張和牧 柯于義 刁含樓 王書(shū)升 司延召

摘 要：為優(yōu)化傳統(tǒng)計(jì)量業(yè)務(wù)模式，本文針對(duì)河南省高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡，設(shè)計(jì)并研制了一套遠(yuǎn)程計(jì)量及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含互聯(lián)網(wǎng)+用戶層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、平臺(tái)支撐層、數(shù)據(jù)資源層與硬件基礎(chǔ)層五層結(jié)構(gòu)。用戶利用瀏覽器、手機(jī)APP運(yùn)行平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)衡實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、計(jì)量輔助決策、計(jì)量業(yè)務(wù)管理、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)量資產(chǎn)管理等功能。該系統(tǒng)為快速應(yīng)對(duì)計(jì)量糾紛、減少外勤計(jì)量次數(shù)提供基礎(chǔ)，有效提高工作效率，降低工作成本，為其它省份高速公路計(jì)量業(yè)務(wù)升級(jí)提供了有益參考。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡;計(jì)量收費(fèi);系統(tǒng)設(shè)計(jì);大數(shù)據(jù);高速公路;智能化

中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡是國(guó)家強(qiáng)制檢定工作計(jì)量器具，是高速公路收費(fèi)治超的主要計(jì)量設(shè)備。其必須經(jīng)法定計(jì)量機(jī)構(gòu)檢定合格后才可投入使用，同時(shí)使用過(guò)程中需進(jìn)行周期性檢驗(yàn)，確保校準(zhǔn)狀態(tài)的可信度。

自2018年起，河南省全省高速出入口、超限超載檢測(cè)站以及非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法自動(dòng)檢查站均已布設(shè)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡，其安裝總數(shù)已達(dá)3000臺(tái)。對(duì)數(shù)量如此眾多的動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡進(jìn)行周期性現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，需要大量人力物力支撐，且存在諸多問(wèn)題。因此本文設(shè)計(jì)并研制一套高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡遠(yuǎn)程計(jì)量及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以優(yōu)化傳統(tǒng)計(jì)量業(yè)務(wù)模式，提升計(jì)量業(yè)務(wù)效率。

1 計(jì)量業(yè)務(wù)需求分析

1.1 計(jì)量業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)計(jì)量業(yè)務(wù)中，周期性現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)通常設(shè)定為6至12個(gè)月。根據(jù)有關(guān)規(guī)程要求[1]，檢驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)至少包括置零、常用稱量（動(dòng)態(tài)稱量）、預(yù)設(shè)速度稱量（動(dòng)態(tài)稱量）等。該業(yè)務(wù)工作開(kāi)展至今，已逐漸無(wú)法適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，主要存在以下不足[2]：

1.1.1 檢定成本高

檢定人員、車(chē)輛與設(shè)備必須到現(xiàn)場(chǎng)才能開(kāi)展檢驗(yàn)，僅河南一省每年因現(xiàn)場(chǎng)檢定產(chǎn)生的成本超過(guò)300萬(wàn)。

1.1.2 檢定時(shí)間長(zhǎng)

超過(guò)50%的時(shí)間消耗在人員及車(chē)輛的路途往返中，造成每個(gè)汽車(chē)衡檢定周期較長(zhǎng)，無(wú)法確保衡器在準(zhǔn)確運(yùn)行。

1.1.3 干擾交通正常運(yùn)行

檢定過(guò)程中需要封閉車(chē)道，影響交通秩序，造成交通擁堵。

1.1.4 參考車(chē)型難以全覆蓋

動(dòng)態(tài)試驗(yàn)至少需要三種參考車(chē)型，但每個(gè)汽車(chē)衡使用場(chǎng)景下的車(chē)型分布特征存在差異性，計(jì)量單位難以配備所有車(chē)型滿足計(jì)量業(yè)務(wù)需求。

1.1.5 檢定周期固定

由于廠家、工藝、維護(hù)保養(yǎng)、使用頻次等因素影響，每個(gè)汽車(chē)衡的使用壽命存在較大差異。但計(jì)量業(yè)務(wù)缺少大數(shù)據(jù)支撐，無(wú)法精準(zhǔn)確定每個(gè)汽車(chē)衡檢定周期。

1.2 遠(yuǎn)程計(jì)量需求分析

本文對(duì)傳統(tǒng)計(jì)量業(yè)務(wù)所存在的問(wèn)題與不足進(jìn)行分析后，提出遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)具備遠(yuǎn)程衡器監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程計(jì)量修正、汽車(chē)衡參數(shù)統(tǒng)一管理、大數(shù)據(jù)樣本參考等主要特征。

