高速公路动态汽车衡称重异常数据检测与修正参数推荐方法研究

柯于义 张和牧 刁含楼 王书升 司延召

摘 要：本文基于互联网技术，进行高速公路动态汽车衡称重异常数据检测及动态汽车衡修正参数推荐方法研究。将高速公路动态汽车衡的称重数据进行分析，结合动态汽车衡计量与检定需求，按签约车辆和非签约车辆两类来判定称重数据异常与否，并对所检测的异常数据进行标记。若异常数据数量达到设定阈值，则通过对所标记的异常数据进行数据分析，为汽车衡的修正参数推荐最佳修正值。

关键词：动态;汽车衡;称重;数据;修正参数

中图分类号：U492.321 文献标识码：A

0 引言

研究高速公路动态汽车衡称重异常数据检测与修正参数推荐方法，是积极响应国家战略号召、推动行业管理和行业发展的重要表现，不管是技术方面还是涉及到行业技术规范的健全与完善，在我国是一个全新的技术领域。[1-2]发展我国的动态汽车衡称重数据自动化、智能化检测，并基于检测结果进行修正参数计算与推荐，不仅为计量行业起到积极的推动作用，还能实现节约时间、减少浪费、优化资源、保证质量等社会综合效益，从而促进计量行业以及社会经济的发展。

1 现状分析

本文以河南省动态汽车衡管理业务为案例进行研究。动态汽车衡是国家强制检定工作计量器具，是治理超限超载的主要计重设备，必须经过法定计量机构检定合格后才能安装使用，其准确度不仅关系到收费站和司乘人员双方的经济利益，还关系到交通执法的公平公正，因此，动态汽车衡的检定工作就显得非常重要。

传统的汽车衡的检定方法主要存在以下不足：

（1）检定成本高：检定人员和车辆必须到现场才能开展检定。未来随着高速公路上道劝返和非现场执法设备数量逐年增加，检定成本将进一步增加。（2）检定效率低：全国高速公路通车里程已经突破14多万公里，计量技术机构用于检定动态汽车衡的车辆，超过50%的工作时间消耗在路途中。（3）人为因素影响大：目前，对动态汽车衡称重数据的检测、判定方式，主要是靠人工驾驶检定方式，受人为因素影响较大。

因此，本文对动态汽车衡称重异常数据分析方法进行研究，以提升动态汽车衡计量的效率、降低成本。

2 系统架构

本系统主要包括数据存储、消息传输模块、消息存储模块、算法处理模块和参数推荐模块。系统组成如右图所示：

其中，数据存储负责存储来自动态汽车衡的称重数据和算法处理的结果数据等内容;消息传输模块负责将数据库中的数据与算法所需数据之间的传输;消息存储模块负责将各模块间需要交互的消息进行存储;算法处理模块则是执行具体的异常数据处理与修正参数推荐算法，并输出相应的结果;参数推荐模块为检定人员提供修订推荐值作为参考。

3 算法实现

3.1 数据输入

消息传输模块获得动态汽车衡称重数据，并将数据实时写入消息存储模块供算法处理模块使用。本文采用消息中间件实现消息的实时传输，消息传输连接地址为tcp：//{ip}：{port}，消息队列名称为carInfo，消息处理接口为measuringQueueHandler。消息传输格式为Json格式，主要字段包括：汽车衡ID、称重时间、车牌、车速、整车重量称量值、轴数、轴组数、轴组重量、轴组轴型、轴间距等[3-4]。

3.2 算法处理

算法处理主要由三部分组成：已知称重标准值的称重数据判断、未知称重标准值的称重数据判断和修正参数推荐值计算。

已知称重标准值的称重数据判断，是通过与事先约定的企业、约定的车辆，在已知车辆及载重的情况下，利用目标车辆通过动态汽车衡时所产生的称重数据来进行的数据判断。其主要流程如下图所示，通过实际称重数据与已知标准重量按所允许的误差进行比较，若发现称重数据存在异常，则对该称重数据进行标记，计算所设定的阈值并进行更新，若阈值大于设定值则触发参数修正算法流程，否则本次判定流程结束。

