制糖企業(yè)無人值守自動過磅系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

劉鵬程，沈 力，陳俊文，廖勇仔，蘇小洪，林劍敏，廖 鑫，胡朝暉， 吳如慧，陳明文*

(1廣東省科學(xué)院南繁種業(yè)研究所，廣東廣州 510316；2全國甘蔗糖業(yè)信息中心，廣東廣州 510316；3廣東農(nóng)墾熱帶農(nóng)業(yè)研究院有限公司，廣東廣州 511300)

0 前言

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)信息化、AI智能化等已逐漸滲透到社會工業(yè)生產(chǎn)中。為提高效率、杜絕作弊、減員增效，無人值守自動過磅已成為制糖企業(yè)地磅甘蔗收購的重要趨勢[1-4]。

地磅甘蔗收購是制糖企業(yè)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)[5-6]，企業(yè)普遍采用計(jì)算機(jī)管理，對操作人員的要求比較高，招聘難度較大，人員成本費(fèi)用較高[7-9]。傳統(tǒng)的過磅模式中，由人工操作記錄數(shù)據(jù)，易出現(xiàn)誤操作導(dǎo)致客戶糾紛，并且過磅的效率較低，易致廠區(qū)內(nèi)車輛出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，同時會存在著人為因素導(dǎo)致企業(yè)損失的風(fēng)險(xiǎn)。

此前自動過磅系統(tǒng)多是基于IC卡進(jìn)行自助過磅，使用IC卡讀卡過磅，對司機(jī)來說并不便利，上磅前要下車刷卡，增加了司機(jī)的操作流程和過磅時間[10]。另外，國內(nèi)大部分自動過磅系統(tǒng)的道閘僅配備了手動遙控器，鮮少有開發(fā)配套電腦終端軟件“開門工具”，亦不可與農(nóng)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時交互[11-12]。

為解決過磅系統(tǒng)中的弊端，結(jié)合企業(yè)需求，自主研發(fā)出一套無人值守自動過磅系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于現(xiàn)有農(nóng)務(wù)系統(tǒng)過磅模塊(以人工操作完成過磅)，以智能識別系統(tǒng)為核心，集成多種信息化、自動化控制技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)制糖企業(yè)的全自動無人過磅功能。

1 系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)分為硬件和軟件2部分，其中硬件部分主要包括道閘、地感線圈、雷達(dá)、智能車牌識別攝像頭、LED顯示及語音集成設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、硬盤錄像機(jī)、串口服務(wù)器、交換機(jī)、工控機(jī)、大屏顯示器和打印機(jī)。

⑴道閘：控制車輛通道，實(shí)現(xiàn)1車1桿，1車1磅，防止跟車作弊。

⑵地感線圈：檢測車輛通過狀態(tài)，防砸。

⑶雷達(dá)：檢測車輛是否達(dá)到落桿條件，避免道閘欄桿砸人砸車。

⑷智能車牌識別攝像頭：自動識別和讀取車牌號碼，進(jìn)行合法判斷。

⑸LED顯示及語音集成設(shè)備：系統(tǒng)語音全程提示引導(dǎo)司機(jī)及信息播報(bào)。

⑹網(wǎng)絡(luò)攝像頭：實(shí)現(xiàn)車頭、車尾和車身監(jiān)控及過磅圖片抓拍。

⑺硬盤錄像機(jī)：監(jiān)控地磅現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實(shí)時錄像并存儲。

⑻串口服務(wù)器：實(shí)時準(zhǔn)確采集地磅儀表重量讀數(shù)。

⑼交換機(jī)：建立自動過磅局域網(wǎng)，連接農(nóng)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交互。

⑽工控機(jī)：實(shí)現(xiàn)自動過磅中稱重?cái)?shù)據(jù)的保存與交互，配置系統(tǒng)及控制硬件。

⑾大屏顯示器：顯示自動過磅系統(tǒng)集成界面，方便過磅管理及生產(chǎn)調(diào)度等工作。

⑿打印機(jī)：可現(xiàn)場打印甘蔗過磅單、數(shù)據(jù)報(bào)表等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、原理與流程

