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

1.1 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 tốc độ cao (0 200km/h) theo công nghệ tấm dẻo 4

2.1.2.Cảm biến đo tải trọng khi xe di chuyển tốc độ cao (1 200km/h) theo công nghệ thạch anh 4

a) Nguyên lý làm việc: 5

b) Độ chính xác cao khi xe di chuyển hơn 10km/h 5

c) Quy trình lắp đặt 6

2.2 Các thành phần chính của hệ thống cân động 9

2.2.1 Hệ thống các cảm biến: 9

2.2.2 Tủ điều khiển cân: 9

2.2.3 Máy tính: 9

2.3 Quy trình hoạt động của 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 dữ liệu WIM: 13

2.3.4.Camera quan sát biển số xe: 13

2.3.5.Biển báo điện tử VMS: 13

2.3.9.Tham Khảo Từ Trạm Kiểm Soát Tải Trọng Tư Nghĩa Quảng Ngãi 14

2.4 Ưu điểm của hệ thống cân động WIM 16

2.4.1 Độ chính 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 quá tải: 18

2.5 Sự phát triển của công nghệ cân tải trọng tự động 18

2.6.Ứng dụng video – WIM tại cao tốc TP Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu G 19

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu về ITS

Giao thông thông minh (ITS - lntelligent Transport System) là hệ thống đượcứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ, gồm các thiết bị như cảm biến, điện tử, tinhọc, viễn thông để điều khiển, điều hành và quản lý các hệ thống giao thông vận tảitối ưu nhất nhằm giảm thiểu ùn tắc giao thông, giảm tại nạn, giảm tiêu hao nhiênliệu làm hạn chế ô nhiễm môi trường

ITS là công nghệ mới phát triển trên thế giới, được sử dụng để giải quyết cácvấn đề của giao thông đường bộ, bao gồm tai nạn và ùn tắc giao thông ITS sử dụngcác tiến bộ của công nghệ thông tin và viễn thông để liên kết giữa con người, hệthống đường giao thông và phương tiện giao thông lưu thông trên đường thành mộtmạng lưới thông tin và viễn thông phục vụ cho việc lưu thông tối ưu trên đườngcao tốc

1.2 Lợi ích của ITS

Giúp hoàn thiện kết cấu hạ tầng đường bộ và xử lý khẩn cấp các sự cố giaothông

Hiện đại hoá các trạm thu phí tự động và trạm cân điện tử

Giảm tai nạn, ùn tắc giao thông và giảm ô nhiễm môi trường

Tiết kiệm thời gian, tiền bạc và nhiên liệu, tạo điều kiện thuận lợi tối đa choviệc đi lại và vận chuyển hàng hóa

Quản lý các đường trục giao thông chính, điều tiết việc đi lại của phương tiệntrên đường bằng biển báo điện tử

Góp phần trong việc sản xuất các phương tiện thông minh, hạn chế ô nhiễmmôi trường và nâng cao hiệu quả của thiết bị an toàn giao thông.

1.3 Đặt vấn đề

Hệ thống cân động là một hệ thống thường được lắp đặt tại các tuyến đườnggiao thông và các trạm thu phí nhằm kiểm tra, kiểm soát tải trọng của xe, xử lý cáctrường hợp vi phạm

Các thiết bị cảm biến trọng lượng, camera CCTV, camera nhận dạng biển số

xe, tủ điều khiển, vòng từ, màn hình thông báo làn và hệ thống máy đặt ở vănphòng hiển thị các phương tiện vượt tải trọng

Nhằm siết chặt được các hành vi xe chở quá tải, nâng cao được ý thức củangười dân, các chủ xe cơ giới cũng như các doanh nghiệp về tuân thủ luật an toàngiao thông

Giải pháp cho hệ thống cân động (WIM) giúp giảm thiểu tác hại đến đường

bộ Nếu như xe chở quá tải lâu ngày sẽ dễ bị ăn mòn mặt bằng cầu, đường, ảnhhưởng đến các công trình trọng điểm, làm phá vỡ kết cấu hạ tầng giao thông, cầnphải tốn chi phí lớn để tu sửa lại

