ITS tìm hiểu về hệ thống cân động WIM

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1 1 1 Giới thiệu về ITS 1 1 2 Lợi ích của ITS 1 1 3 Đặt vấn đề 2 CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG CÂN ĐỘNG WIM 3 2 1 Giới thiệu về WIM 3 2 1 1 Cảm biến đo tải trọng khi xe di chuyển.

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu ITS 1.2 Lợi ích ITS 1.3 Đặt vấn đề CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÂN ĐỘNG WIM 2.1 Giới thiệu WIM 2.1.1.Cảm biến đo tải trọng xe di chuyển tốc độ cao (0 200km/h) theo công nghệ dẻo 2.1.2.Cảm biến đo tải trọng xe di chuyển tốc độ cao (1 200km/h) theo công nghệ thạch anh a) Nguyên lý làm việc: .5 b) Độ xác cao xe di chuyển 10km/h c) Quy trình lắp đặt 2.2 Các thành phần hệ thống cân động 2.2.1 Hệ thống cảm biến: .9 2.2.2 Tủ điều khiển cân: .9 2.2.3 Máy tính: .9 2.3 Quy trình hoạt động hệ thống .10 2.3.1 Bộ cảm biến cân: .10 2.3.2.Thiết bị dò xe: 10 2.3.3.Thiết bị thu thập liệu WIM: 13 2.3.4.Camera quan sát biển số xe: .13 2.3.5.Biển báo điện tử VMS: 13 2.3.6.Máy tính xử lý: 13 2.3.7.Nhận diện biển số phân loại tải trọng xe: 14 2.3.8.Thông tin xe tải hiển thị hình: 14 2.3.9.Tham Khảo Từ Trạm Kiểm Soát Tải Trọng Tư Nghĩa Quảng Ngãi 14 2.4 Ưu điểm hệ thống cân động WIM 16 2.4.1 Độ xác cao .16 2.4.2.Tính ổn định .17 2.4.3.Không phụ thuộc vào nhiệt độ 17 2.4.4.Tùy chỉnh theo độ lún đường .17 2.4.5.Dễ lắp đặt 17 2.4.6.Không ảnh hưởng tới mặt đường .18 2.4.7.Tự động cảnh báo tải: 18 2.5 Sự phát triển công nghệ cân tải trọng tự động 18 2.6.Ứng dụng video – WIM cao tốc TP Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu G .19 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu ITS Giao thông thông minh (ITS - lntelligent Transport System) hệ thống ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ, gồm thiết bị cảm biến, điện tử, tin học, viễn thông để điều khiển, điều hành quản lý hệ thống giao thông vận tải tối ưu nhằm giảm thiểu ùn tắc giao thông, giảm nạn, giảm tiêu hao nhiên liệu làm hạn chế ô nhiễm môi trường ITS công nghệ phát triển giới, sử dụng để giải vấn đề giao thông đường bộ, bao gồm tai nạn ùn tắc giao thông ITS sử dụng tiến công nghệ thông tin viễn thông để liên kết người, hệ thống đường giao thông phương tiện giao thông lưu thông đường thành mạng lưới thông tin viễn thông phục vụ cho việc lưu thông tối ưu đường cao tốc 1.2 Lợi ích ITS Giúp hồn thiện kết cấu hạ tầng đường xử lý khẩn cấp cố giao thơng Hiện đại hố trạm thu phí tự động trạm cân điện tử Giảm tai nạn, ùn tắc giao thông giảm ô nhiễm môi trường Tiết kiệm thời gian, tiền bạc nhiên liệu, tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho việc lại vận chuyển hàng hóa Quản lý đường trục giao thơng chính, điều tiết việc lại phương tiện đường biển báo điện tử Tạo hệ thống thông tin cho người đường, phổ cập văn hố giao thơng hỗ trợ q trình khai thác, điều hành hệ thống giao thơng cơng cộng, chống kẹt xe Góp phần việc sản xuất phương tiện thông minh, hạn chế ô nhiễm môi trường nâng cao hiệu thiết bị an tồn giao thơng 1.3 Đặt vấn đề Hệ thống cân động hệ thống thường lắp đặt tuyến đường giao thông trạm thu phí nhằm kiểm tra, kiểm sốt tải trọng xe, xử lý trường hợp vi phạm Các thiết bị cảm biến trọng lượng, camera CCTV, camera nhận dạng biển số xe, tủ điều khiển, vịng từ, hình thơng báo hệ thống máy đặt văn phòng hiển thị phương tiện vượt tải trọng Nhằm siết chặt hành vi xe chở tải, nâng cao ý thức người dân, chủ xe giới doanh nghiệp tuân thủ luật an tồn giao thơng Giải pháp cho hệ thống cân động (WIM) giúp giảm thiểu tác hại đến đường Nếu xe chở tải lâu ngày dễ bị ăn mòn mặt cầu, đường, ảnh hưởng đến cơng trình trọng điểm, làm phá vỡ kết cấu hạ tầng giao thơng, cần phải tốn chi phí lớn để tu sửa lại Nếu xe chở tải ảnh hưởng nhiều đến trình thao tác lái xe, khó phản ứng với tình xảy dễ dẫn đến xử lý hành vi không xác, đặc biệt khơng có hệ thống cân động, không xác định tải trọng xe dẫn đến tình trạng xe bị nổ bánh, hệ thống phanh bị giảm hiệu lực, lật xe, nguy an toàn lao động tai nạn lao động cao Chính lí mà cần thiết phải có giải pháp cho hệ thống cân động (WIM) doanh nghiệp, chủ xe giới tự trang bị để kiểm tra, kiểm sốt tải trọng xe đảm bảo tuân thủ theo tiêu chuẩn chất lượng an toàn CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÂN ĐỘNG WIM 2.1 Giới thiệu WIM Hệ thống cân tải trọng xe tự động (Weighing-in-Motion - WIM) Hệ thống WIM(Weighing-in-Motion) xuất Mỹ vào năm 1950, kể từ có nhiều bước phát triển mơ hình ứng dụng khác giới Thời kỳ đầu người ta lập trạm kiểm tra tải trọng xe lắp cân tĩnh (Static Weighing Station) đặt tuyến đường nhằm kiểm tra, phát cưỡng chế dỡ tải xe chất tải giới hạn cầu đường Tuy nhiên sau, tăng trưởng lưu lượng xe tải ngày cao lực thông xe trạm kiểm tra tải trọng xe (Trạm KTTT) bị hạn chế nên gây ùn tắc phiền hà Trạm KTTT điều khiến cho kiểm sốt đầy đủ xác tải trọng xe tải Hệ thống cân động (WIM) sử dụng rộng rãi toàn cầu, từ nước phát triển đến nước phát triển Đến năm 2006, số lượng xe sử dụng công nghệ WIM khu vực Bắc Mỹ nhiều giới (3.864), tiếp sau khu vực châu Á (1.700), châu Mỹ la tinh (1.208), châu Âu (1.188), Úc (120), châu Phi (88) khu vực Trung Đông (56) Tiêu chuẩn giải pháp hệ thống cân động(WIM): Hệ thống cân động sử dụng phải kiểm định cách chặt chẽ đơn vị có chức để đạt tiêu đặt độ sai số cân đo phải nằm khoảng cho phép Hiện giới có loại cơng nghệ khác nhau, loại công nghệ phù hợp với vận tốc khác Thế nên công nghệ cảm biến chia làm loại: Dùng công nghệ dẻo công nghệ cảm biến thạch anh : 2.1.1 Cảm biến đo tải trọng xe di chuyển tốc độ cao (0 200km/h) theo công nghệ dẻo Mỗi cảm biến chuyên dụng