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，以高度集成的控制服務(wù)器為核心，設(shè)計(jì)可集成車牌識別、視頻監(jiān)控、道閘、儀表數(shù)據(jù)等各種設(shè)備信號，且可與農(nóng)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交互的全自動過磅系統(tǒng)。

本套無人值守自動過磅系統(tǒng)由車牌自動識別系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、LED顯示及語音輔助系統(tǒng)和道閘控制系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)可確保稱重過程全自動運(yùn)行，并可調(diào)取監(jiān)控錄像、錄屏及備份數(shù)據(jù)進(jìn)行核查，以確保數(shù)據(jù)安全、準(zhǔn)確。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 無人值守全自動過磅系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

此外，由于獨(dú)立構(gòu)建數(shù)據(jù)庫、局域網(wǎng)構(gòu)架支撐，全套數(shù)據(jù)單獨(dú)執(zhí)行存儲，本套系統(tǒng)還可與其他農(nóng)務(wù)系統(tǒng)，并同時與物資系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫之間的存儲過程調(diào)用建立連接，進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交互、計(jì)算并存儲等，具有較強(qiáng)的兼容性。

2.2 系統(tǒng)原理

2.2.1 車牌自動識別系統(tǒng)

車牌自動識別系統(tǒng)主要的功能是在重磅以及輕磅的前端識別車輛的車牌，重磅前端通過車牌獲取車輛的綁定運(yùn)輸任務(wù)(1臺車輛只有唯一運(yùn)輸任務(wù))，系統(tǒng)對獲取的運(yùn)輸任務(wù)判斷是否符合過磅條件，符

合則在前端LED顯示屏上提示并開啟重磅配套道閘，不符合的車輛提示原因。輕磅前端車牌識別是通過獲取到重磅過磅數(shù)據(jù)，判斷是否符合回皮要求，符合要求則在前端LED顯示屏上提示并開啟配套道閘，不符合的提示原因。

2.2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過磅過程視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，以及過磅過程的實(shí)時監(jiān)控，在自動過磅系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)計(jì)量操作的同時，采集視頻監(jiān)控系統(tǒng)的照片(重磅輕磅各2張)，照片為單據(jù)審核的重要依據(jù)，監(jiān)控 的位置和角度可以根據(jù)現(xiàn)場調(diào)整，同時可以提供整個過程的錄像，如發(fā)現(xiàn)問題，管理人員可以以時間點(diǎn)定位視頻，追溯整個過磅過程的視頻。

2.2.3 LED顯示及語音輔助系統(tǒng)

LED顯示及語音輔助系統(tǒng)是現(xiàn)場信息展示平臺，實(shí)時引導(dǎo)司機(jī)完成重磅、回皮操作，主要顯示各種車輛通行狀態(tài)，提示司機(jī)進(jìn)出磅等操作，并將數(shù)據(jù)(如車號、重量等)顯示出來。

2.2.4 道閘控制系統(tǒng)

系統(tǒng)通過道閘控制車輛進(jìn)出磅臺，當(dāng)車輛需要進(jìn)入地磅時，系統(tǒng)自動控制抬桿操作，過磅時，地磅前后2個道閘必須是完全閉合狀態(tài)，車輛完成過磅后，磅臺前面的道閘自動抬桿放行。

2.3 系統(tǒng)流程

本套無人值守自動過磅系統(tǒng)整體流程可概括為以下5個部分：車輛進(jìn)廠、重磅稱重、內(nèi)檢卸蔗、輕磅回皮、磅單打印及查詢。系統(tǒng)程序流程如圖2所示，系統(tǒng)運(yùn)行集成界面如圖3所示。

圖2 無人值守自動過磅系統(tǒng)程序流程圖

圖3 無人值守自動過磅系統(tǒng)運(yùn)行集成界面

2.3.1 車輛進(jìn)廠

運(yùn)蔗車入磅前，司機(jī)須確認(rèn)車輛有且僅有一個運(yùn)輸任務(wù)，完成甘蔗外質(zhì)檢，由質(zhì)檢員使用電腦或手機(jī)APP錄入質(zhì)檢信息，如企業(yè)流程上無外質(zhì)檢則由調(diào)度管理系統(tǒng)判斷車輛是否可以進(jìn)入地磅重磅入口。

