煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

武 徽

（天地科技股份有限公司，北京市朝陽區(qū)，100013）

煤炭公路運(yùn)輸是煤炭運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，我國(guó)的煤炭公路運(yùn)輸發(fā)展相對(duì)落后，成本偏高，問題頻發(fā)。目前，煤炭公路運(yùn)輸普遍使用的裝車方法還是過磅裝煤，即通過運(yùn)輸車輛裝煤前后的毛重和皮重之差得到凈重。這種裝煤方法不僅裝車速度慢、效率低，而且無法準(zhǔn)確控制裝煤量，進(jìn)而產(chǎn)生超載和污染環(huán)境問題。煤炭公路運(yùn)輸體系內(nèi)各系統(tǒng)間也缺乏橫向直接聯(lián)系，從而導(dǎo)致各部門各自為政，進(jìn)而形成信息孤島，運(yùn)輸效率低下。煤炭公路運(yùn)輸過程中道路管理檢驗(yàn)方式落后，出現(xiàn)檢查過多和收費(fèi)過頻等不合理現(xiàn)象，從而引起收費(fèi)站、檢查站以及運(yùn)輸主干道的車輛擁堵。煤炭公路運(yùn)輸技術(shù)的落后、效率的低下以及成本的升高必然促成超載現(xiàn)象，從而導(dǎo)致破壞道路橋梁、影響運(yùn)輸安全、造成環(huán)境污染和擾亂運(yùn)輸市場(chǎng)?；诖?，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為煤炭管理部門、煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)以及公路運(yùn)輸管理部門建立統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)平臺(tái)，極大地提高煤炭公路運(yùn)輸?shù)男省?/p>

1 煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由煤炭管理部門、煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)以及公路運(yùn)輸管理部門三部分組成，三個(gè)部分通過統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行信息上的共享與交互，并根據(jù)自身的需要和特點(diǎn)研發(fā)和使用適合自己的軟件和系統(tǒng)，煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為一個(gè)區(qū)域的煤炭管理部門、煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)以及公路運(yùn)輸管理部門建立統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)平臺(tái)，此平臺(tái)和快速定量裝車系統(tǒng)配合使用，并向快速定量裝車系統(tǒng)提供裝車所需的全部數(shù)據(jù)，從而使煤炭投放從配煤、裝車、平煤、覆膜以及封裝的一體化一次性完成，進(jìn)而提高裝車效率、降低裝車污染以及確保車輛不超載。同時(shí)，快速定量裝車系統(tǒng)也向共享數(shù)據(jù)平臺(tái)反饋包括車輛信息以及裝車信息等數(shù)據(jù)，這樣，車輛在運(yùn)輸過程中，公路運(yùn)輸管理部門通過共享數(shù)據(jù)平臺(tái)讀取過往運(yùn)輸車輛的數(shù)據(jù)，為已完成運(yùn)輸注冊(cè)的車輛提供高通過率，從而避免交通擁堵，降低物流成本。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特性

（1）數(shù)據(jù)統(tǒng)一性。統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)平臺(tái)由煤炭管理部門對(duì)其管理，從而保證數(shù)據(jù)的有效性和真實(shí)性。公路運(yùn)輸管理部門共享數(shù)據(jù)平臺(tái)中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行車輛管理。

（2）快速定量裝車系統(tǒng)?？焖俣垦b車系統(tǒng)能夠避免人為因素造成的裝車數(shù)據(jù)變動(dòng)和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

（3）智能化車輛識(shí)別系統(tǒng)。智能化車輛識(shí)別系統(tǒng)能夠提高車輛識(shí)別過程的準(zhǔn)確率和識(shí)別效率，保證車輛通過率。

（4）共享數(shù)據(jù)平臺(tái)開放性。共享數(shù)據(jù)平臺(tái)能夠保證數(shù)據(jù)在煤炭管理部門、煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)以及公路運(yùn)輸管理部門信息化應(yīng)用系統(tǒng)的通用。

2 煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 共享數(shù)據(jù)平臺(tái)

從煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖中可以看出，共享數(shù)據(jù)平臺(tái)是煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心組成部分?？紤]到系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和通用性，利用.Net架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，采取具有分布性特點(diǎn)、擴(kuò)展方便、開發(fā)簡(jiǎn)單、共享性強(qiáng)以及客戶端操作簡(jiǎn)便的B／S訪問模式。

煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)平臺(tái)是基于元數(shù)據(jù)構(gòu)建的。元數(shù)據(jù)采用分布存儲(chǔ)和集中管理的策略是發(fā)現(xiàn)和檢索數(shù)據(jù)的重要工具，但對(duì)于煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說，其元數(shù)據(jù)描述的是一個(gè)數(shù)據(jù)庫而非一條記錄。鑒于元數(shù)據(jù)庫以及B／S的訪問模式，提出了符合煤炭物流運(yùn)輸特點(diǎn)的Web Service解決方案。Web Service是自包含、自描述和模塊化的應(yīng)用，通過Web調(diào)用邏輯性地為其他應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)與服務(wù)。各應(yīng)用程序可依據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和規(guī)定的一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式（HTTP，XML，SOAP）訪問Web Service。

