河道砂石运输自动监管系统设计与实现

2024-07-06曾俊轩郭丽娜

人民长江 2024年13期

曾俊轩郭丽娜

摘要：河道砂石采运管理单在砂石采运过程中发挥了重要作用，但难以对砂石进行精确计量且不适用于中小河流旱采等应用场景。利用数据监听、图像识别、物联网等技术手段，结合各砂场运营特点设计出了地磅开单、皮带秤监管、打印机监听等自动化数据采集监管手段，实现了砂石运输过程自动监管。目前，该监管系统已全面应用于四川省砂石采运管理大数据平台，数据采集过程实时准确可靠，在解决工作人员现场监管人力不足的同时可有效提高监管的效率，实现了对水运采运管理单的管理延伸。

关键词：河道采砂；电子采运单；数据监听；图像识别；物联网；系统开发

中图法分类号： TP29

文献标志码： A

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

0引言

2020年初，水利部启动智慧水利先行先试项目［1］，在长江流域试点电子化砂石采运管理系统，对砂石采运过程进行管理和监督，进一步规范可采区现场监管［2］和砂石运输。

作为河道砂石的合法来源证明，河道砂石采运管理单在砂石采运过程中发挥了重要作用［3］，电子化砂石采运管理单更是通过二维码［4］的形式实现了对砂石来源的追踪。但同时也应该看到，河道砂石采运管理单主要运用在干流水采应用场景，砂石重量主要通过量方方式来进行估算，既难以达到对砂石重量的精确计量，也难以适应中小河流旱采方式下的砂石总量控制。另一方面，砂石到岸卸载后，原有的砂石采运管理单已失去效用，后续的砂石转运、加工及销售等环节难以进一步监管。因此，需要深入研究更适宜砂石到岸运输过程中的监管方式，及时准确地反馈采区开采的砂石重量。

本文以砂场的运营情况为基础，结合数据监听［5］、图像识别［6］、物联网［7］等现代化技术手段，开发了砂石运输自动监管系统。该系统可实时对砂石采运现场的砂石流转情况进行监督，在解决工作人员现场监管人力不足的同时有效提高监管的效率，达到实时掌握采区采量的目的，实现对水运采运管理单的管理延伸。

1系统方案设计

1.1需求分析

河道采砂按作业方式主要分为水采、旱采及混合采。水采是依托采砂船只在河道或水库内通过吸沙泵等设备抽取河砂，开采后主要通过运输船运输；旱采是在河滩等无水或少水地段通过挖掘机、钩机等方式进行开采［8］，开采后主要通过车辆运输；混合采则是同时采用上述两种开采方式。

中小河流采砂主要以旱采为主［9］，即使采用水采方式开采，船运的距离一般也较短，砂石到达岸边后则主要通过地磅、皮带秤等方式进行称量。因此，为准确掌握开采重量，需对运输车辆的过磅以及皮带传输过程进行监管。

监管过程应主要解决下述几项需求：

（1）降低成本投入。不同于长江干流运砂船运输，中小河流砂船到岸后主要采用车辆运输砂石，由于车辆的运载能力有限，如果采用纸质单据进行管理，则单据量会成倍增加，印刷费用昂贵且单据难以统计管理，因此需要采用信息化系统进行单据的开具和管理。

（2）减少人力投入。基层水利管理人员编制有限［10］，而往往需要管理的采砂点位路途遥远且分散，无法投入足够的人力对各个采区现场监管。需在加强砂石采运过程监管的同时，减少人力投入，提升监管效率和效果。

（3）客观掌握实时开采数据。以往监管数据的收集实时性较差，往往在月末、季末甚至年末时由砂石开采企业自行上报，监管方式以抽查为主，难以掌握实时开采情况。需采集采区的实时开采数据，避免超量、超时等情况的发生［11］。

1.2设计思路

（1）尽量减少人为干预。设计的首要目标是尽量减少人为干预，保证监管数据的客观性。长江干流使用砂石采运管理单的过程中，主要采取水尺计重的方式［12］，由专业人员对船体吃水线丈量后估算该船的运载量。人工测量过程中难免引入误差导致数据不准确，而且在缺少互相监督的情况下容易产生腐败问题［13］。另外，由于上岸后主要靠车辆运输，如果人工进行每车的计重填报，工作量极大，难以持续稳定运行，影响数据的及时性和准确性。

（2）尽量减少对砂场已建系统的依赖和干扰。为准确计量与结算，砂场一般会建立自己的称重管理系统，对砂石的装运和销售情况进行流程化管理。如果直接使用砂场管理系统提供的砂石数据，需要让其开放数据接口提取相关数据，这一方面难以保证其提供的数据真实可靠；另一方面由于需要对其系统进行适配修改，会极大提高适配的工作量，存在一定的协调难度，开发完成时间无法保证，在系统大面积铺开建设时难以控制整体进度。

（3）因地制宜提供多种监管方式。因为地理位置、经济状况、运营模式等差异，不同区域的砂石采运、加工、销售、管理方式存在较大差异，应根据不同地域和不同模式的运营特点因地制宜地选取对应的监管方式，从而达到有效监管的目的。

