河道砂石運(yùn)輸自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾俊軒 郭麗娜

摘要：河道砂石采運(yùn)管理單在砂石采運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，但難以對(duì)砂石進(jìn)行精確計(jì)量且不適用于中小河流旱采等應(yīng)用場(chǎng)景。利用數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)、圖像識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，結(jié)合各砂場(chǎng)運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了地磅開(kāi)單、皮帶秤監(jiān)管、打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)等自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集監(jiān)管手段，實(shí)現(xiàn)了砂石運(yùn)輸過(guò)程自動(dòng)監(jiān)管。目前，該監(jiān)管系統(tǒng)已全面應(yīng)用于四川省砂石采運(yùn)管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)采集過(guò)程實(shí)時(shí)準(zhǔn)確可靠，在解決工作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管人力不足的同時(shí)可有效提高監(jiān)管的效率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水運(yùn)采運(yùn)管理單的管理延伸。

關(guān)鍵詞：河道采砂； 電子采運(yùn)單； 數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)； 圖像識(shí)別； 物聯(lián)網(wǎng)； 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

中圖法分類(lèi)號(hào)： TP29

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

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

0引 言

2020年初，水利部啟動(dòng)智慧水利先行先試項(xiàng)目［1］，在長(zhǎng)江流域試點(diǎn)電子化砂石采運(yùn)管理系統(tǒng)，對(duì)砂石采運(yùn)過(guò)程進(jìn)行管理和監(jiān)督，進(jìn)一步規(guī)范可采區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管［2］和砂石運(yùn)輸。

作為河道砂石的合法來(lái)源證明，河道砂石采運(yùn)管理單在砂石采運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用［3］，電子化砂石采運(yùn)管理單更是通過(guò)二維碼［4］的形式實(shí)現(xiàn)了對(duì)砂石來(lái)源的追蹤。但同時(shí)也應(yīng)該看到，河道砂石采運(yùn)管理單主要運(yùn)用在干流水采應(yīng)用場(chǎng)景，砂石重量主要通過(guò)量方方式來(lái)進(jìn)行估算，既難以達(dá)到對(duì)砂石重量的精確計(jì)量，也難以適應(yīng)中小河流旱采方式下的砂石總量控制。另一方面，砂石到岸卸載后，原有的砂石采運(yùn)管理單已失去效用，后續(xù)的砂石轉(zhuǎn)運(yùn)、加工及銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)難以進(jìn)一步監(jiān)管。因此，需要深入研究更適宜砂石到岸運(yùn)輸過(guò)程中的監(jiān)管方式，及時(shí)準(zhǔn)確地反饋采區(qū)開(kāi)采的砂石重量。

本文以砂場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)情況為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)［5］、圖像識(shí)別［6］、物聯(lián)網(wǎng)［7］等現(xiàn)代化技術(shù)手段，開(kāi)發(fā)了砂石運(yùn)輸自動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)對(duì)砂石采運(yùn)現(xiàn)場(chǎng)的砂石流轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)督，在解決工作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管人力不足的同時(shí)有效提高監(jiān)管的效率，達(dá)到實(shí)時(shí)掌握采區(qū)采量的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)水運(yùn)采運(yùn)管理單的管理延伸。

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1需求分析

河道采砂按作業(yè)方式主要分為水采、旱采及混合采。水采是依托采砂船只在河道或水庫(kù)內(nèi)通過(guò)吸沙泵等設(shè)備抽取河砂，開(kāi)采后主要通過(guò)運(yùn)輸船運(yùn)輸；旱采是在河灘等無(wú)水或少水地段通過(guò)挖掘機(jī)、鉤機(jī)等方式進(jìn)行開(kāi)采［8］，開(kāi)采后主要通過(guò)車(chē)輛運(yùn)輸；混合采則是同時(shí)采用上述兩種開(kāi)采方式。

