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摘要：船舶智能过闸收费系统的应用一定程度上推动了相关行业的发展与创新，同时也提升了工作的效率和质量，但是由于外部因素的影响，常常出现误差。因此，对基于物联网技术的船舶智能过闸收费系统进行研究。组建步进主控电路，接入过闸转接板，完成系统硬件设计；构建物联网智能拓扑扫描架构，同时，建立AIS智能收缴数据库，完成系统软件的设计。系统测试结果表明：经过4个测试小组的验证对比可知，船舶智能过闸收费系统的识别耗时均保持在0.2s以下，表明此系统的实际应用效果相对更好，识别误差较小，具有实际的应用意义。
关键词：物联网技术；船舶辅助；智能过闸；收费系统；远程控制
Research on Ship Intelligent Gate Crossing Charging System Based on Internet of Things Technology
ZHU Minji
(Jiangyin Jiangdizha Station Management Center,Jiangyin Jiangsu 214400)
【Abstract】：The application of ship intelligent gate tolling system not only promotes the development and innovation of relevant industries to a certain extent,but also improves the efficiency and quality of work,but there are often errors due to the influence of external factors.Therefore,the ship intelligent gate toll collection system based on Internet of Things technology is studied.Set up the step-by-step main control circuit,connect it to the gate switching board,and complete the system hardware design;Build the intelligent topology scanning architecture of the Internet of Things,establish the AIS intelligent collection database,and complete the design of the system software.The system test results show that after the verification and comparison of four test teams,the identification time of the ship intelligent gate crossing charging system is kept below 0.2s,indicating that the practical application effect of this system is relatively better,the identification error is small,and has practical application significance.
【Key words】：Internet of Things technology;ship auxiliary;intelligent gate crossing;charging system;remote control
0引言
目前，在新时代的发展背景之下，数字航道技术以及物联网技术逐渐走进了人们的视野，并被广泛应用在社会中的各个领域中，在初期阶段获取到了相对较好的效果[1]，尤其是在智能化处理与网络控制等方面更加出众[2]。传统的船舶过闸收费系统一般是通过指令控制以及程序预设来完成相关的任务目标，同时，在面对复杂的情况时，还需要人工辅助，人力支持[3]。这种方式虽然可以完成预期的工作任务，但是在实际应用的过程中，效率低下，所控范围较小，同时极易出现误差，严重的甚至会造成一定的经济损失[4]。因此，本文以船舶智能过闸收费系统作为主要的研究分析目标。