có kích thước lên đến 0.57m x 1.95m, bố trí lắp đặt hình thức bên Ngồi ra, người ta cịn lắp thêm cảm biến phát xe để phát diện xe tải, tốc độ di chuyển xe Độ sai số cách lắp khác khác nhau: Phương án lắp cảm biến có độ sai số thấp 2.1.2 Cảm biến đo tải trọng xe di chuyển tốc độ cao (1 200km/h) theo công nghệ thạch anh Cảm biến thạch anh hoạt động dựa nguyên lý điện áp (piezoelecric) Cảm biến rắn (rigid) hình dạng gọn gàng (strip shape) làm cấu trúc đặc biệt, chứa đựng nhiều tinh thể thạch anh điện áp siêu nhỏ, điện cực thành phần truyền dẫn đặc biệt Chiều dài cảm biển chia làm loại: mét, 1.5 mét, mét trường hợp đặc biệt khác Có thể kết hợp nhiều loại cảm biến với để lắp đặt theo nhu cầu kiểm tra tải trọng lúc xe di chuyển khác như: Cân xe tải theo trục, cân hàng hóa xe di chuyển vào mỏ/ kho/ cảng/ nhà máy… a) Nguyên lý làm việc: Lõi cảm biến thạch anh kết cấu từ miếng thạch anh nguyên khối Bánh xe chạy qua cảm biến tác động lên tinh thể thạch anh lực dọc không gây biến dạng Các miếng thạch anh áp điện tạo lượng điện tích tỷ lệ thuận với lực tác động Do đặc tính vật liệu thạch anh, độ nhạy áp điện không phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian tốc độ Tín hiệu điện tích chuyển thành tín hiệu điện áp nhờ chuyển đổi Độ xác tải trọng đo không phụ thuộc vào loại lốp xe, số lượng trục xe hay lực ép bánh xe b) Độ xác cao xe di chuyển 10km/h Nhược điểm cảm biến thạch anh xe dừng cảm biến không cân được, xe di chuyển chậm 10km/h độ sai số lớn Trong điều kiện lý tưởng (điều kiện phòng thí nghiệm), hệ thống cảm biến WIM thạch anh cho độ sai số 2% c) Quy trình lắp đặt Để đảm bảo suốt trình lặp đặt kiểm tra hiệu quả, cần phải có giám sát kỹ lưỡng Cần phải có mặt bê tơng rắn chắc, phẳng để lắp đặt cảm biến Bên hình mặt cắt cảm biến thạch anh sau lắp đặt hoàn chỉnh Các bước lắp đặt cảm biến: Bước 1: Cắt, đào rãnh Cắt rãnh lắp đặt cảm biến, đục hồn thiện rãnh có kích thước 70 mm (rộng) x 70 mm (sâu), chiều dài rãnh phụ thuộc vào loại cảm biến 1.5 m, 1.75m, 2.0m Để cắt xác cần phải vẽ sơn, q trình cắt có nước làm lệch vết cắt Sau cắt, đục, vệ sinh rãnh thật nước để khô trước thực Bên hình mặt cắt sau cắt đục rãnh: Bước 2: Chuẩn bị cảm biến trước cho vào rãnh Dùng dây rút loại dài treo (bằng gỗ) kích thước 20 x 20 x 150 mm, cột dọc suốt chiều dài cảm biến Chêm miếng hình tam giác để điều chỉnh hạ cảm biến xuống rãnh (xem hình) Bước 3: Pha, trộn đổ hóa chất vào rãnh Khui thùng vữa đặt biệt dùng lắp đặt cảm biến (dạng xi măng), trộn hóa chất chuyên dùng kèm theo, dùng máy trộn đặt biệt để trộn hóa chất vữa đặc biệt Có thể dùng loại mũi khuấy hình bên loại tương tự Thời gian phải làm cực nhanh, không phút kể thời gian đổ vữa sau trộn xuống rãnh Bước 4: Đặt cảm biến xuống rãnh Đặt cảm biến xuống rãnh, cảm biến treo “neo” cảm biến sát với bề mặt