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 超限超載一直都是世界范圍內(nèi)公路普遍存在的問題。為了解決這一問題，20世紀(jì)中旬，美國、法國、德國等運(yùn)輸業(yè)發(fā)展較快的國家開始對汽車動態(tài)稱重系統(tǒng)進(jìn)行研究。但早期的動態(tài)車輛稱重技術(shù)一直局限于對硬件的研究，在傳感器及承載器如何精確地反應(yīng)車輛對其壓力的問題上舉步維艱。直到1976年春，日本的小野敏郎于第七屆IMEKO TC3會議上發(fā)表《動態(tài)稱重問題估算理論的應(yīng)用》.為車輛動態(tài)稱重提出了不同于以前的軟件解決方案。

20世紀(jì)80年代，隨著國內(nèi)高速公路路網(wǎng)建設(shè)與貨運(yùn)業(yè)的迅速發(fā)展，國內(nèi)對車輛動態(tài)稱重技術(shù)的需求日益迫切，中國開始對動態(tài)汽車衡進(jìn)行研究。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展.國內(nèi)廠家不斷的推陳出新，動態(tài)汽車衡完成了從模擬式到數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，與動態(tài)汽車衡相匹配的稱重控制器即稱重儀表也完成從模擬儀表到數(shù)字式儀表的轉(zhuǎn)化，并正在向智能儀表發(fā)展。智能儀表即保留了傳統(tǒng)儀表實時性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，又提供了更加多元的信息化和智能化的功能。

一、傳統(tǒng)稱重儀表的功能與特點

    (一)傳統(tǒng)稱重儀表的功能

    稱重儀表是稱重系統(tǒng)的控制核心，傳統(tǒng)的稱重儀表一般集合數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)存儲、外設(shè)控制、人機(jī)交互等多項功能，具體介紹如下。

    1、數(shù)據(jù)采集

    采集稱重傳感器、胎型傳感器、光柵、線圈等設(shè)備的數(shù)據(jù)。

    2、數(shù)據(jù)處理

    處理車輛通過過程中各傳感器信號，獲得稱重結(jié)果;檢測外部設(shè)備的信號變化并進(jìn)行簡單的故P}診斷和排查，如車輛分離器、欄桿機(jī)等。

    3、數(shù)據(jù)上傳

    將稱重結(jié)果數(shù)據(jù)通過外部通信端口上傳至上位機(jī)軟件。

    4、數(shù)據(jù)存儲

    存儲相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)、證據(jù)鏈信息、歷史數(shù)據(jù)等。

    5、外設(shè)控制

    通過外設(shè)接口與外設(shè)進(jìn)行連接，并對外設(shè)執(zhí)行相應(yīng)指令以完

成特定操作，如欄桿機(jī)的抬起與落下等。

    6、人機(jī)交互

    提供簡單的顯示界面，顯示車輛的稱重結(jié)果、設(shè)備狀態(tài)信息等，供相關(guān)人員查閱;提供簡單的輸入功能，在衡器調(diào)試、計量檢定過程中通過鼠標(biāo)或鍵盤等輸入設(shè)備調(diào)整與計量性能相關(guān)的參數(shù)。

    (二)傳統(tǒng)稱重儀表的特點

稱重儀表的實時性和穩(wěn)定性是動態(tài)稱重領(lǐng)域兩個最基本的要求。所謂的“實時性”是指能夠快速的響應(yīng)各個外部設(shè)備的中斷，在車輛行進(jìn)過程中“實時”地采集并處理車輛數(shù)據(jù)，并能夠及時地給出處理結(jié)果，以保證收費(fèi)系統(tǒng)的高效性;所謂的“穩(wěn)定性”是指儀表應(yīng)符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程的要求，在溫濕度變化、電源不穩(wěn)、電磁干擾等條件下儀表軟硬件功能應(yīng)該能夠長時間保持在正常工作狀態(tài)，以保證收費(fèi)車道的正常運(yùn)行，應(yīng)避免因為軟件、硬件故障導(dǎo)致的收費(fèi)車道關(guān)閉，進(jìn)而造成車輛擁堵等問題。由于傳統(tǒng)儀表使用單CPU+實時操作系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)構(gòu)和功能較為簡單，具有高穩(wěn)定性和高實時性的特點。

