Версия для слабовидящих Личный кабинет Личный кабинет

МЕТРОЛОГИЯ

ИСПЫТАНИЯ ПРОДУКЦИИ

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ (ТУ)

СТАНДАРТИЗАЦИЯ

НАИЛУЧШИЕ ДОСТУПНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

СЕРТИФИКАЦИЯ

ТЕЗАУРУС

Уголок потребителя

Экспертные программы

Наш музей (каталог).JPEG var-2.JPEG transport transport zerkalo-pressy.JPEG b-s-01.JPEG

ДОСТУПНАЯ СРЕДА

24.10.20126271

Проверки на дорогах: скорость, масса, габариты

Источник: Журнал Логотип Наука и жизнь.jpg

КОЗЛЕНОК НА ОБОЧИНЕ, или ДОРОГИ, КОТОРЫЕ МЫ ВЫБИРАЕМ
КОЗЛЕНОК НА ОБОЧИНЕ, или ДОРОГИ, КОТОРЫЕ МЫ ВЫБИРАЕМ
Владимир РЕЧИЦКИЙ, научный руководитель Экспертного совета Торгово-промышленной палаты России по технологической оценке инвестиционных проектов; Дмитрий ЗЫКОВ, член президиума Экспертного совета ТПП РФ.
 
... Они выбежали на широкую пыльную дорогу и понеслись вскачь. А в это время по обочине дороги неторопливо прохажи­вался Конь и жевал траву. Услышав топот и увидев, как пыль летит столбом, он ещё издали закричал:
— Что это за спешка?
— Мы гонимся за Козлёнком, — ответила Корова, — он нас считает!
— А ему никто не дал такого права! — про­ревел Бык.
— А как же он это делает? — спросил Конь, увязываясь за остальными...
А. Прейсен. Козлёнок, который умел считать до десяти
 
Перенесёмся с пыльного просёлка на со­временную транспортную магистраль и посмотрим, кто, что и каким способом может на ней посчитать.
Все водители давно привыкли к контролю скорости движения. Но, оказывается, не менее, а часто и более важно контролировать вес транс­порта, перемещающегося по дороге. Заметим, что превышение допустимой нагрузки на одну ось автомобиля всего на 10—15% ведёт к со­кращению межремонтного периода дорожного полотна в два раза! Если же учесть, что число на­рушителей весового режима у нас (в России) до­ходит до 30 и даже до 40% (в Европе количество таких водителей не превышает 2—3%), станет понятно, что наши плохие дороги — во многом плоды нашего же пренебрежения правилами.
А теперь давайте разберёмся, какие суще­ствуют способы выявления перевеса в автомо­бильном транспорте. Прежде всего, это взве­шивание на стационарных весах. Как правило, их устанавливают на специальной резервной полосе движения или отгонной площадке. Бри­гада, обеспечивающая работу такой площадки, состоит минимум из двух человек — инспектора дорожной полиции, имеющего право останавли­вать потенциальных нарушителей, и собственно «весовщика», обслуживающего стационарные или переносные подкладные весы.
Для определения веса автомобиль заезжает на платформу весов, происходит взвешивание, и машина следует дальше своей дорогой. Или не следует, если вес её оказывается выше до­пустимого. Здесь к делу снова подключается полицейский и составляет соответствующий протокол, являющийся основанием для нало­жения штрафа. Он, скажем прямо, немалый — в Европе речь идёт о нескольких тысячах евро, да и в нашей стране, где практика массового весово­го контроля делает первые шаги, максимальная сумма приближается к миллиону рублей.
Но проверять все машины подряд нерацио­нально. На загруженных трассах это быстро вызо­вет колоссальные пробки, ведь на взвешивание одного автомобиля уходит в среднем около 10 минут, а если машина с прицепом, то и более.
 
ТЕХНИКА. ВЕСТИ С ПЕРЕДНЕГО КРАЯ
Перспективное для отечественной практики решение универсального весового комплекса для двухполосной дороги регионального зна¬чения со средней интенсивностью движения в обоих направлениях.
Перспективное для отечественной практики решение универсального весового комплекса для двухполосной дороги регионального зна­чения со средней интенсивностью движения в обоих направлениях.
 
