giaothongthongminh
Một trạm kiểm tra tải trọng đặt cân tĩnh ở cuối tuyến. Xe quá tải nhìn thấy trạm từ xa, tấp vào đường nhánh, chờ hết ca rồi đi tiếp. Cân tĩnh chỉ đo được chiếc xe chịu dừng lại. Cân xe tự động WIM (weigh-in-motion, cân khi đang chuyển động) sinh ra để giải bài toán ngược lại: đo tải trọng của mọi xe chạy qua, ở tốc độ lưu thông bình thường, không dừng, không hạ tốc.
Bài viết giải thích WIM đo gì, cấp chính xác được quy định thế nào theo khuyến nghị quốc tế OIML R 134-1, các loại cảm biến chôn dưới mặt đường, và phần ít được nhắc tới nhưng hay hỏng nhất: chiếc máy tính đặt trong tủ ven đường. Số liệu lấy từ tài liệu chính thức của OIML, Intercomp và Advantech tại thời điểm viết.
WIM đo gì và không đo gì
Theo phạm vi của OIML R 134-1:2006, thiết bị WIM được dùng để xác định khối lượng xe, tải trọng từng trục và nếu cần cả tải trọng cụm trục của xe khi xe đang chuyển động. Khuyến nghị này áp dụng cho thiết bị lắp trong khu vực cân được kiểm soát, nơi tốc độ xe được kiểm soát; nó không áp dụng cho thiết bị suy ra tải trọng trục bằng cách nhân tải trọng một bánh với hai, cũng không áp dụng cho thiết bị cân lắp trên xe.
Tài liệu còn có một lưu ý đáng chú ý cho cơ quan quản lý: khi WIM được dùng ở chế độ hoàn toàn tự động cho mục đích xử phạt, không có cảnh sát tại chỗ, nên có quy định quốc gia đặt ra phương pháp kiểm định rộng hơn mức khuyến nghị này quy định. Nói cách khác, chuẩn quốc tế thừa nhận rằng phạt nguội bằng WIM đòi hỏi mức kiểm định cao hơn thu thập số liệu thông thường.
Cấp chính xác: con số quyết định dùng WIM vào việc gì
OIML R 134-1 chia thiết bị WIM thành sáu cấp chính xác cho khối lượng xe (0,2 — 0,5 — 1 — 2 — 5 — 10) và sáu cấp cho tải trọng trục đơn hoặc cụm trục (A — B — C — D — E — F). Sai số cho phép lớn nhất tính theo phần trăm giá trị quy ước, và khác nhau giữa lần kiểm định ban đầu và kiểm tra trong quá trình sử dụng.
| Cấp chính xác khối lượng xe | Kiểm định ban đầu | Kiểm tra khi đang sử dụng |
|---|---|---|
| 0,2 | ±0,10 % | ±0,20 % |
| 0,5 | ±0,25 % | ±0,50 % |
| 1 | ±0,50 % | ±1,00 % |
| 2 | ±1,00 % | ±2,00 % |
| 5 | ±2,50 % | ±5,00 % |
| 10 | ±5,00 % | ±10,00 % |
Với tải trọng trục đơn của xe chuẩn hai trục cứng, bảng sai số tương ứng là ±0,25 % cho cấp A, ±0,50 % cho cấp B, ±0,75 % cho cấp C, ±1,00 % cho cấp D, ±2,00 % cho cấp E và ±4,00 % cho cấp F ở lần kiểm định ban đầu; các giá trị này gấp đôi khi kiểm tra trong quá trình sử dụng. Hai bảng cấp chính xác này ràng buộc lẫn nhau: R 134-1 quy định rõ cấp nào của tải trọng trục đi cùng được với cấp nào của khối lượng xe.
Ý nghĩa thực tế: một hệ WIM cấp 10/F chỉ đủ để sàng lọc, chọn ra xe nghi quá tải rồi mời vào cân tĩnh. Muốn dùng số đo để xử phạt trực tiếp thì cần cấp cao hơn nhiều, kèm kiểm định hợp pháp. Đặt kỳ vọng sai ở bước này là nguyên nhân của phần lớn tranh chấp sau khi lắp đặt.