• 智能儀表在動態(tài)稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用

    (一)智能化的概念及特點

當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，并且已經(jīng)滲透到許多行業(yè)，傳統(tǒng)的行業(yè)壁壘正在打破.新形式、新技術(shù)產(chǎn)品正在成為潮流并被人們所接受，尤其是智能化產(chǎn)品發(fā)展迅猛。所謂的智能化可以簡單的理解為“智慧十能力”，即，在掌握相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過自主的思維分析、綜合判斷、智慧理解，坡終做出相應(yīng)決斷，并進(jìn)一步給出與決斷相配合的行為，從而體現(xiàn)出解決問題或者應(yīng)對問題的能力?？傊?，智能化是指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用。智能化一般具有如下特點:一是具有感知能力，即具有能夠感知外部世界、獲取外部信息的能力，這是產(chǎn)生智能活動的前提條件和必要條件;二是具有記憶和思維能力，即能夠存儲感知到的外部信息及由思維產(chǎn)生的知識，同時能夠利用已有的知識對信息進(jìn)行分析、計算、比較、判斷、聯(lián)想、決策;三是具有學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力，即通過與環(huán)境的相互作用，不斷學(xué)習(xí)積累知識.使自己能夠適應(yīng)環(huán)境變化;四是具有行為決策能力，即對外界的刺激作出反應(yīng)，形成決策并傳達(dá)相應(yīng)的信息。具有上述特點的系統(tǒng)則為智能系統(tǒng)或智能化系統(tǒng)。

    (二)智能稱盆儀裹的特征擂求

    在智能處理領(lǐng)域，“大數(shù)據(jù)存儲”+“分析算法”是實現(xiàn)智能化的必要條件。這就要求控制設(shè)備能夠存儲大量的歷史數(shù)據(jù)，并能夠?qū)@些海量的數(shù)據(jù)用復(fù)雜的學(xué)習(xí)算法進(jìn)行特征提取與數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而得到相對準(zhǔn)確的結(jié)論。上述行為要求控制儀表具備較高的處理能力與處理速度、能夠掛載大容量的存儲設(shè)備、能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行“分時”分析。作為動態(tài)稱重系統(tǒng)中的智能儀表，還必須滿足高實時性和高穩(wěn)定性的要求。

通過上文所述.“實時性”‘穩(wěn)定性”“高性能”“復(fù)雜的學(xué)習(xí)算法”等關(guān)鍵特征需要智能稱重儀表同時具備，而傳統(tǒng)稱重儀表采用單芯片但單系統(tǒng)的布局無法同時滿足高穩(wěn)定性和高性能的需求。

    (三)智能稱重儀表的設(shè)計理念及特點

為了滿足智能儀表特征需求，智能儀表應(yīng)采用“雙主控芯片+雙操作系統(tǒng)”的核心設(shè)計理念。“雙一雙”結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)儀表單芯片單系統(tǒng)的舊式布局，極大程度上滿足了稱重儀表對“高性能和高穩(wěn)定性”的雙方面需求。其中，主控制芯片可采用ARMCortex-A系列等高性能芯片，運(yùn)行分時操作系統(tǒng)Linux，主要實現(xiàn)人機(jī)交互、界面顯示、數(shù)據(jù)傳輸與存儲、外接模塊控制、定制性應(yīng)用開發(fā)等功能，很好地滿足了客戶的對稱重儀表的人機(jī)交互界面友好、高性能、可定制應(yīng)用等需求;協(xié)控制芯片采用ARMCortex-M系列等低功耗、高性價比芯片，運(yùn)行實時操作系統(tǒng)ucos.主要處理秤臺的數(shù)據(jù)采集、邏輯處理、算法計算等工作，很好地滿足了稱重系統(tǒng)對儀表的穩(wěn)定性要求。二者通信技術(shù)實現(xiàn)既獨(dú)立運(yùn)行又互相配合的運(yùn)行機(jī)制，從而實現(xiàn)了高性能與高穩(wěn)定性的統(tǒng)一。