2功能设计与实现

围绕系统设计思路，设计出地磅开单、皮带秤监管、打印机监听等3种不同模式的自动监管计量方式。

2.1地磅开单

地磅开单监管方式适用于采用地磅对上岸/销售时运输车辆的砂石进行称重的场景。地磅的运行现场如图1所示。

车辆在装载砂石后经过地磅进行车重称量，称重后工作人员对该车辆开具内部管理单据，人工打印并手动签名留底［14］，主要包括车牌、车重、时间等相关信息。

在这种运营模式下，使用地磅开单系统进行监管，原理如图2所示。

地磅通过传感器将车重数据传输到称重仪表，由称重仪表将数据反馈到企业销售管理系统。通过在称重仪表和企业销售管理系统间插入“串口监听器”对仪表获取的重量数据进行截取，获取到车辆的称重，然后通过新建/接入的车牌识别摄像头获取到称重车辆的车牌信息，数据整合后传送给本地服务器进行处理和缓存，再通过无线物联网实时上传给数据监管平台。

增加的这套软硬件系统，不依赖于各砂场现有的销售管理系统提供的数据接口，也不影响其原有的业务管理流程，采用硬件数据监听的方式可靠性更高、真实性更强；通过无线物联网进行数据传输，不影响砂场现有的网络结构，不要求其销售管理系统具备网络互联能力，可进一步保证数据的安全性，防止外部网络攻击；通过在本地服务器上进行数据缓存，可有效兼容网络断线等异常情况，避免数据丢失。

2.2皮带秤监管

皮带秤监管方式适用于采用皮带秤对上岸砂石进行称重的场景。皮带传输的运行现场如图3所示。

皮带传输砂石具有结构简单、性能稳定的优点［15］。通过在图中皮带下画圈的位置增加相应的传感器（也就是俗称的皮带秤），可以感知经过皮带的砂石重量，经过校准和累加之后可以得出一段时间内传输的砂石总重量。

皮带秤监管系统的监管原理如图4所示。

皮带秤监管方式与地磅开单方式类似，但因为经过皮带传输的砂石不需要车牌相关信息，因此不需要建设摄像头获取车牌号。在皮带秤仪表和企业原有销售管理系统间增加串口监听能力，将获取的重量数据经称重网关累加后传输到本地服务器进行缓存，再经由无线物联网上传至数据监管平台。

皮带秤监管方式与地磅开单方式也具备相同的优点，可减少对企业现有系统环境的依赖，实时准确掌控相关采量数据。

2.3打印机监听

打印机监听一般用于销售出口监管，当车辆装载砂石从厂区离开时会称重并打印纸质的装载量单据提供给司机。这种情况下绝大部分可以采用地磅开单方式进行监管，但当部分砂场存在对应多采区砂石来源的情况下，则需要通过打印机监听方式进行区别处理。示例单据如图5所示。

此单据上记录了完整的车牌、重量、价格、时间等信息，除此之外，第二行还记录了砂石对应的运砂船号“XX货1234”。由于船号和采区是一一对应的，因此通过该运砂船号可查询到此车砂石对应的采区，从而区分各采区的实际开采量。

打印机监听的监管原理如图6所示。

打印机与磅房电脑之间有数据线连接，在这两台设备之间插入打印机接口监听器获取传输的数据，经由称重网关进行数据分析获取到单据上打印的重量、船名、车牌等数据，再根据船名将重量划分到对应的采区，实现采区采量的区分。

打印机监听方式，对于顺利区分多采区砂石来源有较好的监管效果。

3应用效果

2022年，四川省全面铺开建设砂石采运监管系统，对砂石的开采、运输、销售等各环节进行全面监管，建成了砂石采运管理大数据平台。

该平台用于接收和汇聚各砂场的实时开采数据。同时，为了完成各砂场数据的传输，针对各砂场的实际运行情况选用了地磅开单、皮带秤监管、打印机监听等多种数据采集和监管手段，做到了不影响各砂场原有应用系统、数据自动生成和上传、监管实时在线。截至2022年底，全省各地市州实现了监管系统全覆盖，共建设190余个砂场，安装监管设备200余套，生成有效监管数据22万余张。

4结语

通过地磅开单、皮带秤监管、打印机监听等自动监管手段的建设，可以将各砂场的实时开采和转运量数据传输给数据监管平台。同时由于上述监管手段不需要人为干预，在很大程度上减轻了监管人员的工作量，扩大了监管范围，提升了监管效率，确保了采砂数据的真实性和可靠性，促进四川省的采砂信息化水平迈上了新的台阶。

下一步，将着力解决自动采集过程中由于砂场运营管理不规范引入的异常单据问题，使该系统运转更加高效可靠。

参考文献：

［1］水利部启动智慧水利先行先试工作［J］.水利信息化，2020（2）：65.

［2］邹紫伟.河道采砂可采区六大核心要素的控制与管理［J］.中国水利，2010（21）：36-38.

［3］袁锦虎，邓虹，肖勇荣.河道砂石电子采运管理单系统设计与应用［J］.水利技术监督，2022（12）：57-59.

［4］张鹏.二维码方式控制采砂运输的可行性［J］.中国水利，2017（16）：59-60.

［5］华泽玺，王长林，尹忠科，等.基于主动发送/串口监听模式的实时数据采集［J］.西南交通大学学报，2005，40（1）：35-38.

［6］孟令军，文波，张晓春，等.打印文稿识别技术研究与设计［J］.科学技术与工程，2015，15（14）：185-190，195.

［7］陈继明.智慧水利发展现状及关键技术研究进展［J］.河南水利与南水北调，2023，52（2）：101-102.

［8］张鹏.河道采砂采运电子申报制度构想［J］.中国水利，2020（12）：63-64.