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煤炭自動發運系統防作弊技術研究
发布者:鹰腾称重 发布时间:2020-03-21 18:09:41 阅读:146

煤炭行業在我國經濟發展具有不可替代的地位,隨著經濟的發展,對于煤炭的需求量也持續增加[[1] 吴习波,麦树辉.防作弊电子计价秤研究[J].衡器,2017,46(4):23-24.">1]。煤炭運銷管理是煤炭行業中的重要一環。煤炭運銷的運營在我國煤炭發運中存在流程繁瑣、效率低下、缺乏有效的管理和車輛引導策略等問題,導致經常出現堵車、煤炭丟失、品種錯裝的問題。行業內各級煤炭企業均加大了對信息化發展與建設的投入,尤其是在硬件設備的設計實現和軟件系統的維護與升級方面,都大大增加了投入[[2] 宋殿学,刘丹.加油机计量防作弊技术研究进展综述[J].河南科技,2018,43(17):114-115.">2]

煤炭的智能發運涉及多方面的技術問題,同時由于管理規模較大,各部門之間不能進行有效溝通,容易造成經濟損失。故在此通過智能發運關鍵技術的研究與實現,提出了有效的煤炭發運智能調度策略,設計實現了新型的煤炭發運系統,運用防作弊技術重點設計了防作弊報警硬件設備,極大地緩解了煤炭廠區車輛亂行無序的現狀。

1 煤炭发运系统的流程及总体设计

1.1 煤炭发运流程研究

由于現有煤炭發運流程多爲人工操作,設備落後,程序繁瑣,耗時費力,並且多出現由于人員疏忽引起的偷料、裝錯料的情況[[3] 张晶,陈林.煤炭销售过程中防作弊功能的设计与实现[J].内蒙古煤炭经济,2016,34(22):43,50.">3,[4] Microsoft Technology Licensing LLC.Patent issued for using hardware based secure isolated region to prevent piracy and cheating on electronic devices(USPTO 10257189)[J].Computers,Networks&Communications,2019.">4,[5] 孟凡玲.浅谈燃油加油机的作弊与防作弊[J].轻工标准与质量,2017,28(2):72-73.">5]。通過將IC卡管理、射頻識別、紅外光柵防作弊報警等技術應用到煤炭發運系統中,現有的原材料車輛的運輸流程具體如圖1所示。

图1 煤炭原材料车辆运输流程

图1 煤炭原材料车辆运输流程   下載原圖

Fig.1 Flow chart of coal raw material vehicle transportation

煤炭廠采購部門制定采購計劃,並向相關單位購買,簽訂采購合同;原材料廠家或者運輸單位司機憑借供貨單,辦理進廠手續,提供車牌號、産品名稱和供貨廠家;汽車衡稱一次重,記錄車輛毛重信息;到指定卸料點卸料,如果貨物是石灰石則需由卸料點工作人員驗收,驗收合格後車輛到汽車衡做二次稱重;汽車衡稱二次重後記錄車輛皮重信息,如果供貨單上有供方淨重時,檢斤人員應手動輸入供方淨重,以供方淨重爲准,打印檢斤單。車輛准備出廠,門衛管理人員核對車輛檢斤信息後,允許車輛出廠。

1.2 煤炭发运系统的设计

針對現有煤炭發運工藝流程存在的問題,將計算機控制、卡管理、防作弊等技術應用于煤炭發運系統中,並設計了煤炭發運系統的總體結構(如圖2所示)。

图2 煤炭发运系统总体结构

图2 煤炭发运系统总体结构   下載原圖

Fig.2 Overall structure of coal transportation system

智能發運系統主要實現煤炭的調運管理部分的功能。整個系統實現的需求是保證用戶先進行系統登錄[[6] 赵钢.电子计价秤防作弊浅析[J].内蒙古科技与经济,2017,21(8):29,31.">6],在經過用戶名和密碼驗證後,用戶正常使用系統功能;在業務處理過程中,促成煤炭車輛發運計劃,彙總車輛計劃,並制成發貨記錄表[[7] 关旭日.长途客运车辆全程防作弊系统中央控制装置的研制[D].兰州:兰州交通大学,2017.">7]。在此,以煤炭發運過程中的檢斤管理爲研究重點,尤其涉及到防作弊技術。

