叉車安全監控管理系統及其應用分析

張慶豐 史 海 馬建蔚 陸 凱

寧波市特種設備檢驗研究院 寧波 315048

0 引言

目前，我國登記在用的叉車已超過 110 萬臺，叉車事故居高不下，呈上升趨勢，已引起國家市場監督管理總局的重視[1]。以某市為例，隨著該市叉車專項整治工作的不斷推進，叉車的使用登記率不斷提高。2017 年全市在用登記叉車1 300 余臺，2018 年全市在用登記叉車1 700 余臺，增長率30.7%。2020 年末全市叉車登記總量相對于2019 年新增了800 余臺，達到了3 500 余臺。2021 年末新增叉車1 500 余臺，登記叉車總量達到5 000 余臺。如此高的上牌率表明全市叉車得到了有效監管，切實保障人民生命財產安全，但由于叉車司機違法操作、使用單位未有效落實使用安全管理制度等原因，叉車事故也時有發生。同時，叉車登記總量的快速提升，也對市場監督管理部門的叉車監管能力提出了考驗。為提升全市叉車的作業安全性和市場監督管理部門的監管能力，叉車安全監控管理系統應運而生。

叉車安全監控管理系統是集傳感器、嵌入式技術、物聯網、遠程通訊等技術相融合的系統平臺，將叉車的行車參數和狀態通過傳感器傳輸到控制系統中，經控制器的計算處理，監控系統顯示、存儲監控參數或輸出控制信號。通過遠程無線傳輸模塊，可將監控參數遠程傳輸給監控中心，以便于叉車監督管理部門的遠程監控。叉車安全監控的應用不僅提高了叉車運行的本質安全性，也為叉車監管部門提供了全新的數字化科技管理手段。

鑒于安全監控系統在提高叉車安全性和提升監管能力上提供了重要技術保障，國家市場監督管理總局和國家標準化管理委員會于2020 年6 月正式批準發布GB/T 38893—2020《工業車輛安全監控管理系統》，并于2021 年1 月1 日起實施。《場（廠）內專用機動車輛安全技術規程》第2 次征求意見稿相關條款中明確指出叉車應設置司機權限信息采集器、乘駕式電動叉車應設置轉彎監控裝置和司機坐/站姿狀態感知系統等監控功能[2]。

為了提高叉車安全性，加強叉車安全監管，該市市場監督管理局推行了叉車智慧化安全監管試點工作，運用信息化、智能化等監管技術，提出了叉車的“智慧監管+保險+服務”模式，應用叉車安全監控系統建立了一種智慧化監管信息平臺。該叉車安全監控管理系統的推廣對規范叉車作業行為，提高作業安全性，加強叉車安全監管有積極意義，但在監控系統硬件安裝的合理性、設備集成化、監控采集信號單元的完整性等方面和監控系統推廣普及程度和推廣方式上有待進一步完善。

1 叉車安全監控系統工作原理

叉車安全監控系統由硬件和軟件組成[3]，其功能單元包括信息采集單元、信息處理單元、信息存儲單元、信息顯示單元、信息輸出接口單元、控制輸出單元等，如圖1 所示。

圖1 叉車安全監控系統的組成

叉車安全監控系統的工作原理為信息采集單元通過傳感器采集叉車的行車參數和行車狀態，（行車參數包括起重量、起升高度、運行速度、門架傾斜角度、人體感應距離、車輪轉向角度等；行車狀態包括作業區域、停車制動、操作者站/坐姿、倒車、操作者權限信息、視頻裝置等）。傳感器將電信號傳遞給安全監控系統的嵌入式控制器，經控制器的軟件算法控制處理，存儲監控數據，并以圖像、文字、聲音等方式輸出監控的參數和狀態，或是輸出控制信號，控制叉車的運行（如自動行駛限速、自動停車鎖止等）。為支持遠程監控中心的監控管理需求，安全監控系統配置對外開放的通訊協議接口，如網絡接口、4G 接口和GPS 接口，通過這些標準協議接口可將叉車的實時行車數據通過遠程無線傳輸模塊傳遞給叉車監管單位，實現遠程管理。

安全監控系統與叉車直接關聯的部分是該系統的輸入部分和輸出部分，其中輸入部分主要通過監控數據采集傳感器與叉車的機構互連，而輸出部分則分2 種情形：若輸出信號是以顯示、存儲的方式，則該輸出信號對操作人員或監管人員產生提示作用；若輸出信號是控制信號，則該信號通過電信號與叉車的電氣控制回路互聯，該輸出信號對叉車本體直接發出控制指令（如自動限速、自動鎖車等）。根據輸出信號是否對叉車本體運行產生影響可將監控系統輸出信號分為無反作用輸出信號和有反作用輸出信號，無反作用輸出信號對叉車狀態不構成影響，反作用輸出信號對叉車狀態構成影響。

2 監控系統的監控內容分析

該系統監控內容的等級分為高低2 個等級，高等級為應監控，低等級為宜監控。對于各種不同類型的叉車所需配備的監控系統信息采集單元是不同的，為方便分析討論，結合目前在用叉車中平衡重式叉車所占比例為最大的事實，選取平衡重式叉車為探討對象。系統信息采集單元數據見表1，表中只列出了通常情況下的監控內容的等級。

