一种集装箱称重系统和装载称重监测方法与流程

本发明涉及一种集装箱称重系统和装载称重方法，属于计量称重技术领域。

背景技术：

随着我国经济社会的不断发展，集装箱运输已经成为当前国际航运的重要方式，同时集装箱超载、重量不准确等情况时有发生，给生命和财产安全带来威胁。

国际海事组织通过国际公约及其修正案的形式增加了集装箱重量验证有关要求，交通运输部在前期履约过程中也形成了可复制可推广的集装箱安全管理经验。为贯彻落实交通运输安全生产工作有关要求，履行我国缔结加入的国际公约，提高安全管理水平，中华人民共和国交通运输部明确了集装箱重量验证要求，并规定集装箱载运货物时，不得超过其最大营运总质量；载货集装箱在交付船舶运输前，均须对其实际重量进行验证。此外，还对还对船舶、承运人与码头经营人提出了要求：1、承运载货集装箱的船舶和承运人及其代理人、码头经营人，应当在载货集装箱装船前获得托运人提供的载货集装箱重量验证信息，对于未取得重量验证信息的载货集装箱，承运船舶和承运人及其代理人不得接受该载货集装箱装船，码头经营人不得安排该载货集装箱装船；2、上述承运船舶、承运人及其代理人应当在载货集装箱装船前告知码头经营人载货集装箱是否经重量验证以及具体的重量信息。

因此，集装箱能否准确的称重以及安全装载成为能够满足运输安全生产的关键因素。

技术实现要素：

本发明提供一种集装箱称重系统和装载称重监测方法，该装置和方法能有效避免集装箱装载违规，确保装载状态的安全性。

为了实现上述目的，本发明提供一种集装箱称重系统，包括称重模块一、称重模块二、称重模块三、称重模块四和智能边缘计算器，所述的称重模块一、称重模块二、称重模块三、称重模块四分别设置于集装箱的四角，其中，称重模块一和称重模块四对角设置，称重模块二和称重模块三对角设置，且称重模块一和称重模块三沿集装箱长侧设置；

称重模块一、称重模块二、称重模块三、称重模块四均与智能边缘计算器通过无线通信方式进行连接；

所述的称重模块一、称重模块二、称重模块三、称重模块四用于对集装箱进行称重，并将称重数据信号实时传送至智能边缘计算器；

所述的智能边缘计算器用于接收各称重模块发送的重量数据信号，并对接收到的数据信号进行处理和分析，并在装载发生异常时进行预警，同时将采集到的其他相关信息发送至终端。

进一步地，所述的称重模块一、称重模块二、称重模块三和称重模块四均包括插入式称重传感器、顶升装置和重量变送器；所述的插入式称重传感器为悬臂承载，包括承载体、应变体和支撑体，承载体采用圆柱结构，并通过应变体与支撑体连接，其中，应变体采用剪应力受力形式，支撑体用于与顶升装置固定连接；所述的顶升装置包括顶升机构和支撑连接件，插入式称重传感器通过支撑连接件连接于顶升机构上，同时，承载体作为受力点支撑于集装箱底部一角；重量变送器采集来自插入式称重传感器的数据信号，对采集到的数据信号进行分析、处理和计算，并将形成的重量信号通过无线的方式传送至智能边缘计算器。

进一步地，所述的顶升装置为千斤顶式顶升装置、车载式顶升装置、双称重两用式顶升装置和组合式顶升装置中的任意一种。

进一步地，所述的顶升装置为千斤顶式顶升装置，包括爪式千斤顶和支撑连接件，所述支撑连接件呈z字形，其上部横向连接板通过螺栓与爪式千斤顶的上端面固定连接，其下部横向连接板通过螺栓与插入式称重传感器的支撑体固定连接。

进一步地，所述的顶升装置为车载式顶升装置，包括内置顶升机构、支撑连接件和支座，所述的支座位于内置顶升机构底端，所述的支撑连接件纵断面呈梯形，其上端面卡装于内置顶升机构的上端面，其侧端面通过螺栓与内置顶升机构的侧壁固定连接，插入式称重传感器通过支撑体与螺栓配合固定连接于支撑连接件的上端面。

进一步地，所述的顶升装置为双称重两用式顶升装置，包括内置顶升机构、上置式支座和下置式支座，内置顶升机构上端和下端分别设置有通过支撑连接件与其连接的上置式支座将插入式称重传感器和下置式支座将插入式称重传感器，分别用于车载式结构称重和落地式结构称重，其中，上置式支座纵断面呈梯形，其上端面卡装于内置顶升机构的上端面，其侧端面通过螺栓与内置顶升机构的侧壁固定连接，上置式支座将插入式称重传感器通过支撑体与螺栓配合固定连接于支撑连接件的上端面；下置式支座为一固定连接于内置顶升机构下端的连接板，下置式支座将插入式称重传感器通过支撑体与螺栓配合固定连接于连接板的下端。

