《Measurement》：Non-contact vehicle weigh-in-motion (WIM) for bridge health monitoring: a review
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摘要准确的车辆重量信息对于评估交通荷载以及确保桥梁的结构安全和使用寿命至关重要。动态称重（WIM）技术能够在交通流中对车辆重量进行实时测量，使其成为桥梁健康监测的重要工具。非接触式动态称重（NC-WIM）技术因其非侵入式部署、成本较低和实时数据采集而日益受到关注。与传统的接触
摘要
准确的车辆重量信息对于评估交通荷载以及确保桥梁的结构安全和使用寿命至关重要。动态称重（WIM）技术能够在交通流中对车辆重量进行实时测量，使其成为桥梁健康监测的重要工具。非接触式动态称重（NC-WIM）技术因其非侵入式部署、成本较低和实时数据采集而日益受到关注。与传统的接触式 WIM 系统相比，非接触方法具有更高的效率和更广泛的部署潜力。然而，目前仍缺乏专门针对其在桥梁健康监测中应用的综合综述。本文系统概述了 NC-WIM 技术，重点关注两大主要类别：基于计算机视觉的 WIM（CV-WIM）和基于桥梁响应的 WIM（BR-WIM）。对其技术原理、优势及局限性进行了批判性分析。讨论了环境鲁棒性、数据准确性以及与桥梁健康监测集成等关键挑战。最后，提出了未来的研究方向，以支持 NC-WIM 在桥梁健康监测应用中的进步和实际实施。
引言
桥梁作为关键基础设施，持续受到动态车辆荷载的威胁，超载车辆（例如“百吨王”，总重超过 100 吨的卡车）构成严重风险，如图 1 所示。这种超载会加速结构劣化，引发疲劳裂缝，并损害完整性，导致高昂的维修成本或面临灾难性破坏的风险。因此，实时车辆荷载监测对于风险缓解至关重要 [1], [2]。动态称重（WIM）技术通过在行驶过程中动态评估重量来解决这一问题，为结构健康评估提供必要数据。报告指出，自 2023 年 11 月纽约一条高速公路上实施 WIM 系统以来，到 2024 年 11 月，超载车辆的检出率降低了 60%，展示了技术措施在超载控制方面的显著有效性 [3]。在中国，自 2000 年启动的全国治超行动取得了显著成效，中小跨径桥梁的平均极值荷载降低了 20% [4]。这种早期超载检测能力防止了累积损伤，并为数据驱动的维护策略提供了信息，从而增强了桥梁的安全性和耐久性。
目前，接触式 WIM 系统——分为路面 WIM（PWIM）和桥梁 WIM（BWIM）[5]——主导着车辆荷载监测。PWIM 在受控环境（如收费站，通常为 3–5%）的低速下实现高精度，但在高速下精度显著下降（误差可能达到 20–40%）[6]，同时伴随安装破坏性、操作复杂和高成本 [7]。BWIM 基于 Moses 算法和影响线理论，通过桥梁响应分析来估算荷载 [8]。然而，两种系统都需要大量安装的传感器，随时间推移容易劣化和失效。这些局限性突显了对具有最少传感器和更广泛部署潜力的具有成本效益、可靠方法的迫切需求。
因此，新兴的非接触式 WIM（NC-WIM）引起了越来越多的关注。这些技术主要在两个关键方向发展：基于桥梁响应的 WIM（BR-WIM）[9] 和基于计算机视觉的 WIM（CV-WIM）[7], [10]。早期的努力主要集中在 BR-WIM 上，它使用计算机视觉代替传统嵌入式传感器来跟踪车辆位置并监测桥梁动力学。虽然该方法降低了安装成本，但它依赖桥梁作为平台，限制了早期超载检测。为了实现主动检测，近期的进展已转向 CV-WIM。CV-WIM 利用先进的计算机视觉和深度学习方法，直接在车辆到达桥梁之前识别轮胎变形和侧壁特征以估算车辆荷载。CV-WIM 中的荷载估算技术已从基本物理公式发展到更先进的数据驱动机器学习模型，极大地提高了其在复杂现实场景中的准确性和鲁棒性。作为一项新兴技术，CV-WIM 表现出高精度、高效和成本效益，突显了其在桥梁健康监测方面的前景。
