图1 矿用到货自动登记系统组成
Fig.1 Constitution of automatic arrival registration system of coal mine
赵云龙1,2，3， 魏峰1,2，3
(1.煤炭科学技术研究院有限公司， 北京 100013； 2.北京市煤矿安全工程技术研究中心， 北京 100013； 3.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室， 北京 100013)
摘要：针对煤矿物资供货车辆在出入仓库过程中登记手续繁琐、物资交接效率低等问题，设计了一种矿用到货自动登记系统。该系统采用车牌识别作为供货车辆放行的主要依据，以发货单号的条形码扫描和地磅的载重计量为辅助，其基于B/S架构的软件平台具有车牌识别、条形码识别、载重监测、安全监控、系统管理、决策控制、报表查询等功能，并可通过软件接口与煤矿企业资源计划系统通信。从煤矿仓储的具体工作流程可看出，该系统能够自动记录供货车辆车牌号、发货单号、出入库时间等信息，有效节省了人工往返登记时间，提高了供货车辆放行效率。
关键词：煤矿仓储； 矿用物资； 到货自动登记； 车牌识别； 车辆放行； 煤矿企业资源计划
矿用物资是煤矿企业正常生产的必要条件。只有在物资供应及时到位的情况下，煤矿企业的生产活动才能顺利开展。煤矿物资涵盖采掘生产的原材物资、设备备品备件、建筑耗材、火工品等。与其他行业相比，矿用物资具有种类繁多、消耗量大的特点，这就决定了煤矿企业需要频繁地购买需求物资[1]，并经由供应商的供货车辆将所购物资运送到指定的仓储库房。
目前，供货车辆在与仓储库房交接物资时，需要司机停靠车辆，然后下车在相关部门登记供货车辆牌号、发货单等信息，存在许多不便，尤其在供货车辆出入繁忙时，容易造成司机排队登记、仓库门口车辆阻塞问题，严重限制了物资交接效率，增加了人力和时间成本，也间接制约了煤矿正常生产效率。
本文结合煤矿仓储物资交接实际情况，采用计算机图像处理、数字通信、电子自动化、Web服务器等技术，设计了一种矿用到货自动登记系统，从根本上去除了排队登记环节，提高了供货车辆放行效率。该系统具有与煤矿ERP(Enterprise Resource Planning，企业资源计划)系统的数据交互功能，可实时监测来往供货车辆信息和更新车辆状态，在无纸化登记条件下实现对供货车辆出入库的有效管理。
矿用到货自动登记系统是专门用于大型仓储物流管理的分布式集散控制系统[2]，主要由软件平台、激光扫码平台、车牌识别设备、道闸、数字式车辆检测器、地磅、摄像机等组成，如图1所示。
图1 矿用到货自动登记系统组成
Fig.1 Constitution of automatic arrival registration system of coal mine
车牌识别设备摒弃传统的分立式结构，采用显示控制一体机的形式，由多个模块(网络车牌识别一体机、补光灯、显示屏、语音模块等)合理集成在不锈钢立柱上，适用于各类出入口或卡口需对车辆车牌进行识别或需脱机使用的场合。
网络车牌识别一体机采用直接数字输出方式的CMOS摄像头与ARM11高性能多媒体处理器设计。处理器内嵌优化和改进的车牌识别算法，使车牌识别设备在定位、识别速度及准确性方面具有优越性能，有效降低了车牌反光、逆光、背光等因素对识别率的影响。在低照度环境下，补光灯可作为网络车牌识别一体机的辅助光源，提供5～30 m可调补光距离，确保网络车牌识别一体机获得清晰的图像。显示屏采用数码LED显示和单片机编程设计，用于静态或滚动显示车辆出入库时间、车牌号、问候语等信息。语音模块集成在显示屏上，可播报显示屏上发布的实时信息。
车牌识别技术基于图像处理、模式识别和人工智能技术对图像信息进行处理，建立车辆的特征模型，实时、准确地识别出车牌号、车型、颜色等，核心部分为车牌号识别，具体流程如图2所示。首先对拍摄的车辆图像进行预处理，并对车牌进行定位，将车牌区域从原始图像中提取出来，然后自动分割和识别字符，最后将车牌图像及识别结果压缩处理后上传到系统软件平台[3]。
图2 车牌识别流程
Fig.2 License plate recognition process
地磅是一种大型计量设备[4]，采用数字式传感器计量供货车辆载重，通过RS485总线将计量结果传输至系统软件平台，以实时显示每辆供货车辆在出入库时的载重，并通过计算显示物资净重，即入库时供货车辆满载与出库时供货车辆空载的质量差。
由于地磅属于铁磁性物质，离地感线圈太近会影响数字式车辆检测器正常工作，导致车辆误判[5]，所以地磅安装在距闸杆6 m外。地磅除用于计量载重外，还可迫使供货车辆停车称重，同时触发网络车牌识别一体机进行车牌识别，保证在供货车辆处于静态时获得较高的车牌识别率。
全自动挡车道闸采用光电开关实现行程控制，内部设有专业控制板、卸荷装置、平衡机构、紧急手动装置、防砸车控制系统，可确保道闸平稳、安全运行。系统可通过开关量、遥控器及RS485通信串口发出的状态指令实现闸杆在0～90°内的升、降、停等操作[6]。
数字式车辆检测器可监测是否有车辆通行，由检测电路和地感线圈组成。检测电路插接在道闸控制板上，地感线圈埋设在闸杆下侧的路基中，检测范围为40～100 kHz。车辆通过时会引起地感线圈电感量变化，检测电路根据该变化，由RS485串口输出TTL逻辑电平来联动道闸控制回路[7]，从而实现车过自动落闸功能。