Nếu xe chở quá tải ảnh hưởng nhiều đến quá trình thao tác của lái xe, khóphản ứng với các tình huống có thể xảy ra dễ dẫn đến xử lý hành vi không chínhxác, đặc biệt nếu như không có hệ thống cân động, sẽ không xác định được tảitrọng của xe dẫn đến tình trạng xe bị nổ bánh, hệ thống phanh bị giảm hiệu lực, lật

xe, nguy cơ về an toàn lao động và tai nạn lao động là rất cao

Chính vì những lí do trên mà rất cần thiết phải có giải pháp cho hệ thống cânđộng (WIM) để cho các doanh nghiệp, các chủ xe cơ giới có thể tự trang bị để kiểmtra, kiểm soát được tải trọng của xe mình đảm bảo tuân thủ đúng theo tiêu chuẩn vềchất lượng và an toàn

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÂN ĐỘNG WIM 2.1 Giới thiệu về WIM

Hệ thống cân tải trọng xe tự động (Weighing-in-Motion - WIM)

Hệ thống WIM(Weighing-in-Motion) đã xuất hiện tại Mỹ vào giữa nhữngnăm 1950, kể từ đó đã có rất nhiều bước phát triển và các mô hình ứng dụng khácnhau trên thế giới Thời kỳ đầu người ta đã lập ra các trạm kiểm tra tải trọng xe chỉlắp cân tĩnh (Static Weighing Station) đặt trên các tuyến đường nhằm kiểm tra, pháthiện và cưỡng chế dỡ tải các xe chất tải quá giới hạn cầu đường Tuy nhiên về sau,

do sự tăng trưởng lưu lượng xe tải ngày càng cao trong khi năng lực thông xe củacác trạm kiểm tra tải trọng xe (Trạm KTTT) bị hạn chế nên đã gây ra ùn tắc vàphiền hà tại các Trạm KTTT và điều này khiến cho không thể kiểm soát được đầy

đủ và chính xác tải trọng xe quá tải

Hệ thống cân động (WIM) được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, từ các nướcphát triển đến các nước đang phát triển Đến năm 2006, số lượng làn xe sử dụngcông nghệ WIM ở khu vực Bắc Mỹ nhiều nhất trên thế giới (3.864), tiếp sau là khuvực châu Á (1.700), châu Mỹ la tinh (1.208), châu Âu (1.188), Úc (120), châu Phi(88) và khu vực Trung Đông (56)

Tiêu chuẩn trong giải pháp hệ thống cân động(WIM): Hệ thống cân động sửdụng phải được kiểm định một cách chặt chẽ của đơn vị có chức năng để đạt đượccác chỉ tiêu đặt ra và độ sai số của cân đo cũng phải nằm trong khoảng cho phép.Hiện trên thế giới có các loại công nghệ khác nhau, mỗi loại công nghệ phùhợp với vận tốc khác nhau Thế nên công nghệ cảm biến chia làm 2 loại: Dùngcông nghệ tấm dẻo và công nghệ cảm biến thạch anh :

2.1.1 Cảm biến đo tải trọng khi xe di chuyển tốc độ cao (0 200km/h) theo công nghệ tấm dẻo

Mỗi tấm cảm biến chuyên dụng có kích thước lên đến 0.57m x 1.95m, có thể

bố trí lắp đặt ở một trong 4 hình thức bên dưới Ngoài ra, người ta còn lắp thêmcảm biến phát hiện xe để phát hiện sự hiện diện của xe tải, cũng như tốc độ dichuyển của xe Độ sai số của mỗi cách lắp khác nhau cũng khác nhau: Phương ánlắp 4 cảm biến là có độ sai số thấp nhất