进一步地，所述的顶升装置为组合式顶升装置，包括支撑连接件、双顶升机构和支座，所述双顶升机构包括两个对称固设于支座上的千斤顶，所述支撑连接件包括横向连接板和对称设置于其两端的纵向连接杆，且横向连接板向前凸出于纵向连接杆，凸出部的下端面分别与位于其下方的千斤顶固定连接，并由千斤顶带动进行上下位移；插入式称重传感器通过支撑体与横向连接板固定连接，横向设置于千斤顶之间。

进一步地，所述的智能边缘计算器具有总重超载报警、横向偏载报警、纵向偏载报警和称重异常报警功能。

进一步地，所述的无线通信方式为蓝牙、红外、wifi、zigbee、lora中的任意一种。

一种集装箱装载称重监测方法，包括如下步骤：

步骤一，进行集装箱空载称量，称量前输入相关参数：集装箱皮重wt、集装箱最大承载量wmax、集装箱横向偏载限值p1、集装箱纵向偏载限值p2、传感器偏差限值p3、称重异常偏差限值p4；

步骤二，进行集装箱空载称量状态判别，w1p为集装箱空载时称重模块一的称载重量，w2p为集装箱空载时称重模块二的称载重量，w3p为集装箱空载时称重模块三的称载重量，w4p为集装箱空载时称重模块四的称载重量，边缘计算器所计算的集装箱空载的总重量wp为各称重模块空载称量的重量之和，即wp＝w1p+w2p+w3p+w4p；当|(w1p-w2p)/(w1p+w2p)|<p3，且|(w3p-w4p)/(w3p+w4p)|<p3，表示称重传感器工作正常，否则发出称重传感器工作异常的警示，提醒操作人员调整插入式称重传感器；当称重传感器处于正常状态时，记录此时的集装箱空载重量wp，即wp＝w1p+w2p+w3p+w4p；当|(wp-wt)/wt|<p4时，则表示称重状态正常，可以进一步进行装载称量，否则发出称重异常报警，提示操作人员对称重模块重新检查、调整和校准，直至称重状态正常；

步骤三，进行装载，并在装载完成后，记录此时的集装箱装载重量wg＝w1g+w2g+w3g+w4g，其中w1g表示集装箱装载时称重模块一的称载重量，w2g表示集装箱装载时称重模块二的称载重量，w3g表示集装箱装载时称重模块三的称载重量，w4g表示集装箱装载时称重模块四的称载重量；当|(w1g+w2g)×2/wg-1|>p2时，控制器发出集装箱纵向偏载警示，提醒操作人员进行货物调整处理，直至无纵向偏载；当|(w1g+w3g)×2/wg-1|>p1时，则发出集装箱横向偏载警示，提醒操作人员进行货物调整处理，直至无横向偏载；当wg>wmax时，则发出集装箱总重超载警示，提醒操作人员进行货物调整处理，直至符合总重要求。

本发明通过在集装箱的四角分别设置称重模块，用于将分别采集到的重量数据信号实时传送至与其连接的智能边缘计算器，智能边缘计算器用于接收各称重模块发送的重量数据信号，并对接收到的数据信号进行处理和分析，并在装载发生异常时进行预警，同时将采集到的其他相关信息发送至终端，防止了集装箱装载超载、纵向偏载或横向偏载现象的发生，有效避免了集装箱装载违规，确保了装载状态的安全性。

附图说明

图1是本发明的称重系统工作原理框图；

图2是称重模块与集装箱的安装结构示意图；

图3是本发明的称重监测方法的工作流程图；

图4是插入式称重传感器结构示意图；

图5是千斤顶式顶升装置结构示意图；

图6是图4中的支撑连接件结构示意图；

图7是车载式顶升装置结构示意图；

图8是图6中的支撑连接件结构示意图；

图9是双称重两用式顶升装置结构示意图；

图10是组合式顶升装置结构示意图；

图11是插入式称重传感器与集装箱底角件的关系示意图。

图中：1、插入式称重传感器，2、顶升装置，3、重量变送器，4、承载体，5、应变体，6、支撑体，7、支撑连接件，8、爪式千斤顶，9、上部横向连接板，10、下部横向连接板，11、内置顶升机构，12、支座，13、上置式支座，14、下置式支座，15、连接板，16、双顶升机构，17、千斤顶，18、横向连接板，19、纵向连接杆，20、集装箱底角件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种集装箱称重系统，包括称重模块一、称重模块二、称重模块三、称重模块四和智能边缘计算器，所述的称重模块一、称重模块二、称重模块三、称重模块四分别设置于集装箱的四角，其中，称重模块一和称重模块四对角设置，称重模块二和称重模块三对角设置，且称重模块一和称重模块三沿集装箱长侧设置；