đường Gõ nhẹ lên vị trí theo chiều dài cảm biến, để lớp vữa tràn lên dần khi: Lớp vữa đầy rãnh, bề mặt cảm biến với mặt đường Dùng viên đá/ gạch đủ nặng để “ép” cảm biến không bị “trồi” lên áp lực lớp vữa đặc biệt Lưu ý: Trong trình làm, cố định sợi dây cáp tín hiệu gọn gàng Thời gian chờ lớp vữa khô cứng tầm 24 kể từ thời điểm hoàn thành Bước 5: Mài nhẵn mặt đường Sau lắp đặt, phần mặt cảm biến, lớp vữa đặt biệt phần mặt đường chưa nhẵn, gồ ghề Để đo tải trọng xác cần phải mài nhẵn mặt đường máy mài đường chuyên dụng Bên hình máy máy đường điển hình Mài nhẵn phần đường 15 mét trước cảm biến, 15 mét sau cảm biến Trong trình vận hạnh, phạm vị 15 mét trước sau cảm biến vệ sinh sạch, đặc biệt đá làm giảm độ xác kết cân 2.2 Các thành phần hệ thống cân động 2.2.1 Hệ thống cảm biến: Cảm biến tải trọng, cảm biến tốc độ, cảm biến phát xe, cảm biến nhiệt độ, hệ thống nhận diện biển số xe Các cảm biến tải trọng sử dụng chung nguyên lý gọi nguyên lý điện áp, bánh xe cán qua hệ thống cảm biến, trọng lượng khác có dịng điện cảm ứng với mức điện áp khác Bằng cơng thức tính tốn riêng, tủ điều khiển cân tính tốn cho giá trị tải trọng tương ứng Nhiều bánh cán lên cảm biến điện áp tăng theo hình thức cộng dồn, nên cảm biến cân xe tải có nhiều bánh trục (2, 4, 6) 2.2.2 Tủ điều khiển cân: Chức thu thập tín hiệu cảm biến, xử lý tín hiệu, đưa giá trị phương tiện tải trọng 2.2.3 Máy tính: Máy tính kết nối với tủ điều khiển nhận tín hiệu thực cơng việc tính tốn tải trọng, lưu trữ truyền tải thơng tin theo nhu cầu khác 2.3 Quy trình hoạt động hệ thống Sau có kết cân tải trọng xe, việc tích hợp khác tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể khác 2.3.1 Bộ cảm biến cân: Có chức cảm biến chuyển đổi lực gây tải trọng trục xe thành tín hiệu điện Cảm biến sử dụng công nghệ thạch anh (Quartz sensor) lắp đặt 04 cảm biến thạch anh kết nối trực tiếp tới thiết bị Thu thập liệu (Data logger) đặt tủ điều khiển Các tín hiệu thu nhận từ cảm biến thạch anh truyền thiết bị thu thập liệu để xử lý 2.3.2 Thiết bị dò xe: 10 Bao gồm vòng từ dò vòng từ Vòng từ lắp đặt xe gần vị trí cảm biến thạch anh, kết nối tới thiết bị dò vòng từ đặt tủ điều khiển để xử lý tín hiệu Tín hiệu đầu sau thiết bị dò vòng từ truyền đến thiết bị thu thập liệu WIM + Bộ Dị Vịng Từ Ngun Lí Hoạt Động : -Với phát triển công nghệ khoa học, để phát xe lưu thơng có nhiều cách thông dụng : cảm biến áp lực, cảm biến siêu âm, vịng dị từ tính Trong đó, bật cơng nghệ dùng vịng dị từ tính để phát xe phương pháp đáng tin cậy sai số Hiện phương pháp sử dụng rộng rãi lĩnh vực giao thông giải pháp liên quan Các thành phần hệ thống phát xe bao gồm: Một vòng lặp từ tính ( lắp đặt bên bề mặt đường, nơi phương tiện bắt buộc qua) Dây tín hiệu kéo dài từ vịng lặp tới tủ điều khiển Bộ thiết bị phát xe (bộ dị vịng từ) Thiết bị