基于物聯網技術公路工程物料管理系統研究

李耀業，王 鵬，仲小玲，張銀博

（1.新疆大學，新疆 烏魯木齊 830008；2.新疆農業大學 交通與物流工程學院，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆交通建設集團股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830016）

0 引 言

隨著我國經濟的快速發展，尤其在交通強國戰略的推動下，公路等基礎設施建設投入日益增大，建筑施工企業的規模和發展速度也不斷提高，但信息化程度與發展速度不匹配，導致管理水平不能適應企業的發展。工程建設項目中，建筑企業物資成本占總成本的60%～70%，因此對物資進行有效管控尤為重要。地磅作為一種普遍但又極為重要的計量工具，在公路項目建設中，收料、發料及廢舊物資等材料的計量環節均依賴于地磅精確的數據支撐，材料管理精細化的重要性不言而喻。

傳統的施工企業工程材料管理存在的不足之處較多，主要體現在數據采集方式落后、數據反饋信息時效性不足以及無法進行數據分析等方面。由于物資稱重及物資臺賬的整理主要通過過磅員手動完成，準確性較差、主觀因素大，工作效率及工作質量難以得到保證，極易因人為誤差導致數據失真。不僅如此，工程物資涉及項目乃至企業的資金安全，如缺乏有效的防作弊措施，稱重作弊將會給企業帶來巨大的經濟損失。同時，材料過磅形成的線下數據、信息傳遞效率低下，無法為管理決策者在生產環節提供有效的數據支撐。

因此，在產業數字化變革大背景下，讓數據賦能生產，開發基于智能識別和物聯網技術的物料管理系統對施工企業的數字化升級、信息化水平提升至關重要。

1 系統設計

1.1 系統總體結構

智能識別和物聯網物料管理系統主要由攝像頭、紅外對射、打印機、高拍儀、地磅、管控終端以及可進行數據查看分析的數據平臺構成，如圖1所示。

圖1 物料管理系統結構

1.2 系統重要組成部分

1.2.1 視頻與抓拍子系統

系統設置有4個攝像頭，用于視頻監控與車輛抓拍，分別安裝在磅房內部、磅臺兩端以及地磅上方。通過視頻與抓拍子系統，顯示器可實時顯示稱重現場的視頻，司磅員可以觀察車輛狀態、車輛牌號、上磅情況、車廂物資等；基于視頻監控系統，對運輸車輛進出場進行多角度抓拍并留存圖像4張，包括車前、車后、車頂及磅房圖片。稱重臺賬與抓拍圖像對應，為防止人為修改，抓拍圖像實時上傳至服務器，稱重現場錄制視頻并保存于硬盤，有效防止司磅員與運輸車輛司機串通作弊等現象，為過磅臺賬可靠性提供有力支撐。圖2所示為攝像機抓拍圖像。

圖2 多角度抓拍

1.2.2 智能識別子系統

智能識別子系統配備2個車牌識別攝像頭和2對紅外對射儀，磅臺兩端均安裝有車牌識別攝像頭和紅外對射儀。紅外對射儀安裝在磅臺4個邊角處，通過發射端發出紅外射線是否被物體遮擋，判斷運輸車是否整體在稱重范圍內，當車輛未完全上磅即車輛輪胎超出地磅邊界，此時接收端無法接收到紅外射線，系統發出報警并不允許稱重，直到運輸車輛完全上磅系統才允許稱重?；趧討B視頻流識別算法，當車輛進入進場、出場攝像頭識別區域，系統通過圖像采集、預處理、車牌定位、字符分割、字符識別等運算，自動識別車輛的車牌號信息，輸出車牌號、過磅時間、過磅重量等信息，并將信息數據上傳至數據庫。

智能識別系統通過對紅外對射數據和車牌識別數據的記錄，可有效防止運輸車輛不完全上磅和同時上磅以及運輸車輛駕駛員和司磅員串通的稱重作弊行為，確保稱重數據的準確性。

1.2.3 稱重管理系統

稱重管理系統通過軟件與智能硬件的交互，可以完成數據的采集、傳輸、存儲與調用。系統與地磅串口通信，可以實時讀取地磅表上的稱量數據，避免人為因素作弊。同時，稱重數據保存到數據庫中，車輛在出場稱重場景下，可根據智能識別系統識別出的車牌號進行信息匹配，在數據庫中調取皮重數據，自動計算發料重量；紅外對射儀通過接收端是否接收到紅外線，判斷運輸車輛上磅情況，系統以可視化方式在操作界面顯示車輛狀態；高拍儀設備提供磅單拍照留存功能，并將照片信息記錄在數據平臺數據庫中，通過Web服務可進行磅單的快速查詢，以備核查。點擊“提交”后，系統在聯網狀態下，可以將運輸車牌號、磅單類型、供應商、材料名稱、材料規格、毛重、皮重、凈重、運單重量及對應抓拍照片等信息主動上傳至數據平臺，并形成臺賬信息，上傳無需司磅員操作。數據上傳至數據庫后，不可修改，臺賬未經授權無法刪除。此舉有助于提高工作效率，避免人為因素導致數據失真，有助于精細化管控。

2 系統關鍵技術

2.1 車牌識別技術

車牌識別技術作為智能地磅系統的關鍵技術之一，同時也是較為復雜的部分，其核心算法主要包括車牌定位、字符分割和字符識別部分。在自然條件惡劣的工地，車輛背景復雜、沙塵較大、夜間光照條件差，需要準確捕捉車輛圖像，確定車牌區域的過程是自動識別的關鍵。首先對視頻圖像區域進行搜索，將符合車牌特征的區域列為候選區，然后使用RCNN模型對候選區做進一步分析、判定，最后確定選區，并從圖像中分離目標。

