CN113361868B - 一种基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，数据采集端包括设置在环卫车车桥的各个钢板弹簧上的角度传感器，角度传感器采集角度状态值以及倾斜角作为计算承载重量的参数，数据分析端与数据采集端相连用于接收及分析所述环卫车的相应的数据参数。本发明的角度传感器通过采集角度状态值以及倾斜角作为计算承载重量的参数，通过数据分析端对上述参数进行计算分析得出承载货物的重量，上述计算分析承载货物重量的过程在环卫车不论行驶以及静止的状态均可以进行，为数据分析端提供了可靠的采集数据。另外，本发明通过清洗数据模型、事件计算模型以及计重模型来对数据进行综合评价，提高了系统的精准性、稳定性以及多元化。

Description

一种基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统

技术领域

本发明涉及智能环卫技术领域，特别涉及一种基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统。

背景技术

现有的车载称重技术大部分是机械式称重原理，即：通过对车辆原有结构进行改造，使检测设备在车辆负荷发生变化的时候产生物理形变，将形变量转化成电信号，进而得出车辆重量值，更多的是测量静止状态下的车辆载物负荷。在环卫管理体系里的车辆称重技术，市面上主流应用的还是传统的机械式称重，此类传感器具有很多共性的问题，在产品性能上容易受环境影响，容易产生疲劳不易恢复，导致精度衰减严重，经常需要校准，维护成本高，安装上还需要打孔、焊接等操作来损坏车身结构，对车辆产生不可估量的隐患。

另外，在现有的环卫体系的管理系统中，信息化程度较低，管理维度单一，功能同质化严重，可以分为以下两类：第一类为非数字化网联模式的管理系统，通过月度或季度的纸质表单填报，层层审核，最终由分管环卫的区县、市级监督部门汇总登记，在系统里完成人工输入，最终形成报告；第二类为具备数字化网联模式的管理系统，通过接入末端处置设施设备的过磅系统，来获取实时的数据更新，接入现有的车辆管理系统来获取车辆的定位信息等，具有一定的数据展现和统计能力，但是无法把数据下沉，数据颗粒大，无法做到区域精细化管理，对环卫全流程的监管力度较弱，很难发现问题并追溯问题来源。上述环卫软件管理系统智能化程度较低，可集成的智能物联网终端较少，更多的是集成各个末端设施的网络端口进行数据融合和展示，这些数据只能提供宏观上的变化趋势，例如展示某个城市的生活垃圾总体的处置量，数据更新要依赖末端处置厂的地磅数据更新频次，而不是实时更新计算，有一定的延时性，对于政府监管部门做决策判断就缺乏最新的数据支撑；无法有效的串联整个环卫链路上的数据，信息孤岛化严重，每个模块都是独立存在，无法相互印证。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提出一种基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，通过对智能环卫的车载称重技术以及管理系统进行改进，提高了智能环卫收运分析系统的数据采集端的数据精确度以及数据分析端的数据处理联动性，从而实现了智能环卫收运分析系统的准确性以及可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，包括数据采集端以及数据分析端，所述数据采集端包括设置在环卫车车桥的各个钢板弹簧上的MEMS角度传感器，所述MEMS角度传感器采集角度状态值以及倾斜角作为计算承载重量的参数，所述数据分析端与数据采集端相连用于接收及分析所述环卫车的相应的数据参数。

进一步的，所述计算承载重量的过程为：当环卫车在空载模式下进行一次系统初始化，获取初始状态，通过MEMS角度传感器得到1个角度状态值A1和倾斜角β1以及对应的车辆空载重量值T1，然后在满载模式下再次获取1个角度状态值B1和倾斜角β2和对应的车辆满载重量值T2，通过4G通讯网络远程将以上设置参数写入传感器寄存器，最后数据分析端从传感器寄存器接收上述参数并通过预设公式计算出对应的承载货物重量值。

进一步的，所述预设公式为：t＝tanΔβ＊(T2-T1)＊ΔC/(B1-A1)＊tan(β2-β1)；其中，Δβ、ΔC分别为在车辆装载货物之后，钢板弹簧受到车轴的压力使角度传感器产生角度变化和状态变化值，通过这个变化量来计算出所承载货物的重量值。

