一種基于胎壓的載重檢測方法、基于胎壓檢測的公交車客流量計算方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及交通運輸【技術領域】，尤其是一種基于胎壓的載重檢測方法、基于胎壓檢測的公交車客流量計算方法及裝置。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術無法精確檢測公交車上下客流的復雜問題，建立一種基于胎壓檢測的公交車客流量計算方法及裝置，基于胎壓與載重的函數關系，更加精準的估算公交車的客流量變化，有助于公交優(yōu)化調度和公交資源的合理規(guī)劃，達到節(jié)能減排的效果。本發(fā)明通過對公交車輪胎與地面的受力分析，得出氣體體積變化與壓強變化之間的關系，利用理想氣體狀態(tài)方程，最終得到解得載重ΔM與當前胎壓P1的關系然后建立公交查載重量和載客人數的關系模型，從而得出胎壓變化和載客人數變化的關系。
【專利說明】—種基于胎壓的載重檢測方法、基于胎壓檢測的公交車客流量計算方法及裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及交通運輸【技術領域】，尤其是一種基于胎壓的載重檢測方法、基于胎壓檢測的公交車客流量計算方法及裝置。

【背景技術】
[0002]中國專利CN201010220948.X的專利重點是針對卡車的載重分析，主要通過對卡車重心的分析，通過胎壓的變化來實現(xiàn)卡車載重的估計。本專利中函數模型為輪胎內部氣壓與徑向荷載近似呈一次關系的簡單模型，精確度不高，并且其針對的主要是卡車的載重。并沒有對公交車載重進行有效模型的建立。也沒有建立公交車載客人數與載重關系模型。
[0003]而公交車作為人們出行的重要公共交通工具，通過對公交車客流量的統(tǒng)計，我們可以了解到每個時間段、每路公交車、每個車站等的人流量，利用這些數據，發(fā)揮智能調度系統(tǒng)，讓公共資源得到更充分的利用，但是對公交車客流進行精確估算是一項難以解決的問題，國際上有些對公交車客流進行估算的方法，但是這些方法或多或少都存在精確度很低、成本昂貴等缺陷。目前市場上流通的幾種客流量統(tǒng)計技術比較:
[0004]I)人工計數
[0005]優(yōu)點:支持并排客流量統(tǒng)計，支持上下車方向計數，從心理上覺得比較可靠。
[0006]缺點:短時間(如半小時內)可靠性較高，但隨著時間的延長誤差大幅增加；當客流量增大時，誤差率> 30%。，另外人力成本比較高。應用案例比較少。
[0007]2)公交 IC 卡
[0008]優(yōu)點:支持并排客流量檢測，上車人數統(tǒng)計比較準確，成本比較低，對于交通補貼比較適用，因此應用比較廣泛。
[0009]缺點:無法統(tǒng)計投幣及下車人數，所以無法應用于公交調度和公交路線優(yōu)化。
[0010]3)視頻檢測系統(tǒng)
[0011]優(yōu)點:支持并排客流量檢測，支持上下車方向計數，準確率比較高，相對精確度>90%，比較適合于公交調度。
[0012]缺點:成本較高，安裝相對比較麻煩。
[0013]4)被動式紅外傳感器
[0014]優(yōu)點:支持上下車方向客流統(tǒng)計,成本不是很高。
[0015]缺點:不支持并排客流檢測，準確率比較低，誤差率> 60%。
[0016]5)主動式紅外計數器
[0017]優(yōu)點:價格相對較低
[0018]缺點:不支持上下車方向檢測，不支持并排客流檢測，不能區(qū)別人或物體，只適用于窄小通道。
[0019]6)利用攝像機成像視角的特殊性采用檢測識別乘客人頭有效的避開了人體識別這一難點。
[0020]優(yōu)點:人頭更類似于一個缸體且彼此之間的遮擋概率更小。
[0021]缺點:圖橡識別算法不能清晰有效的識別出人頭。