2.3.2 重磅稱重

當(dāng)?shù)匕跆幱诜Q重準(zhǔn)備狀態(tài)，前端重磅入口智能車牌識別到車牌后進(jìn)行合法判斷。判斷邏輯為先判斷地磅是否歸零，如已歸零判斷車輛是否有任務(wù)，有任務(wù)則判斷是否已重磅，未重磅則檢查車輛是否已進(jìn)行外質(zhì)檢，已外檢則判斷蔗場車輛是否已滿。

當(dāng)判斷符合要求，入磅閘機(jī)開啟，LED及語音提示車輛進(jìn)入地磅，如車輛不符合要求，LED會顯示不符合要求的原因。車輛入磅后，入磅閘機(jī)落桿關(guān)閉。車輛停在地磅指定的識別區(qū)域位置后，系統(tǒng)識別到一定時間內(nèi)重量穩(wěn)定，則開啟前端智能車牌識別進(jìn)行車輛過磅判斷，判斷符合要求后執(zhí)行稱重操作，過磅完成后LED和語音提示司機(jī)過磅成功以及過磅重量，并開啟離磅道閘提示司機(jī)開車離開。車輛離開后，磅臺重量回零，離磅道閘關(guān)閉，系統(tǒng)回到稱重準(zhǔn)備狀態(tài)。

2.3.3 內(nèi)檢卸蔗

運(yùn)蔗車在蔗場卸蔗，質(zhì)檢員使用手機(jī)APP錄入內(nèi)檢信息，完成內(nèi)檢確認(rèn)。

2.3.4 輕磅回皮

車輛卸蔗后，回皮車輛進(jìn)入地磅回皮入口，當(dāng)系統(tǒng)處于回皮準(zhǔn)備狀態(tài)，前端回皮入口智能車牌識別系統(tǒng)會自動識別指定位置車輛車牌后進(jìn)行合法判斷。判斷邏輯為先判斷車輛是否存在已重磅未回皮的任務(wù)，未回皮則檢查車輛是否已質(zhì)檢，未質(zhì)檢則提示質(zhì)檢員錄入質(zhì)檢信息。

當(dāng)判斷車輛合法后，開啟輕磅入磅道閘，反之則提示車輛無法回皮原因。車輛進(jìn)入輕磅后，入磅道閘關(guān)閉，系統(tǒng)識別到一定時間內(nèi)重量穩(wěn)定，再次開啟前端車牌智能識別系統(tǒng)，判斷合法后執(zhí)行回皮操作，回皮完成后在LED和語音提示回皮成功，不成功則提示失敗原因。完成回皮后，系統(tǒng)將開啟輕磅離磅道閘提示司機(jī)開車離開。

2.3.5 磅單打印及查詢

車輛完成回皮后，可自動打印過磅單據(jù)，司機(jī)可自行領(lǐng)取或通過手機(jī)APP查詢運(yùn)輸明細(xì)數(shù)據(jù)(含品種、扣雜、運(yùn)重及運(yùn)費(fèi)等)，蔗農(nóng)手機(jī)會收到甘蔗的過磅明細(xì)短信，也可通過手機(jī)APP查詢甘蔗明細(xì)數(shù)據(jù)(含質(zhì)檢信息、重量及蔗款等)。

3 系統(tǒng)安全性

⑴系統(tǒng)兼容自動、人工2種模式，在自動過磅缺乏必要支持時，可以切換人工模式，以保障生產(chǎn)正常進(jìn)行。

⑵自動過磅單據(jù)都配套地磅照片4張(重磅、輕磅各2張)，系統(tǒng)流程上納入結(jié)算前，需人工審核，以保障過磅數(shù)據(jù)的真實(shí)、有效和可追溯性。

⑶系統(tǒng)全過程配套LED顯示以及語音提示，引導(dǎo)司機(jī)完成自動過磅流程，同時可根據(jù)糖企需求控制回皮后車輛自動獲取新的運(yùn)輸任務(wù)。