中小河流采砂主要以旱采為主［9］，即使采用水采方式開(kāi)采，船運(yùn)的距離一般也較短，砂石到達(dá)岸邊后則主要通過(guò)地磅、皮帶秤等方式進(jìn)行稱(chēng)量。因此，為準(zhǔn)確掌握開(kāi)采重量，需對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛的過(guò)磅以及皮帶傳輸過(guò)程進(jìn)行監(jiān)管。

監(jiān)管過(guò)程應(yīng)主要解決下述幾項(xiàng)需求：

（1） 降低成本投入。不同于長(zhǎng)江干流運(yùn)砂船運(yùn)輸，中小河流砂船到岸后主要采用車(chē)輛運(yùn)輸砂石，由于車(chē)輛的運(yùn)載能力有限，如果采用紙質(zhì)單據(jù)進(jìn)行管理，則單據(jù)量會(huì)成倍增加，印刷費(fèi)用昂貴且單據(jù)難以統(tǒng)計(jì)管理，因此需要采用信息化系統(tǒng)進(jìn)行單據(jù)的開(kāi)具和管理。

（2） 減少人力投入?；鶎铀芾砣藛T編制有限［10］，而往往需要管理的采砂點(diǎn)位路途遙遠(yuǎn)且分散，無(wú)法投入足夠的人力對(duì)各個(gè)采區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管。需在加強(qiáng)砂石采運(yùn)過(guò)程監(jiān)管的同時(shí)，減少人力投入，提升監(jiān)管效率和效果。

（3） 客觀(guān)掌握實(shí)時(shí)開(kāi)采數(shù)據(jù)。以往監(jiān)管數(shù)據(jù)的收集實(shí)時(shí)性較差，往往在月末、季末甚至年末時(shí)由砂石開(kāi)采企業(yè)自行上報(bào)，監(jiān)管方式以抽查為主，難以掌握實(shí)時(shí)開(kāi)采情況。需采集采區(qū)的實(shí)時(shí)開(kāi)采數(shù)據(jù)，避免超量、超時(shí)等情況的發(fā)生［11］。

1.2設(shè)計(jì)思路

（1） 盡量減少人為干預(yù)。設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是盡量減少人為干預(yù)，保證監(jiān)管數(shù)據(jù)的客觀(guān)性。長(zhǎng)江干流使用砂石采運(yùn)管理單的過(guò)程中，主要采取水尺計(jì)重的方式［12］，由專(zhuān)業(yè)人員對(duì)船體吃水線(xiàn)丈量后估算該船的運(yùn)載量。人工測(cè)量過(guò)程中難免引入誤差導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，而且在缺少互相監(jiān)督的情況下容易產(chǎn)生腐敗問(wèn)題［13］。另外，由于上岸后主要靠車(chē)輛運(yùn)輸，如果人工進(jìn)行每車(chē)的計(jì)重填報(bào)，工作量極大，難以持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，影響數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

（2） 盡量減少對(duì)砂場(chǎng)已建系統(tǒng)的依賴(lài)和干擾。為準(zhǔn)確計(jì)量與結(jié)算，砂場(chǎng)一般會(huì)建立自己的稱(chēng)重管理系統(tǒng)，對(duì)砂石的裝運(yùn)和銷(xiāo)售情況進(jìn)行流程化管理。如果直接使用砂場(chǎng)管理系統(tǒng)提供的砂石數(shù)據(jù)，需要讓其開(kāi)放數(shù)據(jù)接口提取相關(guān)數(shù)據(jù)，這一方面難以保證其提供的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠；另一方面由于需要對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行適配修改，會(huì)極大提高適配的工作量，存在一定的協(xié)調(diào)難度，開(kāi)發(fā)完成時(shí)間無(wú)法保證，在系統(tǒng)大面積鋪開(kāi)建設(shè)時(shí)難以控制整體進(jìn)度。

（3） 因地制宜提供多種監(jiān)管方式。因?yàn)榈乩砦恢?、?jīng)濟(jì)狀況、運(yùn)營(yíng)模式等差異，不同區(qū)域的砂石采運(yùn)、加工、銷(xiāo)售、管理方式存在較大差異，應(yīng)根據(jù)不同地域和不同模式的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)因地制宜地選取對(duì)應(yīng)的監(jiān)管方式，從而達(dá)到有效監(jiān)管的目的。

