遠(yuǎn)程虛擬仿真技術(shù)在汽車衡檢定工作中的應(yīng)用

馮天宏

（天津港集裝箱碼頭有限公司，天津 300456）

按照《中華人民共和國計量法》的規(guī)定，計量檢定工作中2個重要“法條”是：計量檢定必須按照國家計量檢定系統(tǒng)表進(jìn)行；計量檢定必須執(zhí)行計量檢定規(guī)程。本文談到的汽車衡按國家計量檢定規(guī)程JJG 539—2016《數(shù)字指示秤》，具體是指固定式電子秤中的電子地中衡和電子地上衡。

之前，汽車衡的應(yīng)用基本上是“孤島式”的應(yīng)用模式，即1臺汽車衡旁邊有1個磅房，汽車衡儀表放置在磅房中，當(dāng)汽車衡進(jìn)行法制檢定時，計量檢測中心的工程師調(diào)用經(jīng)過溯源的標(biāo)準(zhǔn)砝碼在現(xiàn)場進(jìn)行計量檢定，并通過磅房中的汽車衡的儀表對汽車衡的計量性能進(jìn)行調(diào)整、設(shè)置，從而達(dá)到法制檢定的要求。

隨著集裝箱碼頭朝著大型化、集約化發(fā)展，這種只有幾臺汽車衡的“孤島式”的應(yīng)用模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)生產(chǎn)的需求?，F(xiàn)在，大型集裝箱碼頭所用的汽車衡數(shù)量往往多達(dá)幾十臺乃至上百臺，這些汽車衡分別安裝在碼頭的進(jìn)、出閘口和幾個分散的堆場閘口中，如何管理好這些汽車衡并實時診斷其所處的運行狀態(tài)，做好計量設(shè)備的“管、用、養(yǎng)、修”工作，為此開發(fā)了汽車衡在線智能診斷系統(tǒng)。

把汽車衡在線智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用于汽車衡檢定是一個不錯的選擇，這套系統(tǒng)在汽車衡檢定方面應(yīng)用的技術(shù)有：運用有線傳輸鏈路或無線傳輸鏈路技術(shù)將汽車衡的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送至辦公室的計算機(jī)桌面上；通過遠(yuǎn)程虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)了在辦公室對現(xiàn)場汽車衡儀表的調(diào)整與設(shè)置；通過視頻再現(xiàn)技術(shù)把汽車衡應(yīng)用現(xiàn)場的圖像傳送到辦公室的計算機(jī)桌面；通過音頻傳播技術(shù)在汽車衡應(yīng)用現(xiàn)場和辦公室計算機(jī)桌面間進(jìn)行對話。

1 汽車衡檢定規(guī)程的精髓

汽車衡檢定規(guī)程的精髓在于對汽車衡的計量性能要求及其檢定：一是要對汽車衡進(jìn)行準(zhǔn)確度等級的劃分，確定是中準(zhǔn)確度級還是普通準(zhǔn)確度級；二是確認(rèn)檢定分度值；三是對多分度秤的附加要求；四是確認(rèn)汽車衡的最大允許誤差；五是對同一載荷進(jìn)行重復(fù)性稱量；六是偏載試驗；七是確認(rèn)汽車衡的鑒別閾；八是確認(rèn)汽車衡的置零準(zhǔn)確度及除皮準(zhǔn)確度。

汽車衡檢定對砝碼的要求必須符合國家計量檢定系統(tǒng)表的規(guī)定，也就是要符合國家溯源等級圖的規(guī)定，其是將國家計量基準(zhǔn)的量值逐級傳遞到工作計量器具，或從工作計量器具的量值逐級溯源到國家計量基準(zhǔn)的一條比較鏈，以確保全國量值的準(zhǔn)確可靠。

上述內(nèi)容是必須遵守的，是汽車衡檢定過程中不容更改的。

2 汽車衡在線智能診斷系統(tǒng)中用于汽車衡檢定所采用的技術(shù)