最近几年，随着社会需求的变化，船舶过闸系统也得到了一定的创新，部分区域逐渐形成以智能船舶过闸收费为主的信息化处理系统[5]。对比于传统的船舶过闸收费系统，本文所设计的系统以灵活、多变为主要特征，最大程度地将信息化技术充分有效地利用。另外，在物联网技术的辅助支持之下，船舶智能过闸收费系统的功能也有所增加，在登记、缴费、调度、过闸等功能的基础上，还增加了智能核定、核算、差值评定以及退款处理等功能，进一步深化系统的相关应用，进而形成更加全面处理控制结构，为后续的发展与创新提供依据。
1系统硬件设计
1.1步进主控电路设计
在物联网技术下对船舶智能过闸收费系统硬件设计之前，需要进行步进主控电路的设计。首先，需要在初始的电路之中将多个电源进行关联，并在主控电源处同时安装一个步进电磁装置和监测装置，实现船舶步进过闸的定位和控制，随后，为了避免出现重复收费的情况，还需要在电路中加装一个信息转换器，一般选用A4988微步进驱动器转换器，在加强指令控制的同时，还可以确保信息的安全转换[6]。
随后，在等位电路的基础之上，调节电流与电压，形成过热保护和过流保护的环境，结合物联网技术，设定Arduino控制单元，由于本文的船舶智能过闸收费系统较多地针对大型船舶，所以，控制单元的脚位一般选用短接的形式，同时在电路中接入SLEEP与RESET引脚，形成双向驱动过闸的识别程序，在Arduino控制板上接入主控电源，调节目标步进指标参数值，最终完成对步进主控电路的设计[7]。
1.2过闸转接板设计
在完成步进主控电路的设计之后，接下来，需要在电路中接入控制板，并实现过闸转接板的设计。如图1所示：
根据图1，可以了解到过闸转接板的相关结构。接下来，在初始电路的基础之上，连入ArduinoMega2560拓展板，并在转接板电路板上设定一个集成接口，扩展过闸识别的空间区域，与此同时，在系统中添加A4988模块，实现对过闸硬件的对称控制。开启步进电机，限位开关接口，加热接口，形成模块化的过闸转接结构，最终完成过闸转接板的设计，为后续软件的设计奠定基础。
2系统软件设计
2.1物联网智能拓扑过闸扫描架构设计
在完成系统相关硬件的设计之后，接下来，需要进行软件的设计。首先，结合系统实际的应用需求，再加上物联网技术的辅助，设计智能拓扑过闸收费扫描架构。这部分主要是对过闸收费系统的实际应用功能与处理程序进行处理与规划，进行基础拓扑结构的设计，具体如图2所示：
根据图2，可以完成对物联网智能拓扑扫描架构的设计。随后不同的系统功能模块，进行过闸收费程序的关联与训练，同时在预设的拓扑区域之下，进行拓扑逻辑指数的计算，具体如公式(1)所示：
公式(1)中：I表示拓扑逻辑指数，x表示变化值，g表示目标系数。通过上述计算，最终可以得出实际的拓扑逻辑指数。依据上述的逻辑数值，结合物联网的拓扑扫描技术，以及过闸收费系统的功能模块，建立逻辑处理关系，最终完成物联网智能拓扑扫描架构的设计。
2.2 AIS智能收缴数据库设计
在完成物联网智能拓扑扫描架构的设计之后，接下来，需要构建AIS智能收缴数据库。结合AIS智能核定技术，可以先预设出相应的过闸收费范围，结合预设的收费标准，进行收费层级的核定。随后，在层级之中再对船舶应收的费用予以精细化核定。一般船舶过闸的实时程序主要为上岸、登记、缴费、调度、过闸等几部分，均与数据库存在关联。可以进行收缴极限误差值的计算，具体如公式(2)所示：
B=(a+0.5v)-0.1(2)
公式(2)中：B表示收缴极限误差值，a表示动态调节比，v表示收缴写入系数。
通过上述计算，最终可以得出实际的收缴极限误差值。在过闸收费的过程中，以得出的收缴极限误差值为标准界限，一旦AIS智能收缴数据库判定超出界限，船舶过闸收费便存在误差，反之，便符合过闸标准。AIS智能收缴数据库的设定一定程度上提升了系统收缴工作的效率与质量，扩大了系统的实际应用范围，具有现实意义。
3系统测试
本文主要是对物联网技术的船舶智能过闸收费系统的实际应用效果进行验证与分析。选取K码头的船舶智能过闸收费系统作为本文测试的目标对象。考虑到测试结果的稳定性与可靠性，将测试的区域划定为4个，同时4个小组在相同的系统环境下同时测定，对最终得出的结果进行研究。