    智能化儀表應(yīng)該具備以下特點。

    1、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和外部設(shè)備掛載能力。儀表能夠掛載稱重傳感器、車輛分離器、相機(jī)、欄桿機(jī)等所有外部設(shè)備，進(jìn)而實現(xiàn)對外部設(shè)備的實時監(jiān)測。

    2、豐富的外部接口。智能儀表不僅應(yīng)具有串口和SD卡接口等傳統(tǒng)接口，還應(yīng)具有Can總線、網(wǎng)口、VGA、音視頻、USB等主流接口。接口的可擴(kuò)展性為后續(xù)的新技術(shù)應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。

    3、靈活性和兼容性高。通過智能儀表的自身結(jié)構(gòu)和豐富的功能選擇實現(xiàn)一機(jī)適應(yīng)多種稱重稱臺，無需其他操作，可直接與稱臺、聯(lián)體稱、整車、軸組稱組合使用。

    4、良好的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、故障自診斷與一定的自修復(fù)

能力。

    (四)智能儀表在動態(tài)稱，系統(tǒng)中的應(yīng)用

    智能化儀表引入了多項先進(jìn)技術(shù)，另外人機(jī)交互和車輛檢測的分離使不同部分的性能都達(dá)到了最佳運(yùn)行效果，進(jìn)而對功能的持續(xù)改進(jìn)提供了更堅實的基礎(chǔ)。

    1、自主學(xué)習(xí)能力

    配合豐富的外部傳感設(shè)備、強(qiáng)大的硬件處理能力和完善的軟件支持，智能化儀表將體現(xiàn)越來越強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力。這主要體現(xiàn)在兩個方面，一是車道環(huán)境學(xué)習(xí)，隨著計重收費(fèi)設(shè)備的安裝使用，車道環(huán)境在時刻變換，稱臺本身的結(jié)構(gòu)、水平、高度、電氣性能以及外部的雨、雪、霧等自然天氣的變化都給設(shè)備的使用帶來影響，而智能化儀表則能夠自主記錄、存儲不同情況下的相關(guān)參數(shù)，自主學(xué)習(xí)調(diào)整，使系統(tǒng)的各個部分組件調(diào)整到最適應(yīng)于現(xiàn)在環(huán)境的狀態(tài);二是車輛行為的學(xué)習(xí)，每天都有大量車流經(jīng)過計重收費(fèi)設(shè)備，通過對每一輛車過車數(shù)據(jù)的記錄和行為的監(jiān)控，儀表可以自主學(xué)習(xí)行為相似車輛的共同點，進(jìn)而提煉相關(guān)特征參數(shù)，從而對一類車輛能夠形成相對準(zhǔn)確的特征數(shù)據(jù)庫，對車輛防作弊等功能具有重大意義。

    2、數(shù)字化組網(wǎng)

    數(shù)字化組網(wǎng)包括兩個方面:第一，實現(xiàn)單一計重設(shè)備各個模塊的數(shù)字化組網(wǎng)，例如，實現(xiàn)數(shù)字傳感器的引入，完成傳感器內(nèi)部組網(wǎng)，進(jìn)而替代模擬傳感器等，進(jìn)一步提高傳感器的抗千擾能力，保證秤量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性;第二，在國家計量相關(guān)法律允許情況下通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成不同車道、不同收費(fèi)站乃至不同省份的在運(yùn)行動態(tài)稱重設(shè)備的數(shù)字化組網(wǎng)。數(shù)字化組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了同一計重設(shè)備的各個模塊以及不同計重設(shè)備之間的互聯(lián)互通，從而能夠有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)整合、故障診斷的目的。

    3、設(shè)備監(jiān)控、故障自診斷與自修復(fù)