完成車牌定位后，將分離圖像牌照區域分割為單字符，然后進行字符識別。流程如下：

（1）車牌圖像灰度化；

（2）分割字符二值化；

（3）字符大小統一化；

（4）字符識別。

車牌識別原理如圖3所示。

圖3 車牌識別原理

2.2 智能識別與稱重聯動

智能識別與稱重聯動是實現物料管理系統防作弊以及獲得可靠過程數據的關鍵技術，在硬件方面，物料管理系統涉及攝像頭、紅外對射、地磅儀表和交換機等的集成。過磅車輛上磅后，進入車牌識別區域，觸發車牌識別功能。此時，地磅磅表實時顯示地磅稱重數據，數據由地磅磅表通過PCI接口輸入計算機，稱重管理系統讀取內存信息，并將稱重數據還原到顯示界面。圖4所示為稱重管理軟件界面。

圖4 稱重管理軟件界面

安裝在地磅4個角的紅外對射儀通過接收端是否接收到發射端發出的紅外射線，判斷運輸車輛輪胎是否超出地磅邊界。若車輛未超出邊界，前后側紅外接收器可以接收發射端的紅外射線，系統判斷車輛已完全上磅，通過與稱重管理系統聯動，可以點擊系統界面的稱重按鈕進行過磅稱重。

3 系統工作流程

基于智能識別和物聯網技術的智能物料管理系統，其工作流程根據業務類型的不同可分為收料和發料兩大業務場景，兩種業務類型均應進行基礎信息的錄入。信息錄入由司磅員通過Web頁面在后臺管理系統操作，具體包括：材料種類添加、車輛信息管理、供應商添加以及收貨單位添加。系統基礎錄入信息見表1所列，系統工作流程如圖5所示。

表1 智能物料管理系統基礎信息配置表

圖5 智能物料管理系統工作流程

（1）車輛狀態檢測

當運輸車輛上磅后，安裝在磅臺4個角的紅外對射儀實時判斷車輛位置，確保運輸車輛完全上磅。

（2）車牌識別

車輛上磅后，進入車牌識別區域，觸發車牌識別功能，系統識別當前車輛車牌。

（3）數據讀取

進行車輛車牌識別的同時，系統通過PCI接口讀取磅表顯示器稱重數據，并將獲得的車輛毛重數據與當前車輛關聯，形成進場稱重臺賬。

（4）特征匹配

已進場車輛完成卸料后再次上磅，車牌智能識別子系統進行車牌識別。獲取車牌信息后，根據車牌識別結果從進場稱重臺賬中獲取對應數據。

（5）二次稱重

如果識別結果與進場稱重臺賬匹配后，系統將讀取的皮重數據錄入相對應稱重臺賬；未成功匹配，則無法進行二次稱重。

（6）自動回皮

運輸車輛發料場景下，無需二次稱重，自動回皮功能可從數據庫獲取該車輛皮重數據。

（7）數據計算

根據獲得的毛重、皮重數據以及設置的材料扣率、扣噸值，系統自動計算該車次的凈重。

（8）臺賬生成

完成數據計算后，系統對該車次生成包含磅單號、記錄磅單類型、運輸車號、材料類型、材料規格、毛重、皮重、扣率、扣噸、凈重以及過磅時間的臺賬信息，以上數據不可修改。

4 系統功能價值

基于智能識別和物聯網技術的智能物料管理系統，功能價值主要體現在以下幾方面。

4.1 系統主要功能

（1）可視化功能：系統操作界面可實時顯示磅表數據、現場監控視頻、車牌號以及稱重列表等，提升過磅效率，實現可視化監控。

（2）磅單打印功能：過磅數據提交后，形成打印前磅單預覽界面，點擊“確定”完成磅單打印，并支持磅單打印次數查詢。

（3）車輛皮重監控：在系統中可對首次入場車輛皮重值進行設定或通過首次過磅數據關聯獲取。車輛再次過磅時，將對該車次皮重值與系統預設值以及歷史車輛皮重值進行對比分析，對異常數據進行監測預警。

（4）扣噸扣率功能：針對進場物料需要進行物料扣噸和扣率時，可在材料詳情中輸入換算公式，編輯完成后材料自動進行扣量處理。

（5）報表查詢功能：報表類型包括收料報表、發料報表及供應商對賬報表等，支持以查詢時間段、材料類型、臺賬來源及收料類型等方式匯總稱重記錄，提供及時、完整的報表信息。

（6）統計分析功能：物資數據以圖表形式分析和統計數據，降低數據分析難度，提高匯報溝通效率，為業務決策提供數據支撐。

4.2 系統價值

（1）降低成本：系統可降低物料進出場損失，減少結算損失，降低材料成本。

（2）提升效益：智能監控作弊，自動打印料單、生成數據報表。

（3）降低風險：通過數字手段防控不當行為，遠程管理堵塞漏洞，智能預警防止滯后。

（4）促進度：收料、發料數字化，現場實況可視化，業務管控移動化。

5 結 語

物料管理系統是一個綜合利用物聯網、互聯網、云計算、大數據及移動互聯等先進技術對材料進出場業務環節進行全方位管控的系統。該系統借助現場硬件，自動采集實時、精準的數據，利用云計算技術對所有數據進行有效積累、整合，并融合互聯網及大數據技術，對數據進行多層次、多維度的深度智能分析。該系統已在公路建設行業進行大規模應用，應用結果表明，該系統能夠有效提升物資管控水平，使企業達到零距離集約管控、可視化智能決策的管理效果。