一种公路动态轴重衡在线监控管理系统及其方法
一种公路动态轴重衡在线监控管理系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及公路监控领域，具体地说，特别涉及到一种公路动态轴重衡在线监控管理系统。
【背景技术】
[0002]一般而言，固定式公路动态轴重衡由承载器(安装有传感器的秤台)、车辆分离器、称重显控仪表、车轮识别器等多个设备构成，通过多个连续台面称量单轴重量，并累计整车轴组重量的车辆称重设备。计量的主要原理是:秤台与称重传感器相连，称重传感器由弹性体、电阻应变片、引线及外壳等部分组成。当车辆通过秤台时，传感器内的弹性体承载重力，并有一与重力成正比的形变，电阻应变片粘贴在弹性体上，与弹性体有相同的形变，由此产生电阻变量AR，在供桥电路作用下，桥路的输出端产生与重力成正比的电压。根据电压的变化和换算关系，可以知道承载重力的大小。当轮轴在多个台面上通过时，系统将多台面采集到的信号进行合并判断、分析、及数据处理，最终完成计量任务。
[0003]在目前实际使用中，公路动态轴重衡暴露在室外，长期的风沙雨雪中和7X24时的高频率、大载荷的使用，易出现的故障会造成计量结果的错误，以致引起争议与纠纷；尤其是不规范过秤方法中的冲磅、点刹、拖磅、冲磅等方式，会对整个承重结构造成较大的冲击，使得公路动态轴重衡的故障率上升。
[0004]而现有的公路动态轴重衡存在三方面的问题:第一，称重关键部件传感器的可靠性本身缺乏有效的预警机制，对传感器一般均采用事后维修的方法，导致车道关闭，交通拥堵等不良影响，极大增大了运维成本。第二，缺乏对故障长期的实时监控、预警和记录。通常故障一般都存在由量变到质变的过程，由于在早期失效时，无法对故障进行识别，错过了有计划运维的最佳时机。第三，由于称重仪表一般容量、性能较低，且与上层系统之间缺乏适应的通信接口，因此难以应用先进的故障诊断预警算法，如诊断规则挖掘，决策树的产生坐寸ο
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有公路动态轴重衡在恶劣使用环境和不规范过车检测的精度可靠性极不稳定问题，利用先进的数据处理和数据通信技术相结合，提供一种有效实时监控动态轴重衡的工作状态和故障分析报警的新型在线监控管理系统。
[0006]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0007]—种公路动态轴重衡在线监控管理系统，包括由承载器、车辆分离器、显控仪表和车轮识别器组成的前端监测单元，所述前端检测单元安装于车道上，在有过车时用于采集过车参数，在无过车时采集环境参数和自身的工作状态数据；所述前端监测单元通过数据通道连接后台的监控计算机，所述监控计算机用于对前端监测单元获取的数据进行清理、整合和归并，然后建立挖掘模型，并能将对数据挖掘的结果进行诊断。
[0008]一种公路动态轴重衡在线监控管理方法，包括如下步骤
[0009]I)显控仪表采集承载器、车辆分离器和车轮识别器获取的原始数据；
[0010]2 )显控仪表对原始数据进行预处理后，上传至监控计算机；
[0011]3)监控计算机对接收到的数据进行清理、整合和归并，然后根据实际应用建立数据挖掘模型，数据经抽取转换后得到数据规则库；
[0012]4)监控计算机对数据规则库进行数据分析并展现给用户；
[0013]5)若分析结果显示为故障或预警，则用户安排人员对故障或预警进行处理，同时显控仪表根据诊断结果调整前端监测单元的参数。
[0014]进一步的，所述显控仪表通过数据通道传输称重、过车、工作环境、工作状态、故障和报警信息到监控计算机，并从监控计算机接收相关参数设置和软件文件。
[0015]进一步的，所述监控计算机安装有故障识别程序，通过对从显控仪表采集的原始数据的分析和处理提取故障和报警信息。
[0016]进一步的，所述显控仪表采集前端监测单元的状态数据，通过数据通道传输到监控计算机，监控计算机通过故障识别处理程序，识别前端监测单元的故障和报警信息。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0018]不仅能对各种公路动态轴重衡故障进行远程诊断，对当前公路动态轴重衡运行情况进行监测，还能通过数据分析和数据挖掘算法，对故障进行预警。系统还提供知识库，准确地对故障和预警信息进行回溯，从而帮助系统运维人员有效识别和避免干扰、作弊，合理安排公路动态轴重衡检修，减少意外停机事故，从而达到有效增加公路动态轴重衡使用率，满足路政安全运维的要求。