圖2 煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)架構(gòu)圖

基于Web Service的支持，煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建了包括應(yīng)用層、中間層和服務(wù)源層的多層次共享數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)架。在應(yīng)用層，客戶端通過瀏覽器或者其他應(yīng)用程序查找到所需要的數(shù)據(jù)。中間層根據(jù)應(yīng)用層客戶端的查詢請(qǐng)求查找到所需要的服務(wù)，并通過客戶端調(diào)用服務(wù)得到共享數(shù)據(jù)，最后轉(zhuǎn)換成本客戶端設(shè)定的數(shù)據(jù)格式。服務(wù)源層提供各種數(shù)據(jù)信息的Web Service，方便各客戶端發(fā)現(xiàn)所需服務(wù)。煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)架構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 煤炭管理部門

煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中煤炭管理部門的職責(zé)為記錄車輛信息并下發(fā)到系統(tǒng)的共享數(shù)據(jù)平臺(tái)之中，利用共享數(shù)據(jù)平臺(tái)即時(shí)收集各個(gè)煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸部門的信息，達(dá)到監(jiān)管煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸部門的目的。

在車輛信息下發(fā)過程中，煤炭管理部門必須保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。完整的車輛信息應(yīng)該包含煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)車輛的牌照、車型、不同煤種規(guī)定載重額度、司機(jī)、所屬物流企業(yè)、車輛樣式以及違章情況等所需信息。在下發(fā)信息的同時(shí)，煤炭管理部門還應(yīng)通過煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)上傳到共享數(shù)據(jù)平臺(tái)中的信息及時(shí)記錄和監(jiān)督運(yùn)輸車輛的裝車時(shí)間、所裝煤種以及送達(dá)目的地等信息。

2.3 煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)

要實(shí)現(xiàn)煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)需要生產(chǎn)設(shè)備和相關(guān)軟件程序上的支持。生產(chǎn)設(shè)備主要是指運(yùn)輸車輛快速定量裝車系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)，相關(guān)軟件程序?yàn)榕浜线\(yùn)輸車輛快速定量裝車系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)的通訊模塊。

2.3.1 快速定量裝車系統(tǒng)

煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)裝車方式選擇運(yùn)輸車輛快速定量裝車系統(tǒng)，運(yùn)輸車輛快速定量裝車系統(tǒng)與傳統(tǒng)的裝載機(jī)裝車和皮帶裝車相比，技術(shù)上的先進(jìn)性表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

（1）快速定量裝車系統(tǒng)的專用稱重設(shè)備根據(jù)車輛載重一次全自動(dòng)定量計(jì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛裝車精確快速稱量，不欠裝、不超載、不需要反復(fù)稱重和不造成時(shí)間延誤；

（2）快速定量裝車系統(tǒng)的裝載設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)一次入位、一次快速裝車和布料平車，無需運(yùn)輸車輛移動(dòng)和人工平車；

（3）快速定量裝車系統(tǒng)裝車效率高，40 t型運(yùn)輸車輛入位、計(jì)量、裝車及平車大約需要時(shí)間70 s，裝車能力可以達(dá)到2000 t／h以上。

2.3.2 車輛識(shí)別系統(tǒng)

車輛識(shí)別系統(tǒng)可以使運(yùn)輸車輛從入廠到物料投放到出廠全部信息調(diào)取自動(dòng)化完成，無需司機(jī)下車提供任何信息。該系統(tǒng)一種是利用RFID射頻卡進(jìn)行車輛識(shí)別的射頻卡車輛識(shí)別系統(tǒng)，這種車輛識(shí)別方式的優(yōu)點(diǎn)是識(shí)別率高且識(shí)別距離較遠(yuǎn)（可達(dá)10 m），但是前期準(zhǔn)備工作繁瑣，需要大量的射頻卡以及與之匹配的讀卡設(shè)備，由于煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)很多已使用自有的射頻卡，所以還需考慮不同射頻卡的兼容問題。另一種車輛識(shí)別系統(tǒng)主要是指利用視頻車牌識(shí)別系統(tǒng)來完成對(duì)車輛的識(shí)別。針對(duì)煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，建議采用第二種車輛識(shí)別系統(tǒng)。視頻車牌識(shí)別系統(tǒng)雖然比射頻卡車輛識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別的距離相對(duì)較短，需要車輛開到指定區(qū)域由視頻系統(tǒng)完成對(duì)車牌的拍照識(shí)別過程，但是視頻車牌識(shí)別系統(tǒng)對(duì)車牌的識(shí)別率較高，兼容性也較好，而且無需射頻卡及天線的投放，其成本也更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

2.3.3 裝車

圖3為快速定量裝車系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)圖，利用快速定量裝車系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)兩套系統(tǒng)間的通訊模塊，快速定量裝車系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)可以相互傳輸，其傳輸步驟如下：

（1）運(yùn)輸車輛達(dá)到等待位置后，車輛識(shí)別系統(tǒng)的視頻頭對(duì)其車牌進(jìn)行拍照，并將數(shù)據(jù)傳回車輛識(shí)別系統(tǒng)；

