远程虚拟仿真技术在汽车衡检定工作中的应用

冯天宏

（天津港集装箱码头有限公司，天津 300456）

按照《中华人民共和国计量法》的规定，计量检定工作中2个重要“法条”是：计量检定必须按照国家计量检定系统表进行；计量检定必须执行计量检定规程。本文谈到的汽车衡按国家计量检定规程JJG 539—2016《数字指示秤》，具体是指固定式电子秤中的电子地中衡和电子地上衡。

之前，汽车衡的应用基本上是“孤岛式”的应用模式，即1台汽车衡旁边有1个磅房，汽车衡仪表放置在磅房中，当汽车衡进行法制检定时，计量检测中心的工程师调用经过溯源的标准砝码在现场进行计量检定，并通过磅房中的汽车衡的仪表对汽车衡的计量性能进行调整、设置，从而达到法制检定的要求。

随着集装箱码头朝着大型化、集约化发展，这种只有几台汽车衡的“孤岛式”的应用模式远远不能适应生产的需求。现在，大型集装箱码头所用的汽车衡数量往往多达几十台乃至上百台，这些汽车衡分别安装在码头的进、出闸口和几个分散的堆场闸口中，如何管理好这些汽车衡并实时诊断其所处的运行状态，做好计量设备的“管、用、养、修”工作，为此开发了汽车衡在线智能诊断系统。

把汽车衡在线智能诊断系统应用于汽车衡检定是一个不错的选择，这套系统在汽车衡检定方面应用的技术有：运用有线传输链路或无线传输链路技术将汽车衡的运行状态数据传送至办公室的计算机桌面上；通过远程虚拟仿真技术实现了在办公室对现场汽车衡仪表的调整与设置；通过视频再现技术把汽车衡应用现场的图像传送到办公室的计算机桌面；通过音频传播技术在汽车衡应用现场和办公室计算机桌面间进行对话。

1 汽车衡检定规程的精髓

汽车衡检定规程的精髓在于对汽车衡的计量性能要求及其检定：一是要对汽车衡进行准确度等级的划分，确定是中准确度级还是普通准确度级；二是确认检定分度值；三是对多分度秤的附加要求；四是确认汽车衡的最大允许误差；五是对同一载荷进行重复性称量；六是偏载试验；七是确认汽车衡的鉴别阈；八是确认汽车衡的置零准确度及除皮准确度。

汽车衡检定对砝码的要求必须符合国家计量检定系统表的规定，也就是要符合国家溯源等级图的规定，其是将国家计量基准的量值逐级传递到工作计量器具，或从工作计量器具的量值逐级溯源到国家计量基准的一条比较链，以确保全国量值的准确可靠。

上述内容是必须遵守的，是汽车衡检定过程中不容更改的。

2 汽车衡在线智能诊断系统中用于汽车衡检定所采用的技术

汽车衡在线智能诊断系统通过计算机网络收集到的数据有：汽车衡参数，包括有秤台类型、秤序列号、量程、分度值、仪表型号和仪表序列号；传感器参数，包括有传感器序号、序列号、输出内码值、电压值、温度值和状态；每天汽车衡的工作状态，包括有日期/时间、名称、状态信息类型和信息描述；汽车衡运行日志信息等。计算机软件使用缓存技术，采集汽车衡的使用频次，零点参数，各个检定参数，实时称重重量，连同上述数据一并存储到数据库中。

远程虚拟仿真技术的实现方法是：①将汽车衡称重仪表的操作显示屏幕做成虚拟图像，经过图像压缩技术，通过网络TCP/IP协议传输到计算机软件，计算机软件利用算法来解析压缩文件，然后还原至计算机屏幕上。由于仪表的图像很多，涉及所有的操作显示界面，采用特殊的屏幕采集方式，利用算法软件不断地轮询各个显示界面（涉及不同像素和大小），同时还要将界面信息压缩好后传至办公室计算机，实时性要求非常高。②办公室计算机软件还原显示仪表操作界面后，只是完成了一部分显示的功能，更重要的是进行远程操作，才是真正意义上的仿真终端的实现。因此，软件在显示界面的同时，设计了仿真的虚拟按键，比如1～9的数字键，上下左右的方向键及回车键等，当这些按键在获取焦点并触发“按下”的动作的同时，通过基于TCP/IP的网络传输协议发送至汽车衡称重仪表。③仪表接受对方的命令后，根据命令的定义不同，结合当前的显示界面，进行不同功能实现（对传感器参数的角差调整、编址和校正等调整设置；对汽车衡系统仪表自诊断、传感器维护和日志文件等的维护），也实时地将界面压缩文件反馈至计算机软件进行同步显示，做到任意一方操作，都能同步显示统一功能界面。