与防作弊技术相关的无线射频识别RFID(radio frequency identification)电子标签,又称射频识别技术[[8] 刘濮.谈电子衡器的防作弊方法及应对措施[J].民营科技,2017,23(8):70.">8,[9] 白天禄.某粮食企业称重防作弊管理系统技术方案[J].衡器,2017,46(11):21-25.">9],將該技術應用于運送煤炭車車輛的身份認證中,爲每輛煤炭車輛發放不同的電子標簽。該標簽具有唯一的卡號[[10] 朱垠安.浅谈电子汽车衡防作弊技术[J].中国计量,2016,21(10):119.">10],可節省人力成本且更加安全可靠。

主動的防作弊技術使汽車衡檢斤人員的工作從現場轉移到了調度室。爲避免車輛不完全停放到汽車衡上來進行稱重作弊的行爲,在汽車衡稱重上應用紅外對射技術,可以很好地解決這一問題。

紅外對射即主動紅外入侵探測器,基本的構造包括發射端、接收端、光束強度指示燈、光學透鏡等[[11] 信思旭,马春香,蒋佳男,等.激光式ETC防作弊系统解决方案探析[J].中国交通信息化,2018,18(4):101-103.">11]。其偵測原理是利用經紅外光發射二極管發射紅外脈沖射束,再經光學鏡面做聚焦處理使紅外脈沖射束傳至很遠距離,由受光器接收。當紅外脈沖射束被遮擋中斷時,受光器接收不到信號而發出警報。在汽車衡的兩端安裝紅外對射裝置,當車輛沒有完全停放在汽車衡上時,車身會擋住紅外脈沖光束,系統發出報警並阻止其稱重,這樣從根本上避免了車輛稱重作弊的行爲。

1.3 煤炭发运系统调度策略

煤炭發運過程中,使用汽車衡對車輛稱重是關鍵環節。車輛對汽車衡的分配不當容易引發堵車、汽車衡分配不均、車輛交錯上衡等情況,引發車輛擁堵[[12] 梁路坚.电子汽车衡传感器的原理及应用[J].科技资讯,2018,16(7):104-105.">12]。根據對汽車衡分配的策略不同可以分爲平均汽車衡調度策略和計劃汽車衡調度策略,可最大程度地利用汽車衡資源,盡可能地避免堵車和汽車衡分配不均的現象出現。以下分別對2種策略及其實施步驟加以說明:

策略Ⅰ平均汽車衡調度策略

平均汽車衡調度策略是把進廠車輛平均到各個汽車衡,即進廠車輛進入每一汽車衡的機會均等,可以有效地利用汽車衡資源,提高檢斤效率。操作步驟如下:

步驟1選擇當前空閑汽車衡,等待二次稱重的車輛數Wi最小的汽車衡i爲

 

式中:A爲汽車數量;Wi爲汽車衡i上等待二次重檢斤車輛總數。

步驟2汽車衡i空閑,並且車輛估計值G小于該汽車衡i上限Li,即:

 

式中:Qi爲i號汽車衡狀態;Li爲汽車衡i量程上限;G爲車輛重量估計值;B爲邏輯判斷值。B=1,表示汽車衡i可用,將進廠車輛分配到最優汽車衡i上;B=0,表示汽車衡不可用,將跳到步驟1。

當有進廠車輛請求一次稱重時,應先通過步驟1計算出最優汽車衡i。然後,通過步驟2判斷汽車衡是否空閑可用,如果汽車衡空閑可用,則將進廠車輛分配到最優汽車衡i上;如果汽車衡不可用,則跳到步驟1,在剩余汽車衡中重新計算出最優汽車衡,重複以上操作,直至獲得最優可用汽車衡。

策略Ⅱ計劃汽車衡調度策略

計劃汽車衡調度策略是根據車輛進廠車道,爲車輛分配最方便快捷的汽車衡。具體操作流程如下:

步驟1首先判斷進廠車道k對應的汽車衡是否空閑並且可用,即

 

式中:Qi爲i號汽車衡狀態;Li爲汽車衡i量程上限;G爲車輛重量估計值;C爲邏輯判斷值,取C=0,1。C=1時i=k,即k號汽車衡可用,將車輛分配到k號汽車衡;C=0時i≠k,即k號汽車衡不能用,則令i=k+1,跳轉到步驟2。

步驟2當步驟1中C=0時,選擇i=k+1,判斷i是否屬于可用汽車衡範圍,是則判斷汽車衡是否空閑並可用,即

 