了解这些 NC-WIM 系统的现状和局限性对于推进智能桥梁运维至关重要。虽然现有的综述主要关注接触式 WIM（表 1），但很少涉及 NC-WIM 的挑战和应用。本文在现有文献的基础上通过四个主要方面进行了推进：(1) 它专门关注用于桥梁健康监测的 NC-WIM，包括 BR-WIM 和 CV-WIM；(2) 它提供了截至 2025 年 12 月发表的更新综述，包括修订期间纳入的一些新研究；(3) 从测量科学的角度，它建立了一个结构化的计量框架，连接了传感机制、数据收集、参数提取和荷载识别；(4) 除了总结关键方法外，它还批判性地评估了验证证据、应用场景以及主要挑战，如环境鲁棒性、系统集成和多源数据融合。
章节摘要
综述范围
本综述使用系统综述和荟萃分析的首选报告项目（PRISMA）筛选流程来选择核心综述数据集，如图 2(a) 所示。文献检索主要在 Web of Science 上进行，同时也包括 Google Scholar。检索截至 2025 年 12 月可用的出版物，以包含该领域最新的进展。检索结合了“动态称重”或"WIM"、“桥梁”或“路面”，以及“视觉”或“非接触”等关键词。
WIM 系统的定义
WIM 最初由 Clyde Lee 博士于 1950 年代发明，主要用于收集轴重和车辆荷载的大样本以用于路面设计和 AASHTO 路面设计代码。如今，WIM 通常被定义为测量行驶中道路车辆动态轮胎力并估算对应静态车辆总重及其每个车轮、车轴和车轴组所承载重量份额的过程 [15]。因此，WIM 系统包括传感器
BR-WIM 技术
BR-WIM 技术的核心概念是使用基于 CV 技术的非接触传感器代替传统接触传感器。车辆跟踪、桥梁位移监测和车辆荷载识别是 BR-WIM 技术的三个主要模块。
桥梁健康监测的重要性
桥梁健康监测对于桥梁安全和运营效率至关重要。首先，有效的监测能够提前预警结构劣化和疲劳损伤 [173], [174], [175]，从而防止灾难性破坏。其次，监测系统提供的实时数据有助于科学制定维护计划和交通管理策略 [176], [177], [178]。此外，通过集成 NC-WIM 技术，桥梁健康监测可以实现
结论与展望
NC-WIM 技术，特别是 BR-WIM 和 CV-WIM，对于推进桥梁健康监测和交通管理的安全性、准确性和运营效率至关重要。本文全面综述了这些创新技术的关键进展，突出了其克服接触式 WIM 系统固有局限（包括复杂安装和高维护成本）的能力。BR-WIM 将车辆定位与实时结构响应相关联以估算
CRediT 作者贡献声明
Kang Gao: 写作 - 审查与编辑，监督，资源，项目管理，方法论。 Jiachang Gu: 写作 - 原稿，调查。 Zida Chen: 写作 - 审查与编辑，验证，数据管理。 He Zhang: 写作 - 审查与编辑。 Xuan Kong: 写作 - 审查与编辑。 Chunsheng Cai: 写作 - 审查与编辑。 Gang Wu: 写作 - 审查与编辑，资源。
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文报告的工作。
致谢
本工作得到了 国家自然科学基金委员会（资助号 52578174）、腾讯基金会 通过 XPLORER PRIZE 以及 中央高校基本科研业务费（号 2242023K5006, 2242022k30030）的支持。作者感谢财务支持。
Kang Gao|Jiachang Gu|Zida Chen|He Zhang|Xuan Kong|Chunsheng Cai|Gang Wu
