公路車載智能動態稱重系統設計與開發研究

毛益佳、潘芳

（1.江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇 南京210000；2.道路基礎設施數字化教育部工程研究中心，陜西 西安710064）

0 引言

目前載貨汽車在運輸途中缺乏有效的監管，現有的車載視頻監控系統多針對危化品運輸車輛，普通運輸車輛仍存在司機私拉貨物導致的超載、繞線等現象。現代物流企業也已經意識到，超載超限導致的經濟效益下降，是制約其進一步發展的重要因素[1]。在經濟上，車輛超限超載會縮短汽車使用壽命和加速零部件的老化，增加養護維修頻率與成本，超載車輛行駛速度較慢，通行效率下降，降低車輛周轉頻次。在安全方面，車輛超限超載質量增大而慣性加大，制動距離加長，危險性增大，超載的車輛，會增加駕駛人員心理負擔和思想壓力，容易出現操作錯誤，有可能造成極端的大型交通安全事故導致“車毀人亡”，給車企帶來較高的賠付成本。為了減少車輛超載超限帶來的個人生命財產安全和社會損失，必須有效防治車輛超限超載事件的發生。但是傳統的靜態或動態稱重系統稱重設備與車輛分離，無法對車輛進行實時監控管理。因此，開發車載智能稱重系統，實現物流車企自制，真正做到源頭上的治超，不僅能夠保證道路的安全，同時對促進車企效益，推動區域經濟和社會發展有重要的意義。

1 公路運輸超限治理現狀及需求分析

1.1 江蘇省路網運輸現狀

截至2020年，江蘇省構建現代綜合交通運輸體系的目標取得新進展，高速公路里程達到4924公里，普通國省干線公路里程超過1.2萬公里，2020年完成公路貨運量174624.0萬噸，比上年同期增長6.1%，2020年公路貨物周轉量3524.5億噸公里，同比增長9.0%，在交通基礎設施建設、運輸產業發展和運輸服務提升等方面都取得了突破。

1.2 超限超載治理措施

2004年國家多部委聯合治超以來，特別是2016年交通運輸部等五部委在總結多年治理工作經驗的基礎上，聯合出臺了一系列行業標準和管理規定，標志著治超工作進入了綜合治理、系統治理新階段。目前，江蘇省治超工作已取得顯著成果，超限率由2009年的4.9%下降至2019年的2.37%，到2020年底下降至1.16%。采取的主要措施有：修訂江蘇省公路條例，責令相關部門完善治理超限超載運輸工作機制，加強超限超載運輸的源頭管理、綜合治理。形成多部門協作監管的治超工作機制，穩步開展源頭治超工作；縱深推進路警聯合執法常態化，建立落實聯合懲戒措施。

1.3 超限智能化管理分析

綜合運用傳感技術、衛星定位技術、通信技術和網絡技術，將車輛的重量信息與實時定位信息通過無線通信模塊傳送至遠程監控系統，實現車載數據采集系統與遠程監控系統的遠距離雙向透明傳輸，讓信息的傳遞更加準確、高效。在數據分析的基礎上進行實時決策，使驗證系統具備車輛實時稱重、軌跡跟蹤、遠程標定、信息顯示、數據統計、分析反饋等功能。

2 公路車載智能動態稱重系統開發研究

2.1 公路車載智能動態稱重系統開發方案

車載智能稱重系統客戶端軟件為四層架構，分別為：數據層、核心計算層、交互層和應用層。

2.1.1 數據層

包括載重監控數據、位置監控數據、異常預警數據，數據層主要由用來持久化各種類型數據的載體組成，用于數據存儲與采集，具有良好的性能、強大的事務處理能力以及對數據靈活方便的維護管理等優勢。

2.1.2 核心計算層

將載重監控數據、位置監控數據、異常預警數據等進行計算分析，包括應用中間件、地理信息服務軟件及數據、統一權限管理服務、基礎數據管理組件等，連接著數據層，提供各類支撐功能。

