遠程虛擬仿真技術在汽車衡檢定工作中的應用

馮天宏

（天津港集裝箱碼頭有限公司，天津 300456）

按照《中華人民共和國計量法》的規定，計量檢定工作中2個重要“法條”是：計量檢定必須按照國家計量檢定系統表進行；計量檢定必須執行計量檢定規程。本文談到的汽車衡按國家計量檢定規程JJG 539—2016《數字指示秤》，具體是指固定式電子秤中的電子地中衡和電子地上衡。

之前，汽車衡的應用基本上是“孤島式”的應用模式，即1臺汽車衡旁邊有1個磅房，汽車衡儀表放置在磅房中，當汽車衡進行法制檢定時，計量檢測中心的工程師調用經過溯源的標準砝碼在現場進行計量檢定，并通過磅房中的汽車衡的儀表對汽車衡的計量性能進行調整、設置，從而達到法制檢定的要求。

隨著集裝箱碼頭朝著大型化、集約化發展，這種只有幾臺汽車衡的“孤島式”的應用模式遠遠不能適應生產的需求?，F在，大型集裝箱碼頭所用的汽車衡數量往往多達幾十臺乃至上百臺，這些汽車衡分別安裝在碼頭的進、出閘口和幾個分散的堆場閘口中，如何管理好這些汽車衡并實時診斷其所處的運行狀態，做好計量設備的“管、用、養、修”工作，為此開發了汽車衡在線智能診斷系統。

把汽車衡在線智能診斷系統應用于汽車衡檢定是一個不錯的選擇，這套系統在汽車衡檢定方面應用的技術有：運用有線傳輸鏈路或無線傳輸鏈路技術將汽車衡的運行狀態數據傳送至辦公室的計算機桌面上；通過遠程虛擬仿真技術實現了在辦公室對現場汽車衡儀表的調整與設置；通過視頻再現技術把汽車衡應用現場的圖像傳送到辦公室的計算機桌面；通過音頻傳播技術在汽車衡應用現場和辦公室計算機桌面間進行對話。

1 汽車衡檢定規程的精髓

汽車衡檢定規程的精髓在于對汽車衡的計量性能要求及其檢定：一是要對汽車衡進行準確度等級的劃分，確定是中準確度級還是普通準確度級；二是確認檢定分度值；三是對多分度秤的附加要求；四是確認汽車衡的最大允許誤差；五是對同一載荷進行重復性稱量；六是偏載試驗；七是確認汽車衡的鑒別閾；八是確認汽車衡的置零準確度及除皮準確度。

汽車衡檢定對砝碼的要求必須符合國家計量檢定系統表的規定，也就是要符合國家溯源等級圖的規定，其是將國家計量基準的量值逐級傳遞到工作計量器具，或從工作計量器具的量值逐級溯源到國家計量基準的一條比較鏈，以確保全國量值的準確可靠。

上述內容是必須遵守的，是汽車衡檢定過程中不容更改的。

2 汽車衡在線智能診斷系統中用于汽車衡檢定所采用的技術

汽車衡在線智能診斷系統通過計算機網絡收集到的數據有：汽車衡參數，包括有秤臺類型、秤序列號、量程、分度值、儀表型號和儀表序列號；傳感器參數，包括有傳感器序號、序列號、輸出內碼值、電壓值、溫度值和狀態；每天汽車衡的工作狀態，包括有日期/時間、名稱、狀態信息類型和信息描述；汽車衡運行日志信息等。計算機軟件使用緩存技術，采集汽車衡的使用頻次，零點參數，各個檢定參數，實時稱重重量，連同上述數據一并存儲到數據庫中。

遠程虛擬仿真技術的實現方法是：①將汽車衡稱重儀表的操作顯示屏幕做成虛擬圖像，經過圖像壓縮技術，通過網絡TCP/IP協議傳輸到計算機軟件，計算機軟件利用算法來解析壓縮文件，然后還原至計算機屏幕上。由于儀表的圖像很多，涉及所有的操作顯示界面，采用特殊的屏幕采集方式，利用算法軟件不斷地輪詢各個顯示界面（涉及不同像素和大?。?，同時還要將界面信息壓縮好后傳至辦公室計算機，實時性要求非常高。②辦公室計算機軟件還原顯示儀表操作界面后，只是完成了一部分顯示的功能，更重要的是進行遠程操作，才是真正意義上的仿真終端的實現。因此，軟件在顯示界面的同時，設計了仿真的虛擬按鍵，比如1～9的數字鍵，上下左右的方向鍵及回車鍵等，當這些按鍵在獲取焦點并觸發“按下”的動作的同時，通過基于TCP/IP的網絡傳輸協議發送至汽車衡稱重儀表。③儀表接受對方的命令后，根據命令的定義不同，結合當前的顯示界面，進行不同功能實現（對傳感器參數的角差調整、編址和校正等調整設置；對汽車衡系統儀表自診斷、傳感器維護和日志文件等的維護），也實時地將界面壓縮文件反饋至計算機軟件進行同步顯示，做到任意一方操作，都能同步顯示統一功能界面。

