无人值守称重当中的以太网、RFID、红外线装置模块在港口远程计量系统的应用实例
利用红外线装置和视屏监控系统实现防作弊监控。运用电子地磅系统和自助服务系统实现自动称重、操作指引等功能。港口远程值守计量系统升级改造后，港口计量作业效率提高约50%，港口劳动力成本大幅降低。
1 远程值守计量系统设计原则
1.1 港区车辆“一车一卡”制汽车首次进港前须办理1张专属的车卡，并将车卡粘贴固定在车辆前挡风玻璃上，这就是车辆出入港区的“身份证”。为了减少作弊行为的发生，要求该车卡具有唯一性，即撕毁便失效的特性，以此来防范不法分子偷换车卡的行为。当车辆正常进入港区后，须由港方人员对车卡的RFID电子标签进行业务绑定，这样车辆就拥有本次装卸业务的“电子凭证”。1.2 作业指令电子化作业指令电子化是实现信息自动化的关键。为了提高信息流转效率，要求计量系统能够自动识别电子标签信息和车辆当前作业状态，并且可根据作业流程对作业指令进行变更，通过这样的程序设定来实现系统作业流程的自我控制。例如：在RFID电子标签绑定好业务信息后，初始作业指令为“请空车称重”，而当该车完成空车称重后，系统会自动将作业指令变更为“已完成空车称重，请到指定位置装货”，那么该车此时就可以去指定堆场装货;若该车辆未按既定指令进入下一作业流程，那么系统会识别出“状态异常”，并且进行警报提示。另外，为了解决系统异常问题，有必要开通人工干预作业流程的渠道。1.3 实现计量自动化和远程视频监控计量自动化和远程视频监控是远程值守计量系统需要实现的重要功能。要求该系统在汽车称重过程中，可通过声音或屏幕显示等方式对车辆进行指引。同时，要求红外感应设备不间断地监测车辆状态，只有在判断车辆状态无误后，才可进行称重。系统若监测到车辆可能存在作弊行为时，则应自动暂停计量动作，并向监控人员报警提示。另外，在建立远程监控系统时，要求监控视角覆盖磅台及其周边有效区域，由司磅人员远程协助称重。
2 远程值守计量系统子系统及其功能
远程值守计量系统主要包括RFID电子标签识别系统、电子地磅系统、自助服务终端系统、防作弊系统、视频监控系统等子系统。各子系统之间通过以太网和现场总线构建起通信网络，并实现信息的互联互通。远程值守计量系统示意图见图1。
2.1 RFID电子标签识别系统RFID电子标签识别系统主要由电子标签、天线和阅读器等3部分构成。[2]当RFID电子标签进入阅读器的可读取范围内时，阅读器受到触发并重复对RFID电子标签进行读取，直到成功识别才停止，然后系统将获取的数据上传至生产业务系统。为了保证RFID电子标签硬件控制系统与业务系统之间数据交换的稳定性，采用网络服务接口模式进行设计，最大程度降低2个系统之间的耦合度。通过这种方式，即便存储RFID电子标签信息的数据库软件或后端应用程序发生变动，应用端也能正常处理，从而避免多对多连接方式维护复杂的问题。生产业务系统与RFID电子标签硬件控制系统之间的数据交互模式见图2。
2.2 电子地磅系统电子地磅系统实现计量信息自动化。电子地磅器输出的称重数据与RFID电子标签绑定，经系统处理后传递给计算机称重处理模块，实现称重数据的自动累计，并形成1条称重记录。该记录会储存车牌号、货物、称重时间、出入库单号、收发货单位等信息。2.3 防作弊系统惯用的作弊手段主要包括车辆不完全上磅、减轻荷载等。防作弊系统利用设在地磅两端的红外线感应设备来解决车辆不完全上磅的问题。在一般情况下，红外线设备与IO设备间的信号连接保持常闭状态。当光束被阻挡时，IO设备收到连接中断信号，再将此信号传达至系统，继而暂停过磅动作。