河道砂石運輸自動監管系統設計與實現

曾俊軒 郭麗娜

摘要：河道砂石采運管理單在砂石采運過程中發揮了重要作用，但難以對砂石進行精確計量且不適用于中小河流旱采等應用場景。利用數據監聽、圖像識別、物聯網等技術手段，結合各砂場運營特點設計出了地磅開單、皮帶秤監管、打印機監聽等自動化數據采集監管手段，實現了砂石運輸過程自動監管。目前，該監管系統已全面應用于四川省砂石采運管理大數據平臺，數據采集過程實時準確可靠，在解決工作人員現場監管人力不足的同時可有效提高監管的效率，實現了對水運采運管理單的管理延伸。

關鍵詞：河道采砂； 電子采運單； 數據監聽； 圖像識別； 物聯網； 系統開發

中圖法分類號： TP29

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.055

0引 言

2020年初，水利部啟動智慧水利先行先試項目［1］，在長江流域試點電子化砂石采運管理系統，對砂石采運過程進行管理和監督，進一步規范可采區現場監管［2］和砂石運輸。

作為河道砂石的合法來源證明，河道砂石采運管理單在砂石采運過程中發揮了重要作用［3］，電子化砂石采運管理單更是通過二維碼［4］的形式實現了對砂石來源的追蹤。但同時也應該看到，河道砂石采運管理單主要運用在干流水采應用場景，砂石重量主要通過量方方式來進行估算，既難以達到對砂石重量的精確計量，也難以適應中小河流旱采方式下的砂石總量控制。另一方面，砂石到岸卸載后，原有的砂石采運管理單已失去效用，后續的砂石轉運、加工及銷售等環節難以進一步監管。因此，需要深入研究更適宜砂石到岸運輸過程中的監管方式，及時準確地反饋采區開采的砂石重量。

本文以砂場的運營情況為基礎，結合數據監聽［5］、圖像識別［6］、物聯網［7］等現代化技術手段，開發了砂石運輸自動監管系統。該系統可實時對砂石采運現場的砂石流轉情況進行監督，在解決工作人員現場監管人力不足的同時有效提高監管的效率，達到實時掌握采區采量的目的，實現對水運采運管理單的管理延伸。

1系統方案設計

1.1需求分析

河道采砂按作業方式主要分為水采、旱采及混合采。水采是依托采砂船只在河道或水庫內通過吸沙泵等設備抽取河砂，開采后主要通過運輸船運輸；旱采是在河灘等無水或少水地段通過挖掘機、鉤機等方式進行開采［8］，開采后主要通過車輛運輸；混合采則是同時采用上述兩種開采方式。

中小河流采砂主要以旱采為主［9］，即使采用水采方式開采，船運的距離一般也較短，砂石到達岸邊后則主要通過地磅、皮帶秤等方式進行稱量。因此，為準確掌握開采重量，需對運輸車輛的過磅以及皮帶傳輸過程進行監管。

監管過程應主要解決下述幾項需求：

（1） 降低成本投入。不同于長江干流運砂船運輸，中小河流砂船到岸后主要采用車輛運輸砂石，由于車輛的運載能力有限，如果采用紙質單據進行管理，則單據量會成倍增加，印刷費用昂貴且單據難以統計管理，因此需要采用信息化系統進行單據的開具和管理。

（2） 減少人力投入。基層水利管理人員編制有限［10］，而往往需要管理的采砂點位路途遙遠且分散，無法投入足夠的人力對各個采區現場監管。需在加強砂石采運過程監管的同時，減少人力投入，提升監管效率和效果。

（3） 客觀掌握實時開采數據。以往監管數據的收集實時性較差，往往在月末、季末甚至年末時由砂石開采企業自行上報，監管方式以抽查為主，難以掌握實時開采情況。需采集采區的實時開采數據，避免超量、超時等情況的發生［11］。

1.2設計思路

（1） 盡量減少人為干預。設計的首要目標是盡量減少人為干預，保證監管數據的客觀性。長江干流使用砂石采運管理單的過程中，主要采取水尺計重的方式［12］，由專業人員對船體吃水線丈量后估算該船的運載量。人工測量過程中難免引入誤差導致數據不準確，而且在缺少互相監督的情況下容易產生腐敗問題［13］。另外，由于上岸后主要靠車輛運輸，如果人工進行每車的計重填報，工作量極大，難以持續穩定運行，影響數據的及時性和準確性。

（2） 盡量減少對砂場已建系統的依賴和干擾。為準確計量與結算，砂場一般會建立自己的稱重管理系統，對砂石的裝運和銷售情況進行流程化管理。如果直接使用砂場管理系統提供的砂石數據，需要讓其開放數據接口提取相關數據，這一方面難以保證其提供的數據真實可靠；另一方面由于需要對其系統進行適配修改，會極大提高適配的工作量，存在一定的協調難度，開發完成時間無法保證，在系統大面積鋪開建設時難以控制整體進度。

（3） 因地制宜提供多種監管方式。因為地理位置、經濟狀況、運營模式等差異，不同區域的砂石采運、加工、銷售、管理方式存在較大差異，應根據不同地域和不同模式的運營特點因地制宜地選取對應的監管方式，從而達到有效監管的目的。

