基于電子秤原理的快速公交滿載率檢測方法研究①

趙海敬++吳學幫++曾銳

摘 要：在城市道路交叉口快速公交信號優先控制系統運行時，考慮到車輛滿載率的影響，利用電子秤測重原理，設計車輛滿載率檢測裝置，包括穩壓器、稱重傳感器、信號發射接收器及滿載率檢測器整體設計，通過設置一定重量值作為信號優先控制實現條件，進而實現真正意義上的交叉口信號優先控制。

關鍵詞：交叉口 信號優先 快速公交 滿載率 檢測

中圖分類號：U491.1+7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（c）-0051-03

隨著我國經濟的快速發展，汽車保有量急速上升，城市交通擁堵現象越發嚴重。為減緩我國城市交通壓力，國家、政府和相關部門都致力于尋找解決的辦法和措施，近年來，不斷提倡“低碳生活，綠色出行”，優先發展公共交通事業成為解決城市交通難題的重要途徑[1]。

如何增強城市公共交通客運能力，提高乘客出行舒適度和便捷性成為城市交通管理者亟需解決的難題。目前，很多城市已經大力發展快速公交（Bus Rapid Transit，BRT），其作為一種新型公共客運系統，利用現代化公交技術配合智能交通和運營管理，開辟公交專用道路，以其快速、高效且節省經濟的公共交通模式，為解決城市交通擁堵、增加客流量、縮短旅行時間等方面做出重要貢獻[2]。而在公共交通通行能力的計算，尤其是道路交叉口信號優先控制系統運行中，公交車滿載率作為最基本的參數之一，在一定程度上影響了優先控制結果。因此，為實現真正意義上的道路交叉口快速公交信號優先控制，有必要對車輛滿載率的問題進行研究。

1 滿載率的定義

公交車輛滿載率是指公共交通車輛運載乘客的平均滿載程度。它是衡量車輛利用程度的重要指標，同時還可作為編制行車時刻表的重要依據和提升乘車舒適性的考核標準[3]。

在我國大多數城市，尤其是早晚高峰期，出行乘客數量遠遠大于公交車座位數量，此時可定義公交車載客率大于1，而且在大多數情況下都甚至大于2.5，因為通常探討的滿載率問題與實際有差異，常用滿載率指標來進行定義 。

在快速公交通行能力計算中有3種情況對公交滿載率進行定義，分別是總體滿載率、線路滿載率、車輛滿載率。

（1）總體滿載率。指汽車在日、月、年度的客運周轉與客運段的路程之比，數據顯示在運行時間內各個段面的平均滿載率。計算公式為：

（2）線路滿載率。指公交路線上車輛的滿載率時所形成的路程加平均值，其計算的公式為：

（3）車輛滿載率。平時使用的計算方法是運用線路的最大的斷面客流量與同一斷面運營能力的分析對比，也就是說車上實際乘客的數量和汽車型號額定載荷的人數之比，是衡量車輛利用率的標準。其計算方式為：

在道路交叉口信號優先控制系統中，考慮滿載率的設置，不僅可以避免公交車輛的資源浪費，還可減少社會車輛由于信號調整導致的交通擁堵問題。

2 車輛滿載率檢測器設計

在以上3種定義中，車輛滿載率最為基礎，且信號優先控制系統中也是以車輛滿載率為指標[4]，該文重點研究車輛滿載率檢測模型，建立在電子秤電路原理的基礎上，通過對電子秤的電路原理圖進行分析，認為其對汽車滿載率檢測的準確率非常高。滿載率電路圖的基本核心處理器有穩壓器、稱重傳感器、輸入與非門反相器、數字電壓表、震蕩器、0-1進位器、信號接收發射裝置等裝置。

2.1 穩壓器

穩壓器在電路中起到非常重要的作用，首先，可以給整個運行系統提供非常穩定的電壓；其次，能夠避免電路中各個運行系統元器件受到不穩定電流的沖擊。該文選用穩壓器型號是LM340，其不僅能夠提供比較穩定的電源，而且耗能少、體積小，安裝便捷，其電路圖如圖1所示。

2.2 稱重傳感器

稱重傳感器由電源、繼電器、重量開關等組成。考慮到實際路況，分別把3個重量開關放置在公交車前中后3個地方，不管路況如何變化，只有3個重量開關同時閉合，電路才能接通，所以采用3個串聯的重量開關來控制整個電路的接通與閉合，當3個重量值達到額定值的時候，重量開關就會閉合，電路就會接通，此時電路中的繼電器就得到通電，稱重傳感器就會發出重量信息并傳輸到控制器中。采用3個串聯的重量開關可以很好地解決路面復雜性對檢測結果的影響；而且只需要一個低電壓就可以控制高電壓的接通與斷開，可以很好地保護高電壓中的元器件，稱重傳感器電路圖如圖2所示[5]。

2.3 信號發射接收器

滿載率檢測器的發射裝置主要是由信號處理器、兩根天線、電感和若干個電容等組成。信號處理器主要是控制處理信號的接收與發射，天線負責信號的接收和發送，電感和電容是控制電路的信號的穩定運行。選擇該裝置的原因是：整個裝置體積小；只需要一個振蕩器就可控制與處理信號的接收與輸出；信號的傳送速度比較快，做到實時信號的接收與傳送，提高了整個裝置的工作效率。其電路圖如圖3所示。

2.4 檢測器整體設計

穩壓器提供給檢測器穩定的電壓以滿足整個檢測器的運行，當稱重傳感器上的3個重量開關達到設定值的時候，重量開關就會接通，稱重傳感器輸出信號給數字電壓表處理器，信號經處理后輸出給震蕩器和0-1信號進位器，當信號顯示是0的時候，信號不發出，當信號顯示1時，信號傳輸給信號發射裝置，發射裝置處理后以無線電發送到信號識別系統，其整體電路圖如圖4所示。

3 滿載率的應用

假設快速公交車上的乘客平均重量是60 kg/人，公交車額定座位有35個，包括司機在內，那么給公交車能達到快速通過信號交叉口設置一個值（條件），根據以上假設，該值假設設置為質量為2100 kg，也就是說當重量檢測器的值達到設定值的時候，就會發出信號，申請優先通行。

信號優先權示意圖如圖5所示。

4 結語

該文采用質量測量計數設計實現公交滿載率的檢測，可以對乘客上下車進行加減計數。當乘客上了車輛時進行質量加法計數，當乘客車輛下車后進行減法計數，得到數據后傳輸到信號控制中心，當數據達到額定值時，可以優先通行，否則沒有優先通行權，快速公交滿載率的檢測方法研究在一定意義上對交叉口信號優先控制提供了技術支持。

參考文獻

[1] 文國瑋.城市交通與道路系統規劃[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2] 張麗娜.淺談解決中國城市交通擁堵問題的主要思路[J].現代企業文化，2009（5）：118-119.

[3] 劉歡，李文權.城市交通調度中公交滿載率問題的研究[J].城市交通工程與信息學報，2008，6（4）：104-109.

[4] 楊思源.基于快速公交乘客刷卡數據的車輛滿載率推算方法研究[J].物流技術，2016，35（12）：74-78.

[5] 趙總社.關于電子秤的工作原理與應用[J].科技信息，2007（1）：70.