货物装载动态监测系统超偏载轨道衡仅限借鉴文档格式.docx
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三、系统总体设计
货物装载动态监测系统主要由货物装载监视、车轮称重系统、单片机系统、车号识别装置、后台数据库信息处理系统等几部分组成。
通过对经过监测点的列车图像、重量等数据的采集、储存，对货车的装载状态进行实时监控，由车轮称重装置提供货车轮重数据，由车号识别装置取得列车的车号及编组，由后台服务器主机监测系统通过对数据的实时分析从而判定是否超偏载。
经铁路驻厂联办、车站调度共同查看通过车辆的监测情况，以便对发现装载不良车辆进行及时处理。
1．系统配置
“货物装载动态监测系统”主要由以下模块组成：
数据综合处理系统；
轮重数据采集处理系统；
以单片机为核心的现场测控计轴系统；
视频采集装置及车号自动识别装置。
本系统重点开发了前三部分，车号识别直接引进了成熟技术。
从地理位置看，整个系统又可分为现场检测和后台计算机处理两部分，在轨道上和两侧分别布置用于监测的摄像机、照明灯、动态轨道衡系统、车号自动识别装置、计轴测速装置、网络通信设备等元件，前端负责数据采集及现场控制，为提高系统可靠性和耐气候性能，全部采用了嵌入式系统和模块化结构。
将现场所采集的数据经过集中转换，然后通过以太网传送至远端监测主机。
监测主机配置：
P43.06G+512MDDR333+320GHD
客户机配置：
C3.06G+512MDDR333+80GHD
另外，还需要远程网络传输设备、交换机、10/100M网卡、液晶显示器、报警音箱等外部设备。
轮重数据采集电脑配置：
P42.8G+512MDDR333+80GHD
+PCL-816A/D卡+10/100M网卡
整个系统的设备和网络拓扑结构如图1所示：
图1硬件和网络拓扑结构
照明灯照明灯
摄相机摄相机
照明灯照明灯
摄像机摄像机
车辆
控制柜
6
防雷接地
称重传感器
车号识别天线
图2外部框架示意图
2．系统工作流程
货物装载动态监测系统对经过检测点的车辆采集轮重、图像等各种信息，并将这些信息汇总至调度楼、铁路驻厂联办，工作人员通过计算机屏幕可以实时监测/回放查看货物装载状态，使货物装载符合铁路运输要求。
当车辆到达检测点时，系统自动开机，首先进行车辆方向判别。
为使车站工作人员能够及时掌握被检测的货物装载情况。
当车辆经过检测点时，系统自动开启录像功能，除工作人员及时查看外，系统自动将该通过列车的录像资料保存到主机硬盘上。
当某节货车发生超偏载的情况时，检测软件将该车的货物装载状态立即抓拍，对应车号及轴重数据显示在屏幕上，生成报警记录并保存到主机数据库，同时发
出语音报警，生成整列通过车的检测报表。
如图3所示。
图3生成通过车检测报表
3．车轮称重组合检测装置
铁路货车重量的计量方式主要有4种：
轮计量、轴计量、转向架计量和整车计量。
由于需要计算货车的超偏载状况，必须对每个轮重进行计量。
当然，如果同时对所有轮重进行计量，可以获得较高的整车称量精度，考虑到本系统主要用于超偏载报警，不属于商业计量设备，因此采用了对通过的货车轮重逐个计量，再根据《JJG（铁道）129-2004铁道货车超偏载检测装置》对整车的超偏载情况进行计算，发出超偏载报警信息，并抓拍相关的视频图像，以便操作人员核实、确认。
在软件处理中，系统必须区分机车和货车，并正确分断车辆，以免发出错误的超偏载报警信息。
采用动态轮重称重方式虽然使得系统精度有所降低，但大大降低了系统造价和维护成本，提高了系统可靠性和实用性。
图4称重列表显示
称重系统采用了无基坑复合式不断轨轨道称量装置，该装置的基础可以采用框架结构的简易秤体，也可以采用传感器基座预埋及焊接方式。
能在确保行车安全和正常行车与生产作业下，利用行车、作业、检修的间隙来实施安装调试。
复合式不断轨轨道称量传感器采用了轴销式和轨垫式传感器的组合，以适应不同车速的称量精度需求，使有效称量区域、有效采样区域的采样波形得到充分拓展和改良。