計(jì)量業(yè)務(wù)人員通過(guò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全省衡器運(yùn)行狀態(tài)、異常告警等信息。充分利用社會(huì)車(chē)輛與簽約車(chē)輛過(guò)磅稱量的社會(huì)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)，分析、識(shí)別異常稱重現(xiàn)象與異常致因，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對(duì)汽車(chē)衡進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)參修正，實(shí)現(xiàn)計(jì)量業(yè)務(wù)降本增效、精準(zhǔn)管理目標(biāo)。

2 遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

通過(guò)綜合分析遠(yuǎn)程計(jì)量業(yè)務(wù)和后期業(yè)務(wù)拓展需求，將系統(tǒng)劃分為互聯(lián)網(wǎng)+用戶層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、平臺(tái)支撐層、數(shù)據(jù)資源層以及硬件基礎(chǔ)層，系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1.1 互聯(lián)網(wǎng)+用戶層

用戶可利用瀏覽器在計(jì)量中心、收費(fèi)站等處訪問(wèn)遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)，并監(jiān)測(cè)計(jì)量稱重業(yè)務(wù)，對(duì)異常汽車(chē)衡進(jìn)行識(shí)別與參數(shù)修正。同時(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)相應(yīng)手機(jī)APP，支持業(yè)務(wù)人員外勤期間操作需求。

2.1.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

為業(yè)務(wù)人員提供汽車(chē)衡實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、計(jì)量輔助決策、計(jì)量業(yè)務(wù)管理、計(jì)量資產(chǎn)管理、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)分析、算法模型管理等業(yè)務(wù)功能。

2.1.3 平臺(tái)支撐層

為業(yè)務(wù)層提供GIS服務(wù)、算法服務(wù)、通信服務(wù)，其中算法服務(wù)包括數(shù)據(jù)融合算法、量值補(bǔ)償算法等。

2.1.4 數(shù)據(jù)資源層

該層包含基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)模型的訪問(wèn)接口，共分為基礎(chǔ)庫(kù)、業(yè)務(wù)庫(kù)與主題庫(kù)。

2.1.5 硬件基礎(chǔ)層

遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)需要汽車(chē)衡網(wǎng)關(guān)、動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡系統(tǒng)、計(jì)量簽約車(chē)輛等硬件支撐。其中簽約參考車(chē)輛從當(dāng)?shù)匚锪髌髽I(yè)或運(yùn)輸企業(yè)選取，參考車(chē)型具備代表性，同時(shí)使用過(guò)程中整車(chē)重量、單軸重量等相對(duì)固定，以便確定整車(chē)重量約定真值。

2.2 系統(tǒng)物理架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)河南省高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡統(tǒng)一遠(yuǎn)程計(jì)量及監(jiān)測(cè)，本系統(tǒng)采用信息化系統(tǒng)軟件主流的B/S架構(gòu)。軟件與算法集中部署在計(jì)量中心機(jī)房，計(jì)量所、收費(fèi)站、各業(yè)務(wù)管理人員均通過(guò)瀏覽器或手機(jī)APP進(jìn)行瀏覽、監(jiān)測(cè)及操作。汽車(chē)衡網(wǎng)關(guān)安裝在外場(chǎng)（即收費(fèi)站、治超站與自動(dòng)檢查站），與CCTV系統(tǒng)、計(jì)量收費(fèi)系統(tǒng)以及簽約車(chē)輛的車(chē)載設(shè)備OBE（On Board Equipment）通信，獲取計(jì)量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與汽車(chē)衡實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖2所示。

2.3 主要業(yè)務(wù)流程

對(duì)傳統(tǒng)計(jì)量業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理優(yōu)化[3]，以互聯(lián)網(wǎng)思維重構(gòu)計(jì)量業(yè)務(wù)，提出遠(yuǎn)程計(jì)量業(yè)務(wù)流程。其主要流程如圖3所示，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)采集、異常稱重識(shí)別、推薦汽車(chē)衡參數(shù)、汽車(chē)衡參數(shù)遠(yuǎn)程修正全流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡精細(xì)化管理。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.4.1 量值傳遞損失補(bǔ)償技術(shù)