При этом помимо нарушителей на взвешивание попадут машины вполне законопослушных во­дителей, и время контролёров будет потеряно даром. Следовательно, необходимо выделить в потоке транспорта возможных нарушителей весового режима, не останавливая сам поток. В «ручном» режиме справиться с этой зада­чей практически невозможно. Одна надежда — на автоматизацию... Кстати, автоматизация взвешивания позволит существенно снизить «взяткоёмкость» весового контроля, которая, по данным отечественного профсоюза грузо-перевозчиков, перешагнула все мыслимые и немыслимые границы.
Идея дорожного мониторинга существует уже не один десяток лет, и в мировой практике сфор­мировались реальные лидеры аппаратурно-программного обеспечения этого процесса. В Европе это Великобритания, Чехия, Словакия, Франция, Швейцария, на американском континенте — Ка­нада и США.
Анализируя результаты лидеров, можно конста­тировать, что к созданию полностью автоматиче­ской системы весового контроля не приблизился пока никто. Наиболее массовая на сегодня модель технического решения проблемы включает два этапа. Первый — предварительное измерение в автоматическом режиме нагрузки по осям и общего веса движущегося автотранспортного средства (АТС), позволяющее выявить из потока потенциально перегруженные машины. И второй — их точное взвешивание на отгонной площадке.
Большинство специалистов строят технологию мониторинга весовых характеристик на исполь­зовании привычных статических весов. Техника эта точна и требует постоянного обслуживания. Кроме того, процедура взвешивания на стацио­нарных весах никакой реальной автоматизации пока не поддаётся. Максимум, на что можно рас­считывать, — это на архивирование результатов и их передачу в единый диспетчерский центр.

Схема весового дорожного датчика на основе монокристаллического кварца. Пластинчатые пьезоэлектрические чувствительные элементы (1)размещаются в защитном коробчатом алюминиевом профиле (2). Для защиты от возмущений в горизонтальном направлении внутри корпуса устроены воздушные полости со стороны торцов пластин. Кроме этого, корпус частично заполнен эластичным материалом (3) по внешнему боковому контуру.

Схема весового дорожного датчика на основе монокристаллического кварца. Пластинчатые пьезоэлектрические чувствительные элементы (1)размещаются в защитном коробчатом алюминиевом профиле (2). Для защиты от возмущений в горизонтальном направлении внутри корпуса устроены воздушные полости со стороны торцов пластин. Кроме этого, корпус частично заполнен эластичным материалом (3) по внешнему боковому контуру.
Схема весового дорожного датчика на основе монокристаллического кварца. Пластинчатые пьезоэлектрические чувствительные элементы (1)размещаются в защитном коробчатом алюминиевом профиле (2). Для защиты от возмущений в горизонтальном направлении внутри корпуса устроены воздушные полости со стороны торцов пластин. Кроме этого, корпус частично заполнен эластичным материалом (3) по внешнему боковому контуру.