2.1.2 Cảm biến đo tải trọng khi xe di chuyển tốc độ cao (1 200km/h) theo công nghệ thạch anh

Cảm biến thạch anh hoạt động dựa trên nguyên lý điện áp (piezoelecric) Cảmbiến rắn chắc (rigid) và hình dạng gọn gàng (strip shape) được làm bằng cấu trúcđặc biệt, chứa đựng nhiều tinh thể thạch anh điện áp siêu nhỏ, những tấm điện cực

và thành phần truyền dẫn đặc biệt Chiều dài thanh cảm biển được chia làm cácloại: 1 mét, 1.5 mét, 2 mét và các trường hợp đặc biệt khác Có thể kết hợp nhiềuloại cảm biến với nhau để lắp đặt theo các nhu cầu kiểm tra tải trọng lúc xe đang dichuyển khác nhau như: Cân xe quá tải theo trục, cân hàng hóa khi xe di chuyển vào

ra mỏ/ kho/ cảng/ nhà máy…

a) Nguyên lý làm việc:

Lõi của cảm biến thạch anh được kết cấu từ các miếng thạch anh nguyên khối.Bánh xe chạy qua cảm biến sẽ tác động lên các tinh thể thạch anh một lực dọc vàkhông gây biến dạng Các miếng thạch anh áp điện sẽ tạo ra một lượng điện tích tỷ

lệ thuận với lực tác động

Do đặc tính của vật liệu thạch anh, độ nhạy áp điện không phụ thuộc vào nhiệt

độ, thời gian và tốc độ. Tín hiệu điện tích được chuyển thành tín hiệu điện áp nhờ

bộ chuyển đổi Độ chính xác của tải trọng đo được không phụ thuộc vào loại lốp

xe, số lượng trục xe hay lực ép của bánh xe

b) Độ chính xác cao khi xe di chuyển hơn 10km/h

Nhược điểm của cảm biến thạch anh là xe dừng trên cảm biến là không cânđược, hoặc xe di chuyển chậm dưới 10km/h thì độ sai số lớn

Trong điều kiện lý tưởng (điều kiện trong phòng thí nghiệm), hệ thống cảmbiến WIM thạch anh cho độ sai số dưới 2%

c) Quy trình lắp đặt

Để đảm bảo suốt quá trình lặp đặt và kiểm tra hiệu quả, cần phải có sự giám sát kỹ lưỡng Cần phải có mặt bằng bê tông rắn chắc, phẳng để lắp đặt cảm biến.Bên dưới là hình mặt cắt của cảm biến thạch anh sau khi được lắp đặt hoàn chỉnh

Các bước lắp đặt cảm biến:

Bước 1: Cắt, đào rãnh

Cắt rãnh lắp đặt cảm biến, đục hoàn 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, hoặc 2.0m

Để cắt chính xác cần phải vẽ sơn, trong quá trình cắt có nước làm lệch vết cắt

Sau khi cắt, đục, vệ sinh rãnh thật sạch bằng nước và để khô trước khi thực hiệnBên dưới là hình mặt cắt sau khi cắt và đục rãnh:

Bước 2: Chuẩn bị cảm biến trước khi cho vào rãnh.

Dùng dây rút loại dài và những thanh treo (bằng gỗ) kích thước 20 x 20 x 150

mm, cột 3 hoặc 4 thanh dọc suốt chiều dài thanh cảm biến Chêm 1 miếng hình tamgiác để điều chỉnh khi hạ cảm biến xuống rãnh (xem hình)

Bước 3: Pha, trộn và đổ hóa chất vào rãnh

Khui thùng vữa đặt biệt dùng lắp đặt cảm biến (dạng như xi măng), trộn hóa chất chuyên dùng kèm theo, dùng máy trộn đặt biệt để trộn đều hóa chất và vữa đặcbiệt Có thể dùng loại mũi khuấy như hình bên dưới hoặc loại tương tự

Thời gian phải làm cực nhanh, không quá 5 phút kể cả thời gian đổ vữa sau khi trộn xuống rãnh.