2.1.3 交互層

交互層基于業務、系統進行開發，車載智能稱重系統軟件交互層包含模塊功能、頁面結構、界面原型等。

2.1.4 應用層

對遠程監控系統的數據進行深入挖掘與分析后，進行實時決策。將每個原始標記都與每個事件模板組合在一起，判斷事件是否在特定時間、地點發生，進而判斷是否有異常情況發生。一旦發現可疑狀況，立即啟動預警程序，并將超重報警等各項報警信息和車輛當前運行狀態信息及時推送至用戶的移動端，使用戶能有針對性地采取相應的解決措施，從而實現運行車輛可視化、精細化管理。

2.2 公路車載智能動態稱重系統功能建設

車載智能稱重系統客戶端功能建設集設備管理、動態稱重、位置監控、異常預警、統計查詢于一體，見表1。

表1 遠程監控功能設計

2.2.1 設備管理：包括設備信息、標定信息、系數信息、事件配置等功能。

（1）設備信息：設備信息是根據安裝車載智能稱重系統的車輛，在系統中配置對應的車輛信息包括：設備IMEI（國際移動設備識別碼）、設備名稱、SIM卡號、車牌信息、車架信息、車型信息（皮重與滿載）、裝載物品、車主姓名、車主電話、車主證件等。

（2）標定信息：每輛貨車在安裝完硬件設施后需要進行標定，才能滿足車載動態稱重的要求。標定信息模塊是為了進行標定并對標準進行記錄的功能，記錄信息包括：空載車皮重量、核定滿載總重、空載標定時間、空載標定值、滿載標定時間、滿載標定值、滿載標定重量等。

（3）系數信息：系數信息主要是配置了初始加重、初始減重等判斷車輛貨物裝載與卸載的基本信息。

（4）事件配置：事件配置的功能主要是設置了車輛超載超限的閾值，包括：超速識別（速閥值設置）、超載識別（超載閥值設置）、BD記重（裝卸百分比設置）等。

2.2.2 動態稱重：包括實時稱重、駁載監控、裝載率監控、裝卸貨效率監控等功能。平臺可記錄車輛整個裝載、卸載過程，可檢索不同時間段內詳細信息，并以圖表的形式展示（見圖1），同時可在地圖中記錄裝卸貨物的地點。

圖1 動態稱重

2.2.3 位置監控：包括行駛軌跡、行駛速度、車輛停靠位置、車輛停靠時間等功能。

（1）行駛軌跡：通過安裝在車輛上的GNSS設備實施采集車輛的位置信息，并在平臺中記錄。可檢索不同時間段內車輛的行駛軌跡與停靠信息，并進行動態回放。

（2）行駛速度：通過安裝在車輛上的GNSS設備實施采集車輛的速度信息，并在平臺中實施顯示。

（3）車輛停靠位置與時間：在車輛軌跡監控中記錄車輛的停靠位置，并在地圖中展示，并記錄停靠的時間。

2.2.4 異常預警：包括設備預警和事件預警

（1）設備預警：針對車載稱重系統本身，當設備出現故障可在平臺中顯示：設備號、報警類型、報警時間、車輛行駛方向、車輛行駛速度、定位類型、定位時間、報警位置等信息。

（2）事件預警：當車輛的行駛速度與實時稱重超過預設閾值時，系統平臺將產生預警，將分級推送預警信息至相關管理人員，進行質量的整改閉合。

2.2.5 統計查詢：包括貨物流向、載重統計、運距統計、貨運時長統計。在平臺中可以按時間維度統計查詢上述信息，并可導出統計數據表格。

3 結語

本文通過車載智能稱重系統軟件開發研究，給出了車載稱重系統軟件設計要求與設計方案。采用搶占式多任務實時操作系統μC/OS-II，開發了車載端控制軟件，實現了車輛硬件數據的實時采集、處理、傳輸。針對車載動態稱重遠程監管的需求，開發遠程監控軟件，主要功能模塊包括載重監控、位置，監控、異常預警、數據分析。