Cảm biến nằm dưới mặt đường
Cảm biến WIM đặt cắt ngang làn xe, gắn chìm trong rãnh cắt trên mặt đường. Có nhiều nguyên lý: thanh áp điện (piezo), thanh dùng cảm biến biến dạng (strain gauge), tấm uốn (bending plate) và bàn cân lắp chìm. Chọn nguyên lý nào là đánh đổi giữa độ chính xác, ổn định theo nhiệt độ, chi phí và độ phức tạp khi thi công.
Ví dụ với dòng cảm biến thanh dùng biến dạng của Intercomp, tài liệu kỹ thuật của hãng công bố: chiều dài 1,50 m, 1,75 m hoặc 2,00 m; khối lượng tương ứng 22 kg, 28 kg và 35 kg chưa tính cáp; bề rộng thanh 70 mm; lắp trong rãnh cắt rộng 75 mm; dải tốc độ xe tới 129 km/h; nhiệt độ làm việc -40 đến 80 °C; cấp bảo vệ IP68; cáp 6 lõi có màn chắn, dài 40 m hoặc 100 m; điện áp kích thích khuyến nghị 5–10 V. Hãng công bố cảm biến đạt chứng nhận OIML R 134 cấp 5E và 10F, và có thể cấu hình 1, 2, 3 hoặc 4 cặp thanh tuỳ độ chính xác yêu cầu.
Ba con số trong danh sách trên nói lên bản chất công trình của hệ WIM. Rãnh 75 mm nghĩa là phải cắt và hoàn nguyên mặt đường, chất lượng lớp bê tông quanh cảm biến ảnh hưởng trực tiếp tới số đo. Dải nhiệt -40 đến 80 °C là dải mặt đường, không phải dải không khí: mặt đường phơi nắng buổi trưa nóng hơn không khí rất nhiều. Và cấp IP68 là bắt buộc vì cảm biến sẽ ngâm nước mỗi mùa mưa.
Máy tính trong tủ ven đường: khâu hay bị xem nhẹ
Cảm biến chỉ tạo ra tín hiệu. Việc lấy mẫu, ghép tín hiệu nhiều thanh, đồng bộ với vòng từ hoặc camera đọc biển số, tính khối lượng và đẩy dữ liệu về trung tâm là việc của bộ điều khiển đặt trong tủ ven đường. Đây là môi trường khắc nghiệt hơn nhà xưởng: nhiệt độ trong tủ kim loại phơi nắng, độ ẩm, bụi, sét lan truyền theo đường cáp dài hàng chục mét, và nguồn điện không ổn định.
Vì vậy Advantech xếp riêng một dòng máy cho hạ tầng giao thông. Theo datasheet ITA-360E, máy này dùng CPU Intel Core i thế hệ 12 hoặc 13, hai khe SO-DIMM tới 64 GB DDR4, 4 cổng LAN 2,5 Gb cùng 2 cổng SFP, 4 cổng USB 3.2, 10 cổng COM (8 cổng RS-232/422/485 và 2 cổng RS-232), 24 bit DIO, 2 khay ổ 2,5 inch cùng mSATA và M.2 B key, thiết kế không quạt, nguồn vào 9–36 VDC, nhiệt độ hoạt động -25 đến 60 °C với SSD công nghiệp và luồng gió 0,7 m/s (bản CPU 60/65 W là -25 đến 50 °C), nhiệt độ lưu kho -40 đến 85 °C, kích thước 185 x 120 x 220 mm, bắt giá treo tường.
Mười cổng COM không phải con số phô trương. Một điểm WIM thực tế thường phải nối đồng thời bộ khuếch đại cảm biến, vòng từ, cảm biến phân loại xe, bảng điện tử hiển thị, thiết bị đọc thẻ và bộ lưu điện — mỗi thứ một cổng nối tiếp. Trong danh mục bộ điều khiển giao thông, Advantech còn liệt kê các bản như ITA-3650N cho giám sát đường cao tốc và ITA-3650E cho thu phí đường cao tốc, cùng dòng ITA-368/ITA-368E có 10 cổng nối tiếp và nguồn vào 12–36 V.
