衡器緊跟物聯網技術發展——新一輪技術革命

【摘 要】 隨著我國物聯網技術的發展，物聯網已成為我國國家戰略性新興產業中加速技術創新的風向標。本文先從物聯網的概念與發展入手，進而引伸到衡器與物聯網發展的關系，后舉例說明衡器在物聯網中的應用，呼吁我國衡器行業應緊跟物聯網的發展，在技術創新的道路上我國衡器技術新一輪的革命。
【關鍵詞】物聯網；現代衡器系統；新一輪技術革命
一、物聯網的概念與發展意義
近來我國物聯網技術呈現出發展的高潮。物聯網被業界稱為繼計算機、互聯網技術之后世界信息技術革命的第三個里程碑。（參考文獻1）物聯網（The Internet of things）顧名思義就是把所有物品通過信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。通俗地說物聯網就是利用RFID射頻識別、紅外感應、GPS定位系統、激光掃描等各種通信傳感設備，按約定的協議，用互聯網彼此進行交流，實現物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。
物聯網一般由三個層面組成，即信息感知采集、信息交流傳送、信息分析處理與預測。我國早在2004年就已經開展了無線射頻識別RFID技術的行業應用，例如在工業產品自動化制造流水線、城市交通智能管理、智能樓宇綜合控制管理等方面取得了長足的進步。有專家預言在未來的十年里，我國物聯網產業將達到5萬億元的產銷值。
（參考文獻1）IBM中國研究院院長李實恭在接受專訪中指出：物聯網與互聯網的不同之處如下：
（1）處理信息：
互聯網——信息是人通過處理所創造的；
物聯網——包括人創造的信息和物理世界反映的信息，處理信息多。
（2）傳送信息量：
互聯網——搜索、瀏覽、發郵件，傳送信息量大；
物聯網——由于傳送信息的 性，所以傳送信息量較小。
（3）網絡連接：
互聯網——大部分搜索、瀏覽、發郵件，是根據需要信息才連接的；
物聯網——信息隨時在線連接，不中斷。物聯網不僅僅是把信息連接起來，而是將不同的系統連接起來，組成更大的網，實現系統信息分析處理與預測未來。
在剛過去的2010年的全國兩會上，*總理在政府工作報告中明確提出了“加快
物聯網的研發應用，加大對戰略性新興產業的投入和政策支持。”近由工信部牽頭成立的“中國物聯網標準聯合工作組”將聯合相關產業共同開展物聯網技術的研發與標準化工作的推進應用。在2010年10月上海浦東新區第五屆學術年會上，由中國科學院上海高等研究院院長封松林研究員作了關于《物聯網發展展望及應用》主題報告，回顧物聯網的發展歷程，指出目前物聯網已上升為我國國家戰略性新興產業培育方向，需要形成一個多領域合作的產業鏈來孵化技術，加速技術創新。
二、衡器與物聯網的關系
作為國民經濟各行業計量源頭的衡器行業，近幾年來從電子衡器技術的發展可以看出，電子衡器載荷傳遞機理變化的發展是由初的電阻應變式傳感器開始的，但是隨著衡器應用技術各個發展階段的創新與發展，各種載荷傳遞機理型式，如：激光技術，RFID射頻識別技術、紅外感應技術、GPS定位系統應用開創了與傳統應變式機理截然不同的所謂“邊緣衡器”技術的發展（見參考文獻2闡述的觀點），也就順應著物聯網技術的發展。衡器的觀念已經不僅僅指某個局部的計量稱重裝置。現代衡器的發展開創了衡器系統的新概念、新天地。