式中:Qi爲i號汽車衡狀態;Li爲汽車衡i量程上限;G爲車輛重量估計值;D爲邏輯判斷值,取D=0,1。D=1時i=k+1,即k+1號汽車衡可用,將車輛分配到k+1號汽車衡;D=0時i≠k+1,即k+1號汽車衡不能用,則令i=k-1,跳轉到步驟3。

步驟3當步驟1中C=0時選擇i=k-1,判斷i是否屬于可用汽車衡範圍,是則判斷汽車衡是否空閑並可用,即

 

式中:Qi爲i號汽車衡狀態;Li爲汽車衡i量程上限;G爲車輛重量估計值;E爲邏輯判斷值,取E=0,1。E=1時i=k-1,即k-1號汽車衡可用,將車輛分配到k-1號汽車衡;E=0時i≠k-1,即k-1號汽車衡不能用,則令i=k+2,重複步驟2和步驟3,直至選擇到合適的汽車衡。

2 煤炭发运系统的防作弊报警硬件设计

煤炭发运系统的关键部分就是防作弊技术。报警硬件装置,在此主要用于保证运送煤炭的车整体放置在汽车衡上进行称重。防作弊的红外光栅形成一面电子墙,可以保证全部覆盖车身。系统对电子信号进行采集,防止车身停放不符合规则。所采用的红外设备是广州艾礼富的ABE-50型,如图3所示。ABE-50保证了50 m以内的完全探测距离,拥有领先的主动型红外探测技术[[13] 刘旭龙.衡器在物联网中的应用[J].计量与测试技术,2017,44(6):118,120.">13]、一體化的設計結構,其優良的抗光學幹擾特性使得測量更爲精准,快速的感應速度可以大大節省感應測量時間。

安裝有紅外設備的現場如圖4所示。數據的采集卡采用淩華的PCI-6432采集卡,通過電路板上的40芯IDC頭連接外場信號,共地的連接方式保證板卡的安全性,采用芯片LS245,連接到計算機中,從而讀取采集卡上的內容。該板卡具有較寬的輸入電壓,抗幹擾性強[[14] 梁广超,蒋丽,刘海英.燃油加油机防作弊系统的检测研究[J].计量与测试技术,2016,43(6):13-14.">14,[15] 韩芝星,蔡晓龙.基于二叉树SVM的动态称重系统作弊检测的研究[J].工业仪表与自动化装置,2018,48(1):82-85.">15]

图3 红外设备

图3 红外设备   下載原圖

Fig.3 Infrared equipment

图4 安装现场

图4 安装现场   下載原圖

Fig.4 Installation site

PCI-6432的軟件包含PCI-6432驅動程序、動態連接庫。先進行驅動安裝,將PCI-6432硬件插入計算機的某一PCI插槽中,啓動計算機進入Windows系統,自動尋找到新硬件;根據硬件安裝向導,搜索最新驅動程序(指定位置/浏覽)CDROM盤符:/PCI/pci6432,確定。安裝後,如果從(控制面板/系統/設備管理器)中可找到外部設備:PCI接口,則表明硬件驅動安裝正確。安裝完成後需重啓計算機。

红外防作弊报警装置设计原理如图5所示。PCI-6432提供32路物理开关,将采集卡设备插入检斤计算机中的PCI插槽,就可以正常使用。从J3接口引出LS245的接口连接到计算机外面,根据图5所示,对于每个运送煤炭车的汽车衡前后都要安装一组红外对射设备ABE-50,继电器对该设备进行串联,电源电压为5 V。

图5 红外防作弊报警装置设计原理

图5 红外防作弊报警装置设计原理   下載原圖

Fig.5 Design schematic of infrared anti-cheating alarm equipment

在車輛行駛過程中,若沒有按照規則停放,存在作弊行爲,就會遮擋紅外對射設備的光,使繼電器産生動作,系統根據采集卡的上電信號的變化判斷,將檢斤過程中止,從而防止檢斤過程中的作弊行爲。