只有当地磅两端红外感应器均闭合时，系统才能从电子地磅器获取有效称重数据。针对减轻荷载的问题，技术人员在系统中设定数据比对规则，将本次空车称重数据与历史近10次平均空车称重数据进行对比，当数据差异超出阈值时则发出警告提示，那么港方人员会酌情对该车辆进行跟踪监控。2.4 视频监控系统每个地磅均部署5台摄像机，其拍摄范围覆盖磅体、车牌、驾驶室、车厢货物、司机自助办理点、称重仪表等区域。拍摄到的图像信息经通信网络传送至码头机房的硬盘中进行存储，并即时显示在远程监控室的视屏监控器上。视频监控系统示意图见图3。
2.5 自助服务终端系统自助服务终端系统主要包括LED显示器、小票打印设备和语音对讲设备等，其中LED显示器主要显示车牌号码、货物名称、空车质量、货物净重等信息，便于司机及时掌握称重信息。在称重结束后，司机可在小票打印设备上自助打印称重小票，同时远程操作端司磅人员也可以对打印设备进行控制。在整个称重过程中，司机若存有任何需求或疑问，都可以通过语音对讲设备与远程操作端司磅人员进行沟通，从而快速解决问题。
3 计量作业流程
3.1 RFID卡备案和业务绑定首次来港作业车辆须在业务大厅制定1张专属车卡并粘贴固定于汽车前挡风玻璃上，该车卡备份有车辆型号、归属单位、驾驶人身份、允许载重等基本信息。然后由仓库员应用手持机对车卡的RFID电子标签进行业务绑定，形成电子作业指令，该标签注明货物名称、出入库单号、堆场仓位、船舶名称等信息。3.2 空车称重环节首先，地磅前端的雷达扫描当感应到车辆缓慢行驶上地磅后，会向RFID电子标签识别系统发出运行信号，自动读取RFID电子标签，并语音播报流程动态。其次，红外感应装置会不间断地对车辆进行监控，检测其是否完全上到地磅，直至车辆完全上磅并且红外线处于闭合状态后，系统才会对车辆进行称重计量。最后，远端司磅人员通过视频系统监控整个过程，并操作计量系统进行“过磅确认”。当称重完成后， LED屏幕上会显示详细的计量信息，并且系统会语音播报“已完成空车称重，请到指定位置装货”，车辆即可到指定地点进行装卸作业。3.3 重车称重环节当车辆装卸作业完毕后，仓库员通过手持机将RFID电子标签作业指令变更为“已完成装卸，请进行重车称重”，此时车辆可进入“重车称重”环节。在雷达扫描及红外感应确认车辆完全上磅后，系统自动读取RFID电子标签信息，并对车辆进行重车称重，然后从后台数据库中调取出该车的空车质量，进而计算得出货物净重，同样由司磅员进行审核并进行“过磅确认”，RFID电子标签作业指令自动变更为“已完成重车称重”，车辆即可被放行出港。
4 项目实施情况
从2017年11月项目展开实施，经过方案规划、工程招投标、工程施工、设备联调等一系列工作，最终于2018年12月完成远程值守计量系统升级改造并正式投产运行。远程值守监控中心见图4，港区改造后的地磅见图5。
远程值守计量系统实现作业指令自动化、计量自动化、智能防作弊、远程监控等功能，在一定程度上提高港口作业效率，降低企业劳动力成本。(1)提升计量作业效率和准确率。在传统模式下，一般每车次称重约用时2 min，而远程值守模式下仅需1 min，计量作业效率提高约50%。同时，司磅人员操作出错率从20次/月降低至3次/月，准确率大幅度提升。(2)进一步增强称重监控力度，也对违规作弊行为起到很好的震慑作用，在保障港口经济利益的同时，也维护港口公平贸易的声誉。(3)自动化水平的提高使司磅员的劳动强度大幅下降，计量组司磅人员编制由21人减少至12人，按劳动力成本每年10万元/人计算，约节省成本90万元/a。