未知称重标准值的称重数据判斷，是在未知车辆及载重的情况下，对动态汽车衡所称重的数据，主要采用历史大量称重数据作为依据进行判定。其主要流程如下图所示，首先通过当前车辆的进出口实际称重数据进行对比，若两组数据存在明显异常，则启动数据分析算法判定，对通过该两组动态汽车衡的历史称重数据运用误差分析、数据分析、置信概率计算、同比偏差计算等方法，分析得出两组称重数据中的异常数据，进行标记并记录。计算所设定的阈值，并进行更新，若阈值大于设定值则触发参数修正算法流程，否则本次判定流程结束。

修正参数推荐值计算，依据动态汽车衡和车型分类进行。车型通常包括2轴、3轴、4轴、5轴、6轴及其它共6类汽车衡，而车辆通过动态汽车衡时，速度区间通常为0～20km/h。因此，算法对每个动态汽车衡设定1个整车修正阈值、6个车型修正阈值及每车型20个速度修正阈值。修正参数推荐值计算主要分为三个步骤：整车修正参数A计算、车型修正参数B计算和速度修正参数C计算。

（1）分析异常数据的车型分布情况，异常数据在所有车型上都是呈现同偏差，即各车型的称重数据异常比例均在所设定的置信概率内，则认为该动态汽车衡对于各车型存在同偏差，此时保持B、C不变，修正整车修正参数性价比最大。再通过计算得出A值，即为整车修正参数推荐值。

（2）若动态汽车衡对于各车型不满足同偏差条件，则针对各车型修正参数进行计算。通过各车型的称重数据异常比例分析，若某类车型修正参数达到该车型修正阈值时，则触发该类车型修正参数值的计算，即保持A、C不变，再通过计算出该车型修正参数B的推荐值。

（3）同理，以上两个条件均不满足时，则按速度区间进行阈值判定，若某速度区间达到修正条件，则通过公式计算出该车型的该速度区间的推荐值C。

3.3 算法输出

本文采用消息中间件实现消息的实时传输，消息传输连接地址为tcp：//{ip}：{port}，消息队列名称为recommendInfo，消息处理接口为recommendQueueHandler。参数以Json格式传输，主要包括：参数推荐事件ID、汽车衡ID、称重时间、整体修正参数、车型修正参数、2轴速度修正参数、3轴速度修正参数、4轴速度修正参数、5轴速度修正参数、6轴速度修正参数等。

3.4 系统应用

通过对本文的算法思路进行设与实现，以河南省动态汽车衡管理业务为案例进行研究，算法与动态汽车衡通过硬件网关、数据接收模块进行对接，进而实现动态汽车衡的称重异常数据判定以及修正参数推荐值的计算。该算法的运行环境如下：处理器：I7-8700;内存：16G;硬盘：512SSD;显卡：GTX1080TI;操作系统：CentOS7。其它模块运行环境：CPU：IntelXeon3106（8核-1.7GHz）处理器;内存：配置≥32GB DDR4;硬盘：配置3块600GB10KrpmSAS2.5硬盘;操作系统：CentOS7。

4 总结

本文设计并实现了一种高速公路动态汽车衡称重异常数据检测与修正参数推荐方法，该方法实现了动态汽车衡计量的信息化、自动化，大幅降低人工成本、降低安全风险、减少直接经济成本、减少物资损耗，同时，提高了动态汽车衡的计量效率、节约计量时间、优化物资资源等。本算法可为动态汽车衡检定行业标准向非现场化、信息化、智能化方向发展和完善提供参考。

参考文献：

[1]陈忠良，江益.浙江：首个高速入口称重劝返系统试运行[J].中国公路，2019，26（16）：23.

[2]季晨晖，高速公路入口车道超高劝返系统[J].中国交通信息化，2019，21（S1）：267-268.

[3]王书升，张勇，刘涛，等.加速度对动态汽车衡称重结果的影响研究[M].计量与测试技术，2019，46（10）：18-19.

[4]王书升，张勇，刘涛，等.坡度对动态汽车衡称重结果的影响研究[M].计量与测试技术，2019，46（11）：32-33.