汽車衡在線智能診斷系統(tǒng)通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)收集到的數(shù)據(jù)有：汽車衡參數(shù)，包括有秤臺類型、秤序列號、量程、分度值、儀表型號和儀表序列號；傳感器參數(shù)，包括有傳感器序號、序列號、輸出內(nèi)碼值、電壓值、溫度值和狀態(tài)；每天汽車衡的工作狀態(tài)，包括有日期/時間、名稱、狀態(tài)信息類型和信息描述；汽車衡運行日志信息等。計算機(jī)軟件使用緩存技術(shù)，采集汽車衡的使用頻次，零點參數(shù)，各個檢定參數(shù)，實時稱重重量，連同上述數(shù)據(jù)一并存儲到數(shù)據(jù)庫中。

遠(yuǎn)程虛擬仿真技術(shù)的實現(xiàn)方法是：①將汽車衡稱重儀表的操作顯示屏幕做成虛擬圖像，經(jīng)過圖像壓縮技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)接嬎銠C(jī)軟件，計算機(jī)軟件利用算法來解析壓縮文件，然后還原至計算機(jī)屏幕上。由于儀表的圖像很多，涉及所有的操作顯示界面，采用特殊的屏幕采集方式，利用算法軟件不斷地輪詢各個顯示界面（涉及不同像素和大小），同時還要將界面信息壓縮好后傳至辦公室計算機(jī)，實時性要求非常高。②辦公室計算機(jī)軟件還原顯示儀表操作界面后，只是完成了一部分顯示的功能，更重要的是進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，才是真正意義上的仿真終端的實現(xiàn)。因此，軟件在顯示界面的同時，設(shè)計了仿真的虛擬按鍵，比如1～9的數(shù)字鍵，上下左右的方向鍵及回車鍵等，當(dāng)這些按鍵在獲取焦點并觸發(fā)“按下”的動作的同時，通過基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議發(fā)送至汽車衡稱重儀表。③儀表接受對方的命令后，根據(jù)命令的定義不同，結(jié)合當(dāng)前的顯示界面，進(jìn)行不同功能實現(xiàn)（對傳感器參數(shù)的角差調(diào)整、編址和校正等調(diào)整設(shè)置；對汽車衡系統(tǒng)儀表自診斷、傳感器維護(hù)和日志文件等的維護(hù)），也實時地將界面壓縮文件反饋至計算機(jī)軟件進(jìn)行同步顯示，做到任意一方操作，都能同步顯示統(tǒng)一功能界面。

其設(shè)計思想就是將汽車衡稱重儀表的界面顯示在遠(yuǎn)程電腦上，并且界面的各個按鈕都可以操作，所顯示的稱重數(shù)據(jù)和信息與實物儀表完全一致。例如現(xiàn)在實物儀表顯示汽車衡稱重后儀表未歸零，就不需要去現(xiàn)場實物儀表處做清零操作，完全可以在辦公室電腦上對著這個遠(yuǎn)程虛擬仿真界面的清零按鈕輕點一下鼠標(biāo)，這樣，清零操作就完成了，與在實物儀表上操作的結(jié)果是一樣的。如果需要對實物儀表進(jìn)行其他操作，比如查看衡器信息，對傳感器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對儀表進(jìn)行設(shè)置等，都可以在這里完成。

所開發(fā)的軟件分為2部分，一部分作為儀表軟件安裝在汽車衡稱重儀表，一部分作為終端軟件安裝在虛擬仿真終端。

儀表軟件實時采集顯示界面的圖案。汽車衡稱重儀表每次顯示不同的界面，軟件會實時地保存當(dāng)前的圖片至儀表的內(nèi)存，有幾種方式會觸發(fā)儀表保存顯示界面的圖片，第一，接到命令后需要切換儀表顯示的界面；第二，儀表界面顯示的內(nèi)容發(fā)生變化，比如主界面的重量變化，傳感器內(nèi)碼值、溫度等信息變化；第三，儀表界面沒有變化時，理論上每秒3～5張圖片會自動保存至儀表內(nèi)存。