Bước 4: Đặt cảm biến xuống rãnh

Dùng các viên đá/ gạch đủ nặng để “ép” các cảm biến không bị “trồi” lên do

áp lực của lớp vữa đặc biệt

Lưu ý: Trong quá trình làm, cố định các sợi dây cáp tín hiệu gọn gàng Thời gian chờ lớp vữa khô cứng tầm 24 giờ kể từ thời điểm hoàn thành

Bước 5: Mài nhẵn mặt đường

Sau khi lắp đặt, phần mặt cảm biến, lớp vữa đặt biệt và phần mặt đường chưa nhẵn, gồ ghề Để đo được tải trọng chính xác cần phải mài nhẵn mặt đường bằng máy mài đường chuyên dụng Bên dưới là hình máy máy đường điển hình

Mài nhẵn phần đường 15 mét trước cảm biến, 15 mét sau cảm biến Trong quátrình vận hạnh, phạm vị 15 mét trước và sau cảm biến cũng được vệ sinh sạch, đặc biệt là đá làm giảm độ chính xác của kết quả cân

2.2 Các thành phần chính của hệ thống cân động

2.2.1 Hệ thống các cảm biến:

Cảm biến tải trọng, cảm biến tốc độ, cảm biến phát hiện xe, cảm biến nhiệt độ,

hệ thống nhận diện biển số xe

Các cảm biến tải trọng đều sử dụng chung một nguyên lý gọi là nguyên lýđiện áp, khi bánh xe cán qua hệ thống cảm biến, mỗi trọng lượng khác nhau sẽ códòng điện cảm ứng với mức điện áp khác nhau Bằng những công thức tính toánriêng, tủ điều khiển cân sẽ tính toán và cho ra giá trị tải trọng tương ứng Nhiềubánh cán lên cảm biến thì điện áp tăng theo hình thức cộng dồn, vậy nên cảm biến

có thể cân cả xe tải có nhiều bánh trên mỗi trục (2, 4, 6)

2.2.2 Tủ điều khiển cân:

Chức năng thu thập tín hiệu cảm biến, xử lý tín hiệu, và đưa ra các giá trị cơbản về phương tiện và tải trọng

2.2.3 Máy tính:

2.3 Quy trình hoạt động của hệ thống

Sau khi có được kết quả cân tải trọng của xe, việc tích hợp khác tùy thuộc vàotừng ứng dụng cụ thể khác nhau

2.3.1 Bộ cảm biến cân:

Có chức năng cảm biến và chuyển đổi các lực gây ra bởi tải trọng trục xethành các tín hiệu điện Cảm biến sử dụng công nghệ thạch anh (Quartz sensor)mỗi làn được lắp đặt 04 thanh cảm biến thạch anh được kết nối trực tiếp tới thiết bịThu thập dữ liệu (Data logger) đặt tại tủ điều khiển Các tín hiệu thu nhận được từcác cảm biến thạch anh sẽ truyền về thiết bị thu thập dữ liệu để xử lý

2.3.2 Thiết bị dò xe :

Bao gồm vòng từ và bộ dò vòng từ Vòng từ lắp đặt tại làn xe gần vị trí cảm biến thạch anh, kết nối tới thiết bị dò vòng từ đặt trong tủ điều khiển để xử lý tín hiệu Tín hiệu đầu ra sau của thiết bị dò vòng từ sẽ truyền đến thiết bị thu thập dữ liệu WIM

+ Bộ Dò Vòng Từ và Nguyên Lí Hoạt Động :

-Với sự phát triển của công nghệ khoa học, để phát hiện xe đang lưu thông có rất nhiều cách thông dụng như : cảm biến áp lực, cảm biến siêu âm, vòng dò từ tính Trong đó, nổi bật là công nghệ dùng vòng dò từ tính để phát hiện xe là phương pháp đáng tin cậy và ít sai số nhất Hiện nay phương pháp này đang sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực giao thông và các giải pháp liên quan

Các thành phần chính trong hệ thống phát hiện xe bao gồm:

1 Một vòng lặp từ tính ( được lắp đặt ở bên dưới bề mặt đường, nơi phương tiện bắt buộc đi qua)

2 Dây tín hiệu kéo dài từ vòng lặp tới tủ điều khiển

3 Bộ thiết bị phát hiện xe (bộ dò vòng từ) Thiết bị này thông thường được

đặt ở hộp kỹ thuật, cho phép kết nối với PLC, LED, đèn, còi, barie

- Nguyên Lí Hoạt Động

Mặt đường được cắt thành các rãnh sâu khoảng 3~5cm theo dạng hình chữ nhật Chôn dây cảm ứng xuống rãnh này theo nhiều vòng lặp vào ra tại cùng một điểm

Lưu ý: Trước khi tiến hành cắt rãnh và đi dây, nên kiểm tra vị trí thực tế bằng cách rải dây trước trên bề mặt đường, rồi dùng vật bằng kim loại di chuyển phía trên Nếu bộ dò vòng từ nhận được tín hiệu thì có thể tiến hành cắt rãnh và chôn dây.