3.1测试准备
在对物联网技术的船舶智能过闸收费系统的实际应用效果进行验证与分析之前，需要先搭建相应的测试环境。首先，需要先对相关的硬件进行关联处理。在过闸收费系统外部安装一个小型的数据检测装置，将其与系统双向关联，同时，在预设的基础环境之中，安置传感器，主要作用是加强系统对于船舶的感应。结合AIS技术，可以先建立感应区域，这部分通常是不固定的，一般会随着船舶的行驶区域发生变化，但需要注意的是，在系统启动时，还需依据要求，大致划定范围，避免系统出现混乱。将主控电路更改为双向控制电路，同时，预设AIS关联电源，形成动态闭合电路。
完成硬件环境的搭建之后，接下来，构建相应的软件环境。需要先设定控制信号的输出、输入信道控制系数，一般为双向控制系数，具体如公式(3)所示：
公式(3)中：G表示双向控制系数，E表示自定义感应范围，d表示变动比值。
通过上述计算，最终可以得出实际的双向控制系数，通常分为正负两个数值，可以将其作为感应的标准，设定在系统的控制区域之中。与此同时，还需要明确船舶过闸的实际感应区域。
接下来，在上述所设定的基础之上，进行智能扫描结构的建立，具体如图3所示：
根据图3最终可以完成对系统智能扫描结构的设计。接下来，进行扫描归一系数的计算，具体如公式(4)所示：
公式(4)中：M表示归一系数，u表示变动差值，s表示标准过闸时间，c表示线性函数。
通过上述计算，最终可以得出实际的归一系数，依据扫描的层级与区域，划定过闸收费的感应标准。这部分主要是对船舶的信息，应用数据、过闸需收费情况等作出汇总与整理。完成上述测试环境的搭建之后，核定系统的测试装置与设备是否处于稳定的运行状态，并确保不存在影响最终测试结果的外部因素，核定无误后，开始系统测试。
3.2测试过程及结果分析
在完成系统测试环境的搭建之后，接下来，可以进行具体的测试。首先，依据船舶的行驶情况以及实际状态，编制智能控制指令，计算双向识别指数，具体如公式(5)所示：
公式(5)中：A表示双向识别指数，a表示变化差
值，f表示描述常数，r表示输出值。通过上述计算，最终可以得出实际的双向识别指数。结合物联网技术中的RFID平衡技术，编制成控制指令之后添加在系统之中，此时系统可以对预设区域中的船舶进行双向感应，并对其过闸时需要缴纳的费用核定计算，形成格式化的收费信息。当K码头的船舶过闸时，通过计算其过闸收费的识别耗时，来对系统的可应用性验证。最终得出系统测试的结果，具体如表1所示：
根据表1可以完成对最终测试结果的验证与分析。经过4个测试小组的验证对比，可以了解到，船舶智能过闸收费系统的识别耗时均保持在0.2s以下，表明此系统的实际应用效果相对更好，识别误差较小，具有实际的应用意义。
4结语
综上所述，便是对基于物联网技术的船舶智能过闸收费系统进行的分析与研究。与传统的过闸收费系统相对比，本文所设计的智能过闸收费系统更加多变、灵活，进一步将信息化、智能交通、大数据等技术融合应用，形成更加稳定、可靠的应用系统。与此同时，在物联网技术的辅助之下，船舶智能过闸收费系统的工作效率与质量也得到较大的提升，在新的社会标准之下，智能化的系统也更加符合未来创新的要求，帮助相关行业迈入新的发展台阶。
参考文献
[1]史娇,黄绍文,胡赛军.三峡船舶过闸计划的智能编制与优化[J].水运管理,2021,43(12):30-31+33.
[2]王笑京.中国智能交通发展回眸(六)—中国不停车收费系统(ETC)之推广与感悟[J].中国交通信息化,2021(12):18-26.
[3]张日民.船舶过闸关键流程智能安全监管研究[J].智能城市,2021,7(22):1-3.
[4]刘军.基于苏北运河运调系统对船闸信息系统设计的几点思考[J].数字通信世界,2020(12):50-52.
[5]曾炎盛.基于RFID技术的交通拥堵收费系统测试分析[J].交通运输工程与信息学报,2020,18(03):93-100.
[6]宋祥吉,韩春杰,马著凯.RFID智能道闸系统在自动化轮胎式起重机堆场中的应用[J].起重运输机械,2020(05):66-69.
[7]桂丝玥,孙玉霞.基于“互联网+”的智能停车系统客户端的设计与实现[J].电脑知识与技术,2020,16(03):87-89.
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