Погрешность измерения типовых стационар­ных весов лежит в пределах 1 —2% (погрешность подкладных весов, в зависимости от класса, может быть несколько выше). И если общий вес АТС превысит допустимый на эту величину (или больше), сотрудник весовой бригады может с чистой совестью составлять соответствующий документ и передавать его полицейскому. Точность измерения у существующих постов динамического весового контроля ниже, чем у стационарных весов, но это уже первый шаг к выявлению нарушителей. Используют для этого встроенные в дорожное полотно датчики массы. Система получила общее название WIМ — Weight in Motion. Она может работать в автоматическом режиме, и полученные с её помощью данные легко поддаются компьютерной обработке.
Наиболее распространённая топология поста WIМ включает как минимум два последовательно расположенных на расстоянии 4—4,5 м друг от друга по ходу движения идентичных датчика мас­сы, перекрывающих подконтрольную полосу дви­жения. Разделение каждого из датчиков на две последовательные секции позволяет «взвесить» каждое колесо в отдельности. Для измерения длины автомобиля в дорогу на глубину 7—8 см встраивают индуктивные петли. Длину машины вычисляют на основании показаний датчика скорости и продолжительности сигнала с петли.
В большинстве случаев посты WIM снабжают оборудованием для автоматического распознава­ния номера автомобиля и подсчёта числа скатов на оси. Первое требует недешёвой камеры с подсветкой и серьёзного программного обеспечения, второе — установки дополнительных датчиков массы под определённым углом к оси движения потока. На основе данных о скорости и продолжительно­сти сигнала «угловых» датчиков в автоматическом режиме определяется число скатов.
Но какую в результате информацию мы можем получить от подобного поста WIM о миновавшем его транспортном средстве? На первый взгляд — исчерпывающую. Однако почти в ста странах мира функция подобных систем сводится лишь к статистике дорожного потока и определению потенциальных нарушителей режима. Измерение веса на динамических системах проигрывает по точности статическим способам. А потому только на основании полученных с них данных нельзя сделать строгий вывод о нарушении весового режима. Впрочем, это относится, скорее, к дорожным чиновникам из европейских государств, где доля перегруженных машин совсем не часто переваливает за 3—5%, да и сама величина перевеса редко превышает те же 3—5%. Нам же ловить нарушителей, вооружившись прецизионными стационарными весами точностью в 2%, строить специальные площадки и формировать обслуживающие их бригады явно не с руки. Главный враг отечественной дороги — бесшабашный водитель на автомобиле с осевым или общим перегрузом в 15, 20, а то и все 30%. Вот его-то мы и пропустим мимо, пока будем возиться с тщательным статическим взвешиванием почти добропорядочного «трёх-процентника». Особенно если не позаботимся заранее о преселекции и забьём измерительную площадку случайной выборкой.
Для динамического взвешивания в дорожном полотне устанавливают специальные датчики. Пожалуй, наивысшую точность «на ходу» обеспечивают пьезоэлектрические комплексы на базе швейцарских датчиков массы, изго­товленных с использованием монокристаллов кварца. Подобная система, установленная на четырёх полосах движения, стоит около 200 ООО евро, при этом собственно датчики в ней тянут примерно половину суммы.
На порядок дешевле датчики на пьезополимерном кабеле. Точность их проигрывает лидеру 30—40%, поэтому они применяются чаще как вспомогательные — для определения двойных колёс, фиксации выезда на обочину и т.д. Однако благодаря правильной организации измерений, и они вполне могут быть использованы в системах дорожного весового контроля.
Чувствительный элемент монокварцевого датчика выполнен в виде расположенных в защитном алюминиевом профиле с шагом в 5 см круглых пластинок из монокварца. При вырезке из кварцевого блока их ориентируют так, чтобы максимальная чувствительность обеспечивалась в ответ на приложение усилия в вертикальной плоскости. Чувствительность пластины по отношению к колебаниям, распространяющимся вдоль поверхности дороги, минимальна. Датчики на монокварце имеют сечение 6x4,3 см. Устанавливают их в канал шириной 7,5 см и глубиной 5,5 см. Канал прорезают в дорожном полотне специальной фрезой за два прохода, формируя боковые его стороны. Затем выбирают середину и формируют дно. Все эти операции проводят при перекрытии движения транспорта по полосе.
Максимальный разброс показаний монокварцевых датчиков при измерении массы не превышает 3%, Это строго контролируется при выпуске с завода и отражается в индивидуальном паспорте каждого прибора. Однако тот же датчик, будучи встроен в дорожное покрытие и введён в состав весового комплекса, обеспечивает результирующую (в комплекте с аппаратурой обработки) точность при измерении массы проходящего над ним автомобиля не лучше 11%. И с этим нам ещё предстоит разобраться...
В отличие от его старшего во всех смыслах собрата, датчики на базе пьезополимерного кабеля устроены довольно примитивно. В конструкции, напоминающей обычный коаксиальный кабель, только не круглый, а эллиптический в сечении, между центральной медной шиной и внешней проводящей оболочкой размещён слой полимерного материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Небольшие размеры (в сечении не более 7x2 мм) позволяют устанавливать его на специальных центровочных втулках в канал в дорожном покрытии сечением не более 2,5x2,5 см. Такой канал легко прорезается фрезой соответствующей толщины с одного захода.
При выпуске с завода пьезокабельные датчики для WIM отбираются из условия разброса показаний не более 7%. А вот в дороге, в составе измерительного комплекса, точность измерения массы одиночной оси АТС, как нам удалось установить в ходе опроса большой группы независимых инсталляторов, речь идёт уже о разбросе в 17—18%, то есть примерно в 2,5 раза больше исходного. Напомним, что у датчиков на базе монокварца соотношение точности приборов на заводе и на месте установки составляет 3,6.
Искажающих факторов в процессе установки датчика набегает немало. Это и возможный перекос, обусловливающий разное заглубление участков датчика в полотно дороги, и изменение скорости машины в момент прохождения над датчиком, и влияние различного рельефа покрышек в зонах соприкосновения с датчиком. С некоторыми из этих факторов можно бороться. Например, присущая пьезополимерным датчикам температурная девиация легко побеждается установкой в непосредственной близости от них термодатчиков и соответствующей коррекцией показаний. Сложнее и существенно дороже обеспечить прописанные в инструкциях по монтажу весовых комплексов строгие требования, предъявляемые к качеству поверхности дороги за 70—100 м до датчиков и на 30—40 м после них.
Но при сегодняшней практике создания систем WIM о реальном «весе» отдельных дестабилизирующих факторов приходится лишь гадать. Это относится и к системам на пьезопол и мерных кабельных датчиках. Структура метрологического контроля производителями собственно пьезокабеля и датчиков на его основе держится за семью печатями. Заказчику выдают лишь величину разброса показаний. Дальше им предлагается оценить возможности датчика уже после установки в дорогу, покатав через него тележку с нормированным грузом.
 
Схема дорожного весового датчика на основе пьезополимерного кабеля. Кабель (1) закреплён в канавке сечением 2,5x2,5 см при помощи упругих вставок (2). Защита от горизонтальных возмущений такому датчику практически не требуется.
Схема дорожного весового датчика на основе пьезополимерного кабеля. Кабель (1) закреплён в канавке сечением 2,5x2,5 см при помощи упругих вставок (2). Защита от горизонтальных возмущений такому датчику практически не требуется.