觸發(fā)以上幾個條件后，儀表軟件會把界面圖片保存至內(nèi)存，主要是2方面的數(shù)據(jù)，第一是像素位置數(shù)據(jù)，類似于X、Y坐標(biāo)，第二是每個像素的顏色數(shù)據(jù)。然后需要壓縮圖像以提高傳輸效率，儀表軟件首先會確定圖像中哪些區(qū)域是相同的，哪些是不同的。包括了重復(fù)數(shù)據(jù)的圖像（例如儀表背景色藍(lán)色）就可以被壓縮，只有藍(lán)色的起始點和終結(jié)點需要被記錄下來。但是藍(lán)色可能被數(shù)字、標(biāo)記符號等對象掩蓋，這些就需要另外記錄，這樣可以刪除一些重復(fù)數(shù)據(jù)，大大減少要保存的圖像尺寸。

壓縮后儀表軟件將壓縮數(shù)據(jù)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸?shù)椒抡娼K端，仿真終端的終端軟件解析壓縮數(shù)據(jù)，然后還原至仿真終端屏幕上，解析還原界面圖像的步驟與壓縮圖片相反，第一，獲取每個圖片的像素點位置數(shù)據(jù)，以X、Y坐標(biāo)的方式逐個還原；第二，根據(jù)顏色數(shù)據(jù)，以X、Y坐標(biāo)從上往下逐步還原，依據(jù)每個像素的顏色要求進(jìn)行。

還原后，虛擬仿真終端軟件將界面圖片作為“Panel”，每個按鍵添加“Button”對象作為虛擬按鍵。當(dāng)這些按鍵在獲取焦點并觸發(fā)“按下”的動作的同時，通過基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（比如開始命令02+按鈕命令縮寫“C”+結(jié)束命令0D等）發(fā)送至汽車衡稱重儀表。

儀表軟件在接收命令后，根據(jù)命令的定義不同，結(jié)合當(dāng)前的顯示界面，進(jìn)行不同功能實現(xiàn)（對傳感器參數(shù)的角差調(diào)整、編址和校正等調(diào)整設(shè)置；對汽車衡系統(tǒng)儀表自診斷、傳感器維護(hù)和日志文件等的維護(hù)），也實時地將界面壓縮文件反饋至仿真終端，由終端軟件進(jìn)行同步顯示，做到任意一方操作，都是同步顯示統(tǒng)一功能界面。

視頻再現(xiàn)技術(shù)的實現(xiàn)方法是：視頻再現(xiàn)技術(shù)能夠?qū)F(xiàn)場的實時畫面?zhèn)魉偷接嬎銠C(jī)桌面上，讓汽車衡管理者和技術(shù)人員與現(xiàn)場汽車衡“零距離”接觸，結(jié)合傳送到計算機(jī)桌面的汽車衡運行狀態(tài)信息，使用遠(yuǎn)程仿真終端對汽車衡進(jìn)行設(shè)置、調(diào)整和故障排除。

將視頻信息傳送到計算機(jī)桌面需要對現(xiàn)場攝像機(jī)的類型和傳送圖像類型進(jìn)行識別，以便在數(shù)據(jù)庫中確定存取圖像的格式，從而確定視頻再現(xiàn)的速度和清晰度。

一般來說，現(xiàn)在單位里都建立了自己的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這樣就不用重新開發(fā)這一視頻再現(xiàn)模塊，只需調(diào)用原視頻監(jiān)控系統(tǒng)即可，既經(jīng)濟(jì)又方便。

音頻再現(xiàn)技術(shù)的實現(xiàn)方法是：在閘口汽車衡通道司機(jī)停車位置安裝工控機(jī)，工控機(jī)上裝有麥克風(fēng)和喇叭，線路接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與位于辦公室內(nèi)的通話控制臺相連，通話控制臺上同樣裝有麥克風(fēng)和喇叭并具有選擇汽車衡通道的控制按鈕，這樣就實現(xiàn)了音頻交互傳播。

3 保證傳送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性

從上述遠(yuǎn)程虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用來看，現(xiàn)場汽車衡儀表與辦公室計算機(jī)桌面上的仿真終端是完全相同的，傳送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性是完全能夠得到保證的。

但是，從汽車衡法制檢定的角度來說，任何軟件進(jìn)行的延伸開發(fā)都需要對軟件的嚴(yán)謹(jǐn)性進(jìn)行驗證并得到法制監(jiān)督部門或認(rèn)證機(jī)構(gòu)的審核。因此，這套汽車衡在線智能診斷系統(tǒng)軟件需要取得國際法制計量組織（OIML）的認(rèn)證證書。

