公路車載智能動態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)研究

毛益佳、潘芳

（1.江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇 南京210000；2.道路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化教育部工程研究中心，陜西 西安710064）

0 引言

目前載貨汽車在運輸途中缺乏有效的監(jiān)管，現(xiàn)有的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)多針對?；愤\輸車輛，普通運輸車輛仍存在司機私拉貨物導(dǎo)致的超載、繞線等現(xiàn)象。現(xiàn)代物流企業(yè)也已經(jīng)意識到，超載超限導(dǎo)致的經(jīng)濟效益下降，是制約其進一步發(fā)展的重要因素[1]。在經(jīng)濟上，車輛超限超載會縮短汽車使用壽命和加速零部件的老化，增加養(yǎng)護維修頻率與成本，超載車輛行駛速度較慢，通行效率下降，降低車輛周轉(zhuǎn)頻次。在安全方面，車輛超限超載質(zhì)量增大而慣性加大，制動距離加長，危險性增大，超載的車輛，會增加駕駛?cè)藛T心理負擔和思想壓力，容易出現(xiàn)操作錯誤，有可能造成極端的大型交通安全事故導(dǎo)致“車毀人亡”，給車企帶來較高的賠付成本。為了減少車輛超載超限帶來的個人生命財產(chǎn)安全和社會損失，必須有效防治車輛超限超載事件的發(fā)生。但是傳統(tǒng)的靜態(tài)或動態(tài)稱重系統(tǒng)稱重設(shè)備與車輛分離，無法對車輛進行實時監(jiān)控管理。因此，開發(fā)車載智能稱重系統(tǒng)，實現(xiàn)物流車企自制，真正做到源頭上的治超，不僅能夠保證道路的安全，同時對促進車企效益，推動區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展有重要的意義。

1 公路運輸超限治理現(xiàn)狀及需求分析

1.1 江蘇省路網(wǎng)運輸現(xiàn)狀

截至2020年，江蘇省構(gòu)建現(xiàn)代綜合交通運輸體系的目標取得新進展，高速公路里程達到4924公里，普通國省干線公路里程超過1.2萬公里，2020年完成公路貨運量174624.0萬噸，比上年同期增長6.1%，2020年公路貨物周轉(zhuǎn)量3524.5億噸公里，同比增長9.0%，在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、運輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展和運輸服務(wù)提升等方面都取得了突破。

1.2 超限超載治理措施

2004年國家多部委聯(lián)合治超以來，特別是2016年交通運輸部等五部委在總結(jié)多年治理工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，聯(lián)合出臺了一系列行業(yè)標準和管理規(guī)定，標志著治超工作進入了綜合治理、系統(tǒng)治理新階段。目前，江蘇省治超工作已取得顯著成果，超限率由2009年的4.9%下降至2019年的2.37%，到2020年底下降至1.16%。采取的主要措施有：修訂江蘇省公路條例，責(zé)令相關(guān)部門完善治理超限超載運輸工作機制，加強超限超載運輸?shù)脑搭^管理、綜合治理。形成多部門協(xié)作監(jiān)管的治超工作機制，穩(wěn)步開展源頭治超工作；縱深推進路警聯(lián)合執(zhí)法常態(tài)化，建立落實聯(lián)合懲戒措施。

1.3 超限智能化管理分析

綜合運用傳感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將車輛的重量信息與實時定位信息通過無線通信模塊傳送至遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與遠程監(jiān)控系統(tǒng)的遠距離雙向透明傳輸，讓信息的傳遞更加準確、高效。在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上進行實時決策，使驗證系統(tǒng)具備車輛實時稱重、軌跡跟蹤、遠程標定、信息顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析反饋等功能。

2 公路車載智能動態(tài)稱重系統(tǒng)開發(fā)研究

2.1 公路車載智能動態(tài)稱重系統(tǒng)開發(fā)方案

車載智能稱重系統(tǒng)客戶端軟件為四層架構(gòu)，分別為：數(shù)據(jù)層、核心計算層、交互層和應(yīng)用層。

2.1.1 數(shù)據(jù)層

包括載重監(jiān)控數(shù)據(jù)、位置監(jiān)控數(shù)據(jù)、異常預(yù)警數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)層主要由用來持久化各種類型數(shù)據(jù)的載體組成，用于數(shù)據(jù)存儲與采集，具有良好的性能、強大的事務(wù)處理能力以及對數(shù)據(jù)靈活方便的維護管理等優(yōu)勢。

2.1.2 核心計算層

將載重監(jiān)控數(shù)據(jù)、位置監(jiān)控數(shù)據(jù)、異常預(yù)警數(shù)據(jù)等進行計算分析，包括應(yīng)用中間件、地理信息服務(wù)軟件及數(shù)據(jù)、統(tǒng)一權(quán)限管理服務(wù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理組件等，連接著數(shù)據(jù)層，提供各類支撐功能。