其設計思想就是將汽車衡稱重儀表的界面顯示在遠程電腦上，并且界面的各個按鈕都可以操作，所顯示的稱重數據和信息與實物儀表完全一致。例如現在實物儀表顯示汽車衡稱重后儀表未歸零，就不需要去現場實物儀表處做清零操作，完全可以在辦公室電腦上對著這個遠程虛擬仿真界面的清零按鈕輕點一下鼠標，這樣，清零操作就完成了，與在實物儀表上操作的結果是一樣的。如果需要對實物儀表進行其他操作，比如查看衡器信息，對傳感器參數進行調整，對儀表進行設置等，都可以在這里完成。

所開發的軟件分為2部分，一部分作為儀表軟件安裝在汽車衡稱重儀表，一部分作為終端軟件安裝在虛擬仿真終端。

儀表軟件實時采集顯示界面的圖案。汽車衡稱重儀表每次顯示不同的界面，軟件會實時地保存當前的圖片至儀表的內存，有幾種方式會觸發儀表保存顯示界面的圖片，第一，接到命令后需要切換儀表顯示的界面；第二，儀表界面顯示的內容發生變化，比如主界面的重量變化，傳感器內碼值、溫度等信息變化；第三，儀表界面沒有變化時，理論上每秒3～5張圖片會自動保存至儀表內存。

觸發以上幾個條件后，儀表軟件會把界面圖片保存至內存，主要是2方面的數據，第一是像素位置數據，類似于X、Y坐標，第二是每個像素的顏色數據。然后需要壓縮圖像以提高傳輸效率，儀表軟件首先會確定圖像中哪些區域是相同的，哪些是不同的。包括了重復數據的圖像（例如儀表背景色藍色）就可以被壓縮，只有藍色的起始點和終結點需要被記錄下來。但是藍色可能被數字、標記符號等對象掩蓋，這些就需要另外記錄，這樣可以刪除一些重復數據，大大減少要保存的圖像尺寸。

壓縮后儀表軟件將壓縮數據通過TCP/IP網絡協議傳輸到仿真終端，仿真終端的終端軟件解析壓縮數據，然后還原至仿真終端屏幕上，解析還原界面圖像的步驟與壓縮圖片相反，第一，獲取每個圖片的像素點位置數據，以X、Y坐標的方式逐個還原；第二，根據顏色數據，以X、Y坐標從上往下逐步還原，依據每個像素的顏色要求進行。

還原后，虛擬仿真終端軟件將界面圖片作為“Panel”，每個按鍵添加“Button”對象作為虛擬按鍵。當這些按鍵在獲取焦點并觸發“按下”的動作的同時，通過基于TCP/IP的網絡協議（比如開始命令02+按鈕命令縮寫“C”+結束命令0D等）發送至汽車衡稱重儀表。

儀表軟件在接收命令后，根據命令的定義不同，結合當前的顯示界面，進行不同功能實現（對傳感器參數的角差調整、編址和校正等調整設置；對汽車衡系統儀表自診斷、傳感器維護和日志文件等的維護），也實時地將界面壓縮文件反饋至仿真終端，由終端軟件進行同步顯示，做到任意一方操作，都是同步顯示統一功能界面。

視頻再現技術的實現方法是：視頻再現技術能夠將現場的實時畫面傳送到計算機桌面上，讓汽車衡管理者和技術人員與現場汽車衡“零距離”接觸，結合傳送到計算機桌面的汽車衡運行狀態信息，使用遠程仿真終端對汽車衡進行設置、調整和故障排除。