称重模块一、称重模块二、称重模块三、称重模块四均与智能边缘计算器通过无线通信方式进行连接；

所述的称重模块一、称重模块二、称重模块三、称重模块四用于对集装箱进行称重，并将称重数据信号实时传送至智能边缘计算器；

所述的智能边缘计算器用于接收各称重模块发送的重量数据信号，并对接收到的数据信号进行处理和分析，并在装载发生异常时进行预警，同时将采集到的其他相关信息发送至终端，如采集集装箱编号、运输车牌号、操作人等相关信息的功能，最终将集装箱所有的相关信息传送至有关人员和部门。

如图4所示，所述的称重模块一、称重模块二、称重模块三和称重模块四均包括插入式称重传感器1、顶升装置2和重量变送器3；所述的插入式称重传感器1为悬臂承载，包括承载体4、应变体5和支撑体6，承载体4采用圆柱结构，并通过应变体5与支撑体6连接，其中，应变体5采用剪应力受力形式，支撑体6用于与顶升装置2固定连接；所述的顶升装置2包括顶升机构和支撑连接件7，插入式称重传感器1通过支撑连接件7连接于顶升机构上，同时，承载体4作为受力点支撑于集装箱底部一角；重量变送器3采集来自插入式称重传感器1的数据信号，对采集到的数据信号进行分析、处理和计算，并将形成的重量信号通过无线的方式传送至智能边缘计算器。

具体地，所述的顶升装置2为千斤顶式顶升装置、车载式顶升装置、双称重两用式顶升装置和组合式顶升装置中的任意一种。

如图5和图6所示，所述的顶升装置2为千斤顶式顶升装置，包括爪式千斤顶8和支撑连接件7，所述支撑连接件7呈z字形，其上部横向连接板9通过螺栓与爪式千斤顶8的上端面固定连接，其下部横向连接板10通过螺栓与插入式称重传感器1的支撑体6固定连接。

如图7和图8所示，所述的顶升装置为车载式顶升装置，包括内置顶升机构11、支撑连接件7和支座12，所述的支座12位于内置顶升机构底端，所述的支撑连接件7纵断面呈梯形，其上端面卡装于内置顶升机构11的上端面，其侧端面通过螺栓与内置顶升机构11的侧壁固定连接，插入式称重传感器1通过支撑体与螺栓配合固定连接于支撑连接件7的上端面。

如图9所示，所述的顶升装置2为双称重两用式顶升装置，包括内置顶升机构11、上置式支座13和下置式支座14，内置顶升机构11上端和下端分别设置有通过支撑连接件7与其连接的上置式支座将插入式称重传感器1和下置式支座将插入式称重传感器1，分别用于车载式结构称重和落地式结构称重，其中，上置式支座13纵断面呈梯形，其上端面卡装于内置顶升机构11的上端面，其侧端面通过螺栓与内置顶升机构11的侧壁固定连接，上置式支座将插入式称重传感器通过支撑体与螺栓配合固定连接于支撑连接件7的上端面；下置式支座14为一固定连接于内置顶升机构下端的连接板15，下置式支座14将插入式称重传感器通过支撑体与螺栓配合固定连接于连接板15的下端。

如图10所示，所述的顶升装置为组合式顶升装置，包括支撑连接件7、双顶升机构16和支座12，所述双顶升机构16包括两个对称固设于支座上的千斤顶17，所述支撑连接件7包括横向连接板18和对称设置于下端其两侧的纵向连接杆19，且横向连接板18向前凸出于纵向连接杆19，凸出部的下端面分别与位于其下方的千斤顶17固定连接，并由千斤顶17带动进行上下位移；插入式称重传感器1通过支撑体6与横向连接板18固定连接，横向设置于两千斤顶17之间。

如图11所示为插入式称重传感器1与集装箱底角件20之间的配合关系，承载体4伸入集装箱底角件20开设的通孔内，在顶升装置2的顶升作用下，插入式称重传感器1通过集装箱底角件20带动集装箱上升实现称重。

具体地，所述的智能边缘计算器具有总重超载报警、横向偏载报警、纵向偏载报警和称重异常报警功能；所述智能边缘计算器可以是平板电脑、手机等移动终端，也可以是电脑终端或由用户自行设计的计算设备。

