Wieloczujnikowy system WIMSystemy ważenia pojazdów w ruchu są narzędziami preselekcji, umożliwiającymi służbom drogowym wyselekcjonować w ruchu te pojazdy, które przekraczają dopuszczalne normy obciążeń. Na podstawie wykonanych pomiarów są one kierowane do właściwej kontroli, w skutek której wymierzana jest kara i wszczynane postępowanie administracyjne. A co to jest ważenie pojazdu w ruchu? – Według definicji American Society for Testing and Materials (ASTM) jest to proces estymacji nacisków statycznych na podstawie pomiarów wykonanych w warunkach dynamicznych, to jest pomiarów nacisków kół jakie w trakcie jazdy wywierają one na podłoże. Przy czym czas jaki mamy do dyspozycji na wykonanie takiego pomiaru jest bardzo krótki, ponieważ kontakt koła z detektorem jest chwilowy, sięgający ułamków sekund. System, który realizuje taki pomiar nazywany jest systemem WIM (Weigh in Motion) – wyjaśnia dr hab. inż. Ryszard Sroka z Katedry Metrologii i Elektroniki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

W systemach ważenia pojazdów istotna jest dokładność uzyskiwanych wyników. - Praca systemów wysokiego poziomu zależy od tego, jaką one otrzymują informację z detektorów. Nie jest więc obojętne jakiego typu zastosowany będzie czujnik. Od niego zależy wiarygodność i dokładność pozyskiwanych informacji, a tym samym jakość działania algorytmu wyższego poziomu – zastrzega Ryszard Sroka.

W systemach wagowych są stosowane czujniki wbudowane (czyli inwazyjne), ingerujące w strukturę jezdni. – Nie ma innej możliwości, ponieważ pomiar w tym systemie może być wykonany tylko wtedy, gdy istnieje fizyczne oddziaływanie mierzonego obiektu z detektorem – podkreśla Ryszard Sroka.

W systemach WIM powszechnie stosowane są czujniki: piezoelektryczne, kwarcowe, pojemnościowe i tensometryczne. – Jeśli chodzi o czujniki tensometryczne i pojemnościowe to są one o konstrukcji płytowej; są one dość szerokie – takie, że w pewnym momencie na czujniku znajduje się całe koło pojazdu. W przypadków czujników kwarcowych czy piezoelektrycznych nie ma takiego momentu, w którym koło przetacza się po nich w całości, ponieważ są one wąskie: rzędu 5 centymetrów dla czujników kwarcowych i 6 milimetrów dla czujników piezoelektrycznych. Ważna cecha czujników tensometrycznego, kwarcowego i pojemnościowego jest taka, że koło pojazdu oddziałuje z nimi bezpośrednio. Z czujnikiem piezoelektrycznym sytuacja jest trochę inna: nacisk jest przenoszony przez nawierzchnię jezdni, nie ma więc bezpośredniego kontaktu czujnika z kołem. To oczywiście ma swoje konsekwencje w dokładności pomiaru – tłumaczy Ryszard Sroka.

Jakie czynniki mają wpływ na dokładność ważenia dynamicznego? Dr inż. Sroka podkreśla, że tych czynników jest wiele, w tym między innymi: prędkość pojazdu, stan i parametry techniczne zawieszenia pojazdu, jakość nawierzchni drogi z zamontowanym systemem, rodzaj i właściwości zastosowanego detektora, procedura i częstotliwość kalibracji systemu ważenia, algorytm stosowany do wyznaczania nacisków, warunki klimatyczne w jakich pracują czujniki. Te czynniki porządkuje się w dwie zasadnicze grupy. - Pierwszą grupę stanowią czynniki deterministyczne, które oddziaływają zawsze tak samo lub podobnie. Druga grupa czynników oddziałuje losowo. Prędkość pojazdu, stan i parametry techniczne zawieszenia pojazdu oraz jakość nawierzchni drogi, na której jest zamontowany system, będą tymi czynnikami, które będą powodowały powstanie składowych dynamicznych w nacisku wywieranym przez koło na podłoże. Dlatego można potraktować je jako te czynniki, które będą tworzyły składową losową w wielkości, którą mierzymy. Z kolei warunki klimatyczne będą czynnikami deterministycznymi. Dlaczego dokonuje się takiego podziału czynników? Ponieważ do każdego z nich należy podejść odrębnie, bo inaczej eliminuje się czynniki deterministyczne, a inaczej czynniki losowe – tłumaczy Ryszard Sroka.