thơng thường đặt hộp kỹ thuật, cho phép kết nối với PLC, LED, đèn, cịi, barie - Ngun Lí Hoạt Động 11 Mặt đường cắt thành rãnh sâu khoảng 3~5cm theo dạng hình chữ nhật Chơn dây cảm ứng xuống rãnh theo nhiều vòng lặp vào điểm Lưu ý: Trước tiến hành cắt rãnh dây, nên kiểm tra vị trí thực tế cách rải dây trước bề mặt đường, dùng vật kim loại di chuyển phía Nếu dị vịng từ nhận tín hiệu tiến hành cắt rãnh chơn dây 12 Hai đầu dây sau chôn kéo dài đến thiết bị dò vòng từ Thiết bị phát xe - dò vòng từ gây từ trường khu vực vòng lặp Một tần số liên tục thiết lập trạng thái bình thường ( trạng thái khơng có xe qua) Khi có vật kim loại lớn (xe máy, tơ, ) di chuyển bề mặt vịng lặp, làm tăng tần số nhận biết dị vịng từ Khi nhận tín hiệu, dị vịng từ đưa tín hiệu đến điều khiển ( PLC, MCU, ) hay cấu chấp hành ( đèn, còi, barie, led hiển thị, ) tùy vào toán cụ thể khách hàng 2.3.3 Thiết bị thu thập liệu WIM: Được kết nối trực tiếp với cảm biến cân, dò vòng từ để thu thập liệu trọng tải xe xe di chuyển qua khu vực cảm biến thạch anh Từ số liệu lực ghi nhận này, thiết bị thu thập liệu tính tốn tải trọng trục xe, từ tính tốn tải trọng xe 2.3.4 Camera quan sát biển số xe: 13 Có chức thu thập thông tin biển số xe Nhờ đó, phát xe vi phạm tải trọng, lực lượng chức có đủ thơng tin tải trọng biển số để cưỡng chế xe vi phạm khỏi tuyến đường 2.3.5 Biển báo điện tử VMS: Loại biển báo LED điện tử có khả lập trình điều khiển từ xa đường Ethernet, có nhiệm vụ thơng báo thơng tin tải trọng biển số xe có dấu hiệu vi phạm tải trọng 2.3.6 Máy tính xử lý: Tổng hợp thông tin thu nhận từ thu thập liệu cân hệ thống camera giám sát Các thơng tin tổng hợp đóng gói chuyển tới trung tâm điều hành cân (nếu có) sử dụng để giám sát liệu cân chỗ theo thời gian thực 2.3.7 Nhận diện biển số phân loại tải trọng xe: Khi xe qua hệ thống thu phí, camera tiến hành đọc biển số, chụp hình xe gởi toàn số liệu liên quan đến xe qua hệ thống cân xe, liệu gồm: Hình chụp, biển số, phân loại tải trọng xe 2.3.8 Thông tin xe tải hiển thị hình: 14 Màn hình tổng quát– Hệ thống thực tế trạm thu phí quốc lộ doXPTcung cấp Các đơn vị tuần tra, lực lượng chức (Thanh tra Sở, Cảnh sát giao thơng) sử dụng phần mềm hệ thống cân đâu miễn có kết nối với máy chủ trung tâm để nhận thông tin cảnh báo tải 2.3.9 Tham Khảo Từ Trạm Kiểm Soát Tải Trọng Tư Nghĩa Quảng Ngãi Quy mô đầu tư:  thiết bị kiểm soát tải trọng  Vận hành khai thác: Năm 2016 Thiết bị:  Thiết bị cảm biến thạch anh (quartz sensor): Công nghệ Thụy Sĩ  Thiết bị đọc biến số xe: Vision Hitech (Hàn Quốc) 15  Các thiết bị thiết kế Việt Nam theo tiêu chuẩn công nghiệp, hoạt động liên tục 24/24 môi trường khắc nghiệt trạm thu phí  Phần mềm Công ty Ninh Hoa – thành viên XPT Group phát triển Một số hình ảnh thiết bị Trạm Kiểm Soát Tải Trọng Tư Nghĩa Quảng Ngãi 16 2.4 