Если же мы хотим предсказать реальные параметры датчика до установки в дорогу и сделать процесс его выбора не эмпирическим, а осмыс­ленным, придётся организовать принципиально новую процедуру стендовых испытаний.
Сначала нужно оценить реальные параметры собственно датчика, а уже потом проверить его в смоделированных в лаборатории условиях, максимально близких к создающимся после встраивания в дорогу. Заметим, что организация такой процедуры необходима как для комплексной оценки параметров, уже предлагаемых сегодняшним рынком датчиков, так и для правильного построения процесса разработки новых конструкций. Работы в этом направлении довольно интенсивно разворачиваются в рамках Экспертного совета ТПП РФ и в организациях, представленных в его составе своими ведущими специалистами. Просматривается реальная перспектива совместить в единой конструкции датчика высокую точность и доступную цену. В результате планируется выработать рекомендации к построению серийно ориентированных отечественных систем WIМ, в том числе — на базе разработанных и созданных в России датчиков нового поколения.
Дополнительный резерв повышения точности систем WIM заложен в оптимизации общей топологии их построения. Недавно в России запатентована так называемая система «Тандем». В ней проводится как минимум два независимых измерения веса одного и того же автомобиля двумя последовательно расположенными весовыми постами. Затем данные с каждого из них корректируются. На базе усреднённых величин, используя недорогие пьезокабельные датчики, удаётся выйти на уровень точности их монокварцевых аналогов.
С восстановлением региональных дорожных фондов областные и краевые дорожные службы выходят на рынок закупки систем мониторинга АТС как самостоятельные игроки. Правда, их финансовые возможности ещё долго не смогут сравниться с потенциалом федеральных коллег. Зато опасность перетока значительной части перегруженного транспорта с наращивающих контроль федеральных трасс на беззащитные пока региональные они понимают очень хорошо.
Анализируя именно региональную специфику, эксперты ЭС ТПП пришли к универсальной модели весового комплекса, совмещающей возможность постоянного мониторинга скорости и веса транспорта на трассе, а при необходимости и его габаритов. Разместив же такие статистические посты по обеим сторонам подходящей отгонной площадки для точного измерения веса, можно (в рамках действующего законодательства) опера­тивно применять штрафные санкции к нарушителям весового режима.
В данной схеме на первый взгляд нет ничего оригинального, за исключением использования недорогих пьезокабельных датчиков, обеспечивающих, за счёт применения системы «Тандем», достаточную точность измерения. И сразу после введения соответствующих законодательных поправок такая система мониторинга будет готова обеспечить полностью автоматический режим работы. На базе единого регионального центра обработки информации можно организовать и выписку, и рассылку штрафных постановлений.
На часто повторяемый вопрос: что делать после выхода датчиков из строя — применительно кпьезокабельным датчикам есть простой ответ: о старых просто забыть и рядом установить новые, подключив к действующей системе об­работки информации. Именно этим обстоятель­ством, а вовсе не привлекательной стартовой ценой, объясняется очевидная перспектива их массового внедрения.
В России, для того чтобы выписать штраф за перевес, машину нужно взвесить на стати­ческих весах. В некоторых странах контроль возложен уже на автоматизированные системы. Европейским лидером в плане законодательного обеспечения работы полностью автоматических весовых измерений стала Чехия. Здесь начиная с 2011 года установлен предел точности динамического весового измерения, не требующего последующего подтверждения на статических весах, при котором можно автоматически же начислять штраф. Там этот порог составляет 11% по оси и 5% по общему весу АТС. (Заметим, что такие параметры за­гадочным образом совпадают с заявленными швейцарским производителем точностными характеристиками их монокварцевых датчиков в системе WIM.)
Не вызывает сомнений, что в самое ближайшее время этот подход распространится и на другие страны Евросоюза. А вот мы, наверное, «пойдём другим путём». Сначала системно усовершенствуем подходы к собственно процессу измерений, развивая первый успех в повышении точности на базе усреднения результатов поэтапного взвешивания по ходу движения. А затем поработаем и над собственно конструкцией пьезополимерных датчиков (на основе пьезокабеля и пьезоплёнок). Не забудем также и о других потенциально привлекательных вариантах с использованием тензорезистивных, оптоволоконных и других удобных и экономичных в реализации чувствительных элементов.
И, кстати, о героях снятого по сказке А. Прейсена и любимого народом мультфильма: Козлёнок отсчитал и пропустил на судно ровно десять предусмотренных инструкцией и напоминанием строгого капитана пассажиров. Так что пароход благополучно пересёк водную преграду. Нам бы так!
 

НАЗАДНАЗАД