进一步的，所述数据采集端还包括设置在环卫车上的高精度定位模块、RFID射频识别模块、视频监控模块以及通讯模块，所述高精度定位模块用于对环卫车进行实时定位，所述RFID射频识别模块用于对环卫司机的作业工作进行考核识别登记，所述视频监控模块用于对环卫车以及环卫司机的情况进行监督，所述通讯模块用于将采集的参数实时输出到数据分析端。

进一步的，所述数据分析端上设定有清洗数据模型、事件计算模型以及计重模型，所述事件计算模型根据清洗数据模型清洗后的采集数据计算并判断出每个变化事件，所述计重模型根据清洗数据模型清洗后的采集数据准确计算出每个站点的垃圾收运情况、每天实时垃圾产生量、中转站点的转运量、处置厂的进厂量并对垃圾收运进行闭环计算。

进一步的，所述清洗数据模型包括遗漏数据处理、噪声数据处理以及数据平滑处理，所述遗漏数据处理方式为：当系统在网络信号较弱的区域，数据暂存在通讯模块里，等到信号恢复后再分批补传，数据后台先对间断的数据做隔离处理，直到收到补传数据后，根据定位时间先后把遗漏的数据自动补齐，再恢复整段数据，融入大数据库；所述噪声数据处理的噪声判别方式为：当车辆行驶中剧烈颠簸导致的数据突变，超出变化量20％且在10个定位信息数据包范围内则判别为噪声数据；或者车辆在坡上行驶中高程变化超出3°以上且持续2个定位信息包，则判别为噪声数据；又或者车辆行驶中急加速、急减速、急转弯情况下，导致多个称重传感器状态值之间差异性突增，则判定为噪声数据；所述数据平滑处理对噪声数据统一做隔离处理，不作为事件计算的基础。

进一步的，所述事件计算模型包括装载事件判断、作业事件判断以及抛洒事件判断，所述事件计算模型根据清洗后的采集数据，精准计算出每一个质量变化事件，结合路线、任务考核因素来进行综合分析出装载事件、作业事件以及抛洒事件。

进一步的，所述装载事件判断：

a.单个装载事件：同一地点、速度始终为0，质量变化超过10％，且到达平稳状态连续超过5个定位信息包，波动值≤±2％；

b.多个装载事件：同一地点、速度始终为0，出现连续质量变化超过10％，且符合单个装载事件条件的，合并为一个事件；

c.动态装载事件：不同地点，速度由0变大再变0，质量变化超过10％，且到达平稳状态，则计算为地点A和B之间的事件。

进一步的，所述作业事件判断：

a.作业中事件：同一地点，车辆射频接收器感应到RFID，系统执行摄像头抓拍，间隔10s，通过图像识别可判断当前是否在作业；

b.作业开始/完成事件：作业车辆空载离开环卫所站点围栏，判定为作业开始；作业车辆空载进入站点围栏，判定为作业结束。

进一步的，所述抛洒事件判断：

a.当实时装载率达到75％后，侧向盲区+后视摄像头自动抓拍图片进行图像分析，识别是否有垃圾、渗滤液抛洒滴漏，发现并立即预警提醒。

有益效果：本发明的MEMS角度传感器通过采集角度状态值以及倾斜角作为计算承载重量的参数，通过数据分析端对上述参数进行计算分析得出承载货物的重量，上述计算分析承载货物重量的过程在环卫车不论行驶以及静止的状态均可以进行，为数据分析端提供了可靠的采集数据。另外，本发明通过清洗数据模型、事件计算模型以及计重模型来对数据进行综合评价，提高了系统的精准性、稳定性以及多元化。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

现有的车载称重技术大部分是机械式称重原理，很难准确测量运动状态下的车辆载物负荷，在安装时需要打孔、焊接等操作来损坏车身结构，对车辆产生不可估量的隐患，另外，现阶段垃圾分类精准管控和数字化管理存在明显短板，投、收、运、处运行管理信息孤岛现象比较严重，针对前、中、后端的智能化管理决策支撑能力缺失。