【附图说明】
[0019]图1为本发明所述的公路动态轴重衡在线监控管理系统的拓扑图。
[0020]图2为本发明所述的公路动态轴重衡在线监控管理系统的数据挖掘模型策略图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0022]参见图1，显控仪表自动在不同应用场景下将采集的数据进行分类和处理。在无过车时，采集的环境(温度、湿度等)、各传感器状况、车辆分离器和车轮识别器工作状态、仪表内部各部件的工作状态等数据，过车时获取的过车参数，包括次数、行驶方向、速度、加速度、轴型、车型、轴数、轴组数、轴组重量等数据，以及故障状况下仪表模块自身的运行信息。仪表可通过预先设置的简单故障模型判别自身工作状况，并通过数据通道连接远程监控计算机主动上报其故障点。
[0023]远程监控计算机在获取仪表上报的数据和故障状况后，依据累积的大量监控信号的缓慢变化及相 似仪表之间的交叉对比来表征各仪表的运行状态和损耗情况，以保证仪表实时监测的正确性。并且，远程监控计算机还通过建立故障判断规则树，对故障进行预警，为公路动态轴重衡的检修提供指导。此外，监控计算机还可根据公路动态轴重衡历史故障和报警的分析，提供可选的参数和监控软件下发功能，对公路动态轴重衡运行参数、自身数据挖掘算法参数和仪表软件版本进行调整，以达到修改后的参数和软件自动下发的目的。
[0024]本发明建立了公路动态轴重衡故障诊断模型，对公路动态轴重衡进行诊断预警。数据挖掘通过统计、在线分析处理、情报检索、机器学习、专家系统和模式识别等诸多方法，从大量的实际应用数据中，提取其中隐含的、事先未知的但又是潜在有用的信息和知识，也就是模式获取及模式匹配的过程。通过提取有效数据，可排除由于故障早期参数偏离变化量相对较小，不便发现，以及各项参数受诸如天气条件(如雨雾天气)、环境温度、现场干扰等诸多干扰因素影响，造成的正常仪表误判和增大虚警率的影响。
[0025]通过在线监控管理系统平台长期运行积累的大量应用数据，其中既包括平稳正常运行时在不同的工况条件下产生的数据，也包括故障发生时的各种运行参数，而更重要的是某些部件如称重传感器发生故障前其依据时间推移而产生的参数变化。因此，数据挖掘的任务就是从这些样本库里找出相应的规律，提取不同故障的各种特征，并划分故障模式类。在此，我们利用数值型关联规则数据挖掘技术对新来数据进行判别及对故障进行归类，识别出故障种类，并找到故障原因及安排运维。数据挖掘方法设计策略如图2所示。
[0026]此外，在建立故障预警模型的过程中，需要不断对模型参数进行调节。本发明采用监控计算机和仪表两级参数策略，并可通过监控计算机对这两级参数进行人工调节，以确保数据挖掘算法的有效性。
[0027]整个系统的构架采用C/S及B/S混合架构，在仪表接入端，我们采用C/S架构以获得良好的数据接入性能和安全控制；在线监控管理系统平台的服务端我们采用B/S架构，相关用户如路政管理人员、仪表运维人员可依据其权限，在通过互联网接入或路政内网接入的计算机上随时监测其管辖范围内的公路动态轴重衡的健康状态，运行参数，称量记录等；在线监控管理系统平台也可通过数据通道推送或手机短信等多种方式将出现故障隐情的公路动态轴重衡的编号、地址、工作状态等推送到相关人员的指定固定接收设备或移动终端上，以即时了解系统工作情况并随时安排运维服务。