【發(fā)明內容】

[0022]本發(fā)明所要解決的技術問題是:針對現(xiàn)有技術存在胎壓與載重模型建立的復雜的問題，提供一種基于胎壓的載重檢測方法，通過輪胎內胎體積變化，計算出輪胎內部氣壓與徑向荷載的函數關系；進一步的，針對現(xiàn)有技術無法精確檢測公交車上下客流的復雜問題，本發(fā)明還建立了一種基于胎壓檢測的公交車客流量計算方法及裝置，基于胎壓與載重的函數關系，更加精準的估算公交車的客流量變化，有助于公交優(yōu)化調度和公交資源的合理規(guī)劃，達到節(jié)能減排的效果，解決了現(xiàn)有技術中公交IC卡、主動式紅外計數器等傳統(tǒng)測量精度不高的問題，而且成本較為低廉，系統(tǒng)可靠度和適應性高。
[0023]本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0024]一種基于胎壓的載重檢測方法包括:
[0025]步驟1:假設實驗輪胎內胎截面為圓形的規(guī)則的環(huán)，R為實驗輪胎內胎外半徑，r為實驗輪胎內胎內半徑；載重后實驗輪胎內胎與地面接觸部分形成一接地面，該接地面是長為1，寬為w的矩形；其中w是實驗輪胎的寬度，實驗輪胎內心與該矩形長度I兩個邊緣所形成的夾角角度為α，α是變量；根據作用力與反作用力原理得到輪胎內部壓強與底面對輪胎的支撐力，即載重M:
[0026]M = PC (I)；
[0027]同時C = Iw (2)；
[0028]其中，P為實驗輪胎內胎內部壓強；C為實驗輪胎內胎與地面的接觸面積；M為公交車的載重；1為實驗輪胎與地面的接觸長度；
[0029]同時，輪胎在沒有任何負載下內胎的氣體體積為:F，則:
[0030]

【權利要求】
1.一種基于胎壓的載重檢測方法，其特征在于包括: 步驟1:假設實驗輪胎內胎截面為圓形的規(guī)則的環(huán)，R為實驗輪胎內胎外半徑，r為實驗輪胎內胎內半徑；載重后實驗輪胎內胎與地面接觸部分形成一接地面，該接地面是長為1，寬為w的矩形；其中w是實驗輪胎的寬度，實驗輪胎內心與該矩形長度I兩個邊緣所形成的夾角角度為α，α是變量；根據作用力與反作用力原理得到輪胎內部壓強與底面對輪胎的支撐力，即載重M: M = PC (1)； 同時 C = Iw (2)； 其中，P為實驗輪胎內胎內部壓強；c為實驗輪胎內胎與地面的接觸面積；M為公交車的載重；1為實驗輪胎與地面的接觸長度； 同時，輪胎在沒有任何負載下內胎的氣體體積為F，則:
(3); 步驟2:計算公交車空載時，空載載重Mtl以及公交車載有乘客時公交車總載重M1 ； 具體包括: 步驟21:設公交車沒有乘客只有車輛自身載重時的空載載重為Mtl，此時的接地面是長為Ιο，寬為w的矩形,此時α為a ^，空載時候輪胎內胎的體積Vtl為:
( 4 ) M0 = P010W (5)； 步驟22:設公交車有乘客且有車輛自身載重情況下的載重為M1，此時的接地面是長為I1寬為w的矩形,實驗輪胎內心與接地面形成的角度α則為a i，此時輪胎內胎的體積V1為:
( 6 ); M1 = P1I1W (7)； 步驟23:展開
，a 0是用弧度制表示的角度，故其值遠小于
1，在次數較高時接近于O,因此忽略四次以上,得到
,并令a QR = 21。,最后



得到:
將⑷(5)⑶聯(lián)立，得到
步驟24:展開
α:是用弧度制表示的角，故其值遠小于1， 在次數較高時接近于O,因此忽略四次以上,得到
并令a ^ = 211;最后得



O到:
步驟25:將(6) (7) (10)聯(lián)立，得到
步驟3:根據上述的M1以及Mtl，計算得到乘客載重AM與實驗輪胎內胎當前胎壓P1的 關系:
由上可知，測出公交車空載時的胎壓Ptl和載重Mtl、公交車輪胎內胎和外胎半徑R，r，輪胎寬度《，載重后的胎壓P1,輪胎在沒有任何負載下內胎的氣體體積為V，則可得到公交車相對于空載時的載重量變換量AM。
2.根據權利要求1所述的一種基于胎壓的載重檢測方法，其特征在于所述步驟3包括:步驟31:若加載前后實驗輪胎內胎溫度升高了 ΛΤ，則根據理想氣體狀態(tài)方程: 輪胎加載前: P0V0 = ηωΤ0 (12)； 輪胎加載后:
式中=Ptl為空載時的實驗輪胎內胎胎壓，Vtl為空載時實驗輪胎內胎體積，Ttl為加載前實驗輪胎氣體溫度，P1為有載重時的實驗輪胎內胎胎壓，V1為有載重時實驗輪胎內胎體積，AT為實驗輪胎內胎溫度變化量，ω為常數，η為氣體物質的量； 實際情況下’輪胎的溫度變化可以忽略不計’可以認為
，即假設輪胎內部氣





1O體溫度保持不變，滿足克拉伯龍方程:
P0V0 = P1V1 = (P0+Δ P) (V0+ Δ V) = η ω T0 = Const (15)； 步驟32:聯(lián)立(9) (11) (15)式得乘客載重M1 ;通過計算出來的M1結合公式(9)得到AM與實驗輪胎內胎當前胎壓P1的關系
3.根據權利要求2所述的一種基于胎壓的載重檢測方法，其特征在于所述步驟32具體過程是: 步驟 321:由(9)(11)分別可得:
步驟322:將上述兩公式代入(15)中，得到_