2功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圍繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)出地磅開(kāi)單、皮帶秤監(jiān)管、打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)等3種不同模式的自動(dòng)監(jiān)管計(jì)量方式。

2.1地磅開(kāi)單

地磅開(kāi)單監(jiān)管方式適用于采用地磅對(duì)上岸/銷(xiāo)售時(shí)運(yùn)輸車(chē)輛的砂石進(jìn)行稱(chēng)重的場(chǎng)景。地磅的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

車(chē)輛在裝載砂石后經(jīng)過(guò)地磅進(jìn)行車(chē)重稱(chēng)量，稱(chēng)重后工作人員對(duì)該車(chē)輛開(kāi)具內(nèi)部管理單據(jù)，人工打印并手動(dòng)簽名留底［14］，主要包括車(chē)牌、車(chē)重、時(shí)間等相關(guān)信息。

在這種運(yùn)營(yíng)模式下，使用地磅開(kāi)單系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管，原理如圖2所示。

地磅通過(guò)傳感器將車(chē)重?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)椒Q(chēng)重儀表，由稱(chēng)重儀表將數(shù)據(jù)反饋到企業(yè)銷(xiāo)售管理系統(tǒng)。通過(guò)在稱(chēng)重儀表和企業(yè)銷(xiāo)售管理系統(tǒng)間插入“串口監(jiān)聽(tīng)器”對(duì)儀表獲取的重量數(shù)據(jù)進(jìn)行截取，獲取到車(chē)輛的稱(chēng)重，然后通過(guò)新建/接入的車(chē)牌識(shí)別攝像頭獲取到稱(chēng)重車(chē)輛的車(chē)牌信息，數(shù)據(jù)整合后傳送給本地服務(wù)器進(jìn)行處理和緩存，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳給數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)。

增加的這套軟硬件系統(tǒng)，不依賴(lài)于各砂場(chǎng)現(xiàn)有的銷(xiāo)售管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口，也不影響其原有的業(yè)務(wù)管理流程，采用硬件數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)的方式可靠性更高、真實(shí)性更強(qiáng)；通過(guò)無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不影響砂場(chǎng)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不要求其銷(xiāo)售管理系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力，可進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)的安全性，防止外部網(wǎng)絡(luò)攻擊；通過(guò)在本地服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，可有效兼容網(wǎng)絡(luò)斷線(xiàn)等異常情況，避免數(shù)據(jù)丟失。

2.2皮帶秤監(jiān)管

皮帶秤監(jiān)管方式適用于采用皮帶秤對(duì)上岸砂石進(jìn)行稱(chēng)重的場(chǎng)景。皮帶傳輸?shù)倪\(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

皮帶傳輸砂石具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)［15］。通過(guò)在圖中皮帶下畫(huà)圈的位置增加相應(yīng)的傳感器（也就是俗稱(chēng)的皮帶秤），可以感知經(jīng)過(guò)皮帶的砂石重量，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)和累加之后可以得出一段時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)纳笆傊亓俊?/p>

皮帶秤監(jiān)管系統(tǒng)的監(jiān)管原理如圖4所示。

皮帶秤監(jiān)管方式與地磅開(kāi)單方式類(lèi)似，但因?yàn)榻?jīng)過(guò)皮帶傳輸?shù)纳笆恍枰?chē)牌相關(guān)信息，因此不需要建設(shè)攝像頭獲取車(chē)牌號(hào)。在皮帶秤儀表和企業(yè)原有銷(xiāo)售管理系統(tǒng)間增加串口監(jiān)聽(tīng)能力，將獲取的重量數(shù)據(jù)經(jīng)稱(chēng)重網(wǎng)關(guān)累加后傳輸?shù)奖镜胤?wù)器進(jìn)行緩存，再經(jīng)由無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)上傳至數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)。

皮帶秤監(jiān)管方式與地磅開(kāi)單方式也具備相同的優(yōu)點(diǎn)，可減少對(duì)企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)環(huán)境的依賴(lài)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌控相關(guān)采量數(shù)據(jù)。