其设计思想就是将汽车衡称重仪表的界面显示在远程电脑上，并且界面的各个按钮都可以操作，所显示的称重数据和信息与实物仪表完全一致。例如现在实物仪表显示汽车衡称重后仪表未归零，就不需要去现场实物仪表处做清零操作，完全可以在办公室电脑上对着这个远程虚拟仿真界面的清零按钮轻点一下鼠标，这样，清零操作就完成了，与在实物仪表上操作的结果是一样的。如果需要对实物仪表进行其他操作，比如查看衡器信息，对传感器参数进行调整，对仪表进行设置等，都可以在这里完成。

所开发的软件分为2部分，一部分作为仪表软件安装在汽车衡称重仪表，一部分作为终端软件安装在虚拟仿真终端。

仪表软件实时采集显示界面的图案。汽车衡称重仪表每次显示不同的界面，软件会实时地保存当前的图片至仪表的内存，有几种方式会触发仪表保存显示界面的图片，第一，接到命令后需要切换仪表显示的界面；第二，仪表界面显示的内容发生变化，比如主界面的重量变化，传感器内码值、温度等信息变化；第三，仪表界面没有变化时，理论上每秒3～5张图片会自动保存至仪表内存。

触发以上几个条件后，仪表软件会把界面图片保存至内存，主要是2方面的数据，第一是像素位置数据，类似于X、Y坐标，第二是每个像素的颜色数据。然后需要压缩图像以提高传输效率，仪表软件首先会确定图像中哪些区域是相同的，哪些是不同的。包括了重复数据的图像（例如仪表背景色蓝色）就可以被压缩，只有蓝色的起始点和终结点需要被记录下来。但是蓝色可能被数字、标记符号等对象掩盖，这些就需要另外记录，这样可以删除一些重复数据，大大减少要保存的图像尺寸。

压缩后仪表软件将压缩数据通过TCP/IP网络协议传输到仿真终端，仿真终端的终端软件解析压缩数据，然后还原至仿真终端屏幕上，解析还原界面图像的步骤与压缩图片相反，第一，获取每个图片的像素点位置数据，以X、Y坐标的方式逐个还原；第二，根据颜色数据，以X、Y坐标从上往下逐步还原，依据每个像素的颜色要求进行。

还原后，虚拟仿真终端软件将界面图片作为“Panel”，每个按键添加“Button”对象作为虚拟按键。当这些按键在获取焦点并触发“按下”的动作的同时，通过基于TCP/IP的网络协议（比如开始命令02+按钮命令缩写“C”+结束命令0D等）发送至汽车衡称重仪表。

仪表软件在接收命令后，根据命令的定义不同，结合当前的显示界面，进行不同功能实现（对传感器参数的角差调整、编址和校正等调整设置；对汽车衡系统仪表自诊断、传感器维护和日志文件等的维护），也实时地将界面压缩文件反馈至仿真终端，由终端软件进行同步显示，做到任意一方操作，都是同步显示统一功能界面。

视频再现技术的实现方法是：视频再现技术能够将现场的实时画面传送到计算机桌面上，让汽车衡管理者和技术人员与现场汽车衡“零距离”接触，结合传送到计算机桌面的汽车衡运行状态信息，使用远程仿真终端对汽车衡进行设置、调整和故障排除。