    在完成數(shù)字化組網(wǎng)之后，可以實時地監(jiān)控現(xiàn)場每一個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。以儀表自身強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力為依托采用先進(jìn)的識別技術(shù)，對采集到的外部設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)對設(shè)備的自動故障檢測和報帶功能。例如，可以對傳感器的零點、瞬時值、阻抗等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行診斷分析，當(dāng)某些參數(shù)開始出現(xiàn)異常時，可提前預(yù)苦并自動啟動自適應(yīng)補(bǔ)償機(jī)制，當(dāng)某一傳感器徹底損壞時，系統(tǒng)可實現(xiàn)讓步接收，自動識別、報帶并屏蔽已損壞的傳感器，可以在一定程度上確保稱重系統(tǒng)正常工作，同時可自主指導(dǎo)人員進(jìn)行故障排查和修復(fù)，有效減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

三、結(jié)束語

    智能稱重儀表采用“雙主控芯片+雙操作系統(tǒng)”的核心設(shè)計理念，滿足了稱重儀表對“高性能和高穩(wěn)定性”的雙方面需求。自主學(xué)習(xí)功能的支持使儀具有更強(qiáng)的環(huán)境自適應(yīng)能力與防車輛作弊能力。故障自診斷與自適應(yīng)功能可大大地減少設(shè)備維護(hù)成本。數(shù)字化組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)對各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控，實現(xiàn)故障的提前發(fā)布與預(yù)帶。智能儀表應(yīng)采用當(dāng)今主流技術(shù)，為未來新技術(shù)的引入提供了很好的基礎(chǔ)，保證了其在未來很長一段時間內(nèi)的適應(yīng)性。

四、項目應(yīng)用成效

    本系統(tǒng)于2016年開始在福泉高速公路試點開發(fā)應(yīng)用，收費(fèi)管理部門實現(xiàn)了對費(fèi)源動態(tài)的實時掌握，擺脫基于紙質(zhì)報表的費(fèi)源統(tǒng)計報表，提高了管理水平，增強(qiáng)了對突發(fā)費(fèi)源異動的反應(yīng)能力，以科學(xué)的、可量化的方式實現(xiàn)年度工作目標(biāo)的規(guī)劃與分解。向車道端收費(fèi)輔助子系統(tǒng)發(fā)布收費(fèi)車型異判數(shù)據(jù)9188條，提示并協(xié)助糾正2524趟次客車收費(fèi)，挽回費(fèi)源流失182077.20元。發(fā)布客貨判識數(shù)據(jù)10684條，提示并協(xié)助糾正客貨車判別6993趟次，挽回費(fèi)源流失35910.45元。該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，不僅降低了收費(fèi)員的工作壓力，也杜絕了因車型11伍界不清及人為失誤造成的費(fèi)源流失。

    近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及AI技術(shù)發(fā)展迅猛。公眾出行對高速公路的移動支付、自助繳費(fèi)以及無感支付呼聲強(qiáng)烈。在運(yùn)營層面，降本增效、精細(xì)化管理也逐步成為管理工作的重心。要實現(xiàn)真正意義上的糟細(xì)化管理，就要建立一套行之有效的閉環(huán)式?jīng)Q策輔助系統(tǒng)，即通過前端生產(chǎn)數(shù)據(jù)的充分采集，利用后端大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實時地、全面地展現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營動態(tài)，收費(fèi)管理層可以通過這些直觀的圖表，發(fā)現(xiàn)存在的問題，明確發(fā)展的趨勢，繼而利用各種信息化渠道下達(dá)經(jīng)營策略，前端設(shè)備接獲這些經(jīng)營參數(shù)后，能迅速準(zhǔn)確調(diào)整收費(fèi)及監(jiān)管行為。同時，相對于人工收費(fèi)，無人值守的移動支付其難點在于收費(fèi)類型、特殊車情的人工判斷，建立起相關(guān)判斷的自動化業(yè)務(wù)模型是將先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)及AI技術(shù)引進(jìn)高速公路行業(yè)的必由之路。本系統(tǒng)建立了一個符合高速行業(yè)的業(yè)務(wù)信息化模型.以期為行業(yè)發(fā)展提供借鑒。

 

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