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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世紀中旬，美國、法國、德國等運輸業(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80年代，隨著國內(nèi)高速公路路網(wǎng)建設(shè)與貨運業(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)備的信號變化并進行簡單的故P}診斷和排查，如車輛分離器、欄桿機等。

    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，如欄桿機的抬起與落下等。

    6、人機交互

    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)國家標準、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)，以保證收費車道的正常運行，應(yīng)避免因為軟件、硬件故障導(dǎo)致的收費車道關(guān)閉，進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

當今社會科學(xué)技術(shù)不斷進步，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悄芑侵赣涩F(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機網(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)算法進行特征提取與數(shù)據(jù)分析，進而得到相對準確的結(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，運行分時操作系統(tǒng)Linux，主要實現(xiàn)人機交互、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)既獨立運行又互相配合的運行機制，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、欄桿機等所有外部設(shè)備，進而實現(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。接口的可擴展性為后續(xù)的新技術(shù)應(yīng)用提供了強大的支持。

    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技術(shù)，另外人機交互和車輛檢測的分離使不同部分的性能都達到了最佳運行效果，進而對功能的持續(xù)改進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)，進而替代模擬傳感器等，進一步提高傳感器的抗千擾能力，保證秤量的準確性和穩(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、不同收費站乃至不同省份的在運行動態(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)備的運行狀態(tài)。以儀表自身強大的數(shù)據(jù)處理能力為依托采用先進的識別技術(shù)，對采集到的外部設(shè)備數(shù)據(jù)進行分析，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)進行診斷分析，當某些參數(shù)開始出現(xiàn)異常時，可提前預(yù)苦并自動啟動自適應(yīng)補償機制，當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)人員進行故障排查和修復(fù)，有效減少了設(shè)備維護費用。

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，收費管理部門實現(xiàn)了對費源動態(tài)的實時掌握，擺脫基于紙質(zhì)報表的費源統(tǒng)計報表，提高了管理水平，增強了對突發(fā)費源異動的反應(yīng)能力，以科學(xué)的、可量化的方式實現(xiàn)年度工作目標的規(guī)劃與分解。向車道端收費輔助子系統(tǒng)發(fā)布收費車型異判數(shù)據(jù)9188條，提示并協(xié)助糾正2524趟次客車收費，挽回費源流失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，挽回費源流失35910.45元。該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，不僅降低了收費員的工作壓力，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、自助繳費以及無感支付呼聲強烈。在運營層面，降本增效、精細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)運營動態(tài)，收費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，能迅速準確調(diào)整收費及監(jiān)管行為。同時，相對于人工收費，無人值守的移動支付其難點在于收費類型、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)模型是將先進的互聯(lián)網(wǎng)及AI技術(shù)引進高速公路行業(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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