[0028]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种公路动态轴重衡在线监控管理系统，包括由承载器、车辆分离器、显控仪表和车轮识别器组成的前端监测单元，所述前端检测单元安装于车道上，在有过车时用于采集过车参数，在无过车时采集环境参数和自身的工作状态数据；其特征在于:所述前端监测单元通过数据通道连接后台的监控计算机，所述监控计算机用于对前端监测单元获取的数据进行清理、整合和归并，然后建立数据挖掘模型，并能将对数据挖掘的结果进行诊断。2.一种公路动态轴重衡在线监控管理方法，特征在于:包括如下步骤 1)显控仪表采集承载器、车辆分离器和车轮识别器获取的原始数据； 2)显控仪表对原始数据进行预处理后，上传至监控计算机； 3)监控计算机对接收到的数据进行清理、整合和归并，然后根据实际应用建立数据挖掘模型，数据经抽取转换后得到数据规则库； 4)监控计算机对数据规则库进行数据分析并展现给用户； 5)若分析结果显示为故障或预警，则用户安排人员对故障或预警进行处理，同时显控仪表根据诊断结果调整前端监测单元的参数。3.根据权利要求2所述的公路动态轴重衡在线监控管理方法，其特征在于:所述显控仪表通过数据通道传输称重、过车、工作环境、工作状态、故障和报警信息到监控计算机，并从监控计算机接收相关参数设置和软件文件。4.根据权利要求2所述的公路动态轴重衡在线监控管理方法，其特征在于:所述监控计算机安装有故障识别程序，通过对从显控仪表采集的原始数据的分析和处理提取故障和报警信息。5.根据权利要求4所述的公路动态轴重衡在线监控管理方法，其特征在于:所述显控仪表采集前端监测单元的状态数据，通过数据通道传输到监控计算机，监控计算机通过故障识别处理程序，识别前端监测单元的故障和报警信息。
【专利摘要】本发明公开了一种公路动态轴重衡的在线监控管理系统平台，包括承载器、车辆分离器、显控仪表、车轮识别器和监控计算机。所述承载器、车辆分离器、称重显控仪表、车轮识别器安装在车道上，通过数据通道连接监控计算机。称重显控仪表收集秤台、传感器、车辆分离器、车辆识别器各种参数及分析处理好的数据通过数据通道上传到监控计算机。监控计算机通过参数化的算法，对采集的原始数据进行数据分析挖掘，寻找公路动态轴重衡运行和故障规律，满足对公路动态轴重衡的远程监控和故障预警的要求。
【IPC分类】G05B19/418
【公开号】CN104898578
【申请号】CN201410076546
【发明人】项宗映, 李欣, 李广, 曾曦, 程明远
【申请人】上海陆杰电子科技有限公司, 河北保津高速公路有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月4日
【技术领域】
[0001]本发明涉及公路监控领域，具体地说，特别涉及到一种公路动态轴重衡在线监控管理系统。
【背景技术】
[0002]一般而言，固定式公路动态轴重衡由承载器(安装有传感器的秤台)、车辆分离器、称重显控仪表、车轮识别器等多个设备构成，通过多个连续台面称量单轴重量，并累计整车轴组重量的车辆称重设备。计量的主要原理是:秤台与称重传感器相连，称重传感器由弹性体、电阻应变片、引线及外壳等部分组成。当车辆通过秤台时，传感器内的弹性体承载重力，并有一与重力成正比的形变，电阻应变片粘贴在弹性体上，与弹性体有相同的形变，由此产生电阻变量AR，在供桥电路作用下，桥路的输出端产生与重力成正比的电压。根据电压的变化和换算关系，可以知道承载重力的大小。当轮轴在多个台面上通过时，系统将多台面采集到的信号进行合并判断、分析、及数据处理，最终完成计量任务。
[0003]在目前实际使用中，公路动态轴重衡暴露在室外，长期的风沙雨雪中和7X24时的高频率、大载荷的使用，易出现的故障会造成计量结果的错误，以致引起争议与纠纷；尤其是不规范过秤方法中的冲磅、点刹、拖磅、冲磅等方式，会对整个承重结构造成较大的冲击，使得公路动态轴重衡的故障率上升。
[0004]而现有的公路动态轴重衡存在三方面的问题:第一，称重关键部件传感器的可靠性本身缺乏有效的预警机制，对传感器一般均采用事后维修的方法，导致车道关闭，交通拥堵等不良影响，极大增大了运维成本。第二，缺乏对故障长期的实时监控、预警和记录。通常故障一般都存在由量变到质变的过程，由于在早期失效时，无法对故障进行识别，错过了有计划运维的最佳时机。第三，由于称重仪表一般容量、性能较低，且与上层系统之间缺乏适应的通信接口，因此难以应用先进的故障诊断预警算法，如诊断规则挖掘，决策树的产生坐寸ο
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有公路动态轴重衡在恶劣使用环境和不规范过车检测的精度可靠性极不稳定问题，利用先进的数据处理和数据通信技术相结合，提供一种有效实时监控动态轴重衡的工作状态和故障分析报警的新型在线监控管理系统。
