本发明涉及超偏载检测，具体涉及一种集装箱超偏载检测装置及其检测方法。
背景技术：
1、集装箱运输业在发展的同时也存在一定的安全问题，例如集装箱的超载、偏载和偏重现象都会对集装箱的安全运输带来负面影响。由于公路和铁路运输对集装箱的超偏载情况比海运更为敏感，因此这些情况会对集装箱的公路运输和列车的铁道运输安全构成直接威胁。如果集装箱存在严重超偏载情况，并且在装上卡车或列车前没有被检测出来，载有该货物的卡车或列车重心的偏移超过了限定值，可能会造成卡车翻车或列车脱轨的严重事故。为杜绝此类事故发生，2006年铁道部发布《铁路货物装载加固规则》要求“货物要均衡分布在货车上，不超载，不偏载，并提出货物重心横向偏离不得超过100mm，两转向架承受重量之差不得大于10t。”为了满足铁道部的要求，确保卡车和列车的安全运输，必须对每个集装箱进行严格的超偏载检测。
2、目前货运站的超偏载检测方式主要以龙门架吊装检测和地秤检测为主，铁路部门的超偏载检测则是通过轨道衡进行检测。但是这些检测方式均存在不足之处。
3、龙门架吊装检测存在以下不足之处：
4、(1)该方式需要在每个专用门吊的吊架上安装一套称重装置、传感器及相对应的显示屏，安装及维修成本高。
5、(2)该方式要求门吊司机在起吊集装箱后，需在空中静止1-2分钟以进行检测。在对集装箱作业过程中，每次起吊后停顿静止这一动作没有规范要求，会导致最终测出来的数据存在偏差。因此，此类检测的准确性存在缺陷。
6、(3)当存在大量的集卡车排队进站时，如果每个集装箱都严格按照要求在空中停顿静止1-2分钟，将极大延长作业时间，影响工作效率。
7、(4)如果集装箱进站后测出数据不符合要求，则需要司机重新拉出货运站对箱内货物进行整理，或减吨或整理箱内货物装载状况，由于此时企业、海关、铁路三方都已完成了对集装箱的施封，重新开箱对企业、国际货代、海关等都非易事，往往延误国际贸易，给货物买卖方及铁路运输部门都带来损失。
8、地秤检测存在以下不足之处：
9、(1)该方式需要设置一块专用区域，用于安装地秤设备，每套地秤设备都包含称重平台、传感器及相对应的显示屏，占地面积大并且安装成本高。
10、(2)地秤安装完成后，无法随意移动。一旦传感器出现故障，维修时需要先拆除上方的称重平台。便捷性差并且维修成本高
11、(3)该方式需要门吊司机先将集装箱从货运车上吊装至地秤的称重平台上，等检测结束后，再将集装箱由称重平台吊装至集装箱列车上。这一过程需要4-5分钟，当存在大量的集卡车排队进站时，如果每个集装箱都通过该方式进行检测，将极大延长作业时间，影响工作效率。
12、(4)同上述龙门架吊装检测不足之处第四点。
13、轨道衡检测存在以下不足之处：
14、(1)一套铁路轨道衡设备的价格通常超过千万，对于高精度的动态轨道衡，价格更是过亿。检测成本巨大。
15、(2)该方式需要列车以不超过40km/h的速度通过轨道衡，并且检测过程中列车不能进行制动，整个过程操作复杂且效率低下。
16、(3)轨道衡设备需要定期维护，并且需要由专门的人员进行安装及检修。维护成本高。
17、(4)同上述龙门架吊装检测不足之处第四点。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种集装箱超偏载检测装置及其检测方法，以解决现有技术中集装箱超偏载检测装置检测成本高、检测时间长的技术问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
3、本发明提供的一种集装箱超偏载检测装置，包括集装箱货运车车板，所述集装箱货运车车板上设置有多个集装箱转锁装置，多个所述集装箱转锁装置上分别对应设置有多个称重传感器；多个所述称重传感器分别与检测控制与边缘分析中心电性连接；
4、所述弹性体结构外缘设置有缓冲保护部，所述缓冲保护部包裹设置有多个应变片；所述缓冲保护部两侧设置有多个磁吸结构，所述磁吸结构包括磁铁安装槽和磁铁挡片；所述磁铁挡片设置于所述磁铁安装槽内，并用于固定磁铁，避免磁铁掉落；
5、所述外壳上还设置有多个安装孔，所述称重传感器通过多个所述磁吸结构和/或安装孔设置于所述集装箱货运车车板上。
6、可选的或优选的，所述称重传感器整体呈碟片式结构，最大高度为a，a≤15mm；
7、所述外壳一侧设置有信号连接线，多个所述称重传感器分别通过所述信号连接线与所述检测控制与边缘分析中心电性连接。
