一种非接触式沥青拌合站监控管理系统的制作方法

本实用新型涉及远程监控系统，具体涉及一种非接触式沥青拌合站监控管理系统。

背景技术：

目前在高速公路的施工建设中，由于沥青路面具备平整度高、抗震性好、噪音小、养护便捷等特点，90％以上的高速公路均是使用沥青混合料作为路面摊铺材料。因此沥青混合料的质量将直接影响高速公路的安全性。

为降低建设成本现在的高速公路施工合同段均自己建设沥青拌合站，这样可以从沥青混合料的生产的源头进行品质管控，沥青混合料的生产数据源源不断的汇集于沥青拌合站控制室，生产过程的各个参数均通过打印机打印成报表。但是每一盘沥青混合料从原料至成品只需60～90秒的时间，产生的大量数据因为缺乏必要的技术手段，这些数据通常打印出来需要较长的时间处理才能得到分析结果，即该盘料合格与否，因此并没有真正发挥作用。并且国内外的沥青设备生产商所配备的打印设备均没有实时分析传输沥青拌合料生产数据的功能，建设施工过程中的大量的沥青混合料的生产工艺信息数据仅仅依靠人力去分析整理是十分困难的。现行的检测手段是通过项目实验室对沥青料进行检测，由于实验室工作量有限，一台拌合机每天能进行试验次数为2～3次，相对于每天多大几十吨的沥青料，试验的抽查频率过低，不具有代表性。即使相关技术人员发现某些隐患，但是由于试验检测样本数据的原因，缺乏证据支持，不能及时采取措施。这些安全隐患可能导致出现沥青路面大范围的质量问题。

技术实现要素：

本实用新型针对上述未能及时有效地分析沥青混合料大量的生产数据和生产工艺信息，甚至在沥青出现质量问题时不能及时反馈处理的问题，提供了一种非接触式沥青拌合站监控管理系统，通过该系统能够快速准确完成沥青料配比数据整理，对异常数据进行报警反馈处理。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种非接触式沥青拌合站监控管理系统，包括第一工控机、非接触图像采集模块、云服务器和预警模块，以及安装在沥青罐车上的GPS模块、第一GPRS模块、RFID标签和ARM模块，安装在拌合站出料仓的第二GPRS模块和RFID阅读器；

其中：装在沥青罐车上的GPS模块、第一GPRS模块和RFID标签均与ARM模块连接，第一GPRS模块还与云服务器连接；

装在拌合站出料仓的第二GPRS模块和RFID阅读器连接，RFID阅读器通过GPRS模块与第一工控机连接，装在拌合站出料仓的RFID阅读器能够识别装在沥青罐车上的RFID标签；

非接触图像采集模块和预警模块均与第一工控机连接；

第一工控机上连接有显示器，第一工控机与云服务器连接；

非接触图像采集模块设置于现场沥青拌合站监控室，用于采集现场沥青拌合站工控机显示的图像数据，并将采集的图像数据传输给第一工控机。

非接触图像采集模块包括网络摄像头和图像采集卡，网络摄像头设置于现场沥青拌合站监控室，用于实时采集现场沥青拌合站工控机显示的图像数据；网络摄像头和图像采集卡连接，图像采集卡与第一工控机连接。

网络摄像头通过VGA数据采集器与图像采集卡连接。

图像采集卡通过PCI接口与第一工控机连接。

云服务器与第一工控机之间通过GPRS模块连接。

云服务器具有SQL数据库；预警模块采用语音提示模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优势：

本实用新型的非接触式沥青拌合站监控管理系统通过非接触图像采集模块能够实时采集现场沥青拌合站工控机显示的图像数据，并将沥青拌合站工控机显示的图像数据传输给第一工控机；第一工控机对图像数据进行处理，提取出需要监控的拌合站生产数据并将拌合站生产数据传输给云服务器；云服务器对拌合站生产数据进行处理，得到拌合料的配比曲线和级配曲线，通过拌合料的配比曲线和级配曲线判断拌合混合料质量是否合格；

