制糖企业无人值守自动过磅系统的研究与应用

刘鹏程，沈 力，陈俊文，廖勇仔，苏小洪，林剑敏，廖 鑫，胡朝晖， 吴如慧，陈明文*

(1广东省科学院南繁种业研究所，广东广州 510316；2全国甘蔗糖业信息中心，广东广州 510316；3广东农垦热带农业研究院有限公司，广东广州 511300)

0 前言

随着计算机信息技术的不断发展与进步，网络信息化、AI智能化等已逐渐渗透到社会工业生产中。为提高效率、杜绝作弊、减员增效，无人值守自动过磅已成为制糖企业地磅甘蔗收购的重要趋势[1-4]。

地磅甘蔗收购是制糖企业生产过程中的重要环节[5-6]，企业普遍采用计算机管理，对操作人员的要求比较高，招聘难度较大，人员成本费用较高[7-9]。传统的过磅模式中，由人工操作记录数据，易出现误操作导致客户纠纷，并且过磅的效率较低，易致厂区内车辆出现拥堵现象，同时会存在着人为因素导致企业损失的风险。

此前自动过磅系统多是基于IC卡进行自助过磅，使用IC卡读卡过磅，对司机来说并不便利，上磅前要下车刷卡，增加了司机的操作流程和过磅时间[10]。另外，国内大部分自动过磅系统的道闸仅配备了手动遥控器，鲜少有开发配套电脑终端软件“开门工具”，亦不可与农务系统的数据等进行实时交互[11-12]。

为解决过磅系统中的弊端，结合企业需求，自主研发出一套无人值守自动过磅系统，该系统基于现有农务系统过磅模块(以人工操作完成过磅)，以智能识别系统为核心，集成多种信息化、自动化控制技术，真正实现制糖企业的全自动无人过磅功能。

1 系统硬件组成

本系统分为硬件和软件2部分，其中硬件部分主要包括道闸、地感线圈、雷达、智能车牌识别摄像头、LED显示及语音集成设备、网络摄像头、硬盘录像机、串口服务器、交换机、工控机、大屏显示器和打印机。

⑴道闸：控制车辆通道，实现1车1杆，1车1磅，防止跟车作弊。

⑵地感线圈：检测车辆通过状态，防砸。

⑶雷达：检测车辆是否达到落杆条件，避免道闸栏杆砸人砸车。

⑷智能车牌识别摄像头：自动识别和读取车牌号码，进行合法判断。

⑸LED显示及语音集成设备：系统语音全程提示引导司机及信息播报。

⑹网络摄像头：实现车头、车尾和车身监控及过磅图片抓拍。

⑺硬盘录像机：监控地磅现场数据，实时录像并存储。

⑻串口服务器：实时准确采集地磅仪表重量读数。

⑼交换机：建立自动过磅局域网，连接农务系统服务器实现数据业务交互。

⑽工控机：实现自动过磅中称重数据的保存与交互，配置系统及控制硬件。

⑾大屏显示器：显示自动过磅系统集成界面，方便过磅管理及生产调度等工作。

⑿打印机：可现场打印甘蔗过磅单、数据报表等。

2 系统设计、原理与流程

2.1 系统设计

基于物联网和人工智能技术，以高度集成的控制服务器为核心，设计可集成车牌识别、视频监控、道闸、仪表数据等各种设备信号，且可与农务系统数据库进行实时数据交互的全自动过磅系统。

本套无人值守自动过磅系统由车牌自动识别系统、视频监控系统、LED显示及语音辅助系统和道闸控制系统等多个子系统构成。系统可确保称重过程全自动运行，并可调取监控录像、录屏及备份数据进行核查，以确保数据安全、准确。系统网络拓扑图如图1所示。

图1 无人值守全自动过磅系统网络拓扑图

此外，由于独立构建数据库、局域网构架支撑，全套数据单独执行存储，本套系统还可与其他农务系统，并同时与物资系统通过数据库之间的存储过程调用建立连接，进行实时数据交互、计算并存储等，具有较强的兼容性。

2.2 系统原理

2.2.1 车牌自动识别系统

车牌自动识别系统主要的功能是在重磅以及轻磅的前端识别车辆的车牌，重磅前端通过车牌获取车辆的绑定运输任务(1台车辆只有唯一运输任务)，系统对获取的运输任务判断是否符合过磅条件，符

合则在前端LED显示屏上提示并开启重磅配套道闸，不符合的车辆提示原因。轻磅前端车牌识别是通过获取到重磅过磅数据，判断是否符合回皮要求，符合要求则在前端LED显示屏上提示并开启配套道闸，不符合的提示原因。

2.2.2 视频监控系统

视频监控系统实现过磅过程视频数据的实时采集，以及过磅过程的实时监控，在自动过磅系统中实现计量操作的同时，采集视频监控系统的照片(重磅轻磅各2张)，照片为单据审核的重要依据，监控 的位置和角度可以根据现场调整，同时可以提供整个过程的录像，如发现问题，管理人员可以以时间点定位视频，追溯整个过磅过程的视频。