实施例1

为了解决以上现有技术的缺陷，如图1所示：本实施例的提供了一种基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，包括数据采集端以及数据分析端，所述数据采集端包括设置在环卫车车桥的各个钢板弹簧上的MEMS角度传感器，所述MEMS角度传感器采集角度状态值以及倾斜角作为计算承载重量的参数，所述数据分析端与数据采集端相连用于接收及分析所述环卫车的相应的数据参数。

本实施例的MEMS角度传感器通过采集角度状态值以及倾斜角作为计算承载重量的参数，通过数据分析端对上述参数进行计算分析得出承载货物的重量，上述计算分析承载货物重量的过程在环卫车不论行驶以及静止的状态均可以进行。

在一具体的实例中，所述计算承载重量的过程为：当环卫车在空载模式下进行一次系统初始化，获取初始状态，通过MEMS角度传感器得到1个角度状态值A1和倾斜角β1以及对应的车辆空载重量值T1，然后在满载模式下再次获取1个角度状态值B1和倾斜角β2和对应的车辆满载重量值T2，通过4G通讯网络远程将以上设置参数写入传感器寄存器，最后数据分析端从传感器寄存器接收上述参数并通过预设公式计算出对应的承载货物重量值，所述预设公式为：t＝tanΔβ＊(T2-T1)＊ΔC/(B1-A1)＊tan(β2-β1)；其中，Δβ、ΔC分别为在车辆装载货物之后，钢板弹簧受到车轴的压力使角度传感器产生角度变化和状态变化值，通过这个变化量来计算出所承载货物的重量值。

本实施例的数据分析端通过传感器寄存器缓存的传感器采集参数能够实时计算出所承载货物的重量值，并可以反馈并上传保存至服务器中。

在一具体的实例中，所述数据采集端还包括设置在环卫车上的高精度定位模块、RFID射频识别模块、视频监控模块以及通讯模块，所述高精度定位模块用于对环卫车进行实时定位，所述RFID射频识别模块用于对环卫司机的作业工作进行考核识别登记，所述视频监控模块用于对环卫车以及环卫司机的情况进行监督，所述通讯模块用于将采集的参数实时输出到数据分析端。

本实施例能够将每次环卫车收集作业的单桶ID和重量、实时作业位置、整车重量、视频、图片等信息通过通讯模块即时传输到数据中心平台(数据分析端)，进行运算分析。

在一具体的实例中，所述数据分析端上设定有清洗数据模型、事件计算模型以及计重模型，所述事件计算模型根据清洗数据模型清洗后的采集数据计算并判断出每个变化事件，所述计重模型根据清洗数据模型清洗后的采集数据准确计算出每个站点的垃圾收运情况、每天实时垃圾产生量、中转站点的转运量、处置厂的进厂量并对垃圾收运进行闭环计算。

需要说明的是，车辆在作业过程中，通过对实时定位轨迹和既有站点电子围栏的匹配，计算每一个站点的进出状态下的车辆重量差值ΔT，ΔT＝t1+t2+...+tn，t1-tn为每个单桶的重量值。

在具体实现中，本实施例的数据分析端设有站点管理、车辆管理、设备管理、路线管理以及作业任务管理。

站点管理：将环卫所、陆地中转站、码头中转站、处理厂设置为固定站点Pa，将小区、园区、商业广场等设置为作业站点Pb；

车辆管理：对各类环卫车型进行编号，压缩车Va、勾臂车Vb、自卸车Vc等，初始化每辆车的荷载信息；

设备管理：每一台数据传输终端(通讯模块)和对应车辆进行绑定，同时附带所对应的传感器；

路线管理：将所需作业的各类站点进行合并管理，自动化生成最佳运输路线，并在每次作业开始后下发给车辆启动打卡的驾驶员，获取即时的作业路线，对临时产生变化的作业缩短了信息确认时效；