道闸与网络车牌识别一体机之间的安装距离约为1 m，网络车牌识别一体机的安装高度应至少为1.6 m，且安装时保证有一定的倾斜度，防止车辆远光灯直射或太阳光直射导致摄像机镜头曝光。
激光扫码平台安装在仓库门口的门卫室，类型为台式激光条形码扫描器，用于阅读物资发货单上的条形码数据[8]，自动识别条形码所示的文字信息，并将解码信息按一定的数据格式通过USB或RS232接口上传至系统软件平台。
矿用到货自动登记系统软件平台采用B/S架构设计，服务器安装在煤矿物资供应中心的集中控制室，通过浏览器访问和LAN通信网络可实现对整个系统的监控，管理所有出入库的供应商车辆资料，产生车辆出入库时间、车辆卸载质量、车牌信息等报表。
系统软件平台支持对大型仓库中各分仓库站点的进出控制和管理，分仓库站点数量可调节，从而实现多库房的集中管理和调度。
系统服务器要求性能稳定、容易扩容，选取的内存和硬盘容量可使系统存储3 a以上的数据量。CPU选用Intel CPU 3.3 GHz以上，保证系统具有快速数据处理能力。
系统软件平台架构如图3所示，其包括应用服务、数据库、通信3个方面的内容。应用服务程序是基于MVC模式、Tomcat 7.0服务器平台、JSP技术开发的图形化中文版应用程序[9]。数据库采用Microsoft SQL Server 2008，开发并添加车牌识别、条形码识别、载重监测等本地数据库。系统软件平台与终端硬件设备之间支持以太网和串口通信。
图3 矿用到货自动登记系统软件平台架构
Fig.3 Software platform architecture of automatic arrival registration system
(1) 车牌识别。通过安装在仓库门口的车牌识别设备，可自动识别车牌，将车牌号、车型、颜色、出入库时间等信息传送给系统服务器，并从数据库及时调阅客户档案，在系统软件平台界面实时更新显示。识别出的车牌信息可通过车牌识别设备上的语音模块进行语音播报，同时显示屏显示“祝您一路顺风”、“欢迎光临”等问候语。
车牌信息由供应商或承运方提前提供，可在ERP系统中将供应商的车牌号与单位名称、联系人、手机号、车皮质量、车型、颜色等信息进行绑定，在ERP系统与系统软件平台接口通信时，可将数据传输并预存到系统数据库中。
若车牌被有效识别，系统依据车牌号从数据库调出该车牌的信息列表，并将采集到的车牌号、车型、颜色等与列表信息逐一比对，确定是否为供应商的车辆特征。
(2) 条形码识别。通过安装在仓库门卫室的激光扫码平台，可对发货单上的一维条形码进行识别解析，准确记录货物的编号信息，同时具备手动录入功能。
发货单号信息在ERP系统采购成功后，由供应商或承运方提前反馈。发货单号具有唯一性，并与采购物资的种类、数量等信息列表绑定。在ERP系统与系统软件平台接口通信时，可将数据传输并预存到系统数据库中。
若发货单号被有效识别，系统软件平台根据识别的条形码信息自动从数据库调出并显示对应的物资种类、数量等信息列表，方便收货人员核对物资信息。若识别的条形码信息为无效信息，则对应的调出数据列表为空。
(3) 载重监测。当配送物资为单一类型时，可通过安装在仓库门口的地磅计量配送物资的质量。若存在预期质量信息，则可随发货单条形码等信息共同由软件接口从ERP系统传送至系统软件平台数据库，通过比对计量数据与预期质量，判断物资质量是否满足要求，从而作为验收物资的一项依据。另外，地磅还可辅助监测车辆出库时是否有物资夹带现象。
(4) 安全监控。在仓库门口的地磅高处安装摄像机，通过监控视频可辅助判断供货车辆是否安全出入仓库，方便管理员实时查看现场情况，并可为异常事件的处理留下录像凭证。
(5) 系统管理。主要包括角色信息管理、权限管理、仓库站点管理等。角色信息管理包括管理员信息管理和供应商信息管理。系统可设置多个管理员，管理员可查看车辆信息、修改登录密码、管理用户等[9]，每个管理员可设置不同的操作权限，对供应商信息进行修改、设置、绑定等操作。系统每个操作模块都可进行权限控制，具有相应权限的管理员才能进入操作。仓库站点管理包括设置分仓库站点数量，指定仓库站点的地图位置，设置闸机升降时间、车牌捕获类型、语音播放参数，编辑显示屏文字，回放视频监控等。
(6) 决策控制。主要实现对整个系统的控制，包括车牌信息识别失败时手动录入、易混淆车牌字符智能匹配、非法车辆拉黑管理、闸机状态控制等。
(7) 报表查询。系统可统计任意时间段的报表，根据管理员输入的日期范围进行日报表、月报表、季报表、年报表等统计。通过多维查询条件可快速查询发货单记录表、车辆出入库时间记录表、车牌号码记录表、车辆状态表、管理员操作记录表等信息。
(8) ERP系统对接。系统软件平台具备与ERP系统的数据交互功能，软件平台可将实时采集的有效数据传输给ERP系统进行分析处理，ERP系统可将订单信息传输给软件平台并更新软件平台的车辆送货状态。
矿用到货自动登记系统软件平台与煤矿ERP系统通过开发的3个软件接口实现通信，如图4所示。
图4 矿用到货自动登记系统软件平台与 煤矿ERP系统接口示意
Fig.4 Interface of automatic arrival registration system software platform and coal mine ERP system