2.2.3 LED显示及语音辅助系统

LED显示及语音辅助系统是现场信息展示平台，实时引导司机完成重磅、回皮操作，主要显示各种车辆通行状态，提示司机进出磅等操作，并将数据(如车号、重量等)显示出来。

2.2.4 道闸控制系统

系统通过道闸控制车辆进出磅台，当车辆需要进入地磅时，系统自动控制抬杆操作，过磅时，地磅前后2个道闸必须是完全闭合状态，车辆完成过磅后，磅台前面的道闸自动抬杆放行。

2.3 系统流程

本套无人值守自动过磅系统整体流程可概括为以下5个部分：车辆进厂、重磅称重、内检卸蔗、轻磅回皮、磅单打印及查询。系统程序流程如图2所示，系统运行集成界面如图3所示。

图2 无人值守自动过磅系统程序流程图

图3 无人值守自动过磅系统运行集成界面

2.3.1 车辆进厂

运蔗车入磅前，司机须确认车辆有且仅有一个运输任务，完成甘蔗外质检，由质检员使用电脑或手机APP录入质检信息，如企业流程上无外质检则由调度管理系统判断车辆是否可以进入地磅重磅入口。

2.3.2 重磅称重

当地磅处于称重准备状态，前端重磅入口智能车牌识别到车牌后进行合法判断。判断逻辑为先判断地磅是否归零，如已归零判断车辆是否有任务，有任务则判断是否已重磅，未重磅则检查车辆是否已进行外质检，已外检则判断蔗场车辆是否已满。

当判断符合要求，入磅闸机开启，LED及语音提示车辆进入地磅，如车辆不符合要求，LED会显示不符合要求的原因。车辆入磅后，入磅闸机落杆关闭。车辆停在地磅指定的识别区域位置后，系统识别到一定时间内重量稳定，则开启前端智能车牌识别进行车辆过磅判断，判断符合要求后执行称重操作，过磅完成后LED和语音提示司机过磅成功以及过磅重量，并开启离磅道闸提示司机开车离开。车辆离开后，磅台重量回零，离磅道闸关闭，系统回到称重准备状态。

2.3.3 内检卸蔗

运蔗车在蔗场卸蔗，质检员使用手机APP录入内检信息，完成内检确认。

2.3.4 轻磅回皮

车辆卸蔗后，回皮车辆进入地磅回皮入口，当系统处于回皮准备状态，前端回皮入口智能车牌识别系统会自动识别指定位置车辆车牌后进行合法判断。判断逻辑为先判断车辆是否存在已重磅未回皮的任务，未回皮则检查车辆是否已质检，未质检则提示质检员录入质检信息。

当判断车辆合法后，开启轻磅入磅道闸，反之则提示车辆无法回皮原因。车辆进入轻磅后，入磅道闸关闭，系统识别到一定时间内重量稳定，再次开启前端车牌智能识别系统，判断合法后执行回皮操作，回皮完成后在LED和语音提示回皮成功，不成功则提示失败原因。完成回皮后，系统将开启轻磅离磅道闸提示司机开车离开。

2.3.5 磅单打印及查询

车辆完成回皮后，可自动打印过磅单据，司机可自行领取或通过手机APP查询运输明细数据(含品种、扣杂、运重及运费等)，蔗农手机会收到甘蔗的过磅明细短信，也可通过手机APP查询甘蔗明细数据(含质检信息、重量及蔗款等)。

3 系统安全性

⑴系统兼容自动、人工2种模式，在自动过磅缺乏必要支持时，可以切换人工模式，以保障生产正常进行。

⑵自动过磅单据都配套地磅照片4张(重磅、轻磅各2张)，系统流程上纳入结算前，需人工审核，以保障过磅数据的真实、有效和可追溯性。

⑶系统全过程配套LED显示以及语音提示，引导司机完成自动过磅流程，同时可根据糖企需求控制回皮后车辆自动获取新的运输任务。

⑷纳入双道闸控制机制，控制过磅秩序的同时防止前后车压磅作弊等。

⑸通过智能车牌识别可防止车辆盗牌的情况，同时可做到皮重异常或超重提醒，可减少人为作弊和安全事故的发生。

4 系统运行常见问题与解决预案

⑴常见问题1：个别运蔗车辆因车牌破损或污脏，导致识别错误，道闸不抬杆。

解决预案：系统同时配备了手动遥控器以及电脑终端软件“开门工具”，管理人员可人工遥控道闸放行车辆或通过开门工具输入农务系统绑定车号触发开闸。

⑵常见问题2：自运或外来未登记的临时车。

在图3中，固定f=0.2,可以清楚看到，ER网络在HTLDD、LTHDD和RDD策略下具有相似的鲁棒性，表明不同的边定向策略对ER网络抵制级联故障的鲁棒性影响不大.

