公路车载智能动态称重系统设计与开发研究

毛益佳、潘芳

（1.江苏东交智控科技集团股份有限公司，江苏 南京210000；2.道路基础设施数字化教育部工程研究中心，陕西 西安710064）

0 引言

目前载货汽车在运输途中缺乏有效的监管，现有的车载视频监控系统多针对危化品运输车辆，普通运输车辆仍存在司机私拉货物导致的超载、绕线等现象。现代物流企业也已经意识到，超载超限导致的经济效益下降，是制约其进一步发展的重要因素[1]。在经济上，车辆超限超载会缩短汽车使用寿命和加速零部件的老化，增加养护维修频率与成本，超载车辆行驶速度较慢，通行效率下降，降低车辆周转频次。在安全方面，车辆超限超载质量增大而惯性加大，制动距离加长，危险性增大，超载的车辆，会增加驾驶人员心理负担和思想压力，容易出现操作错误，有可能造成极端的大型交通安全事故导致“车毁人亡”，给车企带来较高的赔付成本。为了减少车辆超载超限带来的个人生命财产安全和社会损失，必须有效防治车辆超限超载事件的发生。但是传统的静态或动态称重系统称重设备与车辆分离，无法对车辆进行实时监控管理。因此，开发车载智能称重系统，实现物流车企自制，真正做到源头上的治超，不仅能够保证道路的安全，同时对促进车企效益，推动区域经济和社会发展有重要的意义。

1 公路运输超限治理现状及需求分析

1.1 江苏省路网运输现状

截至2020年，江苏省构建现代综合交通运输体系的目标取得新进展，高速公路里程达到4924公里，普通国省干线公路里程超过1.2万公里，2020年完成公路货运量174624.0万吨，比上年同期增长6.1%，2020年公路货物周转量3524.5亿吨公里，同比增长9.0%，在交通基础设施建设、运输产业发展和运输服务提升等方面都取得了突破。

1.2 超限超载治理措施

2004年国家多部委联合治超以来，特别是2016年交通运输部等五部委在总结多年治理工作经验的基础上，联合出台了一系列行业标准和管理规定，标志着治超工作进入了综合治理、系统治理新阶段。目前，江苏省治超工作已取得显著成果，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：修订江苏省公路条例，责令相关部门完善治理超限超载运输工作机制，加强超限超载运输的源头管理、综合治理。形成多部门协作监管的治超工作机制，稳步开展源头治超工作；纵深推进路警联合执法常态化，建立落实联合惩戒措施。

1.3 超限智能化管理分析

综合运用传感技术、卫星定位技术、通信技术和网络技术，将车辆的重量信息与实时定位信息通过无线通信模块传送至远程监控系统，实现车载数据采集系统与远程监控系统的远距离双向透明传输，让信息的传递更加准确、高效。在数据分析的基础上进行实时决策，使验证系统具备车辆实时称重、轨迹跟踪、远程标定、信息显示、数据统计、分析反馈等功能。

2 公路车载智能动态称重系统开发研究

2.1 公路车载智能动态称重系统开发方案

车载智能称重系统客户端软件为四层架构，分别为：数据层、核心计算层、交互层和应用层。

2.1.1 数据层

包括载重监控数据、位置监控数据、异常预警数据，数据层主要由用来持久化各种类型数据的载体组成，用于数据存储与采集，具有良好的性能、强大的事务处理能力以及对数据灵活方便的维护管理等优势。

2.1.2 核心计算层

将载重监控数据、位置监控数据、异常预警数据等进行计算分析，包括应用中间件、地理信息服务软件及数据、统一权限管理服务、基础数据管理组件等，连接着数据层，提供各类支撑功能。

2.1.3 交互层

交互层基于业务、系统进行开发，车载智能称重系统软件交互层包含模块功能、页面结构、界面原型等。

2.1.4 应用层

对远程监控系统的数据进行深入挖掘与分析后，进行实时决策。将每个原始标记都与每个事件模板组合在一起，判断事件是否在特定时间、地点发生，进而判断是否有异常情况发生。一旦发现可疑状况，立即启动预警程序，并将超重报警等各项报警信息和车辆当前运行状态信息及时推送至用户的移动端，使用户能有针对性地采取相应的解决措施，从而实现运行车辆可视化、精细化管理。

2.2 公路车载智能动态称重系统功能建设

车载智能称重系统客户端功能建设集设备管理、动态称重、位置监控、异常预警、统计查询于一体，见表1。

表1 远程监控功能设计

2.2.1 设备管理：包括设备信息、标定信息、系数信息、事件配置等功能。

（1）设备信息：设备信息是根据安装车载智能称重系统的车辆，在系统中配置对应的车辆信息包括：设备IMEI（国际移动设备识别码）、设备名称、SIM卡号、车牌信息、车架信息、车型信息（皮重与满载）、装载物品、车主姓名、车主电话、车主证件等。

（2）标定信息：每辆货车在安装完硬件设施后需要进行标定，才能满足车载动态称重的要求。标定信息模块是为了进行标定并对标准进行记录的功能，记录信息包括：空载车皮重量、核定满载总重、空载标定时间、空载标定值、满载标定时间、满载标定值、满载标定重量等。

（3）系数信息：系数信息主要是配置了初始加重、初始减重等判断车辆货物装载与卸载的基本信息。

（4）事件配置：事件配置的功能主要是设置了车辆超载超限的阈值，包括：超速识别（速阀值设置）、超载识别（超载阀值设置）、BD记重（装卸百分比设置）等。

2.2.2 动态称重：包括实时称重、驳载监控、装载率监控、装卸货效率监控等功能。平台可记录车辆整个装载、卸载过程，可检索不同时间段内详细信息，并以图表的形式展示（见图1），同时可在地图中记录装卸货物的地点。

图1 动态称重

2.2.3 位置监控：包括行驶轨迹、行驶速度、车辆停靠位置、车辆停靠时间等功能。

（1）行驶轨迹：通过安装在车辆上的GNSS设备实施采集车辆的位置信息，并在平台中记录。可检索不同时间段内车辆的行驶轨迹与停靠信息，并进行动态回放。

（2）行驶速度：通过安装在车辆上的GNSS设备实施采集车辆的速度信息，并在平台中实施显示。

（3）车辆停靠位置与时间：在车辆轨迹监控中记录车辆的停靠位置，并在地图中展示，并记录停靠的时间。

2.2.4 异常预警：包括设备预警和事件预警

（1）设备预警：针对车载称重系统本身，当设备出现故障可在平台中显示：设备号、报警类型、报警时间、车辆行驶方向、车辆行驶速度、定位类型、定位时间、报警位置等信息。

（2）事件预警：当车辆的行驶速度与实时称重超过预设阈值时，系统平台将产生预警，将分级推送预警信息至相关管理人员，进行质量的整改闭合。

2.2.5 统计查询：包括货物流向、载重统计、运距统计、货运时长统计。在平台中可以按时间维度统计查询上述信息，并可导出统计数据表格。

3 结语

本文通过车载智能称重系统软件开发研究，给出了车载称重系统软件设计要求与设计方案。采用抢占式多任务实时操作系统μC/OS-II，开发了车载端控制软件，实现了车辆硬件数据的实时采集、处理、传输。针对车载动态称重远程监管的需求，开发远程监控软件，主要功能模块包括载重监控、位置，监控、异常预警、数据分析。