表1 系統信息采集單元

1）電動平衡重式叉車安全監控系統應監控的參數有2 個，即運行速度（步駕式宜控）和車輪轉向角度。這2 個數據的監控主要為符合起升過程中對運行速度的控制和轉彎限速控制，即電動叉車起升至設定高度時，叉車的最大行駛速度將被限制；電動叉車在轉彎時，車輛被自動限速。由此可見，監控這2 個參數，經監控系統的控制器處理，輸出的控制信號為有反作用輸出信號，這2 個監控參數將對叉車本體運行狀態構成影響。

2）電動平衡重式叉車應監控的狀態有5 個，分別為作業區域警示（步駕式宜控）、停車制動狀態、操作者站/坐姿狀態（步駕式宜控）、倒車狀態和操作權限信息。其中，作業區域警示、停車制動狀態、倒車狀態對應的輸出信號為無反作用輸出信號，只需監控系統發出提示信號；而操作者站/坐姿狀態（步駕式宜控）和操作權限信息這2 個監控狀態所對應的輸出信號為有反作用輸出信號，分別為當操作者離開設定區域，叉車自動鎖止運行和作業動作；拆除采集器或采集信息與設定信息不一致時，限制車輛啟動。

3）內燃平衡重式叉車監控系統應監控的參數有1個，針對電控發動機的叉車運行速度有監控要求。

4）內燃平衡重式叉車應監控的狀態數量與電動平衡重式叉車一樣均為5 個，不同之處在于操作者站/坐姿狀態這監控狀態只針對電液換向型內燃車輛。

5）視頻裝置的監控要求取決于叉車的噸位和起升高度。

3 加裝安全監控系統的技術要點分析

加裝叉車安全監控系統對叉車的影響主要在于監控數據傳感器在叉車機構上的安裝和有反作用控制輸出信號與叉車控制回路的互聯。電動平衡重式叉車具備整機控制電路系統，電動平衡重式叉車多為直流電動機驅動，其控制原理為：以嵌入式控制器為控制核心，通過采集操作信號；嵌入式控制器輸出PWM，經電動機驅動電路控制行走電動機以及油泵電動機的啟停、變向和加減速，從而實現叉車的啟停、進退、變速和工作裝置的工作等。內燃平衡重式叉車無整機控制電路系統，其電氣系統僅為儀表、燈光和發動機的啟動電路。嵌入式控制系統的最大優點是可擴展性，電動平衡重式叉車與內燃式對比，加裝反作用控制輸出信號更容易，可將擴展的監控數據傳感器接口與嵌入式電動機控制板互連，并增加相應的輸出接口串入到電動機控制回路，更新軟件即可實現加裝的監控內容對叉車的控制。

然而，對內燃平衡重式叉車加裝監控系統的反作用輸出信號不僅要重新設計電控系統，還要加裝機械結構作為控制執行機構反作用于叉車機構。如對內燃柴油機叉車的速度進行控制以限制運行速度，就需要限制柴油機的轉速，而柴油機轉速的控制取決于柴油機的供油量。柴油機通過控制高壓油泵調速器上調速彈簧的預緊力來改變供油量。噴油量加大，轉速就會上升，減少噴油量即降低轉速。由此可見，對此類叉車進行運行速度控制需要設計附加的機械結構或改變調速裝置來控制噴油量的大小，故改裝難度、工作量均較大。另外，改變發動機的調速裝置結構或添加附屬機構將改變發動機的組成機構，這種改變是否能夠界定施工定性、保證安全性尚待商榷。

對內燃平衡重式叉車的發動機進行速度控制的加裝工作技術難度較復雜，工作量也較大[4]。因此，對其運行速度和車輪轉向角度等監控參數不作應監控的要求，而對電動平衡重式叉車則有應監控的要求。

4 加裝安全監控系統的應用實例

為進一步加強叉車安全監管工作，預防和減少叉車安全事故發生，某市2021 年推行了叉車智慧化安全監管試點工作，探索叉車“智慧監管+保險+服務”模式，應用物聯智控技術，建立智慧化監管信息平臺。該系統以物聯網、人工智能、大數據、云計算為依托，通過攝像頭采集作業人員和叉車的影像，識別不安全操作行為，向叉車作業人員實時發出語音預警提示。叉車使用管理單位和監管部門可通過平臺（電腦Web端和手機移動端）遠程查看叉車運行情況。

各叉車使用單位參加智慧化安全監管試點后，配合做好智慧化監控集成裝置安裝、調試以及設備、人員的數據信息采集等工作，該智慧化監控集成裝置即為叉車安全監控系統，首年應支付硬件安裝費、保險費，以后每年支付設備維護費、保險費。截止2021 年底，在全市范圍內共計完成叉車監控系統260 余臺。

如圖2 所示，該內燃平衡重式叉車的監控系統主要由攝像頭和監控設備主體等構成，攝像頭置于叉車司機室前方，監控設備主體位于叉車司機室后方，監控設備主體配以體積較大的電控柜，該安裝設備存在以下問題：

