段线性回归，同时将低置信度配对数据以降低权重的方式纳入回归计算，生成各条带的增强温度零点漂移函数；

14、其中，所述低置信度配对数据在回归目标函数中的贡献系数低于所述完整配对数据的贡献系数。

15、进一步地，所述基于所述增强温度零点漂移函数和当前实时温度值对原始载荷时序信号执行温度补偿包括：

16、基于各条带的增强温度零点漂移函数和当前实时温度值计算零点补偿量，从原始载荷时序信号中减去对应零点补偿量，获得零点校正后的载荷信号；

17、将零点校正后的载荷信号除以各条带基于历史标定数据确定的当前温度下的灵敏度温度系数，生成温度全补偿后的逐轴载荷信号；其中，所述灵敏度温度系数为由历史标定数据拟合获得的无量纲比例系数。

18、进一步地，所述基于温度全补偿后各轴载荷信号的时间戳序列估算瞬时速度序列包括：

19、计算各相邻轴在同一条带上的峰值时刻差，将已知轴距除以所述峰值时刻差获得对应位置的瞬时速度值，形成瞬时速度序列；

20、其中，所述变异系数为瞬时速度序列的标准差与均值的比值；当所述变异系数超过预设速度波动阈值时，将当前采集标记为低速非匀速工况并执行动态载荷转移补偿；当所述变异系数未超过预设速度波动阈值时，将温度全补偿后的逐轴载荷值作为补偿后的轴重值序列。

21、进一步地，所述基于所述瞬时速度序列将速度变化量转换为动态载荷转移估计量包括：

22、从瞬时速度序列中提取各相邻轴之间的速度变化量；

23、利用纵向动力学简化关系式将各速度变化量转换为逐轴的动态载荷转移估计量；其中，所述纵向动力学简化关系式为：将速度变化量除以对应的通过时间差获得纵向加速度分量，将车辆总质量、纵向加速度分量与车辆质心高度和轴距之比三者相乘获得前后轴之间的载荷转移量。

24、进一步地，所述能量集中度参数的提取方式为：

25、以峰值时刻前后各取半峰宽范围作为峰值区域，计算峰值区域内各采样点信号幅值的平方和与整个采集窗口内各采样点信号幅值的平方和的比值，比值即为能量集中度参数。

26、8.根据权利要求1所述的基于工业控制系统的车辆计重数据采集方法，其特征在于，所述峰值对称性参数的提取方式为：

27、以峰值时刻为中心，分别提取前沿段与后沿段的信号序列，利用余弦相似度计算所述前沿段与后沿段信号序列的相似程度，所得余弦相似度值即为峰值对称性参数。

28、进一步地，所述基于比对结果判定疑似异常轴的最终状态并对确认异常轴执行轴重修正包括：

29、当能量集中度参数或峰值对称性参数中任一参数超出对应标准范围时，判定该轴为确认异常轴；当能量集中度参数与峰值对称性参数均在各自标准范围内时，将该轴从疑似异常轴恢复为正常轴；

30、对确认异常轴，基于标准轴载荷分布比例向量中该轴对应的比例中值与剩余正常轴补偿后轴重总和计算修正轴重值；其中，所述修正轴重值等于剩余正常轴补偿后轴重总和乘以确认异常轴的标准比例中值再除以各正常轴标准比例中值之和。

31、本发明提供一种基于工业控制系统的车辆计重数据采集系统，包括：

32、多源信号同步采集模块，用于同步采集各称重传感器条带的原始载荷时序信号及对应位置的实时温度值，获取车辆轴数信息和车型分类编码；

33、基线配对数据分级采集模块，用于监测各条带上相邻车辆之间的空闲时间间隔，基于预设最短基线采集时长阈值对所述空闲时间间隔进行分级分类，生成包含完整配对数据和低置信度配对数据的基线温度配对数据集；

34、温度补偿模块，用于对所述基线温度配对数据集执行加权回归计算生成各条带的增强温度零点漂移函数，基于所述增强温度零点漂移函数和当前实时温度值对原始载荷时序信号执行温度补偿，生成温度全补偿后的逐轴载荷信号；

35、工况标记模块，用于基于温度全补偿后各轴载荷信号的时间戳序列估算瞬时速度序列并计算变异系数，基于所述变异系数与预设速度波动阈值的比较结果对当前采集数据进行工况标记；

36、动态载荷转移补偿模块，用于对标记为低速非匀速工况的采集数据，基于所述瞬时速度序列将速度变化量转换为动态载荷转移估计量，从温度全补偿后各轴载荷值中减去对应的动态载荷转移估计量，获得补偿后的轴重值序列；

37、轴载荷比例校验模块，用于将补偿后各轴重值与轴重总和的比值生成实测载荷分布比例序列，与基于车型分类编码检索的标准轴载荷分布比例向量逐轴比对，将比例值超出对应标准区间的轴标记为疑似异常轴；

38、异常确认与轴重修正模块，用于对疑似异常轴的载荷信号提取能量集中度参数和峰值对称性参数，与历史同类工况合格数据中的标准范围比对，基于比对结果判定疑似异常轴的最终状态并对确认异常轴执行轴重修正。

39、本发明具有以下有益效果：

40、其一，在基线配对数据采集阶段，将短于预设最短基线采集时长阈值的空闲时间间隔内的瞬时基线信号片段标记为低置信度配对数据，并在加权回归中以降低权重的方式参与增强温度零点漂移函数的拟合。在车辆密集排队导致空闲时段稀缺的工况下，低置信度配对数据填补了温度快速变化时段的数据空白，使增强温度零点漂移函数的更新频率不再完全依赖于满足完整采集时长要求的空闲时间间隔出现频率，从而缓解了温度零点漂移函数因配对数据不足而滞后于实际温度状态的问题。

41、其二，将温度补偿置于载荷转移补偿之前执行，使载荷转移估算的输入为已消除温度零点偏差的轴重值，避免了温度偏差与载荷转移补偿偏差在同一轴重值上叠加的情形，使比例校验所依据的各轴重比例不受温度漂移的系统性偏移影响。

42、其三，对疑似异常轴采用能量集中度参数和峰值对称性参数两个不依赖速度区间划分的波形结构特征参数执行二次确认，在低速非匀速工况下排除了因速度波动导致的比例偏移误判，使正常轴不因工况波动而被错误排除，提升了有效数据的利用程度。