高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與修正參數(shù)推薦方法研究

柯于義 張和牧 刁含樓 王書(shū)升 司延召

摘 要：本文基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重異常數(shù)據(jù)檢測(cè)及動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡修正參數(shù)推薦方法研究。將高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計(jì)量與檢定需求，按簽約車(chē)輛和非簽約車(chē)輛兩類(lèi)來(lái)判定稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)異常與否，并對(duì)所檢測(cè)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記。若異常數(shù)據(jù)數(shù)量達(dá)到設(shè)定閾值，則通過(guò)對(duì)所標(biāo)記的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為汽車(chē)衡的修正參數(shù)推薦最佳修正值。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài);汽車(chē)衡;稱(chēng)重;數(shù)據(jù);修正參數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U492.321 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

研究高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與修正參數(shù)推薦方法，是積極響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略號(hào)召、推動(dòng)行業(yè)管理和行業(yè)發(fā)展的重要表現(xiàn)，不管是技術(shù)方面還是涉及到行業(yè)技術(shù)規(guī)范的健全與完善，在我國(guó)是一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域。[1-2]發(fā)展我國(guó)的動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)化、智能化檢測(cè)，并基于檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正參數(shù)計(jì)算與推薦，不僅為計(jì)量行業(yè)起到積極的推動(dòng)作用，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)約時(shí)間、減少浪費(fèi)、優(yōu)化資源、保證質(zhì)量等社會(huì)綜合效益，從而促進(jìn)計(jì)量行業(yè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 現(xiàn)狀分析

本文以河南省動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡管理業(yè)務(wù)為案例進(jìn)行研究。動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡是國(guó)家強(qiáng)制檢定工作計(jì)量器具，是治理超限超載的主要計(jì)重設(shè)備，必須經(jīng)過(guò)法定計(jì)量機(jī)構(gòu)檢定合格后才能安裝使用，其準(zhǔn)確度不僅關(guān)系到收費(fèi)站和司乘人員雙方的經(jīng)濟(jì)利益，還關(guān)系到交通執(zhí)法的公平公正，因此，動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的檢定工作就顯得非常重要。

傳統(tǒng)的汽車(chē)衡的檢定方法主要存在以下不足：

（1）檢定成本高：檢定人員和車(chē)輛必須到現(xiàn)場(chǎng)才能開(kāi)展檢定。未來(lái)隨著高速公路上道勸返和非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法設(shè)備數(shù)量逐年增加，檢定成本將進(jìn)一步增加。（2）檢定效率低：全國(guó)高速公路通車(chē)?yán)锍桃呀?jīng)突破14多萬(wàn)公里，計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)用于檢定動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的車(chē)輛，超過(guò)50%的工作時(shí)間消耗在路途中。（3）人為因素影響大：目前，對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)、判定方式，主要是靠人工駕駛檢定方式，受人為因素影響較大。

因此，本文對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重異常數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行研究，以提升動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計(jì)量的效率、降低成本。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、消息傳輸模塊、消息存儲(chǔ)模塊、算法處理模塊和參數(shù)推薦模塊。系統(tǒng)組成如右圖所示：

其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)來(lái)自動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)和算法處理的結(jié)果數(shù)據(jù)等內(nèi)容;消息傳輸模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與算法所需數(shù)據(jù)之間的傳輸;消息存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)將各模塊間需要交互的消息進(jìn)行存儲(chǔ);算法處理模塊則是執(zhí)行具體的異常數(shù)據(jù)處理與修正參數(shù)推薦算法，并輸出相應(yīng)的結(jié)果;參數(shù)推薦模塊為檢定人員提供修訂推薦值作為參考。

3 算法實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)輸入

消息傳輸模塊獲得動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫(xiě)入消息存儲(chǔ)模塊供算法處理模塊使用。本文采用消息中間件實(shí)現(xiàn)消息的實(shí)時(shí)傳輸，消息傳輸連接地址為tcp：//{ip}：{port}，消息隊(duì)列名稱(chēng)為carInfo，消息處理接口為measuringQueueHandler。消息傳輸格式為Json格式，主要字段包括：汽車(chē)衡ID、稱(chēng)重時(shí)間、車(chē)牌、車(chē)速、整車(chē)重量稱(chēng)量值、軸數(shù)、軸組數(shù)、軸組重量、軸組軸型、軸間距等[3-4]。

3.2 算法處理

算法處理主要由三部分組成：已知稱(chēng)重標(biāo)準(zhǔn)值的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)判斷、未知稱(chēng)重標(biāo)準(zhǔn)值的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)判斷和修正參數(shù)推薦值計(jì)算。

已知稱(chēng)重標(biāo)準(zhǔn)值的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)判斷，是通過(guò)與事先約定的企業(yè)、約定的車(chē)輛，在已知車(chē)輛及載重的情況下，利用目標(biāo)車(chē)輛通過(guò)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡時(shí)所產(chǎn)生的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行的數(shù)據(jù)判斷。其主要流程如下圖所示，通過(guò)實(shí)際稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)與已知標(biāo)準(zhǔn)重量按所允許的誤差進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)存在異常，則對(duì)該稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，計(jì)算所設(shè)定的閾值并進(jìn)行更新，若閾值大于設(shè)定值則觸發(fā)參數(shù)修正算法流程，否則本次判定流程結(jié)束。