圖3 快速定量裝車系統(tǒng)和車輛識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)圖

（2）車輛識(shí)別系統(tǒng)對(duì)車牌照片進(jìn)行分析提取，并將車牌數(shù)據(jù)與在共享數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，最后將共享數(shù)據(jù)平臺(tái)上關(guān)于此車輛所需信息（如載重）取回；

（3）裝車站上位機(jī)向車輛識(shí)別系統(tǒng)索取車輛相關(guān)信息（如載重），并將信息及時(shí)發(fā)送給PLC主站；

（4）裝車站PLC控制系統(tǒng)在車輛進(jìn)入之前提前完成對(duì)車輛的配煤；

（5）待運(yùn)輸車輛進(jìn)入裝車位置之后，裝車站PLC控制系統(tǒng)完成對(duì)運(yùn)輸車輛的裝車過程，并將數(shù)據(jù)及時(shí)傳送給裝車站上位機(jī)；

（6）裝車站上位機(jī)即時(shí)將裝車信息回傳給共享數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2.3.4 封裝

快速定量裝車系統(tǒng)可以完成對(duì)車輛的一次快速定量裝車，在完成車輛的平煤和覆膜后，還需要完成封裝的過程，以保證所運(yùn)輸貨物在達(dá)到客戶之前不會(huì)被人為改變。煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用RFID技術(shù)對(duì)完成裝車車輛的封裝以及檢測(cè)過程。RFID技術(shù)的封裝需要用到標(biāo)簽（Tag）和閱讀器（Reader）兩個(gè)部分。標(biāo)簽由耦合元件組成，被附著在完成裝車車輛后部，每個(gè)標(biāo)簽按所裝噸位和所裝煤種生成唯一的電子編碼。閱讀器是用來讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備，在需要檢測(cè)車輛的位置設(shè)置。在快速定量裝車系統(tǒng)完成裝車后，標(biāo)簽被附著在運(yùn)輸車輛車斗后部隨車輛進(jìn)入檢查區(qū)電磁場(chǎng)，而后接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)。當(dāng)電磁場(chǎng)處于震蕩頻率時(shí)，標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送存儲(chǔ)在標(biāo)簽中的運(yùn)載信息，而后被閱讀器讀取送至系統(tǒng)處理，最后根據(jù)數(shù)據(jù)情況得到車輛所有信息。如果封裝的車輛在運(yùn)輸過程中被人為改動(dòng)，標(biāo)簽就會(huì)受損而無法讀出數(shù)據(jù)，這就意味著車輛不處于封裝狀態(tài)，需要查驗(yàn)信息后重新進(jìn)行封裝才能通過車檢關(guān)卡。利用RFID技術(shù)的封裝過程特點(diǎn)是易操作且成本低，在實(shí)際系統(tǒng)的建設(shè)過程中，還可根據(jù)需要選擇條形碼和二維碼等其他封裝方式。

2.4 公路運(yùn)輸管理部門

要實(shí)現(xiàn)煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，公路運(yùn)輸管理部門需要建立視頻車輛識(shí)別系統(tǒng)和與封裝系統(tǒng)配套的檢測(cè)系統(tǒng)。建立視頻車輛識(shí)別系統(tǒng)可以幫助公路運(yùn)輸管理部門完成運(yùn)輸車輛的信息識(shí)別，識(shí)別后與共享數(shù)據(jù)平臺(tái)連接調(diào)取運(yùn)輸車輛的相關(guān)信息，最后確定車輛的裝車信息。建立與封裝系統(tǒng)配套的檢測(cè)系統(tǒng)可以幫助公路運(yùn)輸管理部門檢測(cè)出所測(cè)車輛是否處于封裝狀態(tài)。如果兩部分都滿足要求，公路運(yùn)輸管理部門就可以讓所測(cè)車輛迅速通過車檢站，提高車輛的通關(guān)速度。

3 結(jié)語

目前，煤炭公路運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所涉及的技術(shù)大部分已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中得到運(yùn)用。在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市李家塔汽車快速定量裝車站以及陜西省寶雞市郭家河汽車快速定量裝車站都實(shí)現(xiàn)了快速定量裝車且配備了平煤裝置，運(yùn)輸車輛信息自動(dòng)調(diào)用和射頻卡車輛識(shí)別系統(tǒng)的裝車系統(tǒng)已經(jīng)投入正常使用。在這些自有的數(shù)據(jù)平臺(tái)上，裝車數(shù)據(jù)統(tǒng)一形成且一次下發(fā)保證了裝車全過程的高可靠性，極大地提高了生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)男?。如果將各個(gè)工作站信息統(tǒng)一，完成共享信息平臺(tái)的設(shè)置并配備有封裝能力的快速定量裝車系統(tǒng)，那么在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)、一個(gè)市甚至一個(gè)省都能夠保證對(duì)運(yùn)輸車輛的及時(shí)監(jiān)管，不僅提高了管理效率和降低對(duì)社會(huì)資源的浪費(fèi)，而且為煤炭公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展提供了一個(gè)低碳和高效的長(zhǎng)遠(yuǎn)回報(bào)。

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