Ưu điểm hệ thống cân động WIM Hệ thống sử dụng cảm biến thạch anh có tính ổn định cao Hiệu đo cảm biến thạch anh ổn định tính theo vịng đời hoạt động hệ thống WIM, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng hạn chế việc gây ảnh hưởng tới giao thông phải tiến hành bảo dưỡng hệ thống cân Tại vị trí lắp cân, với mặt đường đạt tiêu chuẩn dày 60mm việc lắp cảm biến khơng gây ảnh hưởng tới chất lượng mặt đường Có khả kiểm tra tải trọng cách nhanh chóng, hiển thị kết tức Hệ thống cân động có khả tích hợp với thiết bị khác để nhận dạng hiển thị thiết bị vi phạm Có thể kết nối linh hoạt với thiết bị viễn thông Hệ thống hoạt động xuyên suốt thời gian dài, có khả hoạt động ngồi trời, nơi mơi trường có nhiều yếu tố khói, bụi, nhiệt độ độ ẩm cao, chống rỉ, chống sét 2.4.1 Độ xác cao Trong điều kiện lý tưởng (điều kiện phịng thí nghiệm), hệ thống cảm biến WIM thạch anh cho độ sai số 2% Kết cho phép cảm biến thạch anh hồn tồn thích hợp cho phép đo WIM địi hỏi độ xác cao, có khả sử dụng cho ứng dụng xử phạt, thu phí tải Độ xác tải 17 trọng đo không phụ thuộc vào loại lốp xe, số lượng trục xe hay lực ép bánh xe 2.4.2 Tính ổn định Hệ thống sử dụng cảm biến thạch anh có tính ổn định cao Hiệu đo cảm biến thạch anh ổn định tính theo vịng đời hoạt động hệ thống WIM, tức không cần thường xuyên tiến hành cân chỉnh hoạt động bảo dưỡng Điều quan trọng có ý nghĩa việc giảm thiểu chi phí bảo dưỡng hạn chế việc gây ảnh hưởng tới giao thông phải tiến hành bảo dưỡng hệ thống cân 2.4.3 Không phụ thuộc vào nhiệt độ Cảm biến WIM thạch anh không phụ thuộc vào nhiệt độ (sai số 0,05%/10C) Điều quan trọng hiệu hệ thống WIM, đặc biệt nước có điều kiện khí hậu, môi trường thường xuyên thay đổi theo mùa năm Việt Nam 2.4.4 Tùy chỉnh theo độ lún đường Cảm biến WIM thạch anh lắp đặt mặt đường với yêu cầu không gồ ghề có lươn giảm tốc Nghiền rải lớp nhựa đường lên bề mặt phía cảm biến đặt cảm biến WIM lên mặt đường với độ lún cho phép từ 0÷10mm 2.4.5 Dễ lắp đặt Theo kinh nghiệm kỹ sư chuyên gia cân động WIM Elcom, cảm biến WIM thạch anh thường lắp đặt khoảng tiếng Điều có lợi không làm ảnh hưởng lớn tới giao thông tuyến phải tiến hành lắp đặt cảm biến đường 18 ... 16 2.4 Ưu điểm hệ thống cân động WIM Hệ thống sử dụng cảm biến thạch anh có tính ổn định cao Hiệu đo cảm biến thạch anh ổn định tính theo vịng đời hoạt động hệ thống WIM, giảm thiểu chi phí bảo... giải pháp hệ thống cân động( WIM) : Hệ thống cân động sử dụng phải kiểm định cách chặt chẽ đơn vị có chức để đạt tiêu đặt độ sai số cân đo phải nằm khoảng cho phép Hiện giới có loại cơng nghệ khác... pháp cho hệ thống cân động (WIM) doanh nghiệp, chủ xe giới tự trang bị để kiểm tra, kiểm sốt tải trọng xe đảm bảo tuân thủ theo tiêu chuẩn chất lượng an toàn CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÂN ĐỘNG WIM 2.1