8、可选的或优选的，所述检测控制与边缘分析中心包括处理器模块、控制及显示模块以及数据存储模块；
9、所述处理器模块包括无线传输模块和本地信息显示模块，并分别于所述无线传输模块和本地信息显示模块通信连接；所述处理器模块通过所述无线传输模块与所述控制及显示模块通信连接；
10、所述控制及显示模块与所述数据存储模块通信连接。
11、可选的或优选的，所述称重传感器的设置数量为4个，分别为第一称重传感器、第二称重传感器、第三称重传感器和第四称重传感器。
12、一种集装箱超偏载检测方法，包括以下步骤：
13、s1、布置传感器，将多个称重传感器分别布置于集装箱货运车车板上的多个集装箱转锁装置上，并将多个称重传感器与检测控制与边缘分析中心相连接；
14、s2、异常数据过滤，检测控制与边缘分析中心分别对多个称重传感器所采集到的压力参数进行判断，得到多个压力参数并筛除异常参数；
15、s3、传感器工作状态判断及超重超偏载分析计算，检测控制与边缘分析中心对多个称重传感器工作状态进行判断；
16、若多个称重传感器均为正常工作状态，则处理器模块进行超重及超偏载分析计算，并输出结果；
17、若多个称重传感器中有一个称重传感器为失效状态，则处理器模块优先对所述失效传感器进行多传感器融合估算，再进行超重及超偏载分析计算，并输出结果。
18、s4、输出结果，处理器模块将输出结果输出至本地信息显示模块，和/或通过无线传输模块输出至控制及显示模块，控制及显示模块将数据传输至数据存储模块，由数据存储模块进行存储和管理。
19、可选的或优选的，s2中检测控制与边缘分析中心分别对多个多个称重传感器所采集到的压力参数进行判断的方法，包括以下步骤：
20、s21、计算目标称重传感器的变化速率r：
21、
22、其中g为目标称重传感器当前的测量值；g'为目标称重传感器上一次的测量值；δt表示目标称重传感器两次测量时间的间隔，由初始给定；
23、s22、得到目标称重传感器的最大合理检测阈值tmax以及目标称重传感器的最大合理变化速率rmax；
24、当g≤tmax且r≤rmax时，判断目标称重传感器此次测量值有效，记录此次数据并用于进行后续计算；
25、当g＞tmax且r＞rmax时，判断目标称重传感器此次测量值异常，不记录此次数据并进行重新测量。
26、可选的或优选的，s3中处理器模块进行超重分析计算的方法，包括以下步骤：
27、s31、得到第一称重传感器、第二称重传感器、第三称重传感器和第四称重传感器测量值，分别为g1、g2、g3、g4；
28、s32、当gm≤gmax时，判断当前集装箱未超载，超载量δg＝0；
29、当gm＞gmax时，判断当前集装箱超载，超载量δg＝g-gmax；
30、其中gm为测得的集装箱总重量，
31、可选的或优选的，s3中处理器模块进行超偏载分析计算的方法，包括以下步骤：
32、s301、得到当前集装箱长度方向的偏重量w：
33、w＝(g1+g2)-(g3+g4)
34、s302、当w＝0时，判断当前集装箱未发生偏重情况；
35、当w＞0时，判断当前集装箱发生偏重情况，并且此时集装箱的前端重量大于后端重量；
36、当w＜0时，判断当前集装箱发生偏重情况，并且此时集装箱的前端重量小于后端重量；
37、s303、得到当前集装箱的偏载量l：
38、
39、s304、当l＝0时，判断当前集装箱未发生偏载情况；
40、当l＞0时，判断当前集装箱发生偏载情况，并且此时集装箱的左端重量大于右端重量；
41、当l＜0时，判断当前集装箱发生偏载情况，并且此时集装箱的左端重量小于右端重量。
42、可选的或优选的，s3中处理器模块对失效传感器进行多传感器融合估算的方法为：通过正常工作的称重传感器对失效传感器数值进行估算，计算公式为：
43、
44、其中，gw为失效传感器的融合估算值；为正常工作的三个传感器的量程参数，由初始给定；ωi为权重参数；f(gi)为基于正常工作的传感器读数的非线性函数，用于将输入值压缩至0-1之间，θi为gi在函数f(gi)中的缩放参数，用于将传感器的量程合理地映射到0-1之间，由初始给定；g(gi)为调整权重的函数，输出结果在0-1之间，为gi在函数g(gi)中的缩放参数，用于将传感器的量程合理地映射到0-1之间，由初始给定。
45、可选的或优选的，处理器模块分别判断当前集装箱的是否超载、是否发生偏重以及是否发生偏载，并选择是否输出报警信号；
46、超载报警判断：
