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煤炭自動發運係統防作弊技術研究
發布者:快猫世界纪录你官方稱重 發布時間:2020-03-21 18:09:41 閱讀:699

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,對於煤炭的需求量也持續增加[[1] 吳習波,麥樹輝.防作弊電子計價秤研究[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係統的維護與升級方麵,都大大增加了投入[[2] 宋殿學,劉丹.加油機計量防作弊技術研究進展綜述[J].河南科技,2018,43(17):114-115.">2]

煤炭的智能發運涉及多方麵的技術問題,同時由於管理規模較大,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係統,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 煤炭發運係統的流程及總體設計

1.1 煤炭發運流程研究

由於現有煤炭發運流程多為人工操作,設備落後,程序繁瑣,耗時費力,並且多出現由於人員疏忽引起的偷料、裝錯料的情況[[3] 張晶,陳林.煤炭銷售過程中防作弊功能的設計與實現[J].內蒙古煤炭經濟,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&amp;Communications,2019.">4,[5] 孟凡玲.淺談燃油加油機的作弊與防作弊[J].輕工標準與質量,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係統中,現有的原材料車輛的運輸流程具體如圖1所示。

圖1 煤炭原材料車輛運輸流程

圖1 煤炭原材料車輛運輸流程   下載原圖

Fig.1 Flow chart of coal raw material vehicle transportation

煤炭廠采購部門製定采購計劃,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、產品名稱和供貨廠家;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,以供方淨重為準,打印檢斤單。車輛準備出廠,門衛管理人員核對車輛檢斤信息後,允許車輛出廠。

1.2 煤炭發運係統的設計

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

圖2 煤炭發運係統總體結構

圖2 煤炭發運係統總體結構   下載原圖

Fig.2 Overall structure of coal transportation system

智能發運係統主要實現煤炭的調運管理部分的功能。整個係統實現的需求是保證用戶先進行係統登錄[[6] 趙鋼.電子計價秤防作弊淺析[J].內蒙古科技與經濟,2017,21(8):29,31.">6],在經過用戶名和密碼驗證後,用戶正常使用係統功能;在業務處理過程中,促成煤炭車輛發運計劃,匯總車輛計劃,並製成發貨記錄表[[7] 關旭日.長途客運車輛全程防作弊係統中央控製裝置的研製[D].蘭州:蘭州交通大學,2017.">7]。在此,以煤炭發運過程中的檢斤管理為研究重點,尤其涉及到防作弊技術。

與防作弊技術相關的無線射頻識別RFID(radio frequency identification)電子標簽,又稱射頻識別技術[[8] 劉濮.談電子衡器的防作弊方法及應對措施[J].民營科技,2017,23(8):70.">8,[9] 白天祿.某糧食企業稱重防作弊管理係統技術方案[J].衡器,2017,46(11):21-25.">9],將該技術應用於運送煤炭車車輛的身份認證中,為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.淺談電子汽車衡防作弊技術[J].中國計量,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。為避免車輛不完全停放到汽車衡上來進行稱重作弊的行為,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,馬春香,蔣佳男,等.激光式ETC防作弊係統解決方案探析[J].中國交通信息化,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衝射束,再經光學鏡麵做聚焦處理使紅外脈衝射束傳至很遠距離,由受光器接收。當紅外脈衝射束被遮擋中斷時,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,車身會擋住紅外脈衝光束,係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為。

1.3 煤炭發運係統調度策略

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] 梁路堅.電子汽車衡傳感器的原理及應用[J].科技資訊,2018,16(7):104-105.">12]。根據對汽車衡分配的策略不同可以分為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為

 

式中:A為汽車數量;Wi為汽車衡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小於該汽車衡i上限Li,即:

 

式中:Qi為i號汽車衡狀態;Li為汽車衡i量程上限;G為車輛重量估計值;B為邏輯判斷值。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,在剩餘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,為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為i號汽車衡狀態;Li為汽車衡i量程上限;G為車輛重量估計值;C為邏輯判斷值,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是否屬於可用汽車衡範圍,是則判斷汽車衡是否空閑並可用,即

 

式中:Qi為i號汽車衡狀態;Li為汽車衡i量程上限;G為車輛重量估計值;D為邏輯判斷值,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是否屬於可用汽車衡範圍,是則判斷汽車衡是否空閑並可用,即

 