量值傳遞是指由國(guó)家最高標(biāo)準(zhǔn)去統(tǒng)一各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，再由各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)去統(tǒng)一工作用測(cè)量?jī)x器，來(lái)實(shí)現(xiàn)量值準(zhǔn)確一致的過(guò)程。由于計(jì)量器具本身存在誤差，而稱量環(huán)境也無(wú)法達(dá)到實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)，因此動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱重過(guò)程總是會(huì)產(chǎn)生量值傳遞損失，車(chē)輛重量真值無(wú)法準(zhǔn)確獲取。同時(shí)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的油耗、裝卸貨、上下人等干擾源也是影響量值傳遞的關(guān)鍵因素之一。

因此需研究量值傳遞損失補(bǔ)償技術(shù)，綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)甄別篩選、正態(tài)分布檢驗(yàn)、均值求解、誤差分析、質(zhì)量控制分析等方法[4]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)分析，測(cè)算結(jié)果可用于提升遠(yuǎn)程計(jì)量的精度。同時(shí)基于大數(shù)據(jù)思維，對(duì)不同信息源進(jìn)行多層次多維度分析，利用互補(bǔ)信息降低冗余，提升信息的有效性和利用效率，從而對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡狀態(tài)進(jìn)行更為準(zhǔn)確的判斷。

2.4.2 多來(lái)源計(jì)量數(shù)據(jù)匹配融合技術(shù)

一次稱重計(jì)量所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包括車(chē)輛基本信息、汽車(chē)衡狀態(tài)、計(jì)量稱重以及視頻監(jiān)控信息。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，如何對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)、自動(dòng)匹配融合，創(chuàng)建單次計(jì)量樣本，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)量的基礎(chǔ)。

本文對(duì)多來(lái)源計(jì)量數(shù)據(jù)匹配融合技術(shù)進(jìn)行探索與研究，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)智能物聯(lián)網(wǎng)關(guān)與射頻電子標(biāo)簽（OBE）。利用射頻識(shí)別技術(shù)，在簽約車(chē)輛上安裝OBE，將車(chē)輛基本信息，如車(chē)牌、車(chē)型、車(chē)重約定真值等數(shù)據(jù)燒錄到OBE內(nèi)。當(dāng)簽約車(chē)輛通過(guò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，可通過(guò)安裝在道路上方的汽車(chē)衡網(wǎng)關(guān)讀取車(chē)輛信息，實(shí)現(xiàn)稱量對(duì)象精準(zhǔn)識(shí)別[5]。

在稱量對(duì)象精準(zhǔn)識(shí)別基礎(chǔ)上，汽車(chē)衡網(wǎng)關(guān)通過(guò)多種物聯(lián)通訊方式獲取計(jì)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)過(guò)車(chē)稱重時(shí)間與車(chē)牌匹配時(shí)間等判斷數(shù)據(jù)是否來(lái)自同一次計(jì)量[6]。對(duì)相同來(lái)源數(shù)據(jù)，觸發(fā)數(shù)據(jù)融合機(jī)制，將車(chē)輛基本信息、汽車(chē)衡狀態(tài)、計(jì)量稱重以及視頻監(jiān)控信息等進(jìn)行綁定、封裝，形成一次計(jì)量樣本。

3 遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

為掌握全省計(jì)量業(yè)務(wù)狀態(tài)，如圖4所示，系統(tǒng)在已有GIS地圖上對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建模，展示全省汽車(chē)衡安裝使用位置，并可以根據(jù)字段查詢、顯示某一特定汽車(chē)衡生產(chǎn)廠商、型號(hào)、參數(shù)值、最近檢定日期等詳細(xì)信息。另一方面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，在基礎(chǔ)設(shè)施模型中，接入公路主體及附屬設(shè)施屬性數(shù)據(jù)和外場(chǎng)感知數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)采集動(dòng)靜態(tài)信息，顯示全省當(dāng)前計(jì)量業(yè)務(wù)開(kāi)展?fàn)顟B(tài)以及汽車(chē)衡運(yùn)行狀態(tài)。為督促業(yè)務(wù)人員及時(shí)處理計(jì)量異常，有效避免計(jì)量糾紛，系統(tǒng)以特殊顏色、符號(hào)和推送方式實(shí)現(xiàn)汽車(chē)衡告警，并生成處理建議等輔助決策，告警內(nèi)容包括汽車(chē)衡狀態(tài)異常、計(jì)量參數(shù)非法修改、稱重?cái)?shù)據(jù)異常等。