Điểm mấu chốt là chữ "công nghiệp": máy văn phòng đặt vào tủ ven đường sẽ chết vì nhiệt trong vài tháng, còn quạt hút sẽ kéo bụi đường vào bên trong. Cách các thiết bị này ghép vào hệ thống ITS đã được nói tới trong bài Hệ thống giao thông thông minh với thiết bị máy tính Advantech.
Dữ liệu WIM dùng vào việc gì
- Sàng lọc trước trạm cân. Hệ cấp thấp đặt trước trạm, chỉ hướng xe nghi quá tải vào cân tĩnh; các xe còn lại đi thẳng, giảm ùn tắc.
- Bảo vệ cầu. Đặt WIM trước cầu yếu để cảnh báo và chặn xe vượt tải trọng thiết kế.
- Thu phí theo tải trọng. Kết hợp với hệ thống thu phí, cần cấp chính xác cao và kiểm định hợp pháp.
- Số liệu quy hoạch. Phân bố tải trọng theo giờ, theo mùa, theo loại xe là dữ liệu đầu vào cho thiết kế mặt đường và kế hoạch bảo trì.
Ba trong bốn ứng dụng trên không cần cấp chính xác cao nhất. Xác định đúng mục tiêu ngay từ đầu giúp tiết kiệm đáng kể, vì chi phí tăng rất nhanh theo cấp chính xác. Vai trò của từng khối trong một hệ thống ITS hoàn chỉnh được trình bày trong bài Hệ thống giao thông thông minh ITS hoạt động như thế nào.
IPC247 hỗ trợ gì cho dự án WIM
IPC247 phân phối máy tính công nghiệp, máy tính nhúng và thiết bị mạng dùng trong hạ tầng giao thông. Với một điểm cân động cụ thể, chúng tôi có thể tư vấn cấu hình bộ điều khiển theo số cổng nối tiếp và số kênh vào ra thực tế, đối chiếu dải nhiệt và cấp bảo vệ với điều kiện tủ ven đường tại chỗ, tư vấn thiết bị mạng và cách truyền dữ liệu về trung tâm, cho mượn máy demo để chạy thử phần mềm trước khi đặt hàng, và hỗ trợ kỹ thuật trong quá trình vận hành.
Câu hỏi thường gặp về cân xe tự động WIM
WIM có thay được trạm cân tĩnh không?
Ở phần lớn dự án là không, mà bổ trợ cho nhau. Hệ WIM cấp chính xác thấp làm nhiệm vụ sàng lọc, chỉ đưa xe nghi quá tải vào cân tĩnh để lập biên bản. Muốn WIM tự đứng ra làm căn cứ xử phạt thì cần cấp chính xác cao và kiểm định theo quy định quốc gia, mà OIML R 134-1 khuyến nghị phải chặt hơn mức tối thiểu.
Vì sao số đo WIM dao động giữa các lần xe chạy qua?
Vì xe đang chuyển động thì tải trọng dao động theo nhịp treo, mặt đường và tốc độ. Đó là lý do chuẩn quy định sai số theo phần trăm và cho phép nhiều cặp cảm biến: nhiều cặp thanh giúp lấy trung bình, giảm ảnh hưởng của dao động. Mặt đường phẳng và cứng ở đoạn trước cảm biến cũng quan trọng không kém bản thân cảm biến.
Lắp WIM cần chuẩn bị gì về hạ tầng?
Cần đoạn đường đủ phẳng và đủ cứng, rãnh cắt đúng kích thước cho cảm biến, tuyến ống luồn cáp tới tủ điều khiển, nguồn điện ổn định và chống sét, cùng đường truyền dữ liệu về trung tâm. Kinh nghiệm thực tế cho thấy phần xây lắp và chất lượng mặt đường quyết định độ ổn định lâu dài nhiều hơn là thương hiệu cảm biến.