應該說衡器與物聯網的發展是相互相成的。正因為有了物聯網的發展才促成了現代衡器的發展。例如：RFID射頻讀卡技術、圖像車牌設別技術和紅外光柵車過識別技術促進了無人值守汽車衡朝真正意義上的無人值守方向發展；定位系統（Global Positicming Syslem，GPS）技術促進了城市環衛車輛稱重與管理系統的發展，使得車輛運行狀況與運行軌跡的實時定位與主控中心的車輛信息監控；激光傳感技術已應用于稱重體積測量的物流傳送測量系統，可以使得智能化物流稱重管理得以實現；條形碼掃描技術與自動稱重包裝流水線、自動重量分檢流水線的產品制造物流系統供應鏈管理結合，跟蹤每一個產品質量溯源及預測生產流量。所以衡器的發展與上述物聯網的概念緊密。
三、衡器在物聯網上的應用
現代衡器系統是離不開物聯網的。現舉例說明如下：
1、一種智能物流檢測的物聯網系統應用
隨著國民經濟的日益發展和越來越多新技術的出現，社會對勞動生產率的要求也越來越高。在大型的倉儲物流中心、機場、貨物快遞行業及一些大型工業企業特別需要對物品的重量、體積等情況進行跟蹤控制。長期以來原始的人工過磅計量、記錄數據，不僅浪費了 的人力物力，而且數據管理難以實現自動化，無法適應社會發展的要求。一種智能物流檢測系統應運而生。目前各種條碼設備、電子秤量、計量設備已很成熟和完備，并且都可以和電腦進行數據交換，為物流的標準化作業提供了實現的可能性，通過這些設備的應用，結合適合的軟件系統，可以實現自動識別托運物品、自動秤量重量、自動測量體積、自動計費、自動分撿、全路局條碼跟蹤，逐步形成一個自動化、智能化程度越來越高的智能物流檢測系統。該系統具有客戶信息、發運信息、條碼及標簽打印、條碼識別、自動稱重、自動測量體積、自動計算費用、記錄費用收取信息、自動信息查
詢、自動分檢物品信息、全流程貨物跟蹤。可以應用于倉儲物流中心、機場、貨物快遞與鐵路行包物聯網系統。現根據本人曾參與的設計方案，舉例一種鐵路行包智能物流檢測系統流程框圖如圖1。
圖1 鐵路行包物流智能檢測管理系統流程圖
上述系統中的設備有紅外感應器、動態自動稱重機、激光傳感器自動測量體積、自動計費軟件、自動分撿機、條形碼掃描寫入、自動識別條碼、觸摸式信息輸入屏、 物流信息管理的計算機軟件及數據庫管理系統。該數據庫管理系統可以分成車站局域網、路局局域網與系統總局物聯網。其中激光自動測量體積與自動稱重重量同時計算費率，符合鐵路、航運及快遞包裹計費規定。激光自動測量原理如圖2、圖3（見參考文獻3）。
圖2 德國SICK公司激光傳感器自動測量原理
圖3 自動測量體積檢測運行外觀圖
目前我國在自動測量體積檢測系統的應用中，只見個別外資企業采用原裝的國外品牌產品的應用，應該屬于初級的單系統的應用。如何組成物聯網的物流智能檢測管理的大系統，是目前需要解決的問題。上述圖1系統如果能應用在鐵路所有路局的貨物行包的跟蹤追溯調度管理中，可以起到控制和預測個別車站、各路局乃至接入全國鐵路行包物流量的變化與物聯網的管理。同樣的需要可以應用在郵政物流管理系統、大型的倉儲物流中心、機場物流管理中心和貨物快遞行業的物聯網管理中。
2、無人值守汽車衡的應用
從物聯網的大概念來看，無人值守汽車衡也應該算是物聯網的一種較為典型的應用實例。目前在我國衡器行業無人值守汽車衡的應用已開始進入了一個高速發展的階段。各企業紛紛推出了具有自動運行功能的所謂無人值守汽車衡系統。單套無人值守汽車衡稱重系統本身自成網絡系統，其采用SQL Server數據庫，方便遠程終端進行查詢操作。當企業有多臺無人值守汽車衡稱重系統時，通過局域網也可進行系統聯網，如圖4所示，多臺汽車衡網絡拓撲圖（見參考文獻4）。
圖4 （單臺）無人值守汽車衡系統網絡拓撲圖