3 防作弊技术的软件设计与实现

爲了保證煤炭發運系統的安全,在使用系統的發運功能之前,需要首先登錄煤炭發運系統;使用常規的登錄方式,用戶需要輸入用戶名和密碼,然後點擊登錄按鈕,這時浏覽器向數據服務器發送訪問的請求,將用戶的用戶名與數據庫的信息進行比對,接著比較兩者的密碼。該登錄方式需要進行架構中不同層次的多次通信交互,在完成密碼驗證以後,用戶接入到系統管理界面,進一步使用系統的功能。登陸過程的具體描述如圖6所示。

图6 工作人员系统登录的实现过程

图6 工作人员系统登录的实现过程   下載原圖

Fig.6 Implementation of staff system login

進入數據存儲模塊後,結合紅外防作弊報警和RFID管理的技術可以實現車輛檢斤的功能,並將檢斤的結果在軟件界面中顯示出來。檢斤管理程序如圖7所示,其主要包括信息的顯示、防作弊報警提示、稱重過程。

图7 检斤管理软件结构

图7 检斤管理软件结构   下載原圖

Fig.7 Software structure of catty inspection management

信息顯示模塊記錄了車輛的車牌號以及進出廠的IC卡信息,操作人員可以輸入有關車輛的信息,完成信息的錄入。其界面操作如圖8所示。

图8 煤炭车辆信息录入界面

图8 煤炭车辆信息录入界面   下載原圖

Fig.8 Coal vehicle information input interface

當有進出煤炭廠的運送車輛,首先向進廠車輛發卡;在出發前要收回出廠車輛的IC卡。在此過程中可能會出現丟失IC卡的情況,此時需要操作人員到補卡界面完成補卡操作。IC補卡的操作界面如圖9所示。

图9 煤炭车IC补卡管理界面

图9 煤炭车IC补卡管理界面   下載原圖

Fig.9 IC card supplement management interface of coal car

與此同時,還會利用RFID技術對進出廠的煤炭車進行識別與跟蹤,防止一卡多車的現象發生。通過檢測車輛的RFID序號,保證車輛的唯一性,已經領到卡的車輛才能正常發運,每次更換讀卡器時,也要進行相應的更換。其操作界面如圖10所示。

图1 0 煤炭车射频卡管理软件界面

图1 0 煤炭车射频卡管理软件界面   下載原圖

Fig.10 Coal car RF card management software interface

當對車輛進行稱重時,應對車輛進行檢測,由防作弊模塊檢測車輛是否完全停放在汽車衡上。該模塊會根據規則完成指定的操作過程,如果沒有告警産生,則自動完成稱重環節;如果有告警發出,則阻止稱重的進行,顯示警告界面,並且依據不同煤炭車的情況選擇不同的稱重界面。當車輛檢重過衡後,界面會顯示已稱重,檢斤管理程序完成則車輛信息自動消失。煤炭車防作弊管理軟件界面如圖11所示。

图1 1 煤炭车防作弊管理软件界面

图1 1 煤炭车防作弊管理软件界面   下載原圖

Fig.11 Coal truck anti-cheating management software interface

爲了驗證系統設計的合理性,系統完成後進行了模擬試驗。試驗中,當車輛正常通過汽車衡時,系統顯示自動稱重界面,界面效果如圖12所示。當車輛未完全上磅,企圖減少載貨質量時,系統發出告警,作弊檢測的警告界面如圖13所示。由圖可見,防作弊系統能夠有效地檢測到運輸人員的偷料行爲,提高煤炭運輸管理效率,降低運輸管理難度。

图1 2 正常称重界面

图1 2 正常称重界面   下載原圖

Fig.12 Normal weighing interface

图1 3 作弊检测的警告界面

图1 3 作弊检测的警告界面   下載原圖

Fig.13 Warning interface of cheating detection

4 结语

從煤炭發運系統的實際運行現狀開始,分析了發運系統的需求,劃分了出合理的模塊,重點針對系統中的防作弊關鍵技術進行研究;采用針對現有煤炭發運流程人工操作繁瑣,容易出現管理漏洞的問題,采用物聯網技術設計了新型的煤炭發運系統,提出了基于IC卡管理和電子標簽識別的車輛雙重射頻認證技術,有效地避免了發運過程中煤炭偷料現象的發生;采用防作弊預警技術,重點實現對于發運中存在的作弊行爲的問題解決,保證煤炭發運的及時、准確、快捷。在後續的研究中,將繼續加強功能的細節研究,提高商業化程度,提高人工智能化的方式,與煤炭運輸過程中其他流程銜接得更加緊密一些,提高發運的效率。

 
 

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