消元
進而得到
步驟323:因此，公交的實際乘客載重為: --:
4.根據權利要求1至3之一所述的一種基于胎壓的載重檢測方法，其特征在于所述 步驟21中=lsinc^W計算過程為:在沒有乘客只有車輛自身載重的情況下，實驗輪胎內胎與地面的接觸長度兩邊沿的夾角α為Citl，實驗輪胎內胎形成的三角形面積為
對應實驗輪胎內胎受荷載前的扇形面積為^，故在空載時候輪胎
的體積變化:
步驟22中F1 =F-(S^ --1sina1)W計算過程為:在有乘客的情況下，實驗輪胎內胎與地面的接觸長度兩邊沿的夾角α為Ci1，實驗輪胎內胎形成的三角形面積為穴2sma丨，對應實驗輪胎內胎受荷載前的扇形面積為$，故在有乘客時候輪胎的體積變
T, - ,CCiR1 R2.、化:K =F-(^----—sina,)W
5.一種基于胎壓檢測的公交車客流計算方法，其特征在于包括步驟: 步驟1:公交車的乘客的體重X服從正態(tài)分布ip,Z)，假設置信區(qū)間的置信度為.0.95 ；步驟2:由樣本數據計算可得，體重樣本平均值?及體重樣本方差值S2:
體重樣本標準差:S = 8.47 ; 其中m為樣本數量；Xi表示樣本中第i個體重數據； 步驟3:在置信度1-τ =0.95的基礎上，τ = 0.05，m = 256，查t分布表可得，
由于m大于30，置信區(qū)間計算如下:
故體重在(48.87,76.81)區(qū)間內的可能性為95% ； 步驟4:根據公交車乘客載重AM與實驗輪胎內胎當前胎壓P1的關系
測出與輪胎有關的常量，代入求得單個輪胎上的載重；由于公交車總重量等于實驗輪胎內胎載重之和，即公交車內胎載重變化量Μ,6等于所有實驗輪胎載重ΛM之和；

步驟5:根據公交車載重變化量Μ&得到公交車上乘客流量
;其中，X為區(qū)間(48.87kg, 76.81kg)的均值 62.84kg。
6.基于權利要求5所述的一種基于胎壓檢測的公交車客流計算裝置，其特征在于包括: 氣壓采集模塊:將采集到的實驗輪胎內胎的氣壓信息進行處理后，通過無線形式傳輸給載重計算模塊； 載重處理模塊，用于通過無線方式接收氣壓采集模塊的數字量信息，當室溫為Ttl =20°C，溫度變化是±15°C時，溫度范圍為5°C -35°C，忽略溫度變化的影響，從而得到公交車乘客載重AM與實驗輪胎內胎當前胎壓P1的關系
; 人數與載重關系計算模塊，用于根據公交車乘客的體重X服從正態(tài)分布
,假設置信區(qū)間的置信度為0.95，得到體重在(48.87,76.81)區(qū)間內的可能性為95% ;然后根據載重處理模塊得到各個輪胎上的載重AM，其中公交車載重變化量M,6等于所有實驗輪胎內





胎載重AM之和；最后根據公交車載重變化量M&得到公交車上乘客流量
，其中，X






為區(qū)間(48.87kg，76.81kg)的均值 62.84kg。
7.根據權利要求6所述的一種基于胎壓檢測的公交車客流計算裝置，其特征在于所述氣壓采集模塊包括:氣壓傳感器:用于與實驗輪胎氣嘴相連接，將采集到的氣壓信息傳輸給AD裝換模塊； AD轉換模塊，用于接收氣壓傳感器將氣壓傳感器采集的模擬數值變化為數字量； 無線發(fā)送模塊，用于將AD轉換模塊輸出的數字量通過無線方式發(fā)送至載重處理模塊。
8.根據權利要求7所述的一種基于胎壓檢測的公交車客流計算裝置，其特征在于所述載重處理模塊包括無線接收模塊以及載重計算模塊，所示無線接收模塊用于接收無線發(fā)送模塊發(fā)送的數據；所示載重計算模塊用于計算載重與胎壓關系，其中載重計算模塊計算載重與胎壓關系的具體過程是: 步驟1:假設實驗輪胎內胎截面為圓形的規(guī)則的環(huán)，R為實驗輪胎內胎外半徑，r為實驗輪胎內胎內半徑；載重后實驗輪胎內胎與地面接觸部分形成的接地面，所述接地面是長為.1，寬為w的矩形；其中假設w是實驗輪胎的寬度，實驗輪胎內心與矩形長度I兩個邊緣所形成的角度為α，α是變量；根據作用力與反作用力原理得到輪胎內部壓強與底面對輪胎的支撐力，即載重M: M = PC (I)； 同時 C = Iw (2)； 其中，P為實驗輪胎內胎內部壓強；c為實驗輪胎內胎與地面的接觸面積；M為公交車的載重；1為實驗輪胎與地面的接觸長度； 同時，輪胎在沒有任何負載下內胎的氣體體積為F，則:
步驟2:計算公交車空載時，空載載重Mtl以及公交車載有乘客時公交車總載重M1 ； 具體包括: 步驟21:設公交車沒有乘客只有車輛自身載重時的空載載重為Mtl，此時的接地面是長為10，寬為w的矩形,此時α為a ^，空載時候輪胎內胎的體積Vtl為:
步驟22:設公交車有乘客且有車輛自身載重情況下的載重為M1，此時的接地面是長為I1寬為w的矩形,實驗輪胎內心與接地面形成的角度α則為a i，此時輪胎內胎的體積V1為:
步驟23:展開
是用弧度制表示的角度，故其值遠小于.1，在次數較高時接近于O,因此忽略四次以上,得到sina,,
,最后