圖2 加裝的安全監控裝置

1）攝像頭安裝固定不牢靠，隨著叉車的運行，攝像頭安裝支架不斷抖動，易使攝像頭連接松動；

2）監控設備主體電控柜體積龐大，安裝位置不合理，導致發動機罩打開時電控柜與發動機罩干涉，致使發動機罩殼無法完全打開鎖定；

3）設備運行功能不可靠，無法可靠實現預定的功能。

查看監控設備主體，該叉車監控系統實質為一臺部標機，如圖3 所示。部標機原本用來對兩客一危車輛的行駛速度、時間、里程以及有關車輛行駛的狀態信息進行記錄、存儲并可通過接口實現數據輸出的數字式電子記錄裝置。其主要產品功能特點為：支持數字視頻輸入，最高支持1080P；支持1 個HDD 硬盤和2 個SD 卡存儲；支持4G、WIFI、GPS 和北斗雙模定位；支持行車狀態記錄功能，包括車速、轉向、剎車、倒車、車門開啟統計、司機身份識別等；4 路可控報警輸出；具備2 個USB2.0接口，4 個RS232、1 個RS485 接口；4G 手機監控，軌跡回放，超出預定行駛路線自動報警。

圖3 部標機

根據部標機的功能，結合標準GB/T 38893—2020《工業車輛安全監控管理系統》對內燃平衡重式叉車安全監控系統監控狀態的要求，超出預定行駛區域部標機具備自動報警功能，與叉車安全監控系統的作業區域警示要求一致；部標機的司機身份識別與監控系統中的操作權限信息要求一致；部標機能與4G 手機互聯，實時顯示運行狀態與視頻監視區的功能要求一致，但是否能實時顯示盲區有待考證。部標機自帶功能與叉車監控系統要求不一致的有停車制動狀態、倒車狀態，部標機只能對剎車、倒車進行記錄等，不能進行實時顯示或提示。

從監控狀態的符合性論證看，部標機的功能非常接近監控系統對內燃平衡重式叉車的要求，但對于電動平衡重式叉車而言，部標機無法滿足監控系統中對運行速度和車輪轉向角度的要求。

從監控系統的要求看，部標機自帶的通訊接口、存儲功能、管理權限與監控系統中的通訊協議、記錄和控制功能、信號接口、顯示等要求接近。顯而易見，部標機對監控采集單元的采集點數量是不足的。

《場（廠）內專用機動車輛安全技術規程》第2 次征求意見稿只要求內燃平衡重式叉車設置司機權限信息采集器，這樣部標機作為內燃平衡重式叉車的安全監控系統依然符合，但對電動平衡重式叉車的監控系統需要有轉向限速功能，顯然部標機不具備此功能。

綜上所述，該安全監控系統的安裝并未考慮叉車自身的結構與工作情況，只將部標機簡單地移植到叉車上，將其當作叉車的安全監控系統。這種做法不符合GB/T 38893—2020《工業車輛安全監控管理系統》和《場（廠）內專用機動車輛安全技術規程》第2 次征求意見稿的要求，與國家標準、技術規范的要求尚有需要完善的地方。

根據國務院關于進一步貫徹實施《中華人民共和國行政處罰法》的通知對規范電子技術監控設備的規定：“行政機關設置電子技術監控設備要確保符合標準、設置合理、標志明顯，嚴禁違法要求當事人承擔或者分攤設置電子監控設備的費用”。因此，叉車監管單位對此類叉車監控系統的推廣應首先確保監控系統的性能要求滿足國家相應的標準及技術規范，循序漸進，合適考慮政府補貼的方式，適量減輕企業負擔，并加強宣傳和推廣，逐步穩步叉車安全監控系統的安裝。

5 結論

1）叉車安全監控系統的安裝對提高叉車本質安全和加強監管部門的叉車監管能力有著重要的作用，故推廣叉車安全監控系統很有必要[5]；

2）在用叉車加裝監控系統，涉及到監控系統中的控制輸出信號接入到叉車運行速度或啟動電路回路中，將會影響叉車的運行狀況和安全性，故建議對監控系統加裝單位的資質要求進行適當控制；

3）加裝的叉車安全監控系統不能盲目地直接套用應用于其他領域的專用產品，應開發適合于叉車自身結構和工作狀況，且符合叉車安全監控系統標準要求的監控系統。建議叉車制造單位與監控生產單位發揮各自技術優勢，形成技術互補，共同開發一套安全可靠的符合標準要求的集成化的安全監控系統；

4）為滿足后續出臺的《場（廠）內專用機動車輛安全技術規程》中關于監控系統相關條款的要求，叉車制造單位需在叉車中配備相應的監控系統，叉車型式試驗機構是否重新對叉車整機進行型式試驗，或是對監控系統進行型式試驗，應提前把關；

5）在推行安全監控系統應用時，監管部門應首先確保該系統符合國家技術規范的要求，以免因系統不符合規范要求而增加企業負擔。政府機構可多部門協作，共同調動企業安裝監控系統的積極性。