具体地，所述的无线通信方式为蓝牙、红外、wifi、zigbee、lora中的任意一种。

如图3所示，一种集装箱装载称重监测方法，包括如下步骤：

步骤一，进行集装箱空载称量，称量前输入相关参数：集装箱皮重wt、集装箱最大承载量wmax、集装箱横向偏载限值p1、集装箱纵向偏载限值p2、传感器偏差限值p3、称重异常偏差限值p4；

步骤二，进行集装箱空载称量状态判别，w1p为集装箱空载时称重模块一的称载重量，w2p为集装箱空载时称重模块二的称载重量，w3p为集装箱空载时称重模块三的称载重量，w4p为集装箱空载时称重模块四的称载重量，边缘计算器所计算的集装箱空载的总重量wp为各称重模块空载称量的重量之和，即wp＝w1p+w2p+w3p+w4p；当|(w1p-w2p)/(w1p+w2p)|<p3，且|(w3p-w4p)/(w3p+w4p)|<p3，表示称重传感器工作正常，否则发出称重传感器工作异常的警示，提醒操作人员调整插入式称重传感器；当称重传感器处于正常状态时，记录此时的集装箱空载重量wp，即wp＝w1p+w2p+w3p+w4p；当|(wp-wt)/wt|<p4时，则表示称重状态正常，可以进一步进行装载称量，否则发出称重异常报警，提示操作人员对称重模块重新检查、调整和校准，直至称重状态正常；

步骤三，进行装载，并在装载完成后，记录此时的集装箱装载重量wg＝w1g+w2g+w3g+w4g，其中w1g表示集装箱装载时称重模块一的称载重量，w2g表示集装箱装载时称重模块二的称载重量，w3g表示集装箱装载时称重模块三的称载重量，w4g表示集装箱装载时称重模块四的称载重量；当|(w1g+w2g)×2/wg-1|>p2时，控制器发出集装箱纵向偏载警示，提醒操作人员进行货物调整处理，直至无纵向偏载；当|(w1g+w3g)×2/wg-1|>p1时，则发出集装箱横向偏载警示，提醒操作人员进行货物调整处理，直至无横向偏载；当wg>wmax时，则发出集装箱总重超载警示，提醒操作人员进行货物调整处理，直至符合总重要求。

实施例：

一种集装箱装载称重监测方法包括以下步骤：

步骤一，首先进行集装箱空载称量，称量前输入相关的参数：集装箱皮重wt为2t,即集装箱自身名义重量；集装箱最大承载量wmax为38t；集装箱横向偏载限值p1为10％；集装箱纵向偏载限值p2为10％；传感器偏差限值p3为15％；称重异常偏差限值p4为20％；

步骤二，进行集装箱空载称量状态判别，w1p为0.5t，w2p为0.4t，w3p为0.4t，w4p为0.5t，边缘计算器所计算的集装箱空载的总重量wp为各称重模块空载称量的重量之和，即wp＝w1p+w2p+w3p+w4p＝0.5+0.4+0.4+0.5＝1.8t；当(w1p-w2p)/(w1p+w2p)|<p3，即：|(0.5-0.4)/(0.5+0.4)|＝11.1％<15％，且|(w3p-w4p)/(w3p+w4p)|<p3，即：|(0.4-0.5)/(0.4+0.5)|＝11.1％<15％，插入式称重传感器工作正常；当传感器处于正常工作状态时，记录此时的集装箱空载重量wp，即wp＝w1p+w2p+w3p+w4p＝0.5+0.4+0.4+0.5＝1.8t；当|(wp-wt)/wt|<p4，即|(1.8-2)/2|＝10％<20％，称重状态正常，可以进一步进行装载称量，否则发出称重异常报警，提示操作人员对称重模块重新检查、调整和校准；

步骤三，装载完成后，记录此时的集装箱装载重量wg，w1g为集装箱装载时称重模块一的称载重量9.1t，w2g为集装箱装载时称重模块二的称载重量9.7t，w3g为集装箱装载时称重模块三的称载重量8.9t，w4g为集装箱装载时称重模块四的称载重量9.6t，即wg＝w1g+w2g+w3g+w4g＝9.1+9.7+8.9+9.6＝37.3t；|(w1g+w2g)×2/wg-1|，即|(9.1+9.7)×2/37.3-1|＝0.8％<10％；|(w1g+w3g)×2/wg-1|，即|(9.1+8.9)×2/37.3-1|＝3.5％<10％，否则发出集装箱横向偏载告警，提示操作人员进行货物调整处理；wg＝37.3<38，否则发出集装箱总重超载告警，提示操作人员进行货物调整处理。