(1) 在ERP系统进行仓储物资采购，选择指定供应商，供应商信息绑定联系人、手机号，以及供货车辆车牌号、车皮质量、车型、颜色等。将从同一供应商处采购的物资生成一个采购订单号，采购订单号绑定物资种类、每种物资的数量，然后将数据压缩打包传输至系统软件平台数据库，形成预存数据。
(2) 通过安装在仓库门口的激光扫码平台识别发货单上的条形码，车牌识别设备自动记录过往供货车辆的出入库时间、车牌号、车型、颜色，将采集数据与后台数据库中预存数据进行对比，判断是否为供货车辆。若经分析为供货车辆，则将信息通过PI接口发送至ERP系统，否则进行信息登记。在供货车辆出库时，还需判断供货车辆是否夹带物资。
(3) 根据出入库时间顺序，ERP系统首次接收到信息时，返回并更新系统软件平台上的送货状态为“入仓库门”，进入卸货环节；再次接收到信息时，ERP系统返回并更新系统软件平台上的送货状态为“出仓库门”。供货车辆出仓库门后，ERP系统在设定的安全时间(如1 h)后自动完成消耗记账。
供货车辆驶入仓库流程如图5所示。
(1) 车辆减速驶至仓库入口，并停靠在地磅上，进行车辆满载时的载重计量，并提供触发信号开启车牌识别设备。
(2) 车牌识别设备采集车辆图像并识别车牌，将识别结果上传至系统服务器并存储在数据库中，通过检索和对比数据库的预存数据，判断车辆是否为供货车辆。如果车辆被列入黑名单，则不打开闸机，同时系统发出报警信号，通知工作人员注意。
图5 供货车辆驶入仓库流程
Fig.5 Process of load vehicle entering warehouse
(3) 供货车辆司机透过车窗在激光扫码平台上扫描发货单的条形码，若显示有效，系统软件平台将采集的供货车辆入库时间、车牌号、发货单号等发送至ERP系统。ERP系统成功接收数据后，返回更新系统软件平台的状态为“入仓库门”。系统软件平台根据状态发出指令，开启道闸放行。
(4) 供货车辆低速行驶并触发闸杆下侧的地感线圈，经过后闸杆自动落下。供货车辆驶入仓库并在仓库管理人员的监管下完成卸货。仓库管理人员可从系统软件平台调出并打印有效发货单号对应的物资数量和种类列表，在现场交接物资时逐一核对。
供货车辆驶出仓库流程如图6所示。
(1) 车辆减速驶至仓库出口，并停靠在地磅上，进行车辆空载时的载重计量，并提供触发信号开启车牌识别设备。
(2) 车牌识别设备采集车辆图像并识别车牌，将识别结果上传至系统服务器并存储到数据库中，通过检索和对比之前采集的数据，判断车辆是否为之前入库的供货车辆。
(3) 系统软件平台自动核对出库车辆车型、车牌号、颜色与入库车辆车型、车牌号、颜色是否一致，确保供货车辆出入库的车牌号一致。若为非法车辆则报警。
图6 供货车辆驶出仓库流程
Fig.6 Process of load vehicle leaving warehouse
(4) 通过地磅称重可判断卸载物资的净重及供货车辆是否为空车状态。地磅上方安装的摄像机可监测供货车辆是否为空车出库，从而保障矿用物资安全[10]。若供货车辆需要携带物资出库，则应该办理信息登记。
(5) 在地磅计量载重确定为空车及视频监控无人为手动报警情况下，系统软件平台将采集的供货车辆计量信息、出库时间、车牌号等数据发送到ERP系统。ERP系统成功接收数据后，返回更新系统软件平台的状态为“出仓库门”。系统软件平台根据状态发出指令，开启道闸放行。
(6) 供货车辆低速行驶并触发闸杆下侧的地感线圈，经过后闸杆自动落下，供货车辆驶离仓库。
(1) 通过矿用到货自动登记系统自动记录供货车辆车牌号、发货单号、出入库时间，供货车辆无需排队登记，节省人工往返登记时间，提高了供货车辆放行效率，保证了仓库门口供货车辆通行顺畅。
(2) 系统的投入使用保证了矿用物资交接工作有序、快速进行，提高了煤矿仓储的自动化水平。
(3) 系统软件平台可实现多个仓库站点的集中监控和管理，进一步促进了煤矿信息化、数字化和自动化建设。
参考文献(References)：
[1] 张新泽.煤矿企业物资采购存在的问题及管理措施探讨[J].改革与开放,2013(4):63.
[2] 张深基.停车场智能管理系统[J].湖南工程学院学报(自然科学版),2003,13(2):14-17.
ZHANG Shenji. Intelligent control system of parking area[J].Journal of Hunan Institute of Engineering(Natural Science Edition),2003,13(2):14-17.
[3] 彭涛.卡口、高速车牌检测与信息处理应用研究[D].成都:成都理工大学, 2007.
[4] 张宏,黄朝晖.煤矿地磅计量监测系统设计及应用[J].矿山压力与顶板管理,2004,21(4):112-114.
[5] 黄林,杨成忠,张君,等.地磅系统车检器的设计与实现[J].杭州电子科技大学学报,2012,32(4):166-169.
HUANG Lin, YANG Chengzhong, ZHANG Jun, et al. Design and implementation for vehicle detection in weighbridge system[J].Journal of Hangzhou Dianzi University,2012,32(4):166-169.