同时，拌合站的RFID阅读器一直发射射频信号，当有沥青罐车来拉料时，沥青罐车上的RFID标签被RFID阅读器识别，RFID阅读器获取RFID标签上携带的沥青罐车的车牌号和司机信息，并将该信息通过第二GPRS模块发送给第一工控机；沥青罐车上的GPS模块将沥青罐车的实时位置信息通过ARM模块和第一GPRS模块发送给云服务器，云服务器对所有的沥青罐车的位置进行实时监控；沥青罐车上的ARM模块实时检测沥青罐车的速度信息，并将速度信息通过第一GPRS模块发送给云服务器，云服务器对所有的沥青罐车的速度进行实时监控；

云服务器根据拌合混合料质量是否合格的判断结果向第一工控机发出预警信息，若拌合混合料质量不合格，则观察与第一工控机连接的显示屏的工作人员向装有质量不合格的拌合混合料的沥青罐车司机发出预警信息；若拌合混合料质量合格，则不发出预警信息；

综上所述，通过本实用新型的非接触式沥青拌合站监控管理系统能够对沥青拌合站拌合料的质量进行实时监控，当拌合料出现问题后能及时发出预警信息，很好的解决了现有技术中不能及时有效地分析沥青混合料大量的生产数据和生产工艺信息，甚至在沥青出现质量问题时不能及时反馈处理的问题。

附图说明

图1为本实用新型非接触式沥青拌合站监控管理系统的示意图。

图2为本实用新型沥青罐车、拌合站的通信示意图。

图3为基于本实用新型非接触式沥青拌合站监控管理系统的管理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

参照图1和图2，本实用新型的非接触式沥青拌合站监控管理系统，包括第一工控机、非接触图像采集模块、云服务器和预警模块，以及安装在沥青罐车上的GPS模块、第一GPRS模块、RFID标签和ARM模块，安装在拌合站出料仓的第二GPRS模块和RFID阅读器；

其中：装在沥青罐车上的GPS模块、第一GPRS模块和RFID标签均与ARM模块连接，第一GPRS模块还与云服务器连接；

装在拌合站出料仓的第二GPRS模块和RFID阅读器连接，RFID阅读器通过GPRS模块与第一工控机连接，装在拌合站出料仓的RFID阅读器能够识别装在沥青罐车上的RFID标签；

非接触图像采集模块和预警模块均与第一工控机连接；

第一工控机上连接有显示器，第一工控机与云服务器连接；

非接触图像采集模块设置于现场沥青拌合站监控室，用于采集现场沥青拌合站工控机显示的图像数据，并将采集的图像数据传输给第一工控机。

如图1所示，作为本实用新型优选的实施方案，非接触图像采集模块包括网络摄像头和图像采集卡，网络摄像头设置于现场沥青拌合站监控室，用于实时采集现场沥青拌合站工控机显示的图像数据；网络摄像头和图像采集卡连接，图像采集卡与第一工控机连接。

作为本实用新型优选的实施方案，网络摄像头通过VGA数据采集器与图像采集卡连接；图像采集卡通过PCI接口与第一工控机连接；云服务器与第一工控机之间通过GPRS模块连接。

作为本实用新型优选的实施方案，云服务器具有SQL数据库；预警模块采用语音提示模块。

本实用新型将图像识别技术、GPRS无线通讯技术、云数据技术与无线射频技术有机结合，开发了本实用新型的非接触式沥青拌合站监控管理系统。

本实用新型的非接触图像采集模块用网络摄像头采集沥青拌合站生产数据信息，存储在图像采集卡，然后将图像采集卡的信息传输到工控机1，工控机1对图像数据进行预处理与存储，经GPRS无线传输将数据传至远端云服务器；

本实用新型的云服务器是对沥青拌合站生产数据进行实时分析、存储、展示及预警。处理结果可以以拌合料的配比曲线和级配曲线，或者图形化的方式直观的检测拌合混合料质量展示是否合格，实现实时报警，用于指导生产。

本实用新型利用无线射频技术、GPS定位模块完成每盘拌合料的锅号、对应车牌号的数据与沥青罐车位置信息记录，数据通过GPRS无线传输至云服务器整理分析，这样当检测拌合料出现不合格情况时可以及时追踪对应的沥青罐车，做出相应的处理，防止不合格的沥青拌合料用于公路施工。