視頻、音頻傳送是真實可見的，與現(xiàn)場環(huán)境完全一致。

4 極大地改善了檢定工程師的工作環(huán)境并提高了檢定工作效率

大型集裝箱碼頭進(jìn)出閘口的汽車衡通常是集中放置，且儀表都放在旁邊的設(shè)備間，與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交換機(jī)、集線器和UPS電池組等在一起，需要將儀表與集線器相連并接入交換機(jī)，同時在汽車衡儀表中設(shè)定并輸入固定網(wǎng)段的IP地址，通過交換機(jī)與大型主機(jī)或服務(wù)器相連。

該設(shè)備間環(huán)境較差，一是噪聲大；二是溫度低；三是空間擁擠狹??；四是看不到現(xiàn)場汽車衡檢定中砝碼的擺放情況。檢定工程師在這里一邊看儀表指示，一邊看汽車衡檢定現(xiàn)場，是不切實際的。

把汽車衡儀表和現(xiàn)場音像全部移到辦公室的計算機(jī)桌面上，讓檢定工程師坐在辦公室里對汽車衡進(jìn)行檢定，是大型集裝箱碼頭汽車衡檢定的一種創(chuàng)新模式。未采用本系統(tǒng)之前，汽車衡檢定工作效率低，每小時檢定2～3臺；采用本系統(tǒng)之后，檢定工作組織程序化，數(shù)據(jù)傳送快速便捷，場景互動及時方便，使檢定工作效率大幅提升，每小時檢定4～5臺，是原來的2倍，每天能檢定20～30臺汽車衡。

5 汽車衡在線智能診斷系統(tǒng)中有關(guān)汽車衡性能檢定的畫面

對于JJG 539—2016《數(shù)字指示秤》國家計量檢定規(guī)程中規(guī)定的第6部分（通用技術(shù)要求）和第7部分（計量器具控制）中7.1檢定用標(biāo)準(zhǔn)器具；7.2檢定條件；7.3檢定項目；7.4通用技術(shù)要求的檢查可以由現(xiàn)場的計量檢定工程師執(zhí)行或在計量性能檢定之前由計量檢定工程師提前執(zhí)行。

汽車衡在線智能診斷系統(tǒng)中有關(guān)汽車衡計量性能檢定的相關(guān)畫面如圖1—圖4所示。

圖1 檢定管理和檢定周期截圖

圖4 儀表數(shù)據(jù)顯示用于檢定時卸載砝碼與裝載砝碼示意圖

圖2 遠(yuǎn)程虛擬仿真終端和打開的各層級菜單用于參數(shù)調(diào)整和設(shè)置的截圖

圖3 現(xiàn)場視頻再現(xiàn)截圖

從這里可以看出，大型集裝箱碼頭的汽車衡檢定完全按照《中華人民共和國計量法》中的2個重要“法條”進(jìn)行，只是將現(xiàn)場場景和汽車衡的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送到了辦公室計算機(jī)桌面，計量檢定工程師以視頻傳送和音頻傳播與現(xiàn)場工作人員互動，以遠(yuǎn)程虛擬仿真終端對汽車衡參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置，經(jīng)過OIML認(rèn)證的計算機(jī)軟件充分發(fā)揮了應(yīng)有的作用，完全符合JJG 539—2016《數(shù)字指示秤》國家計量檢定規(guī)程。

6 結(jié)束語

汽車衡在線智能診斷系統(tǒng)用于汽車衡檢定的幾大關(guān)鍵技術(shù)都是當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)，其把數(shù)據(jù)、圖像和聲音全部集成到辦公室計算機(jī)桌面上，實現(xiàn)了對現(xiàn)場汽車衡的遠(yuǎn)程操控、調(diào)整和設(shè)置，使大型集裝箱碼頭的汽車衡檢定工作變得簡單、快捷；極大地改善了汽車衡檢定工程師的工作環(huán)境；提高了汽車衡檢定工作的效率；很好地適應(yīng)了大型集裝箱碼頭對汽車衡稱重技術(shù)的要求和生產(chǎn)發(fā)展的需求。對包括但不限于全世界的大型集裝箱碼頭和有較多汽車衡應(yīng)用的企業(yè)都有借鑒意義和推廣使用價值。