作业任务管理：固定的线路每天会自动生成固定的作业任务，由监管人员来监督每一趟作业任务的完成情况，也可以通过系统新建临时任务来应对突发情况。

在一具体的实例中，所述清洗数据模型包括遗漏数据处理、噪声数据处理以及数据平滑处理，所述遗漏数据处理方式为：当系统在网络信号较弱的区域，数据暂存在通讯模块里，等到信号恢复后再分批补传，数据后台先对间断的数据做隔离处理，直到收到补传数据后，根据定位时间先后把遗漏的数据自动补齐，再恢复整段数据，融入大数据库；所述噪声数据处理的噪声判别方式为：当车辆行驶中剧烈颠簸导致的数据突变，超出变化量20％且在10个定位信息数据包范围内则判别为噪声数据；或者车辆在坡上行驶中高程变化超出3°以上且持续2个定位信息包，则判别为噪声数据；又或者车辆行驶中急加速、急减速、急转弯情况下，导致多个称重传感器状态值之间差异性突增，则判定为噪声数据；所述数据平滑处理对噪声数据统一做隔离处理，不作为事件计算的基础。

需要说明的是，本实施例的降噪处理对于系统产生的重量波动超出模型限定的值进行清洗和降噪处理，还原真实场景的数据，供应用层进行分析。另外，通过数据平滑处理能够对数据进行降维处理，既踢出了噪音提高了数据处理的准确性，也相应减少了计算量，提高了系统运行速度。

在一具体的实例中，所述事件计算模型包括装载事件判断、作业事件判断以及抛洒事件判断，所述事件计算模型根据清洗后的采集数据，精准计算出每一个质量变化事件，结合路线、任务考核因素来进行综合分析出装载事件、作业事件以及抛洒事件。

在一具体的实例中，所述装载事件判断：

a.单个装载事件：同一地点、速度始终为0，质量变化超过10％，且到达平稳状态连续超过5个定位信息包，波动值≤±2％；

b.多个装载事件：同一地点、速度始终为0，出现连续质量变化超过10％，且符合单个装载事件条件的，合并为一个事件；

c.动态装载事件：不同地点，速度由0变大再变0，质量变化超过10％，且到达平稳状态，则计算为地点A和B之间的事件。

需要说明的是，本实施例能够实时计算：根据时间、速度、重量值变化计算出装卸载的事件，还原每一次真实作业工况，并以地理位置、历史时间等维度进行合并分析计算，展示出直观的可视化数据。

在一具体的实例中，所述作业事件判断：

a.作业中事件：同一地点，车辆射频接收器感应到RFID，系统执行摄像头抓拍，间隔10s，通过图像识别可判断当前是否在作业；

b.作业开始/完成事件：作业车辆空载离开环卫所站点围栏，判定为作业开始；作业车辆空载进入站点围栏，判定为作业结束。

在一具体的实例中，所述抛洒事件判断：

当实时装载率达到75％后，侧向盲区+后视摄像头自动抓拍图片进行图像分析，识别是否有垃圾、渗滤液抛洒滴漏，发现并立即预警提醒。

在具体实现中，当系统检测到环卫车在非指定区域的装货和卸货，跨区域作业，超载作业，超速行驶或者抛洒滴漏等非常规行为都实时在系统大屏上展示，可辅助监管部门实时查处。

本实施例的应用情况

在上海市宝山区某环卫所，实行安装本系统，对车辆加装了智能称重硬件，通过本系统的平台进行日常的作业管理、作业监督、收运统计，实现了对环卫车的智能管理及监控，为垃圾的现代化治理提供了实践依据。

综上所述，本实施例在软硬件系统同时进行改进，以″垃圾全流程监管、分类数据源头管控″为目标，利用平台大数据优势补信息化短板、辅助搭建辖区内监管体系、为相关监管部门提供相应的决策依据。通过纵向业务协同、横向数据共享、数据共享建模搭建、网络安全体系搭建等手段，规范与优化业务流程，提升垃圾分类监测、预警、防范与治理能力，促进科学精准监管，在统筹管理的基础之上推动多方参与、多元共治，加快实现垃圾治理现代化进程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，其特征在于，包括数据采集端以及数据分析端，所述数据采集端包括设置在环卫车车桥的各个钢板弹簧上的MEMS角度传感器，所述MEMS角度传感器采集角度状态值以及倾斜角作为计算承载重量的参数，所述数据分析端与数据采集端相连用于接收及分析所述环卫车的相应的数据参数，所述计算承载重量的过程为：当环卫车在空载模式下进行一次系统初始化，获取初始状态，通过MEMS角度传感器得到1个角度状态值A1和倾斜角β1以及对应的车辆空载重量值T1，然后在满载模式下再次获取1个角度状态值B1和倾斜角β2和对应的车辆满载重量值T2，通过4G通讯网络远程将以上设置参数写入传感器寄存器，最后数据分析端从传感器寄存器接收上述参数并通过预设公式计算出对应的承载货物重量值，所述预设公式为：t＝tanΔβ＊(T2-T1)＊ΔC/(B1-A1)＊tan(β2-β1)；其中，Δβ、ΔC分别为在车辆装载货物之后，钢板弹簧受到车轴的压力使角度传感器产生角度变化和状态变化值，通过这个变化量来计算出所承载货物的重量值。