Hai đầu dây sau khi đã được chôn được kéo dài về đến thiết bị bộ dò vòng từ Thiết bị phát hiện xe - bộ dò vòng từ sẽ gây ra một từ trường trong khu vực vòng

lặp Một tần số liên tục sẽ được thiết lập ở trạng thái bình thường ( trạng thái không

có xe đi qua) Khi có một vật kim loại lớn (xe máy, ô tô, ) di chuyển trên bề mặt vòng lặp, nó sẽ làm tăng tần số và được nhận biết bởi bộ dò vòng từ Khi nhận được tín hiệu, bộ dò vòng từ có thể đưa tín hiệu đến các bộ điều khiển ( PLC, MCU, ) hay các cơ cấu chấp hành ( đèn, còi, barie, led hiển thị, ) tùy vào bài toán cụ thể của mỗi khách hàng

2.3.3 Thiết bị thu thập dữ liệu WIM:

Được kết nối trực tiếp với cảm biến cân, bộ dò vòng từ để thu thập dữ liệutrọng tải xe khi xe di chuyển qua khu vực cảm biến thạch anh Từ chính những sốliệu về lực được ghi nhận này, thiết bị thu thập dữ liệu sẽ tính toán ra được tải trọngtrục xe, từ đó tính toán được tải trọng của cả xe

2.3.4 Camera quan sát biển số xe:

Có chức năng thu thập các thông tin về biển số xe Nhờ đó, khi phát hiện xe viphạm tải trọng, các lực lượng chức năng sẽ có đủ thông tin về tải trọng và biển số

để cưỡng chế xe vi phạm ra khỏi tuyến đường

2.3.5 Biển báo điện tử VMS:

Loại biển báo LED điện tử có khả năng lập trình được và điều khiển từ xa trênđường Ethernet, có nhiệm vụ thông báo thông tin về tải trọng hoặc biển số của các

xe có dấu hiệu vi phạm tải trọng

2.3.6 Máy tính xử lý:

Tổng hợp thông tin thu nhận được từ các bộ thu thập dữ liệu cân và hệ thống camera giám sát Các thông tin tổng hợp sẽ được đóng gói chuyển tới trung tâm

2.3.7 Nhận diện biển số và phân loại tải trọng xe:

Khi xe qua hệ thống thu phí, camera tiến hành đọc biển số, chụp hình xe vàgởi toàn bộ số liệu liên quan đến xe qua hệ thống cân xe, dữ liệu gồm: Hình chụp,biển số, và phân loại tải trọng xe

2.3.8 Thông tin xe quá tải ngay lập tức được hiển thị trên màn hình:

Màn hình tổng quát – Hệ thống thực tế tại trạm thu phí quốc lộ do XPT cung cấp

Các đơn vị tuần tra, lực lượng chức năng (Thanh tra Sở, Cảnh sát giao thông)

có thể sử dụng phần mềm hệ thống cân ở bất cứ đâu miễn là có kết nối với máy chủtrung tâm để nhận thông tin cảnh báo quá tải

2.3.9 Tham Khảo Từ Trạm Kiểm Soát Tải Trọng Tư Nghĩa Quảng Ngãi Quy mô đầu tư:

 4 làn 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)

 Các thiết bị được thiết kế tại Việt Nam theo tiêu chuẩn công nghiệp, hoạtđộng liên tục 24/24 dưới môi trường khắc nghiệt tại trạm thu phí

 Phần mềm do Công ty Ninh Hoa – thành viên XPT Group phát triển

Một số hình ảnh thiết bị của Trạm Kiểm Soát Tải Trọng Tư Nghĩa Quảng Ngãi