鄧新莉

(重慶廣播電視大學(xué)，重慶　400052)

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車載危險(xiǎn)品在途運(yùn)輸?shù)闹悄芨櫛O(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

鄧新莉

(重慶廣播電視大學(xué)，重慶400052)

摘要：為杜絕車載危險(xiǎn)品在運(yùn)輸過程中發(fā)生泄露、丟失和爆炸等惡性事故，探討了一類遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)動態(tài)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)。文中剖析了產(chǎn)生惡性事故的原由，針對惡性事故產(chǎn)生的條件和觸發(fā)因素討論了系統(tǒng)的架構(gòu)，基于GPS定位與GPRS通信，設(shè)計(jì)了車載數(shù)據(jù)采集收發(fā)終端和監(jiān)控中心的通信、電子地圖加載、數(shù)據(jù)庫以及監(jiān)控報(bào)警等功能模塊，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)時(shí)的動態(tài)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)原型。初步試驗(yàn)驗(yàn)證了該監(jiān)控系統(tǒng)能完成車載危險(xiǎn)品在途的遠(yuǎn)程動態(tài)跟蹤監(jiān)控功能。研究表明：實(shí)時(shí)動態(tài)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)可為車載危險(xiǎn)品在途運(yùn)輸安全提供有效的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)品運(yùn)輸；GPRS；電子地圖；B/S結(jié)構(gòu)模式；在途監(jiān)控

近年來車載危險(xiǎn)品在途運(yùn)輸中發(fā)生因泄露、丟失和爆炸等引起的特大惡性事故給人們以嚴(yán)重教訓(xùn)[1]，并引起了社會各界的高度關(guān)注[2]。危險(xiǎn)品具有易燃、易爆、劇毒、腐蝕與放射等特性，在運(yùn)輸過程中如果受熱、遇明火、碰撞、振動、摩擦等觸發(fā)因素影響，極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒、輻射等重大事故。為杜絕惡性事故發(fā)生，對車載危險(xiǎn)品在途運(yùn)輸進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控有重要的現(xiàn)實(shí)意義。盡管目前這方面已經(jīng)取得了許多應(yīng)用研究成果[3-5]，鑒于該問題的復(fù)雜性，仍有必要對其進(jìn)行深入探討。

1實(shí)時(shí)動態(tài)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)動態(tài)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由車載終端、GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心組成。

圖1　實(shí)時(shí)動態(tài)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控中心、GPRS網(wǎng)絡(luò)與車載終端分別負(fù)責(zé)對危險(xiǎn)品載車進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警與調(diào)度，監(jiān)控中心與車載終端的通信，車輛運(yùn)行、危險(xiǎn)品狀態(tài)以及GPS定位參數(shù)的檢測。監(jiān)控中心配置通信、電子地圖加載、數(shù)據(jù)庫與監(jiān)控報(bào)警等功能模塊，借助通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與車載終端的通信，并提供GIS人機(jī)界面，向車載終端發(fā)送指令。監(jiān)控中心配置的通信、數(shù)據(jù)庫與后臺處理服務(wù)器分別用于實(shí)現(xiàn)與GPRS網(wǎng)絡(luò)之間的通信、數(shù)據(jù)存取和信息處理功能。其中，后臺服務(wù)器與所有服務(wù)器相連，并協(xié)調(diào)其通信，充當(dāng)控制樞紐角色，統(tǒng)一協(xié)調(diào)系統(tǒng)各項(xiàng)任務(wù)。車載終端模塊負(fù)責(zé)提供車輛、危險(xiǎn)品狀態(tài)與GPS參數(shù)。車載終端負(fù)責(zé)提供車輛、危險(xiǎn)品與GPS的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)。其中：車輛狀態(tài)包括發(fā)動機(jī)、底盤、車身與電氣設(shè)備等的參數(shù)；危險(xiǎn)品狀態(tài)有溫度、濕度、濃度、密封性(放射性)、壓力、加速度、傾角、液位等參數(shù)；與GPS相關(guān)的有緯度、經(jīng)度、GPS定位狀態(tài)、車輛運(yùn)動方向、速度、海拔等參數(shù)。