[0006]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0007]—种公路动态轴重衡在线监控管理系统，包括由承载器、车辆分离器、显控仪表和车轮识别器组成的前端监测单元，所述前端检测单元安装于车道上，在有过车时用于采集过车参数，在无过车时采集环境参数和自身的工作状态数据；所述前端监测单元通过数据通道连接后台的监控计算机，所述监控计算机用于对前端监测单元获取的数据进行清理、整合和归并，然后建立挖掘模型，并能将对数据挖掘的结果进行诊断。
[0008]一种公路动态轴重衡在线监控管理方法，包括如下步骤
[0009]I)显控仪表采集承载器、车辆分离器和车轮识别器获取的原始数据；
[0010]2 )显控仪表对原始数据进行预处理后，上传至监控计算机；
[0011]3)监控计算机对接收到的数据进行清理、整合和归并，然后根据实际应用建立数据挖掘模型，数据经抽取转换后得到数据规则库；
[0012]4)监控计算机对数据规则库进行数据分析并展现给用户；
[0013]5)若分析结果显示为故障或预警，则用户安排人员对故障或预警进行处理，同时显控仪表根据诊断结果调整前端监测单元的参数。
[0014]进一步的，所述显控仪表通过数据通道传输称重、过车、工作环境、工作状态、故障和报警信息到监控计算机，并从监控计算机接收相关参数设置和软件文件。
[0015]进一步的，所述监控计算机安装有故障识别程序，通过对从显控仪表采集的原始数据的分析和处理提取故障和报警信息。
[0016]进一步的，所述显控仪表采集前端监测单元的状态数据，通过数据通道传输到监控计算机，监控计算机通过故障识别处理程序，识别前端监测单元的故障和报警信息。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0018]不仅能对各种公路动态轴重衡故障进行远程诊断，对当前公路动态轴重衡运行情况进行监测，还能通过数据分析和数据挖掘算法，对故障进行预警。系统还提供知识库，准确地对故障和预警信息进行回溯，从而帮助系统运维人员有效识别和避免干扰、作弊，合理安排公路动态轴重衡检修，减少意外停机事故，从而达到有效增加公路动态轴重衡使用率，满足路政安全运维的要求。
【附图说明】
[0019]图1为本发明所述的公路动态轴重衡在线监控管理系统的拓扑图。
[0020]图2为本发明所述的公路动态轴重衡在线监控管理系统的数据挖掘模型策略图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0022]参见图1，显控仪表自动在不同应用场景下将采集的数据进行分类和处理。在无过车时，采集的环境(温度、湿度等)、各传感器状况、车辆分离器和车轮识别器工作状态、仪表内部各部件的工作状态等数据，过车时获取的过车参数，包括次数、行驶方向、速度、加速度、轴型、车型、轴数、轴组数、轴组重量等数据，以及故障状况下仪表模块自身的运行信息。仪表可通过预先设置的简单故障模型判别自身工作状况，并通过数据通道连接远程监控计算机主动上报其故障点。
[0023]远程监控计算机在获取仪表上报的数据和故障状况后，依据累积的大量监控信号的缓慢变化及相 似仪表之间的交叉对比来表征各仪表的运行状态和损耗情况，以保证仪表实时监测的正确性。并且，远程监控计算机还通过建立故障判断规则树，对故障进行预警，为公路动态轴重衡的检修提供指导。此外，监控计算机还可根据公路动态轴重衡历史故障和报警的分析，提供可选的参数和监控软件下发功能，对公路动态轴重衡运行参数、自身数据挖掘算法参数和仪表软件版本进行调整，以达到修改后的参数和软件自动下发的目的。
[0024]本发明建立了公路动态轴重衡故障诊断模型，对公路动态轴重衡进行诊断预警。数据挖掘通过统计、在线分析处理、情报检索、机器学习、专家系统和模式识别等诸多方法，从大量的实际应用数据中，提取其中隐含的、事先未知的但又是潜在有用的信息和知识，也就是模式获取及模式匹配的过程。通过提取有效数据，可排除由于故障早期参数偏离变化量相对较小，不便发现，以及各项参数受诸如天气条件(如雨雾天气)、环境温度、现场干扰等诸多干扰因素影响，造成的正常仪表误判和增大虚警率的影响。