本实用新型的第一工控机对采集的图像数据进行处理(原始图像进行灰度化及图像去噪、增强处理，然后进行二值化处理，最后将处理过的图像进行特征定位与匹配识别处理)提取出需要监控的相关拌合站生产数据(例如骨料、粉料、沥青料、锅号)，然后再对数据简单分析、记录整理、存储。第一工控机将得到的监控数据实时传输至服务器(避免人为干扰以保证数据真实可靠性)，架设在云上的服务器应用程序对监控数据进行分析处理后分类存储至云上SQL数据库(便于访问与控制浏览器端)，处理结果以拌合料的配比曲线和级配曲线方式展示，这样图形化的方式可以直观地检测拌合混合料质量是否合格，当出现不合格拌合料时，发出预警信息，预警信息通过无线网络传到现场施工监控室的显示屏上并有提示音，现场施工人员对报警信息进行处理，填写处理结果并上传远端云服务器，消除预警形成闭合反馈。

本实用新型还可以在云服务器建设基于B/S模式的信息管理平台，该信息管理平台主要面向级工程管理人员和现场施工人员，相关工程管理人员可登陆信息管理平台录入施工工程信息(操作人员、工程名称、施工单位、施工地点、浇注位置、标号等)，建立工程管理文档，以便数据库统一管理、查询、新建、删除、增加；该信息管理平台是整个工程预警信息和统计信息最直观最便捷的展示，便于各级工程监管人员对工程施工安全状况和进度的快速掌握，并对潜在的沥青施工路面质量安全进行针对性反馈指导。预警信息平台从云端数据库获取处理后的分类数据后，首先对各拌和站实时预警信息的最直观的主页显示，同时也可进入系统功能子项查看整个施工标段工程概况、实时进度信息地表等详细监测信息；然后系统设计了针对不同等级的用户赋予不同的浏览权限和查看内容范围等；最后作为平台的另一重要功能是，赋予高权限用户(如技术工程师)对预警信息编写相应处理意见措施，系统以自动短信方式及时发送至现场工作人员，以指导拌和站生产合格拌料。同时该平台也可从服务器获取相关信息数据处理后依据拌合站位置、拌和料等进行分类可视化视化显示。

本实用新型将第一工控机可放置在现场监控室，在现场监控室登陆信息管理平台可在显示器上显示处理结果并以图形形式显示罐车的实时位置，通过该模块可以实现沥青拌合料与装有沥青料罐车的追踪，当出现拌合料报警显示时，而此时罐车已开出拌合站，可根据追踪模块及时处理报警，防止不合格沥青料用于公路施工建设中，造成不合格路面出现。

考虑到拌合站实地环境、拌合站设备本身结构以及其数据的封闭性不对外开放并且保证沥青混合料生产数据的准确性，确保每一盘沥青混合料均可查到原始数据。本实用新型采用非接触图像采集模基于图像技术首先通过摄像头实时采集沥青拌合站操作室图片，可保证与沥青拌合站原有设备没有直接关系，独立性好。

参照图3，基于本实用新型的非接触式沥青拌合站监控管理系统的管理方法，包括如下步骤：

步骤1，非接触图像采集模块采集现场沥青拌合站工控机显示的图像数据，并将沥青拌合站工控机显示的图像数据传输给第一工控机；

步骤2，第一工控机对图像数据进行处理，提取出需要监控的拌合站生产数据并将拌合站生产数据传输给云服务器；

步骤3，云服务器对拌合站生产数据进行处理，得到拌合料的配比曲线和级配曲线；

获取沥青罐车的车牌号、司机信息、运料时间、位置信息和速度信息，过程分别为：

拌合站的RFID阅读器一直发射射频信号，当有沥青罐车来拉料时，沥青罐车上的RFID标签被RFID阅读器识别，RFID阅读器获取RFID标签上携带的沥青罐车的车牌号和司机信息，并将该信息通过第二GPRS模块发送给第一工控机；