⑷納入雙道閘控制機(jī)制，控制過磅秩序的同時防止前后車壓磅作弊等。

⑸通過智能車牌識別可防止車輛盜牌的情況，同時可做到皮重異常或超重提醒，可減少人為作弊和安全事故的發(fā)生。

4 系統(tǒng)運(yùn)行常見問題與解決預(yù)案

⑴常見問題1：個別運(yùn)蔗車輛因車牌破損或污臟，導(dǎo)致識別錯誤，道閘不抬桿。

解決預(yù)案：系統(tǒng)同時配備了手動遙控器以及電腦終端軟件“開門工具”，管理人員可人工遙控道閘放行車輛或通過開門工具輸入農(nóng)務(wù)系統(tǒng)綁定車號觸發(fā)開閘。

⑵常見問題2：自運(yùn)或外來未登記的臨時車。

在圖3中，固定f=0.2,可以清楚看到，ER網(wǎng)絡(luò)在HTLDD、LTHDD和RDD策略下具有相似的魯棒性，表明不同的邊定向策略對ER網(wǎng)絡(luò)抵制級聯(lián)故障的魯棒性影響不大.

解決預(yù)案：企業(yè)可以定制內(nèi)部車牌，當(dāng)車輛到廠后懸掛在車輛指定位置，即可實(shí)現(xiàn)自動過磅。

⑶常見問題3：運(yùn)輸車輛撞壞道閘欄桿。

解決預(yù)案：提前告知所有司機(jī)撞桿賠款條款，可規(guī)定撞桿賠付固定金額，或者司機(jī)選擇保險(xiǎn)進(jìn)行賠付。對已壞欄桿可通過鋸斷，打孔再固定使用，不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

⑷常見問題4：網(wǎng)絡(luò)故障，不能自動記錄稱重信息。

解決預(yù)案：自動過磅是通過局域網(wǎng)連接的，網(wǎng)絡(luò)故障是極少的。若僅是入口信號不通，出口可正常識別，則可把該入口閘機(jī)打開檢查線路，不影響運(yùn)蔗車正常上磅完成自動稱重；若是出口信號不通，則可切換成以往模式進(jìn)行人工過磅，待網(wǎng)管或維護(hù)人員處理好問題方可繼續(xù)使用。

5 與傳統(tǒng)人工過磅優(yōu)劣勢對比

本套無人值守自動過磅系統(tǒng)可在無人干預(yù)的情況下迅速、準(zhǔn)確、安全和可靠地完成過磅計(jì)量流程，提高了企業(yè)的信息化和自動化程度，可減少人力物力和企業(yè)資產(chǎn)的流失，確保進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益。

5.1 減員降本

5.2 提升工作效率

傳統(tǒng)人工過磅平均計(jì)量時間在60～400 s之間。使用系統(tǒng)后，可將過磅時間縮短至5～20 s內(nèi)，即過磅的速度加快10～20倍，提高了車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)速率，從而提升甘蔗原料的進(jìn)廠新鮮度。

5.3 防止作弊

傳統(tǒng)人工過磅僅有攝像頭抓拍車牌對應(yīng)磅單。使用系統(tǒng)后，安裝在地磅上的視頻監(jiān)控?cái)z像頭，能夠隨時抓拍和錄像過磅的情況，工控機(jī)上的自動過磅運(yùn)行集成界面也可同步錄屏并保存下來，為企業(yè)更好地核查爭議單等，同時可有效防止人為串通作弊的情況。

5.4 減少錯誤及糾紛

傳統(tǒng)人工過磅常出現(xiàn)人情磅、壓磅、信號干擾、更換車牌和套牌等情況。使用系統(tǒng)后，過磅流程更加清晰透明化，將有效減少人為操作造成的錯誤或誤差，與客戶間的糾紛也將隨之減少。

5.5 共享數(shù)據(jù)