[0025]通过在线监控管理系统平台长期运行积累的大量应用数据，其中既包括平稳正常运行时在不同的工况条件下产生的数据，也包括故障发生时的各种运行参数，而更重要的是某些部件如称重传感器发生故障前其依据时间推移而产生的参数变化。因此，数据挖掘的任务就是从这些样本库里找出相应的规律，提取不同故障的各种特征，并划分故障模式类。在此，我们利用数值型关联规则数据挖掘技术对新来数据进行判别及对故障进行归类，识别出故障种类，并找到故障原因及安排运维。数据挖掘方法设计策略如图2所示。
[0026]此外，在建立故障预警模型的过程中，需要不断对模型参数进行调节。本发明采用监控计算机和仪表两级参数策略，并可通过监控计算机对这两级参数进行人工调节，以确保数据挖掘算法的有效性。
[0027]整个系统的构架采用C/S及B/S混合架构，在仪表接入端，我们采用C/S架构以获得良好的数据接入性能和安全控制；在线监控管理系统平台的服务端我们采用B/S架构，相关用户如路政管理人员、仪表运维人员可依据其权限，在通过互联网接入或路政内网接入的计算机上随时监测其管辖范围内的公路动态轴重衡的健康状态，运行参数，称量记录等；在线监控管理系统平台也可通过数据通道推送或手机短信等多种方式将出现故障隐情的公路动态轴重衡的编号、地址、工作状态等推送到相关人员的指定固定接收设备或移动终端上，以即时了解系统工作情况并随时安排运维服务。
[0028]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种公路动态轴重衡在线监控管理系统，包括由承载器、车辆分离器、显控仪表和车轮识别器组成的前端监测单元，所述前端检测单元安装于车道上，在有过车时用于采集过车参数，在无过车时采集环境参数和自身的工作状态数据；其特征在于:所述前端监测单元通过数据通道连接后台的监控计算机，所述监控计算机用于对前端监测单元获取的数据进行清理、整合和归并，然后建立数据挖掘模型，并能将对数据挖掘的结果进行诊断。2.一种公路动态轴重衡在线监控管理方法，特征在于:包括如下步骤 1)显控仪表采集承载器、车辆分离器和车轮识别器获取的原始数据； 2)显控仪表对原始数据进行预处理后，上传至监控计算机； 3)监控计算机对接收到的数据进行清理、整合和归并，然后根据实际应用建立数据挖掘模型，数据经抽取转换后得到数据规则库； 4)监控计算机对数据规则库进行数据分析并展现给用户； 5)若分析结果显示为故障或预警，则用户安排人员对故障或预警进行处理，同时显控仪表根据诊断结果调整前端监测单元的参数。3.根据权利要求2所述的公路动态轴重衡在线监控管理方法，其特征在于:所述显控仪表通过数据通道传输称重、过车、工作环境、工作状态、故障和报警信息到监控计算机，并从监控计算机接收相关参数设置和软件文件。4.根据权利要求2所述的公路动态轴重衡在线监控管理方法，其特征在于:所述监控计算机安装有故障识别程序，通过对从显控仪表采集的原始数据的分析和处理提取故障和报警信息。5.根据权利要求4所述的公路动态轴重衡在线监控管理方法，其特征在于:所述显控仪表采集前端监测单元的状态数据，通过数据通道传输到监控计算机，监控计算机通过故障识别处理程序，识别前端监测单元的故障和报警信息。
【专利摘要】本发明公开了一种公路动态轴重衡的在线监控管理系统平台，包括承载器、车辆分离器、显控仪表、车轮识别器和监控计算机。所述承载器、车辆分离器、称重显控仪表、车轮识别器安装在车道上，通过数据通道连接监控计算机。称重显控仪表收集秤台、传感器、车辆分离器、车辆识别器各种参数及分析处理好的数据通过数据通道上传到监控计算机。监控计算机通过参数化的算法，对采集的原始数据进行数据分析挖掘，寻找公路动态轴重衡运行和故障规律，满足对公路动态轴重衡的远程监控和故障预警的要求。
【IPC分类】G05B19/418
【公开号】CN104898578
【申请号】CN201410076546
【发明人】项宗映, 李欣, 李广, 曾曦, 程明远
【申请人】上海陆杰电子科技有限公司, 河北保津高速公路有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月4日
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