2.1.3 交互層

交互層基于業(yè)務(wù)、系統(tǒng)進行開發(fā)，車載智能稱重系統(tǒng)軟件交互層包含模塊功能、頁面結(jié)構(gòu)、界面原型等。

2.1.4 應(yīng)用層

對遠程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行深入挖掘與分析后，進行實時決策。將每個原始標記都與每個事件模板組合在一起，判斷事件是否在特定時間、地點發(fā)生，進而判斷是否有異常情況發(fā)生。一旦發(fā)現(xiàn)可疑狀況，立即啟動預(yù)警程序，并將超重報警等各項報警信息和車輛當前運行狀態(tài)信息及時推送至用戶的移動端，使用戶能有針對性地采取相應(yīng)的解決措施，從而實現(xiàn)運行車輛可視化、精細化管理。

2.2 公路車載智能動態(tài)稱重系統(tǒng)功能建設(shè)

車載智能稱重系統(tǒng)客戶端功能建設(shè)集設(shè)備管理、動態(tài)稱重、位置監(jiān)控、異常預(yù)警、統(tǒng)計查詢于一體，見表1。

表1 遠程監(jiān)控功能設(shè)計

2.2.1 設(shè)備管理：包括設(shè)備信息、標定信息、系數(shù)信息、事件配置等功能。

（1）設(shè)備信息：設(shè)備信息是根據(jù)安裝車載智能稱重系統(tǒng)的車輛，在系統(tǒng)中配置對應(yīng)的車輛信息包括：設(shè)備IMEI（國際移動設(shè)備識別碼）、設(shè)備名稱、SIM卡號、車牌信息、車架信息、車型信息（皮重與滿載）、裝載物品、車主姓名、車主電話、車主證件等。

（2）標定信息：每輛貨車在安裝完硬件設(shè)施后需要進行標定，才能滿足車載動態(tài)稱重的要求。標定信息模塊是為了進行標定并對標準進行記錄的功能，記錄信息包括：空載車皮重量、核定滿載總重、空載標定時間、空載標定值、滿載標定時間、滿載標定值、滿載標定重量等。

（3）系數(shù)信息：系數(shù)信息主要是配置了初始加重、初始減重等判斷車輛貨物裝載與卸載的基本信息。

（4）事件配置：事件配置的功能主要是設(shè)置了車輛超載超限的閾值，包括：超速識別（速閥值設(shè)置）、超載識別（超載閥值設(shè)置）、BD記重（裝卸百分比設(shè)置）等。

2.2.2 動態(tài)稱重：包括實時稱重、駁載監(jiān)控、裝載率監(jiān)控、裝卸貨效率監(jiān)控等功能。平臺可記錄車輛整個裝載、卸載過程，可檢索不同時間段內(nèi)詳細信息，并以圖表的形式展示（見圖1），同時可在地圖中記錄裝卸貨物的地點。

圖1 動態(tài)稱重

2.2.3 位置監(jiān)控：包括行駛軌跡、行駛速度、車輛?？课恢?、車輛?？繒r間等功能。

（1）行駛軌跡：通過安裝在車輛上的GNSS設(shè)備實施采集車輛的位置信息，并在平臺中記錄?？蓹z索不同時間段內(nèi)車輛的行駛軌跡與?？啃畔?，并進行動態(tài)回放。

（2）行駛速度：通過安裝在車輛上的GNSS設(shè)備實施采集車輛的速度信息，并在平臺中實施顯示。

（3）車輛?？课恢门c時間：在車輛軌跡監(jiān)控中記錄車輛的?？课恢?，并在地圖中展示，并記錄?？康臅r間。

2.2.4 異常預(yù)警：包括設(shè)備預(yù)警和事件預(yù)警

（1）設(shè)備預(yù)警：針對車載稱重系統(tǒng)本身，當設(shè)備出現(xiàn)故障可在平臺中顯示：設(shè)備號、報警類型、報警時間、車輛行駛方向、車輛行駛速度、定位類型、定位時間、報警位置等信息。

（2）事件預(yù)警：當車輛的行駛速度與實時稱重超過預(yù)設(shè)閾值時，系統(tǒng)平臺將產(chǎn)生預(yù)警，將分級推送預(yù)警信息至相關(guān)管理人員，進行質(zhì)量的整改閉合。

2.2.5 統(tǒng)計查詢：包括貨物流向、載重統(tǒng)計、運距統(tǒng)計、貨運時長統(tǒng)計。在平臺中可以按時間維度統(tǒng)計查詢上述信息，并可導(dǎo)出統(tǒng)計數(shù)據(jù)表格。

3 結(jié)語

本文通過車載智能稱重系統(tǒng)軟件開發(fā)研究，給出了車載稱重系統(tǒng)軟件設(shè)計要求與設(shè)計方案。采用搶占式多任務(wù)實時操作系統(tǒng)μC/OS-II，開發(fā)了車載端控制軟件，實現(xiàn)了車輛硬件數(shù)據(jù)的實時采集、處理、傳輸。針對車載動態(tài)稱重遠程監(jiān)管的需求，開發(fā)遠程監(jiān)控軟件，主要功能模塊包括載重監(jiān)控、位置，監(jiān)控、異常預(yù)警、數(shù)據(jù)分析。