47、当δg＝0时，当前集装箱未发生超载，不输出报警信号；
48、当δg＝0时，当前集装箱发生超载，处理器模块向本地信息显示模块输出超载报警信号，和/或通过无线传输模块向控制及显示模块输出超载报警信号；
49、偏重报警判断：
50、当δw≤0时，当前集装箱未发生偏重，不输出报警信号；
51、当δw＞0时，处理器模块向本地信息显示模块输出偏重报警信号，和/或通过无线传输模块向控制及显示模块输出偏重报警信号；其中偏重报警量δw＝|w|-wmax，wmax为规定偏重量阈值；
52、偏载报警判断：
53、当δl≤0时，当前集装箱未发生偏载，不输出报警信号；
54、当δl＞0时，处理器模块向本地信息显示模块输出偏载报警信号，和/或通过无线传输模块向控制及显示模块输出偏载报警信号；其中偏载报警量δl＝|l|-lmax，lmax为规定偏载量阈值。
55、基于上述技术方案，本发明至少可以产生如下技术效果：
56、(1)本发明提供的集装箱超偏载检测装置，整体为碟片式结构，较为契合集装箱超偏载检测的工作环境和工作需求；通过通孔能够准确、可靠的设置于集装箱转锁装置上，便于安装；通过设置有磁吸结构和安装孔，使得操作人员可以根据实际工作需要选择称重传感器与集装箱货运车车板的连接方式；通过设置有弹性体结构能够精准采集压力参数并输出至检测控制与边缘分析中心进行分析计算；通过设置有缓冲保护部，能够对压力作用下的应变片和内部电路进行保护；
57、(2)本发明提供的一种集装箱超偏载检测方法，同时采用了异常数据过滤算法、超重及超偏载算法及多传感器融合估算算法；
58、其中异常数据过滤算法能够准确分析称重传感器在测量过程中产生的异常数据并剔除异常数据，能够有效减少异常数据对检测结果的影响；
59、通过超重及超偏载算法能够准确得到当前集装箱的超载、偏重和偏载情况，从而便于操作人员对当前集装箱及时进行调整；
60、本发明提供的集装箱超偏载检测方法还包括传感器故障补偿功能，即在某一个称重传感器失效的情况下，采用多传感器融合估算算法，对失效传感器应有的输出进行估算，从而避免了可能因传感器故障而导致的业务中断或延误，确保了检测流程的连续性和系统的鲁棒性。
1.一种集装箱超偏载检测装置，其特征在于，包括集装箱货运车车板(4)，所述集装箱货运车车板(4)上设置有多个集装箱转锁装置(3)，多个所述集装箱转锁装置(3)上分别对应设置有多个称重传感器(2)；多个所述称重传感器(2)分别与检测控制与边缘分析中心(1)电性连接；
2.根据权利要求1所述的集装箱超偏载检测装置，其特征在于，所述称重传感器(2)整体呈碟片式结构，最大高度为a，a≤15mm；
3.根据权利要求1所述的集装箱超偏载检测装置，其特征在于，所述检测控制与边缘分析中心(1)包括处理器模块(11)、控制及显示模块(12)以及数据存储模块(13)；
4.根据权利要求1所述的集装箱超偏载检测装置，其特征在于，所述称重传感器(2)的设置数量为4个，分别为第一称重传感器、第二称重传感器、第三称重传感器和第四称重传感器。
5.一种集装箱超偏载检测方法，其特征在于，基于权利要求1-4任意一项所述的集装箱超偏载检测装置进行集装箱超偏载检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的集装箱超偏载检测方法，其特征在于，s2中检测控制与边缘分析中心(1)分别对多个多个称重传感器(2)所采集到的压力参数进行判断的方法，包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的集装箱超偏载检测方法，其特征在于，s3中处理器模块(11)进行超重分析计算的方法，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的集装箱超偏载检测方法，其特征在于，s3中处理器模块(11)进行超偏载分析计算的方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求5所述的集装箱超偏载检测方法，其特征在于，s3中处理器模块(11)对失效传感器进行多传感器融合估算的方法为：通过正常工作的称重传感器(2)对失效传感器数值进行估算，计算公式为：
10.根据权利要求8所述的集装箱超偏载检测方法，其特征在于，处理器模块(11)分别判断当前集装箱的是否超载、是否发生偏重以及是否发生偏载，并选择是否输出报警信号；