2功能設計與實現

圍繞系統設計思路，設計出地磅開單、皮帶秤監管、打印機監聽等3種不同模式的自動監管計量方式。

2.1地磅開單

地磅開單監管方式適用于采用地磅對上岸/銷售時運輸車輛的砂石進行稱重的場景。地磅的運行現場如圖1所示。

車輛在裝載砂石后經過地磅進行車重稱量，稱重后工作人員對該車輛開具內部管理單據，人工打印并手動簽名留底［14］，主要包括車牌、車重、時間等相關信息。

在這種運營模式下，使用地磅開單系統進行監管，原理如圖2所示。

地磅通過傳感器將車重數據傳輸到稱重儀表，由稱重儀表將數據反饋到企業銷售管理系統。通過在稱重儀表和企業銷售管理系統間插入“串口監聽器”對儀表獲取的重量數據進行截取，獲取到車輛的稱重，然后通過新建/接入的車牌識別攝像頭獲取到稱重車輛的車牌信息，數據整合后傳送給本地服務器進行處理和緩存，再通過無線物聯網實時上傳給數據監管平臺。

增加的這套軟硬件系統，不依賴于各砂場現有的銷售管理系統提供的數據接口，也不影響其原有的業務管理流程，采用硬件數據監聽的方式可靠性更高、真實性更強；通過無線物聯網進行數據傳輸，不影響砂場現有的網絡結構，不要求其銷售管理系統具備網絡互聯能力，可進一步保證數據的安全性，防止外部網絡攻擊；通過在本地服務器上進行數據緩存，可有效兼容網絡斷線等異常情況，避免數據丟失。

2.2皮帶秤監管

皮帶秤監管方式適用于采用皮帶秤對上岸砂石進行稱重的場景。皮帶傳輸的運行現場如圖3所示。

皮帶傳輸砂石具有結構簡單、性能穩定的優點［15］。通過在圖中皮帶下畫圈的位置增加相應的傳感器（也就是俗稱的皮帶秤），可以感知經過皮帶的砂石重量，經過校準和累加之后可以得出一段時間內傳輸的砂石總重量。

皮帶秤監管系統的監管原理如圖4所示。

皮帶秤監管方式與地磅開單方式類似，但因為經過皮帶傳輸的砂石不需要車牌相關信息，因此不需要建設攝像頭獲取車牌號。在皮帶秤儀表和企業原有銷售管理系統間增加串口監聽能力，將獲取的重量數據經稱重網關累加后傳輸到本地服務器進行緩存，再經由無線物聯網上傳至數據監管平臺。

皮帶秤監管方式與地磅開單方式也具備相同的優點，可減少對企業現有系統環境的依賴，實時準確掌控相關采量數據。

2.3打印機監聽

打印機監聽一般用于銷售出口監管，當車輛裝載砂石從廠區離開時會稱重并打印紙質的裝載量單據提供給司機。這種情況下絕大部分可以采用地磅開單方式進行監管，但當部分砂場存在對應多采區砂石來源的情況下，則需要通過打印機監聽方式進行區別處理。示例單據如圖5所示。

此單據上記錄了完整的車牌、重量、價格、時間等信息，除此之外，第二行還記錄了砂石對應的運砂船號“XX貨1234”。由于船號和采區是一一對應的，因此通過該運砂船號可查詢到此車砂石對應的采區，從而區分各采區的實際開采量。

打印機監聽的監管原理如圖6所示。

打印機與磅房電腦之間有數據線連接，在這兩臺設備之間插入打印機接口監聽器獲取傳輸的數據，經由稱重網關進行數據分析獲取到單據上打印的重量、船名、車牌等數據，再根據船名將重量劃分到對應的采區，實現采區采量的區分。

打印機監聽方式，對于順利區分多采區砂石來源有較好的監管效果。

3應用效果

2022年，四川省全面鋪開建設砂石采運監管系統，對砂石的開采、運輸、銷售等各環節進行全面監管，建成了砂石采運管理大數據平臺。

該平臺用于接收和匯聚各砂場的實時開采數據。同時，為了完成各砂場數據的傳輸，針對各砂場的實際運行情況選用了地磅開單、皮帶秤監管、打印機監聽等多種數據采集和監管手段，做到了不影響各砂場原有應用系統、數據自動生成和上傳、監管實時在線。截至2022年底，全省各地市州實現了監管系統全覆蓋，共建設190余個砂場，安裝監管設備200余套，生成有效監管數據22萬余張。

4結 語

通過地磅開單、皮帶秤監管、打印機監聽等自動監管手段的建設，可以將各砂場的實時開采和轉運量數據傳輸給數據監管平臺。同時由于上述監管手段不需要人為干預，在很大程度上減輕了監管人員的工作量，擴大了監管范圍，提升了監管效率，確保了采砂數據的真實性和可靠性，促進四川省的采砂信息化水平邁上了新的臺階。

下一步，將著力解決自動采集過程中由于砂場運營管理不規范引入的異常單據問題，使該系統運轉更加高效可靠。

參考文獻：

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（編輯：鄭 毅）