2.根据权利要求1所述的基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，其特征在于，所述数据采集端还包括设置在环卫车上的高精度定位模块、RFID射频识别模块、视频监控模块以及通讯模块，所述高精度定位模块用于对环卫车进行实时定位，所述RFID射频识别模块用于对环卫司机的作业工作进行考核识别登记，所述视频监控模块用于对环卫车以及环卫司机的情况进行监督，所述通讯模块用于将采集的参数实时输出到数据分析端。

3.根据权利要求1所述的基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，其特征在于，所述数据分析端上设定有清洗数据模型、事件计算模型以及计重模型，所述事件计算模型根据清洗数据模型清洗后的采集数据计算并判断出每个变化事件，所述计重模型根据清洗数据模型清洗后的采集数据准确计算出每个站点的垃圾收运情况、每天实时垃圾产生量、中转站点的转运量、处置厂的进厂量并对垃圾收运进行闭环计算。

4.根据权利要求3所述的基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，其特征在于，所述清洗数据模型包括遗漏数据处理、噪声数据处理以及数据平滑处理，所述遗漏数据处理方式为：当系统在网络信号较弱的区域，数据暂存在通讯模块里，等到信号恢复后再分批补传，数据后台先对间断的数据做隔离处理，直到收到补传数据后，根据定位时间先后把遗漏的数据自动补齐，再恢复整段数据，融入大数据库；所述噪声数据处理的噪声判别方式为：当车辆行驶中剧烈颠簸导致的数据突变，超出变化量20％且在10个定位信息数据包范围内则判别为噪声数据；或者车辆在坡上行驶中高程变化超出3°以上且持续2个定位信息包，则判别为噪声数据；又或者车辆行驶中急加速、急减速、急转弯情况下，导致多个称重传感器状态值之间差异性突增，则判定为噪声数据；所述数据平滑处理对噪声数据统一做隔离处理，不作为事件计算的基础。

5.根据权利要求3所述的基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，其特征在于，所述事件计算模型包括装载事件判断、作业事件判断以及抛洒事件判断，所述事件计算模型根据清洗后的采集数据，精准计算出每一个质量变化事件，结合路线、任务考核因素来进行综合分析出装载事件、作业事件以及抛洒事件。

6.根据权利要求5所述的基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，其特征在于，所述装载事件判断：

a.单个装载事件：同一地点、速度始终为0，质量变化超过10％，且到达平稳状态连续超过5个定位信息包，波动值≤±2％；

b.多个装载事件：同一地点、速度始终为0，出现连续质量变化超过10％，且符合单个装载事件条件的，合并为一个事件；

c.动态装载事件：不同地点，速度由0变大再变0，质量变化超过10％，且到达平稳状态，则计算为地点A和B之间的事件。

7.根据权利要求5所述的基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，其特征在于，所述作业事件判断：

a.作业中事件：同一地点，车辆射频接收器感应到RFID，系统执行摄像头抓拍，间隔10s，通过图像识别可判断当前是否在作业；

b.作业开始/完成事件：作业车辆空载离开环卫所站点围栏，判定为作业开始；作业车辆空载进入站点围栏，判定为作业结束。

8.根据权利要求5所述的基于全工况车载称重技术的智能环卫收运分析系统，其特征在于，所述抛洒事件判断：

a.当实时装载率达到75％后，侧向盲区+后视摄像头自动抓拍图片进行图像分析，识别是否有垃圾、渗滤液抛洒滴漏，发现并立即预警提醒。

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