沥青罐车上的GPS模块将沥青罐车的实时位置信息通过ARM模块和第一GPRS模块发送给云服务器，云服务器对所有的沥青罐车的位置进行实时监控；

沥青罐车上的ARM模块实时检测沥青罐车的速度信息，并将速度信息通过第一GPRS模块发送给云服务器，云服务器对所有的沥青罐车的速度进行实时监控；

步骤4，云服务器根据配比曲线和级配曲线判断拌合混合料质量是否合格；

步骤5，云服务器根据拌合混合料质量是否合格的判断结果向第一工控机发出预警信息，则观察与第一工控机连接的显示屏的工作人员根据该判断结果发出预警信息，若拌合混合料质量不合格，则工作人员向装有质量不合格的拌合混合料的沥青罐车发出预警信息；若拌合混合料质量合格，则不发出预警信息。

作为本实用新型优选的实施方案，步骤2中，第一工控机对拌合站生产数据的处理过程如下：

第一工控机对步骤1采集的图像数据依次进行图像灰度化处理、图像增强处理和二值化处理，最后将二值化处理过的图像进行特征定位与匹配识别处理，提取出需要监控的拌合站生产数据；其中，需要监控的拌合站生产数据包括骨料、粉料、沥青料和锅号。

作为本实用新型优选的实施方案，步骤3中，获取沥青罐车的车牌号、司机信息、运料时间、位置信息和速度信息过程如下：

装在沥青罐车上的GPS模块将沥青罐车的实时位置信息发送给ARM模块，ARM模块实时采集沥青罐车的速度；ARM模块将沥青罐车的位置信息和速度信通过GPRS模块实时发送给云服务器，第一工控机接收并显示沥青罐车的位置信息和速度信；

当沥青罐车到达拌合站出料仓后，拌合站出料仓处的RFID阅读器对沥青罐车上的RFID标签进行识别，获取沥青罐车的车牌号、司机信息和运料时间；RFID阅读器通过GPRS模块将获取的沥青罐车的车牌号、司机信息和运料时间发送给第一工控机，第一工控机接收沥青罐车的车牌号、司机信息和运料时间，并在显示屏上显示。

综上，基于本实用新型管理系统的管理方法能够实时地对沥青拌合料的质量进行监控，当沥青拌合料的质量出现问题后，能够及时地进行预警，确保不合格拌合料不被使用，能够为保证工程质量设一道防线。

本实用新型通过网络摄像头采集沥青拌合站工控机显示器上的生产数据信息，再通过VGA数据采集器将网络摄像头的数据传输到图像采集卡，其中VGA数据采集器将摄像头采集的模拟信号转化为数字信号，图像采集卡的数据通过PCI接口传输至第一工控机进行图像处理，图像预处理包括灰度化、图像增强以及二值化，其主要是将采集的彩色图像进行图像预处理，压缩图像的数据信息，便于后续的图像处理，提高处理效率。最后通过图像定位与字符识别，其主要提取出沥青混合料中包含的数据信息运用图像处理技术提取出沥青混合料生产图像中的关键数据，然后第一工控机通过GPRS无线传输模块将数据与RFID阅读卡接收模块存储并经第一工控机处理的数据整理后传输至远端的云服务器，云服务器将数据进行处理分析，存储在SQL数据库，实现数据之间的通讯，通过网络实现监管单位、施工单位与监理单位的数据共享，便于访问控制；其处理结果最终以图像化的曲线在拌合站控制室的显示屏上展示。云服务器对采集的沥青混合料生产数据信息存储分析，并以直观的图像化曲线展现给监管人员。通过定位模块能够追踪到沥青拌合站监控系统的位置，进一步能够确定拌合站附近的天气环境，通过校正沥青生产的阈值，提高沥青的品质；当项目中心云服务器判断从工控机1得到的数据出现异常时，可以通过语音提示模块警告拌合站的工作人员，排查异常情况。