3.2 計(jì)量輔助決策

系統(tǒng)從異常稱重挖掘與處理措施推薦兩方面提供輔助決策。首先通過(guò)對(duì)稱重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)和挖掘分析，對(duì)比同一車(chē)輛在不同站點(diǎn)的稱重?cái)?shù)據(jù)，不同車(chē)輛在不同站點(diǎn)的稱重?cái)?shù)據(jù)以及在不同日期的數(shù)據(jù)，主動(dòng)識(shí)別異常稱重現(xiàn)象與異常致因，發(fā)出告警信息。在此基礎(chǔ)上，對(duì)由于缺少維護(hù)標(biāo)定的異常汽車(chē)衡，抓取簽約車(chē)輛計(jì)量數(shù)據(jù)樣本，進(jìn)行參數(shù)擬合分析，給出整體調(diào)整參數(shù)、車(chē)速調(diào)整參數(shù)、車(chē)型調(diào)整參數(shù)推薦值[7]，供計(jì)量業(yè)務(wù)人員決策。

3.3 遠(yuǎn)程計(jì)量修正

在瀏覽器頁(yè)面可發(fā)起參數(shù)修正請(qǐng)求，對(duì)有權(quán)限的修正請(qǐng)求，系統(tǒng)自動(dòng)下發(fā)至汽車(chē)衡網(wǎng)關(guān)，通過(guò)汽車(chē)衡網(wǎng)關(guān)向外場(chǎng)稱重處理主機(jī)發(fā)送參數(shù)修正指令，并確認(rèn)參數(shù)修正被正確實(shí)施。

3.4 汽車(chē)衡參數(shù)管理

系統(tǒng)對(duì)全省汽車(chē)衡參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，將汽車(chē)衡基本信息與汽車(chē)衡參數(shù)、內(nèi)碼值、增益值等進(jìn)行綁定封裝與入庫(kù)。在更新維護(hù)汽車(chē)衡參數(shù)的同時(shí)，對(duì)外場(chǎng)非授權(quán)的參數(shù)修改行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)與識(shí)別，對(duì)遠(yuǎn)程參數(shù)修改申請(qǐng)進(jìn)行審批與進(jìn)度控制。

3.5 業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)分析

系統(tǒng)圍繞汽車(chē)衡告警事件、計(jì)量稱重事件以及汽車(chē)衡參數(shù)修正事件三個(gè)主題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)每一類汽車(chē)衡告警次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與發(fā)生時(shí)間、汽車(chē)衡廠商、型號(hào)等關(guān)聯(lián)，生成汽車(chē)衡告警報(bào)表。對(duì)簽約車(chē)輛稱重計(jì)量頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與發(fā)生時(shí)間、簽約車(chē)主、車(chē)型分布、汽車(chē)衡等關(guān)聯(lián)，生成計(jì)量稱重報(bào)表。對(duì)汽車(chē)衡參數(shù)修正請(qǐng)求數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與汽車(chē)衡、修正申請(qǐng)人、修正原因等關(guān)聯(lián)，生成參數(shù)修正報(bào)表。

4 總結(jié)

本文對(duì)高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計(jì)量業(yè)務(wù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出現(xiàn)有周期性現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)在成本、時(shí)間、效果等方面的不足之處。并針對(duì)以上問(wèn)題，優(yōu)化現(xiàn)有業(yè)務(wù)模式，提出一種遠(yuǎn)程計(jì)量方法，并設(shè)計(jì)與研制了一套高速公路動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡遠(yuǎn)程計(jì)量及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式，計(jì)量業(yè)務(wù)人員可利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)河南全省汽車(chē)衡狀態(tài)實(shí)時(shí)掌控、異常稱量大數(shù)據(jù)識(shí)別、遠(yuǎn)程計(jì)量衡參數(shù)修正等功能，為快速應(yīng)對(duì)計(jì)量糾紛、減少外勤計(jì)量次數(shù)等提供基礎(chǔ)，有效提高工作效率，降低工作成本。

目前系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)完畢，準(zhǔn)備投入生產(chǎn)環(huán)境調(diào)試運(yùn)行。后續(xù)工作的重點(diǎn)是在實(shí)際環(huán)境下檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行效能，分析其對(duì)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的優(yōu)化能力。并利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)樣本，訓(xùn)練系統(tǒng)模型，提升異常稱量識(shí)別以及遠(yuǎn)程計(jì)量校核準(zhǔn)確度。

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