2.3打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)

打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)一般用于銷(xiāo)售出口監(jiān)管，當(dāng)車(chē)輛裝載砂石從廠(chǎng)區(qū)離開(kāi)時(shí)會(huì)稱(chēng)重并打印紙質(zhì)的裝載量單據(jù)提供給司機(jī)。這種情況下絕大部分可以采用地磅開(kāi)單方式進(jìn)行監(jiān)管，但當(dāng)部分砂場(chǎng)存在對(duì)應(yīng)多采區(qū)砂石來(lái)源的情況下，則需要通過(guò)打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)方式進(jìn)行區(qū)別處理。示例單據(jù)如圖5所示。

此單據(jù)上記錄了完整的車(chē)牌、重量、價(jià)格、時(shí)間等信息，除此之外，第二行還記錄了砂石對(duì)應(yīng)的運(yùn)砂船號(hào)“XX貨1234”。由于船號(hào)和采區(qū)是一一對(duì)應(yīng)的，因此通過(guò)該運(yùn)砂船號(hào)可查詢(xún)到此車(chē)砂石對(duì)應(yīng)的采區(qū)，從而區(qū)分各采區(qū)的實(shí)際開(kāi)采量。

打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)的監(jiān)管原理如圖6所示。

打印機(jī)與磅房電腦之間有數(shù)據(jù)線(xiàn)連接，在這兩臺(tái)設(shè)備之間插入打印機(jī)接口監(jiān)聽(tīng)器獲取傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)由稱(chēng)重網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析獲取到單據(jù)上打印的重量、船名、車(chē)牌等數(shù)據(jù)，再根據(jù)船名將重量劃分到對(duì)應(yīng)的采區(qū)，實(shí)現(xiàn)采區(qū)采量的區(qū)分。

打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)方式，對(duì)于順利區(qū)分多采區(qū)砂石來(lái)源有較好的監(jiān)管效果。

3應(yīng)用效果

2022年，四川省全面鋪開(kāi)建設(shè)砂石采運(yùn)監(jiān)管系統(tǒng)，對(duì)砂石的開(kāi)采、運(yùn)輸、銷(xiāo)售等各環(huán)節(jié)進(jìn)行全面監(jiān)管，建成了砂石采運(yùn)管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

該平臺(tái)用于接收和匯聚各砂場(chǎng)的實(shí)時(shí)開(kāi)采數(shù)據(jù)。同時(shí)，為了完成各砂場(chǎng)數(shù)據(jù)的傳輸，針對(duì)各砂場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況選用了地磅開(kāi)單、皮帶秤監(jiān)管、打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)等多種數(shù)據(jù)采集和監(jiān)管手段，做到了不影響各砂場(chǎng)原有應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動(dòng)生成和上傳、監(jiān)管實(shí)時(shí)在線(xiàn)。截至2022年底，全省各地市州實(shí)現(xiàn)了監(jiān)管系統(tǒng)全覆蓋，共建設(shè)190余個(gè)砂場(chǎng)，安裝監(jiān)管設(shè)備200余套，生成有效監(jiān)管數(shù)據(jù)22萬(wàn)余張。

4結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)地磅開(kāi)單、皮帶秤監(jiān)管、打印機(jī)監(jiān)聽(tīng)等自動(dòng)監(jiān)管手段的建設(shè)，可以將各砂場(chǎng)的實(shí)時(shí)開(kāi)采和轉(zhuǎn)運(yùn)量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)。同時(shí)由于上述監(jiān)管手段不需要人為干預(yù)，在很大程度上減輕了監(jiān)管人員的工作量，擴(kuò)大了監(jiān)管范圍，提升了監(jiān)管效率，確保了采砂數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，促進(jìn)四川省的采砂信息化水平邁上了新的臺(tái)階。

下一步，將著力解決自動(dòng)采集過(guò)程中由于砂場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理不規(guī)范引入的異常單據(jù)問(wèn)題，使該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更加高效可靠。

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（編輯：鄭 毅）