Klasyczny system WIM składa się z jednego lub dwóch czujników ważących oraz detektora wykrywającego obecność pojazdu, który z reguły stanowi pętla indukcyjna. Wynik pomiaru jest uzyskiwany dla warunków dynamicznych, natomiast celem działania systemu WIM jest określenie nacisku dla warunków statycznych. Zatem wartość wyniku pomiaru uzyskana w momencie kontaktu opony z detektorem jest odległa od tej jaką uzyska się w warunkach statycznych, a powstała różnica jest miarą błędu, jaką popełnia system ważenia. Jak więc uzyskać wyniki zbliżone do rzeczywistych? Czy można zmniejszyć procentowy udział błędu w pomiarach? Czynniki losowe możemy eliminować poprzez budowę systemu MS-WIM, czyli budowę wieloczujnikowych systemów WIM. Systemy wieloczujnikowe gwarantują trochę większą dokładność pomiarów.

- W odróżnieniu od systemu złożonego z dwóch czujników, wyniki uzyskiwane w systemie wieloczujnikowym układają się wokół wartości statycznej w sposób bardziej losowy. Dzięki temu, nawet przy zastosowaniu zwykłego uśredniania otrzymamy wartość estymowaną nacisku dużo bliższą wartości nacisku statycznego niż w systemie dwuczujnikowym. W przypadku czynników losowych stosowanie większej liczby czujników pozwala minimalizować ich wpływy na wynik. Takie stanowisko do ważenia zbudowaliśmy na drodze krajowej nr 81, w punkcie pomiędzy Katowicami a Wisłą. Składa się z 16 czujników piezoelektrycznych, zgrupowanych w osiem podsystemów, czyli występują parami z pętlami indukcyjnymi. Stanowisko wyposażone zostało też w czujniki temperatury, by móc kompensować wpływ temperatury nawierzchni na wynik pomiaru. Podsystemy są synchronizowane wspólnym zegarem; dane są transmitowane do systemu nadrzędnego poprzez interfejsy, a tam następuje łączenie danych oraz wypracowany zostaje ostateczny wynik – opowiada Ryszard Sroka.

W takim systemie następuje również uśrednianie charakterystyk czujników i w efekcie ich łączny wpływ na wynik pomiaru można ocenić na ±2% zamiast ±8% dla pojedynczego czujnika. Wykorzystując dane z systemu MS-WIM i odpowiednie algorytmy ich przetwarzania uzyskaliśmy błąd mniejszy niż ±2% dla 60% ważonych pojazdów, a z błędem mniejszym niż ±4% ważony jest każdy przejeżdżający pojazd.

– Odnosząc się do miary zaproponowanej do oceny systemów wagowych w raporcie COST 323 można stwierdzić, że system wieloczujnikowy ma dokładność 3,5 procenta – podkreśla Ryszard Sroka.

AS

Artykuł na podstawie wystąpienia dr hab. inż. Ryszarda Sroki z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, podczas Polskiego Kongresu ITS – Warszawa, 22-23 maja 2012 r.

Dodaj komentarz
Komentarze do artykułów może dodać każdy użytkownik Internetu. Administrator portalu nie opublikuje jednak komentarzy łamiących prawo oraz niemerytorycznych, tj. nieodnoszących się bezpośrednio do treści zawartych w artykule. Nie będą również publikowane komentarze godzące w dobre imię osób czy podmiotów, rasistowskie, wyznaniowe czy uwłaczające grupom etnicznym, oraz zawierają treści nieetyczne albo niemoralne, pornograficzne oraz wulgarne. Z komentarzy zostaną usunięte: reklamy towarów, usług, komercyjnych serwisów internetowych, a także linki do stron konkurencyjnych.