式中:Qi為i號汽車衡狀態;Li為汽車衡i量程上限;G為車輛重量估計值;E為邏輯判斷值,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 煤炭發運係統的防作弊報警硬件設計

煤炭發運係統的關鍵部分就是防作弊技術。報警硬件裝置,在此主要用於保證運送煤炭的車整體放置在汽車衡上進行稱重。防作弊的紅外光柵形成一麵電子牆,可以保證全部覆蓋車身。係統對電子信號進行采集,防止車身停放不符合規則。所采用的紅外設備是廣州艾禮富的ABE-50型,如圖3所示。ABE-50保證了50 m以內的完全探測距離,擁有領先的主動型紅外探測技術[[13] 劉旭龍.衡器在物聯網中的應用[J].計量與測試技術,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為精準,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] 梁廣超,蔣麗,劉海英.燃油加油機防作弊係統的檢測研究[J].計量與測試技術,2016,43(6):13-14.">14,[15] 韓芝星,蔡曉龍.基於二叉樹SVM的動態稱重係統作弊檢測的研究[J].工業儀表與自動化裝置,2018,48(1):82-85.">15]

圖3 紅外設備

圖3 紅外設備   下載原圖

Fig.3 Infrared equipment

圖4 安裝現場

圖4 安裝現場   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,啟動計算機進入Windows係統,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/瀏覽)CDROM盤符:/PCI/pci6432,確定。安裝後,如果從(控製麵板/係統/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。安裝完成後需重啟計算機。

紅外防作弊報警裝置設計原理如圖5所示。PCI-6432提供32路物理開關,將采集卡設備插入檢斤計算機中的PCI插槽,就可以正常使用。從J3接口引出LS245的接口連接到計算機外麵,根據圖5所示,對於每個運送煤炭車的汽車衡前後都要安裝一組紅外對射設備ABE-50,繼電器對該設備進行串聯,電源電壓為5 V。

圖5 紅外防作弊報警裝置設計原理

圖5 紅外防作弊報警裝置設計原理   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,存在作弊行為,就會遮擋紅外對射設備的光,使繼電器產生動作,係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為。

3 防作弊技術的軟件設計與實現

為了保證煤炭發運係統的安全,在使用係統的發運功能之前,需要首先登錄煤炭發運係統;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,這時瀏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,用戶接入到係統管理界麵,進一步使用係統的功能。登陸過程的具體描述如圖6所示。

圖6 工作人員係統登錄的實現過程

圖6 工作人員係統登錄的實現過程   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麵中顯示出來。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。

圖7 檢斤管理軟件結構

圖7 檢斤管理軟件結構   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。其界麵操作如圖8所示。

圖8 煤炭車輛信息錄入界麵

圖8 煤炭車輛信息錄入界麵   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麵完成補卡操作。IC補卡的操作界麵如圖9所示。

圖9 煤炭車IC補卡管理界麵

圖9 煤炭車IC補卡管理界麵   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。其操作界麵如圖10所示。

圖1 0 煤炭車射頻卡管理軟件界麵

圖1 0 煤炭車射頻卡管理軟件界麵   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,如果沒有告警產生,則自動完成稱重環節;如果有告警發出,則阻止稱重的進行,顯示警告界麵,並且依據不同煤炭車的情況選擇不同的稱重界麵。當車輛檢重過衡後,界麵會顯示已稱重,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麵如圖11所示。

圖1 1 煤炭車防作弊管理軟件界麵

圖1 1 煤炭車防作弊管理軟件界麵   下載原圖

Fig.11 Coal truck anti-cheating management software interface

為了驗證係統設計的合理性,係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,係統顯示自動稱重界麵,界麵效果如圖12所示。當車輛未完全上磅,企圖減少載貨質量時,係統發出告警,作弊檢測的警告界麵如圖13所示。由圖可見,防作弊係統能夠有效地檢測到運輸人員的偷料行為,提高煤炭運輸管理效率,降低運輸管理難度。

圖1 2 正常稱重界麵

圖1 2 正常稱重界麵   下載原圖

Fig.12 Normal weighing interface

圖1 3 作弊檢測的警告界麵

圖1 3 作弊檢測的警告界麵   下載原圖

Fig.13 Warning interface of cheating detection

4 結語

從煤炭發運係統的實際運行現狀開始,分析了發運係統的需求,劃分了出合理的模塊,重點針對係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係統,提出了基於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,重點實現對於發運中存在的作弊行為的問題解決,保證煤炭發運的及時、準確、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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