将视频信息传送到计算机桌面需要对现场摄像机的类型和传送图像类型进行识别，以便在数据库中确定存取图像的格式，从而确定视频再现的速度和清晰度。

一般来说，现在单位里都建立了自己的视频监控系统，这样就不用重新开发这一视频再现模块，只需调用原视频监控系统即可，既经济又方便。

音频再现技术的实现方法是：在闸口汽车衡通道司机停车位置安装工控机，工控机上装有麦克风和喇叭，线路接入网络交换机，通过网络交换机与位于办公室内的通话控制台相连，通话控制台上同样装有麦克风和喇叭并具有选择汽车衡通道的控制按钮，这样就实现了音频交互传播。

3 保证传送数据的准确性和一致性

从上述远程虚拟仿真技术的应用来看，现场汽车衡仪表与办公室计算机桌面上的仿真终端是完全相同的，传送数据的准确性和一致性是完全能够得到保证的。

但是，从汽车衡法制检定的角度来说，任何软件进行的延伸开发都需要对软件的严谨性进行验证并得到法制监督部门或认证机构的审核。因此，这套汽车衡在线智能诊断系统软件需要取得国际法制计量组织（OIML）的认证证书。

视频、音频传送是真实可见的，与现场环境完全一致。

4 极大地改善了检定工程师的工作环境并提高了检定工作效率

大型集装箱码头进出闸口的汽车衡通常是集中放置，且仪表都放在旁边的设备间，与计算机网络系统的交换机、集线器和UPS电池组等在一起，需要将仪表与集线器相连并接入交换机，同时在汽车衡仪表中设定并输入固定网段的IP地址，通过交换机与大型主机或服务器相连。

该设备间环境较差，一是噪声大；二是温度低；三是空间拥挤狭小；四是看不到现场汽车衡检定中砝码的摆放情况。检定工程师在这里一边看仪表指示，一边看汽车衡检定现场，是不切实际的。

把汽车衡仪表和现场音像全部移到办公室的计算机桌面上，让检定工程师坐在办公室里对汽车衡进行检定，是大型集装箱码头汽车衡检定的一种创新模式。未采用本系统之前，汽车衡检定工作效率低，每小时检定2～3台；采用本系统之后，检定工作组织程序化，数据传送快速便捷，场景互动及时方便，使检定工作效率大幅提升，每小时检定4～5台，是原来的2倍，每天能检定20～30台汽车衡。

5 汽车衡在线智能诊断系统中有关汽车衡性能检定的画面

对于JJG 539—2016《数字指示秤》国家计量检定规程中规定的第6部分（通用技术要求）和第7部分（计量器具控制）中7.1检定用标准器具；7.2检定条件；7.3检定项目；7.4通用技术要求的检查可以由现场的计量检定工程师执行或在计量性能检定之前由计量检定工程师提前执行。

汽车衡在线智能诊断系统中有关汽车衡计量性能检定的相关画面如图1—图4所示。

图1 检定管理和检定周期截图

图4 仪表数据显示用于检定时卸载砝码与装载砝码示意图

图2 远程虚拟仿真终端和打开的各层级菜单用于参数调整和设置的截图

图3 现场视频再现截图

从这里可以看出，大型集装箱码头的汽车衡检定完全按照《中华人民共和国计量法》中的2个重要“法条”进行，只是将现场场景和汽车衡的运行状态数据传送到了办公室计算机桌面，计量检定工程师以视频传送和音频传播与现场工作人员互动，以远程虚拟仿真终端对汽车衡参数进行调整和设置，经过OIML认证的计算机软件充分发挥了应有的作用，完全符合JJG 539—2016《数字指示秤》国家计量检定规程。

6 结束语

汽车衡在线智能诊断系统用于汽车衡检定的几大关键技术都是当前最先进的技术，其把数据、图像和声音全部集成到办公室计算机桌面上，实现了对现场汽车衡的远程操控、调整和设置，使大型集装箱码头的汽车衡检定工作变得简单、快捷；极大地改善了汽车衡检定工程师的工作环境；提高了汽车衡检定工作的效率；很好地适应了大型集装箱码头对汽车衡称重技术的要求和生产发展的需求。对包括但不限于全世界的大型集装箱码头和有较多汽车衡应用的企业都有借鉴意义和推广使用价值。