將視頻信息傳送到計算機桌面需要對現場攝像機的類型和傳送圖像類型進行識別，以便在數據庫中確定存取圖像的格式，從而確定視頻再現的速度和清晰度。

一般來說，現在單位里都建立了自己的視頻監控系統，這樣就不用重新開發這一視頻再現模塊，只需調用原視頻監控系統即可，既經濟又方便。

音頻再現技術的實現方法是：在閘口汽車衡通道司機停車位置安裝工控機，工控機上裝有麥克風和喇叭，線路接入網絡交換機，通過網絡交換機與位于辦公室內的通話控制臺相連，通話控制臺上同樣裝有麥克風和喇叭并具有選擇汽車衡通道的控制按鈕，這樣就實現了音頻交互傳播。

3 保證傳送數據的準確性和一致性

從上述遠程虛擬仿真技術的應用來看，現場汽車衡儀表與辦公室計算機桌面上的仿真終端是完全相同的，傳送數據的準確性和一致性是完全能夠得到保證的。

但是，從汽車衡法制檢定的角度來說，任何軟件進行的延伸開發都需要對軟件的嚴謹性進行驗證并得到法制監督部門或認證機構的審核。因此，這套汽車衡在線智能診斷系統軟件需要取得國際法制計量組織（OIML）的認證證書。

視頻、音頻傳送是真實可見的，與現場環境完全一致。

4 極大地改善了檢定工程師的工作環境并提高了檢定工作效率

大型集裝箱碼頭進出閘口的汽車衡通常是集中放置，且儀表都放在旁邊的設備間，與計算機網絡系統的交換機、集線器和UPS電池組等在一起，需要將儀表與集線器相連并接入交換機，同時在汽車衡儀表中設定并輸入固定網段的IP地址，通過交換機與大型主機或服務器相連。

該設備間環境較差，一是噪聲大；二是溫度低；三是空間擁擠狹?。凰氖强床坏浆F場汽車衡檢定中砝碼的擺放情況。檢定工程師在這里一邊看儀表指示，一邊看汽車衡檢定現場，是不切實際的。

把汽車衡儀表和現場音像全部移到辦公室的計算機桌面上，讓檢定工程師坐在辦公室里對汽車衡進行檢定，是大型集裝箱碼頭汽車衡檢定的一種創新模式。未采用本系統之前，汽車衡檢定工作效率低，每小時檢定2～3臺；采用本系統之后，檢定工作組織程序化，數據傳送快速便捷，場景互動及時方便，使檢定工作效率大幅提升，每小時檢定4～5臺，是原來的2倍，每天能檢定20～30臺汽車衡。

5 汽車衡在線智能診斷系統中有關汽車衡性能檢定的畫面

對于JJG 539—2016《數字指示秤》國家計量檢定規程中規定的第6部分（通用技術要求）和第7部分（計量器具控制）中7.1檢定用標準器具；7.2檢定條件；7.3檢定項目；7.4通用技術要求的檢查可以由現場的計量檢定工程師執行或在計量性能檢定之前由計量檢定工程師提前執行。

汽車衡在線智能診斷系統中有關汽車衡計量性能檢定的相關畫面如圖1—圖4所示。

圖1 檢定管理和檢定周期截圖

圖4 儀表數據顯示用于檢定時卸載砝碼與裝載砝碼示意圖

圖2 遠程虛擬仿真終端和打開的各層級菜單用于參數調整和設置的截圖

圖3 現場視頻再現截圖

從這里可以看出，大型集裝箱碼頭的汽車衡檢定完全按照《中華人民共和國計量法》中的2個重要“法條”進行，只是將現場場景和汽車衡的運行狀態數據傳送到了辦公室計算機桌面，計量檢定工程師以視頻傳送和音頻傳播與現場工作人員互動，以遠程虛擬仿真終端對汽車衡參數進行調整和設置，經過OIML認證的計算機軟件充分發揮了應有的作用，完全符合JJG 539—2016《數字指示秤》國家計量檢定規程。

6 結束語

汽車衡在線智能診斷系統用于汽車衡檢定的幾大關鍵技術都是當前最先進的技術，其把數據、圖像和聲音全部集成到辦公室計算機桌面上，實現了對現場汽車衡的遠程操控、調整和設置，使大型集裝箱碼頭的汽車衡檢定工作變得簡單、快捷；極大地改善了汽車衡檢定工程師的工作環境；提高了汽車衡檢定工作的效率；很好地適應了大型集裝箱碼頭對汽車衡稱重技術的要求和生產發展的需求。對包括但不限于全世界的大型集裝箱碼頭和有較多汽車衡應用的企業都有借鑒意義和推廣使用價值。