在生產物流過程中，計量系統通過稱重軟件將生產數據保存匯總，并實時為管理部門、財務部門、倉管部門等提供報表數據。對于管理部門，可以通過系統中的匯總報表了解當前的生產及物流狀況；對于財務結算部門，則可以拿到清晰又準確的結算報表；倉管部門則可以了解到自己的收、發貨物的情況。因此，它加強了管理上的一致性，縮短了決策者對生產的響應時間，提高了管理效率，降低了運行成本，促進了企業信息化管理。
圖5 （單臺雙向）無人值守汽車衡設備配置圖
根據本人所掌握的情況，直至目前在我國真正意義上的無人值守還不成熟。其主要的瓶頸在于自動識別技術與系統的不可靠性導致了任意環境、任意車況、任意未知車輛隨機調度的無人值守系統變成徒有虛名。其原因與發展對策敘述如下：
（1）由于車輛牌號自動識別系統受被稱量的車輛車況（如車牌損壞、表面遮擋物覆蓋）、環境（雨雪天、大霧天）的影響使得計算機圖像識別技術的可靠識別率還不能做到100%。
新一代的無人值守系統要求必須采用具備冗余方案的車輛牌號自動識別系統（在采用高分辨攝像頭計算機圖像識別的同時，采用無源非接觸式射頻IC卡作為輔助車牌識別），新的無人值守系統也可以將目前國內外正在采用的TEC動態車輛識別系統技術應用到無人值守汽車衡中。
在車輛動態稱重技術中，對于各種不同的車型的自動識別過程中，也有不采用射頻與攝像識別的技術。以美國TDS公司提供的Model -110型自動車輛分類識別系統（見參考文獻5）較好地解決了需要對各種不同的車輛進行分類管理收費的問題。該系統主要采用了紅外感應光幕技術，到被測車輛通過紅外感應光幕后即可采集到各種不同車型的外輪廓，通過系統分類處理即可還原出分類的車型。
圖6 美國TDS公司110型車輛分類識別原理
（2）目前在用的無人值守系統網絡數據傳送由于種種原因，往往無法正常運行。歸其原因有相當部分原因為系統計算機故障、服務器與網絡故障。
新一代的無人值守汽車衡系統要求所有汽車衡的稱重系統接入工業以太網時由系統中的一臺稱重計算機統一管理，另一臺稱重計算機與其同時在線工作，構成雙機冗余方案。雙機冗余系統的兩臺稱重計算機需通過局域網連接到數據服務器，由服務器保存終稱重數據，并將相關數據自動實時上傳至信息管理中心和數據庫，以及提供遠端數
據查詢功能。服務器與網絡連接方式采用雙網系統設計：在平時使用時，服務器通過GPRS接入互聯網絡，當無線網絡有故障或者其他因素引起網絡受阻，服務器又可自動通過有線網絡上網以保證網絡暢通。
新一代的無人值守汽車衡系統當然還應包括排除各種可能出現的限度防作弊功能的應用，與企業ERP系統的無縫連接。
結論
由于衡器的應用技術已經不僅僅指單純的稱重過程，如何將物聯網系統的思路引入到現代衡器大系統中是目前我國衡器行業急需思考的問題。本文僅僅從衡器應用的某個側面舉例說明了衡器在物聯網中的地位與關系，作為拋磚引玉。相信在新一輪的我國衡器十二五發展階段中，衡器的現代化系統必將會緊跟物聯網系統的發展，在技術創新的道路上我國衡器技術新一輪的革命。
參考文獻
1．李全偉. “新一輪技術革命”《財富》（中文版）雜志技術篇P89～P90，2010年11月 [ J ]。
2．陳日興. “從衡器觀念的變化看衡器技術進步”《第九屆稱重技術研討會論文集》綜述篇P1～P6，2010.4中國.長沙 [C]。
3．VMS系列體積測量技術說明書（德國SICK公司）。
4．無人值守汽車衡技術說明書（上海大和衡器有限公司）。
5．Model -110型自動車輛分類識別系統說明書（美國TDS公司）。
作者簡介
陳日興（1946年），男（漢），籍貫：上海市，職稱：工程師，學歷：大學本科