2監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載危險(xiǎn)品在途實(shí)時(shí)動態(tài)跟蹤監(jiān)控必須具備如下功能[6-7]：基于Web GIS地圖，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)輸車輛位置的GIS跟蹤；基于車載終端，實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)品種類、運(yùn)輸車輛編號等危險(xiǎn)品狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息查詢；基于歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)儲存，實(shí)現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的查詢與軌跡回放；基于狀態(tài)參數(shù)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)品的閾值管理與預(yù)警；基于各種控制命令，實(shí)現(xiàn)對信息的相關(guān)管理。

2.1車載終端系統(tǒng)

車載終端狀態(tài)監(jiān)控既涉及危險(xiǎn)品的狀態(tài)參數(shù)，也與車輛的地理位置與車輛本身狀態(tài)以及車輛所處環(huán)境的狀態(tài)參數(shù)相關(guān)，車載終端系統(tǒng)的地理位置相關(guān)信息數(shù)據(jù)可借助GPS獲取，其他狀態(tài)數(shù)據(jù)信息由車載終端系統(tǒng)自動采集。鑒于車載終端狀態(tài)數(shù)據(jù)既包括了分布在車廂內(nèi)也涵蓋了行駛車輛外部的溫度等采集的環(huán)境參數(shù)，故不便以布線方式采集。而基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN的車載終端分布式狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)方案是可取的，因此設(shè)計(jì)中選取基于ZigBee和GPRS的無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本地?cái)?shù)據(jù)采集傳輸由ZigBee實(shí)現(xiàn)，傳感數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸借助GPRS完成。Zigbee適用于遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域的自動監(jiān)控，是一種近距離低成本的雙向無線通信技術(shù)。WSN網(wǎng)硬件采用 2.4 GHz波段的ZigBee設(shè)備實(shí)現(xiàn)，有助于降低成本和推廣應(yīng)用，因?yàn)樗且粋€(gè)全球統(tǒng)一無需申請就可使用的頻段。監(jiān)測節(jié)點(diǎn)在2.4 GHz頻率下包括16信道，其傳輸距離為10～75 m，數(shù)據(jù)傳輸率為250 kbps，只要在車載終端和車輛沿途配置Zigbee監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，就可滿足車載終端的無線聯(lián)網(wǎng)和監(jiān)控需求[8-11]。

2.2監(jiān)控中心與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)與各車載終端建立與維護(hù)通信鏈路、收發(fā)數(shù)據(jù)，是監(jiān)控中心與車載終端的信息傳輸通道。實(shí)現(xiàn)的具體功能有：建立監(jiān)控中心與移動車載終端間的通信鏈路；接收并校驗(yàn)車載終端發(fā)送的數(shù)據(jù)；按照數(shù)據(jù)封裝協(xié)議，將車載終端數(shù)據(jù)解析為有實(shí)際意義的數(shù)據(jù)；將解析后的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)庫表的結(jié)構(gòu)分類存入數(shù)據(jù)庫；監(jiān)控中心對接收數(shù)據(jù)綜合判斷后發(fā)布相應(yīng)的提示信息至車載終端。通信采用TCP/IP協(xié)議，監(jiān)控中心與車載終端的通信采用TCP協(xié)議提供的實(shí)時(shí)雙向傳輸通道，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，雖然GPRS網(wǎng)絡(luò)對TCP鏈路也存在限制，但它是基于Socket的網(wǎng)絡(luò)編程，應(yīng)用程序無須直接接觸網(wǎng)絡(luò)接口就可以收發(fā)數(shù)據(jù)包。

2.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心的后臺數(shù)據(jù)庫承載著危險(xiǎn)品與車輛狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息的存儲，是監(jiān)控系統(tǒng)的信息樞紐。監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫必須按照組織合理、結(jié)構(gòu)清晰、冗余度低、便于操作、易于維護(hù)與可擴(kuò)充性良好等設(shè)計(jì)原則進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存放基礎(chǔ)信息、GPS定位與地理信息等數(shù)據(jù)，其中：基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫用于組織和存儲相關(guān)對象的屬性信息，包括危險(xiǎn)品預(yù)警閾值、危險(xiǎn)化學(xué)品、運(yùn)輸車輛與駕駛員情況等數(shù)據(jù)表；GPS定位數(shù)據(jù)庫用于存儲危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)信息，也可存放車載終端位置軌跡、車載終端編號、車載終端指令收發(fā)信息與報(bào)警信息等數(shù)據(jù)表；地理信息數(shù)據(jù)庫用于組織和存儲危險(xiǎn)品在途監(jiān)控地理分布等空間數(shù)據(jù)表。