未知稱(chēng)重標(biāo)準(zhǔn)值的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)判斷，是在未知車(chē)輛及載重的情況下，對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡所稱(chēng)重的數(shù)據(jù)，主要采用歷史大量稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)作為依據(jù)進(jìn)行判定。其主要流程如下圖所示，首先通過(guò)當(dāng)前車(chē)輛的進(jìn)出口實(shí)際稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若兩組數(shù)據(jù)存在明顯異常，則啟動(dòng)數(shù)據(jù)分析算法判定，對(duì)通過(guò)該兩組動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的歷史稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)運(yùn)用誤差分析、數(shù)據(jù)分析、置信概率計(jì)算、同比偏差計(jì)算等方法，分析得出兩組稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)記并記錄。計(jì)算所設(shè)定的閾值，并進(jìn)行更新，若閾值大于設(shè)定值則觸發(fā)參數(shù)修正算法流程，否則本次判定流程結(jié)束。

修正參數(shù)推薦值計(jì)算，依據(jù)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡和車(chē)型分類(lèi)進(jìn)行。車(chē)型通常包括2軸、3軸、4軸、5軸、6軸及其它共6類(lèi)汽車(chē)衡，而車(chē)輛通過(guò)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡時(shí)，速度區(qū)間通常為0～20km/h。因此，算法對(duì)每個(gè)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡設(shè)定1個(gè)整車(chē)修正閾值、6個(gè)車(chē)型修正閾值及每車(chē)型20個(gè)速度修正閾值。修正參數(shù)推薦值計(jì)算主要分為三個(gè)步驟：整車(chē)修正參數(shù)A計(jì)算、車(chē)型修正參數(shù)B計(jì)算和速度修正參數(shù)C計(jì)算。

（1）分析異常數(shù)據(jù)的車(chē)型分布情況，異常數(shù)據(jù)在所有車(chē)型上都是呈現(xiàn)同偏差，即各車(chē)型的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)異常比例均在所設(shè)定的置信概率內(nèi)，則認(rèn)為該動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡對(duì)于各車(chē)型存在同偏差，此時(shí)保持B、C不變，修正整車(chē)修正參數(shù)性?xún)r(jià)比最大。再通過(guò)計(jì)算得出A值，即為整車(chē)修正參數(shù)推薦值。

（2）若動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡對(duì)于各車(chē)型不滿足同偏差條件，則針對(duì)各車(chē)型修正參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)各車(chē)型的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)異常比例分析，若某類(lèi)車(chē)型修正參數(shù)達(dá)到該車(chē)型修正閾值時(shí)，則觸發(fā)該類(lèi)車(chē)型修正參數(shù)值的計(jì)算，即保持A、C不變，再通過(guò)計(jì)算出該車(chē)型修正參數(shù)B的推薦值。

（3）同理，以上兩個(gè)條件均不滿足時(shí)，則按速度區(qū)間進(jìn)行閾值判定，若某速度區(qū)間達(dá)到修正條件，則通過(guò)公式計(jì)算出該車(chē)型的該速度區(qū)間的推薦值C。

3.3 算法輸出

本文采用消息中間件實(shí)現(xiàn)消息的實(shí)時(shí)傳輸，消息傳輸連接地址為tcp：//{ip}：{port}，消息隊(duì)列名稱(chēng)為recommendInfo，消息處理接口為recommendQueueHandler。參數(shù)以Json格式傳輸，主要包括：參數(shù)推薦事件ID、汽車(chē)衡ID、稱(chēng)重時(shí)間、整體修正參數(shù)、車(chē)型修正參數(shù)、2軸速度修正參數(shù)、3軸速度修正參數(shù)、4軸速度修正參數(shù)、5軸速度修正參數(shù)、6軸速度修正參數(shù)等。

3.4 系統(tǒng)應(yīng)用

通過(guò)對(duì)本文的算法思路進(jìn)行設(shè)與實(shí)現(xiàn)，以河南省動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡管理業(yè)務(wù)為案例進(jìn)行研究，算法與動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡通過(guò)硬件網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)接收模塊進(jìn)行對(duì)接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的稱(chēng)重異常數(shù)據(jù)判定以及修正參數(shù)推薦值的計(jì)算。該算法的運(yùn)行環(huán)境如下：處理器：I7-8700;內(nèi)存：16G;硬盤(pán)：512SSD;顯卡：GTX1080TI;操作系統(tǒng)：CentOS7。其它模塊運(yùn)行環(huán)境：CPU：IntelXeon3106（8核-1.7GHz）處理器;內(nèi)存：配置≥32GB DDR4;硬盤(pán)：配置3塊600GB10KrpmSAS2.5硬盤(pán);操作系統(tǒng)：CentOS7。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與修正參數(shù)推薦方法，該方法實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計(jì)量的信息化、自動(dòng)化，大幅降低人工成本、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、減少直接經(jīng)濟(jì)成本、減少物資損耗，同時(shí)，提高了動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的計(jì)量效率、節(jié)約計(jì)量時(shí)間、優(yōu)化物資資源等。本算法可為動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡檢定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)向非現(xiàn)場(chǎng)化、信息化、智能化方向發(fā)展和完善提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳忠良，江益.浙江：首個(gè)高速入口稱(chēng)重勸返系統(tǒng)試運(yùn)行[J].中國(guó)公路，2019，26（16）：23.

[2]季晨暉，高速公路入口車(chē)道超高勸返系統(tǒng)[J].中國(guó)交通信息化，2019，21（S1）：267-268.

[3]王書(shū)升，張勇，劉濤，等.加速度對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重結(jié)果的影響研究[M].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2019，46（10）：18-19.

[4]王書(shū)升，張勇，劉濤，等.坡度對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重結(jié)果的影響研究[M].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2019，46（11）：32-33.