传感器的抗冲击振动次数≥1000万次，传感器和刚性框架结构间具有防水浸泡、防冰冻等措施，确保系统能在冰冻或雨季时的正常工作。
系统具有先进的防雷组合和平衡电桥等保护装置。
动态轮重称重模块有独立的数据处理系统，可通过以太网接口与主服务器数据库交换数据。
现场设备的安装对线路正常作业影响极小，为方便车站作业，除了安装框架结构的简易秤体需要短暂封锁线路外，其它施工都不会影响列车运行，施工较为方便。
4．数据通信
视频图像及监测数据经过转换后，根据现场与电脑主机的距离远近，通过双绞线、光缆或无线网桥组成的局域网传送至远程监控室，再经网络交换机连接至检测主机和客户机，并可通过广域网络（TMIS或因特网）实现远程查询。
主机系统提供远程桌面和WEB服务器供远程用户访问。
5．雷电防护
本系统有大量现场设备，而且为高架钢结构和轨道检测，极易引入雷电侵袭，因此，做好雷电防护是系统设计的重点。
我们主要采取了以下措施：
（1）现场设置完善的防雷接地，要求接地电阻达4欧姆以下。
（2）所有现场设备包括铁塔控制箱等全部采用一点接地，有效避免由于接地电位差引入的回击现象。
（3）钢轨称体检测部分采用等电位接地。
（4）系统电源采用防雷组合加防雷隔离稳压器的综合电源防护措施。
（5）微波天线加设同轴雷电泄放器。
（6）远程通信基本采用光纤通信。
（7）传感器采用光电隔离和单独供电。
上述综合防雷措施有效提升了系统的防雷性能，大大降低了由雷击引入的设备故障，与一些现场其他设备比较，本系统的防雷性能要好得多。
6．系统管理及应用软件的设计
管理软件分为轮重测量、现场监控系统及主机、客户机服务器数据库管理系统三大部分。
服务器部分采用Delphi、DLL动态库开发包及SQL语言编程。
主要包括图像处理、车号自动识别、超偏载报警判别、检测报表、网络通信、运行参数设置、历史数据管理等几部份。
服务器部分运行后台应用程序与现场及轮重测量系统保持实时通信，同时提供WEB网站服务及数据库查询服务。
现场系统软件功能模块框图如下：
计轴
接收及预处理
现场灯光控制
动态测速
反向通过列车处理
动态抓拍延迟处理
故障传感器自检及处理
系统自检和复位控制
数据通信
显示键盘管理
现场监测及控制系统
图5现场检测处理系统功能模块图
服务器端软件系统模块框图如下：
图6服务器端信息处理系统模块框图
程序在加载时，首先对系统设备进行初始化设置，读取配置文件（netconfig.sys）内容，设置通信端口（RS232+RS485），连接数据库，监控窗口开始视频预览。
当车辆经过检测点时，系统自动打开检测设备，通过网络和虚拟串口接收现场检测数据，并对整列车从四个不同的角度实时监视、生成录像文件，通过回放、慢放录像可以仔细查看货物装载状态和车门关闭情况，系统对每辆车轴重数据计算后自动判定超偏载情况，并实时读取车号数据及生成编组报表。
简单、图形化的人机对话操作界面便于操作人员使用。
如图7、图8、图9所示。
图7 视频录像回放
图8历史数据和车号列表
图9视频服务器时间同步修正
主机运行目录下的配置文件netconfig.sys中包含系统运行的重要参数，该文件在检测程序运行时加载，以文本格式保存，便于计算机管理员在需要时修改部分参数值。
超偏载报警门槛值是可调的，除了按照规定的标准设置以外，在实际运行过程中，称重传感器左右称量精度会发生偏差，这就需要在程序中微调部分参数，包括一般偏载和严重偏载的左、右报警门槛值和报警显示（修正）值等。
视频服务器在运行一段时间后，往往会发生运行时间与电脑主机时间不一致的情况，这时候通过“时间修正”就可以将两者时间进行同步。
图10超偏载报警门槛值设置
7.WEB网站设计
系统的主要数据都保存在SQLSERVER2000数据库中，为在远端了解现场的情况，开发了货物装载动态检测的WEB网络服务器，将系统检测信息发布到网络上以便远程用户查询。
目前网站开发的工具很多，可使用的技术也多种多样，考虑到本网站要实现的功能相对简单，使用中对空间、内存的要求也不高，故采用ASP技术开发。
网站实现了以下功能：
分类查询——查询者可以根据日期范围进行查询，找到某段时间内的数据。