6得到:
將⑷(5)⑶聯(lián)立，得到
步驟24:展開
a i是用弧度制表示的角，故其值遠小于1，在次數較高時接近于O，因此忽略四次以上，得到
并令α lR =，最后得

到:
步驟25:將(6) (7) (10)聯(lián)立，得到
步驟3:根據上述的M1以及Mtl，計算得到乘客載重AM與實驗輪胎內胎當前胎壓P1的關系
，具體包括: 步驟31:若加載前后實驗輪胎內胎溫度升高了 ΛΤ，則根據理想氣體狀態(tài)方程: 輪胎加載前: P0V0 = ηωΤ0 (12)； 輪胎加載后: P1V1 = ηω (T0+ΔΤ) (13)；
式中=Ptl為空載時的實驗輪胎內胎胎壓，Vtl為空載時實驗輪胎內胎體積，Ttl為加載前實驗輪胎氣體溫度，P1為有載重時的實驗輪胎內胎胎壓，V1為有載重時實驗輪胎內胎體積，T0為加載前實驗輪胎氣體溫度、AT為實驗輪胎內胎溫度變化量，ω為常數，η為氣體物質的量;
實際情況下，輪胎的溫度變化可以忽略不計，可以認為
，即假設輪胎內部氣體溫度保持不變，滿足克拉伯龍方程: P0V0 = P1V1 = (P0+Δ P) (V0+ Δ V) = η ω T0 = Const (15)； 步驟32:聯(lián)立(9) (11) (15)式得乘客載重M1 ;通過計算出來的M1結合公式(9)得到AM與實驗輪胎內胎當前胎壓P1的關系
9.根據權利要求8所述的一種基于胎壓的載重檢測裝置，其特征在于所述 步驟21中
計算過程為:在沒有乘客只有車輛自身載重的情況下，實驗輪胎內胎與地面的接觸長度兩邊沿的夾角α為Citl，實驗輪胎內胎形成的三角形面積為
，對應實驗輪胎內胎受荷載前的扇形面積為
，故在空載時候輪胎 的體積變化:
步驟22中
計算過程為:在有乘客的情況下，實驗輪胎內胎與地面的接觸長度兩邊沿的夾角α為h，實驗輪胎內胎形成的三角形面積為
，對應實驗輪胎內胎受荷載前的扇形面積為
，故在有乘客時候輪胎的體積變化:
10.根據權利要求7所述的一種基于胎壓檢測的公交車客流計算裝置，其特征在于所述人數與載重關系計算模塊計算客流量具體過程是: 步驟1:公交乘客的體重X服從正態(tài)分布
暇設置信區(qū)間的置信度為0.95 ； 步驟2:由樣本數據計算可得，體重樣本平均值^及體重樣本方差值S2:
X = 62.84
體重樣本標準差:S = 8.47 ; 其中m為樣本數量；Xi表示樣本中第i個體重數據； 步驟3:在置信度1-τ =0.95的基礎上，τ = 0.05，m = 256，查t分布表可得，
由于m大于30，置信區(qū)間計算如下:
故體重在(48.87,76.81)區(qū)間內的可能性為95% ； 步驟4:根據公交車載重與當前胎壓的關系:
由于公交車總重量等于實驗輪胎內胎載重之和，即公交車內胎載重變化量M,6等于所有實驗輪胎載重ΛM之和； 步驟5:根據公交車載重變化量My得到公交車上乘客流量7 = |，其中，X為區(qū)間





Ji(48.87kg, 76.81kg)的均值 62.84kg。
【文檔編號】G01G19/02GK104132722SQ201410366580
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權日:2014年7月30日
【發(fā)明者】肖峰, 沈旻宇, 涂雯雯, 鄭夢雷 申請人:西南交通大學