解决预案：企业可以定制内部车牌，当车辆到厂后悬挂在车辆指定位置，即可实现自动过磅。

⑶常见问题3：运输车辆撞坏道闸栏杆。

解决预案：提前告知所有司机撞杆赔款条款，可规定撞杆赔付固定金额，或者司机选择保险进行赔付。对已坏栏杆可通过锯断，打孔再固定使用，不影响系统正常运行。

⑷常见问题4：网络故障，不能自动记录称重信息。

解决预案：自动过磅是通过局域网连接的，网络故障是极少的。若仅是入口信号不通，出口可正常识别，则可把该入口闸机打开检查线路，不影响运蔗车正常上磅完成自动称重；若是出口信号不通，则可切换成以往模式进行人工过磅，待网管或维护人员处理好问题方可继续使用。

5 与传统人工过磅优劣势对比

本套无人值守自动过磅系统可在无人干预的情况下迅速、准确、安全和可靠地完成过磅计量流程，提高了企业的信息化和自动化程度，可减少人力物力和企业资产的流失，确保进一步提升经济效益。

5.1 减员降本

5.2 提升工作效率

传统人工过磅平均计量时间在60～400 s之间。使用系统后，可将过磅时间缩短至5～20 s内，即过磅的速度加快10～20倍，提高了车辆的运转速率，从而提升甘蔗原料的进厂新鲜度。

5.3 防止作弊

传统人工过磅仅有摄像头抓拍车牌对应磅单。使用系统后，安装在地磅上的视频监控摄像头，能够随时抓拍和录像过磅的情况，工控机上的自动过磅运行集成界面也可同步录屏并保存下来，为企业更好地核查争议单等，同时可有效防止人为串通作弊的情况。

5.4 减少错误及纠纷

传统人工过磅常出现人情磅、压磅、信号干扰、更换车牌和套牌等情况。使用系统后，过磅流程更加清晰透明化，将有效减少人为操作造成的错误或误差，与客户间的纠纷也将随之减少。

5.5 共享数据

传统人工过磅计量时常使用手工账记录或录入质检信息。使用系统后，除可以自动称量车辆和甘蔗重量外，还可与农务系统数据库进行实时交互，自动计算甘蔗款、运费、扣款及补贴等，使农务、财务的报表管理更安全便捷，提升效率的同时共享数据。管理部门可通过农务系统中的汇总报表或手机APP了解到任何时段甘蔗的进厂情况，财务部门则可同步获得清晰又准确的数据用于结算，并生成结算报表。

5.6 远程操控

传统人工过磅需要现场计量，办公条件相对较差、人员接触密集且存在安全风险。使用系统后，管理人员可通过电脑端全方位的摄像头监控到仪表读数和车辆过磅的整个过程，并远程操控处理地磅现场出现的问题。同时，鉴于当前全国疫情形势严峻复杂，司机可通过手机APP查看排队情况避免聚集依序进厂，远程操控还可有效避免司机与企业人员近距离接触，降低新冠病毒传播风险，最大限度减少疫情对企业生产的影响，积极响应国家号召，并做好企业疫情防控工作。

6 改进设想

本套无人值守自动过磅系统经过2年时间的不断打磨与完善，已趋于成熟，运行高效且稳定。但系统仍存在一定的不足之处，现针对运输方的便利性以及更好地实现无人值守处理特殊问题，提出以下2点改进设想。

6.1 增加红绿灯控制系统

糖企生产区域噪音较大，语音播报音量影响司机准确获取播报信息，可考虑增加红绿灯控制系统。称重车进入地磅前有交通灯，绿灯表示地磅已归零或蔗场未满，车辆可直接进入地磅称重；红灯指示前方有车辆，禁止抬杆上磅。从而更清晰地提醒当前车辆的通行状态，同时也可减少道闸栏杆被撞的情况发生。

6.2 增加二维码扫描车辆信息自动比对功能

为进一步完善运输方的便利性、减少摄像头识别误差，针对车牌未能正确识别或无公安车牌的车辆，司机可通过扫码录入车牌信息，系统将自动比对司机登记车辆信息，并判断其是否符合要求，从而控制道闸的开启或关闭，以达到该部分车辆在现场无人值守时也能够实现自动过磅。

7 结论与讨论

自2020/21年榨季以来，本套无人值守自动过磅系统先后在8家制糖企业投入使用，反馈效果较好，受到糖企管理人员、蔗农以及广大司机的一致好评。

本套系统将原有的称重管理工作变得高效、简单、便捷，实现了称重全过程的数据自动判别、自动采集、自动指挥、自动处理、自动控制，降低了人工操作所带来的弊端和工作强度，减少了地磅操作人员和客户纠纷，同时避免了各种称重作弊行为，提高了企业的信息化和自动化程度。系统在提高工作效率的同时，提高了甘蔗原料的进厂新鲜度，为企业的产糖率提升做出了一定的贡献，并取得了较好的经济效益和社会效益，以及提高了企业的管理水平和竞争力。