数据信息按时间逆序排列。
分页技术——每天通过检测系统的列车比较多，一周可能也有上千条，因此即使采用了分类查询，每页列出的记录还是有很多，为了页面简洁，采用分页技术，使每页仅显示20条数据。
实现ASP与数据库连接有多种方法：
如使用数据库驱动程序连接，使用数据源连接等。
比较而言使用驱动程序较为方便、简单，而使用数据源比较麻烦。
所以在网站部分采用OLEDB方式连接数据库。
系统的登录主界面见图11。
图11网页主界面
四、主要技术特色和创新点
1．采用动态视频监控与无基坑复合式不断轨轨道称量装置相结合的动态超偏载检测方式，可适应专用线通过车辆以中低速进行动态检测。
还可采用轴销式和轨垫式传感器的组合，以适应不同车速的称量精度需求，使有效称量区域、有效采样区域的采样波形得到充分拓展和改良。
2．自动判别正向车、反向车（因为摄像机的位置确定了只对正向通过车进行检测）。
自动分断机车与车厢的轴重数据，无论是机车牵引还是机车顶进的情况。
自动排除错误报警的数据。
3．采用了B/S和C/S相结合的模式，通过WEB发布监测信息，铁路驻厂办和厂方相互结合，进行有效监控。
系统管理软件较全面。
对通过车辆自动生成检测报表，包括时间、总轴数、总辆数、超偏载辆数、车号列表、对应的轴重列表等。
友好的人机对话操作界面，对通过车辆进行实时监视，录像资料的回放及按日期、车号检索。
设备和通信状态指示灯直观显示。
对检测到的超偏载车辆，立即抓拍该车的图像，并可在通过后调阅查看。
4．现场设备全部采用了嵌入式系统和模块化结构。
有效提高了系统可靠性和耐气候性能。
5．基于TCP/IP的网络数据有线或无线通信模式。
所有数据通信最终都是通过以太网实现的，从而降低了数据通信和维护的复杂性。
6．综合有效的防雷措施，大大降低了雷电对设备的损害。
五、系统调试与使用效果
该项目于2007年2份开始研制，至4月投入试运行。
系统在一年多的试运行的过程中，经受了四季严冬酷暑和雷击的考验，设备基本完好无损。
在运行过程中也发现了一些问题，经过技术人员的不断改进，使系统的工作逐渐走上正轨。
专用线货物装载动态检测系统在运行的过程中录制了大量的列车装载情况图像，发现了许多装载不良的车辆，为货运部门提供了确保运输装载安全的有力工具。
由于该系统对进入监测点的列车进行双向录像保存，使路企双方能够利用实时图像记录功能，监测追查货物超重偏载、蓬布等包装材料丢失等现象。
新设备投入运用后，无需增加任何新定员，运用该系统，货检人员不仅可以立即查看超偏载车辆及相关信息图片、录像，还可以查到整列车车型、车号和顺位并生成检测报表。
在南昌局管内钢厂专用线安装具有视频监控功能和车号识别功能的超偏载动态监控系统，有效卡控了钢厂出厂货车装载的不安全因素。
以南昌长力钢铁公司为例，该公司在未安装本系统前，每年因装车超偏载在铁路运营线上被罚没的资金达40～50万元，自从安装该系统后，列车在出厂前经过检测，在铁路运营线上发现超偏载的情况只有原来的1/10不到。
对防止事故发生，保障铁路运输安全具有重要意义。
下表为该公司2008年设备投入使用以后的效果对比：
2007年偏载、偏重情况
2008年偏载、偏重情况
效果对比
％
月份
车数
1
30
17
-43
2
42
-59
3
38
5
-87
4
11
-45
12
-83
9
-100
7
8
合计
156
50
-67
表一2008年设备投入使用以后的效果对比
根据查新报告显示，目前在国内，综合动态超偏载检测和货物装载状态监视为一体的系统尚未见报导。
因此，专用线货物装载动态监测系统具有较大的市场潜力。
六、推广应用前景
该系统结构简单，施工安装方便，轨道衡采用无基坑框架称体，总体造价较低。
检测门架不需跨越股道，检测超偏载货物有足够的精度，可对中、低速运行中的列车进行动态检测，系统预留接入外网的通道，可实现检测数据的远程查询。
因此，具有良好的推广前景。
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