傳統(tǒng)人工過磅計(jì)量時常使用手工賬記錄或錄入質(zhì)檢信息。使用系統(tǒng)后，除可以自動稱量車輛和甘蔗重量外，還可與農(nóng)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時交互，自動計(jì)算甘蔗款、運(yùn)費(fèi)、扣款及補(bǔ)貼等，使農(nóng)務(wù)、財(cái)務(wù)的報(bào)表管理更安全便捷，提升效率的同時共享數(shù)據(jù)。管理部門可通過農(nóng)務(wù)系統(tǒng)中的匯總報(bào)表或手機(jī)APP了解到任何時段甘蔗的進(jìn)廠情況，財(cái)務(wù)部門則可同步獲得清晰又準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)用于結(jié)算，并生成結(jié)算報(bào)表。

5.6 遠(yuǎn)程操控

傳統(tǒng)人工過磅需要現(xiàn)場計(jì)量，辦公條件相對較差、人員接觸密集且存在安全風(fēng)險(xiǎn)。使用系統(tǒng)后，管理人員可通過電腦端全方位的攝像頭監(jiān)控到儀表讀數(shù)和車輛過磅的整個過程，并遠(yuǎn)程操控處理地磅現(xiàn)場出現(xiàn)的問題。同時，鑒于當(dāng)前全國疫情形勢嚴(yán)峻復(fù)雜，司機(jī)可通過手機(jī)APP查看排隊(duì)情況避免聚集依序進(jìn)廠，遠(yuǎn)程操控還可有效避免司機(jī)與企業(yè)人員近距離接觸，降低新冠病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)，最大限度減少疫情對企業(yè)生產(chǎn)的影響，積極響應(yīng)國家號召，并做好企業(yè)疫情防控工作。

6 改進(jìn)設(shè)想

本套無人值守自動過磅系統(tǒng)經(jīng)過2年時間的不斷打磨與完善，已趨于成熟，運(yùn)行高效且穩(wěn)定。但系統(tǒng)仍存在一定的不足之處，現(xiàn)針對運(yùn)輸方的便利性以及更好地實(shí)現(xiàn)無人值守處理特殊問題，提出以下2點(diǎn)改進(jìn)設(shè)想。

6.1 增加紅綠燈控制系統(tǒng)

糖企生產(chǎn)區(qū)域噪音較大，語音播報(bào)音量影響司機(jī)準(zhǔn)確獲取播報(bào)信息，可考慮增加紅綠燈控制系統(tǒng)。稱重車進(jìn)入地磅前有交通燈，綠燈表示地磅已歸零或蔗場未滿，車輛可直接進(jìn)入地磅稱重；紅燈指示前方有車輛，禁止抬桿上磅。從而更清晰地提醒當(dāng)前車輛的通行狀態(tài)，同時也可減少道閘欄桿被撞的情況發(fā)生。

6.2 增加二維碼掃描車輛信息自動比對功能

為進(jìn)一步完善運(yùn)輸方的便利性、減少攝像頭識別誤差，針對車牌未能正確識別或無公安車牌的車輛，司機(jī)可通過掃碼錄入車牌信息，系統(tǒng)將自動比對司機(jī)登記車輛信息，并判斷其是否符合要求，從而控制道閘的開啟或關(guān)閉，以達(dá)到該部分車輛在現(xiàn)場無人值守時也能夠?qū)崿F(xiàn)自動過磅。

7 結(jié)論與討論

自2020/21年榨季以來，本套無人值守自動過磅系統(tǒng)先后在8家制糖企業(yè)投入使用，反饋效果較好，受到糖企管理人員、蔗農(nóng)以及廣大司機(jī)的一致好評。

本套系統(tǒng)將原有的稱重管理工作變得高效、簡單、便捷，實(shí)現(xiàn)了稱重全過程的數(shù)據(jù)自動判別、自動采集、自動指揮、自動處理、自動控制，降低了人工操作所帶來的弊端和工作強(qiáng)度，減少了地磅操作人員和客戶糾紛，同時避免了各種稱重作弊行為，提高了企業(yè)的信息化和自動化程度。系統(tǒng)在提高工作效率的同時，提高了甘蔗原料的進(jìn)廠新鮮度，為企業(yè)的產(chǎn)糖率提升做出了一定的貢獻(xiàn)，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，以及提高了企業(yè)的管理水平和競爭力。