[6] 马婕.基于视频技术的停车场管理系统研究与开发[D].西安：长安大学, 2009.
[7] 冯红梅,单宝明,胡乃平.环形线圈车辆检测器的设计与实现[J].青岛科技大学学报(自然科学版), 2005, 26(5):448-451.
FENG Hongmei, SHAN Baoming, HU Naiping. The design and realization of loop-coil vehicle detector[J]. Journal of Qingdao University of Science and Technology(Natural Science Edition),2005,26(5): 448-451.
[8] 葛聪.激光扫描的物流条形码识别系统[J].激光杂志,2017,38(7):188-191.
GE Cong.Logistics bar code identification system based on laser scanning[J].Laser Journal,2017,38(7):188-191.
[9] 李铮.小区车位收费管理系统设计[D].鞍山:辽宁科技大学,2015.
[10] 王冬,张士涛.地磅计量系统开发中防作弊技术的探讨[J].煤,2013,22(5):53-54.
ZHAO Yunlong1,2，3, WEI Feng1,2，3
(1.China Coal Research Institute, Beijing 100013, China; 2.Beijing Mine Safety Engineering Technology Research Center, Beijing 100013, China; 3.State Key Laboratory of Coal Resource High Efficient Mining and Clean Utilization, Beijing 100013, China)
Abstract：In order to solve problems of cumbersome registration procedure and low efficient of material unloading during load vehicle of coal mine material entering or leaving warehouse, an automatic arrival registration system of coal mine was designed. The system system uses license plate recognition as the main gauge of vehicle release, and takes bar code scanning of invoice number and load measurement of loader as assistant means. The system software platform, which is based on B/S architecture, has functions of license plate recognition, bar code recognition, vehicle load monitoring, safety monitoring, system management, decision making control, report query and so on, and also communicates with coal mine enterprise resource planning system through software interfaces. According to concrete workflow of coal mine storage, the system can automatically record license plate, invoice number and time of entering or leaving warehouse of the load vehicle, which saves manual registration time and improves efficiency of load vehicle release.
Key words:coal mine storage; mine-used material; automatic arrival registration; license plate recognition; vehicle release; coal mine enterprise resource planning
文章编号：1671-251X(2017)12-0026-06
DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2017.12.006
中图分类号：TD67
文献标志码：A 网络出版时间：2017-12-06 10:15
网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20171205.1736.006.html