本实用新型中，RFID阅读器的发射天线发送一定频率的射频信号，当装有RFID标签的罐车进入发射天线工作区域时，RFID标签产生感应电流，RFID标签获得能量被激活，RFID标签将自身编码等信息(关项目信息与车牌号等)通过RFID标签的内置发送天线发送出去，RFID阅读器的接收天线接收到从RFID标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到RFID阅读器，RFID阅读器对接收的信号进行解调和解码将RFID标签的数据信息进及识别地址号叠加上通过时间存入存储卡里，在卡中写入相数据。数据经GPRS无线传输将系统采集到的车辆数据信息，通过通信网络如网传到第一工控机进行后处理。装在沥青罐车上的GPS模块与ARM模块将记录的沥青罐车的实时位置信息经GPRS无线传输同步到远程云端服务器处理，完成定位信息地图显示和监控信息管理。在现场监控室登陆信息管理平台可在显示器上显示处理结果并以图形形式显示罐车的实时位置，可以实现沥青拌合料与装有沥青料罐车的追踪，其次由于RFID标签由藕合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，当出现拌合料报警显示时，可将拌合料与车辆一一对应，而此时罐车已开出拌合站，可根据追踪模块及时处理报警。并且车载终端的所有监控数据均通过无线方式传输到监控中心。由于每次交换的数据量较小，仅为车辆身份、工程信息、经纬度信息，且数据更新频率不高，每秒更新一次，因此该追踪模块具有成本低、实时性好的优点。

如图3所示，本实用新型的图像数据依次通过前端网络摄像头、图像采集卡和第一工控机中的软件模型最终至图像数据库，这一过程中图像数据从模拟数据转化为计算机能够识别的数字数据，包括预处理和后处理。沥青拌和站生产数据的图像预处理模型，主要包含采集、灰度化、图像增强以及二值化等环节。首先，采集环节建立起原始彩色图像数据库，保存原始数据；其次通过图像灰度化处理与图像增强处理将原始彩色图像转化为易于后续处理的灰度图像；最终将处理好的灰度图像进行二值化处理，突出了目标特征区域，同时减少了无关的图像数据，便于后续的图像识别处理。为准确快速提取沥青拌和站的生产数据信息根据沥青拌合站生产的特点与影响采集系统的外在因素，开发了图像定位与字符识别模型；其中图像定位采用矩形方框定位沥青料的特征区域，由于采用矩形定位模板，只需定位两点的像素点就可以实现对定位框的位置的调整。当定位程序运行时，采集模型直接调用定位数据的信息，得到目标区域的位置，快速简洁的达到预期目的，减少了模型的定位寻址时间，提高的程序的处理数据的效率。当目标特征区域定位完成后，下一步要对目标区域的字符进行字符切分处理。本文采用投影的方法对目标区域的字符进行分割。

其中对字符特征定位进行详细说明：

在图像中，目标特征区域是规则图形，因此采用矩形方框定位沥青料的特征区域，由于采用矩形定位模板，只需定位两点的像素点就可以实现对定位框的位置的调整。当定位程序运行时，采集模型直接调用定位数据的信息，得到目标区域的位置，快速简洁的达到预期目的，减少了模型的定位寻址时间，提高的程序的处理数据的效率。当目标特征区域定位完成后，下一步要对目标区域的字符进行字符切分处理。本实用新型用投影的方法对目标区域的字符进行分割。图像经过二值化处理后，其目标区域的每个字符均有间隙，根据字符的垂直与水平投影会出现波峰-波谷-波峰的形状，从而确定了每个字符的范围。

字符识别算法如下：

采集系统的评价标准中一项最重要的要素就是图像识别的准确率，准确率直接硬性系统性能评测。沥青拌合站生产信息图像上的配比信息等重要参数均是印刷体字体，具有固定的样式，不受人为因素影响，因此实用新型使用模板匹配识别的方法，实现图像数据的提取。识别算法原理为：首先建立一个标准模板库，作为识别的参考值，将目标特征区域的经过划分的字符与标准模板进行匹配，则字符的匹配程度转化为字符间的相似度，设置一个相似度阈值，当相似度不低于阈值时，则输出模板字符，若相似度函数小于阈值时，则认为不匹配，进行下一个模板的比对。

相似度函数：设经过预处理后，归一化字符的二值化图像为：{fI(i，j)i＝1、2、3…n，j＝1、2、3…m}，I＝1、2、3…n。模板的二值化图像为:{Tk(i，j)i＝1、2、3…n，j＝1、2、3…m}，k＝1、2、3…m。且fI(i，j)，Tk(i，j)的取值为有图像的点取1，没有图像的点取0。则匹配系数τk为：

式中，Tk为模板中黑点为1的个数。