數(shù)據(jù)庫的訪問通過數(shù)據(jù)表實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫包括靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)表。其中，靜態(tài)數(shù)據(jù)表是系統(tǒng)長期保存的，其內(nèi)容一般不發(fā)生變化；動態(tài)數(shù)據(jù)表是在車輛運(yùn)輸危險(xiǎn)品時(shí)動態(tài)建立的，內(nèi)容可實(shí)時(shí)更新。各數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系按照“編號”區(qū)別，其間的關(guān)系如圖2所示，其中，靜態(tài)數(shù)據(jù)表用黑體線框表示。

圖2　數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系

2.4電子地圖

權(quán)衡電子地圖功能及加載速度、跨平臺使用性能與實(shí)現(xiàn)難易程度等諸多影響因素，設(shè)計(jì)中選用第三方Web GIS電子地圖引擎設(shè)計(jì)構(gòu)建電子地圖平臺，以實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)品車載終端的定位跟蹤[12]。由于其軟件系統(tǒng)在服務(wù)器端都配備了相應(yīng)的桌面GIS軟件，客戶端可借助Internet直接向服務(wù)器端發(fā)送其桌面軟件支持的空間查詢命令，將運(yùn)輸車輛定位顯示在電子地圖上。借助地圖匹配技術(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)可校正各種誤差，使危險(xiǎn)品車輛準(zhǔn)確地定位在某一條道路上，比較精確地顯示在電子地圖上。

3監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控中心承載著對危險(xiǎn)品載車狀態(tài)的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)查詢的功能，其中，后者用于實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的追溯查詢。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)模式實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)品的實(shí)時(shí)定位、狀態(tài)參數(shù)的顯示、歷史數(shù)據(jù)與軌跡查詢以及運(yùn)輸車輛狀態(tài)參數(shù)查詢，監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫選擇SQL Server 2000，基于GPRS-Internet通信方式實(shí)現(xiàn)對傳感數(shù)據(jù)的采集與相關(guān)命令的下達(dá)以及異地辦公的監(jiān)控。

3.1信息管理

信息管理模塊負(fù)責(zé)對用戶、車輛、報(bào)警與控制命令信息進(jìn)行管理。用戶管理模塊進(jìn)行相關(guān)參數(shù)讀取、配置文件、系統(tǒng)初始化及用戶登陸驗(yàn)證流程后，才有權(quán)使用系統(tǒng)。其配置文件為WXPJC.ini：

[General]

DSN=WXPJC //數(shù)據(jù)源，用戶配置即可

UID = name //數(shù)據(jù)庫登陸用戶名

PWD = password //數(shù)據(jù)庫登陸密碼

[NET]

IP = xxx.xx.xx.xxx//監(jiān)控中心服務(wù)端IP

Port = xxxx//通信端口

報(bào)警管理模塊涉及對alarm_class、alarm_class_vehicle和alarm_class_goods 等3個(gè)數(shù)據(jù)表的管理操作，它們分別對應(yīng)于窗口中的報(bào)警定義欄、車輛狀態(tài)定義欄和危險(xiǎn)品狀態(tài)定義欄。該模塊包括車輛信息輸入、查詢、修改刪除3個(gè)子功能模塊，定義了報(bào)警狀態(tài)參數(shù)，用于對所有車輛的靜態(tài)信息進(jìn)行管理。控制命令管理模塊將命令定義、發(fā)送命令和調(diào)度信息的管理功能集成到一個(gè)窗口。其中：命令定義管理欄是對系統(tǒng)命令進(jìn)行管理；發(fā)送命令和調(diào)度信息管理欄是向目標(biāo)車輛發(fā)送系統(tǒng)命令和調(diào)度信息，其發(fā)送命令(調(diào)度信息)的過程是：根據(jù)目標(biāo)車輛的車輛編號，從數(shù)據(jù)表work_vehicle中查詢出IP地址和端口，然后把命令連同IP地址和端口號傳給通信模塊，并存入work_command_send數(shù)據(jù)表中，通信模塊根據(jù)IP地址和端口號查找通信連接，并轉(zhuǎn)換命令為通信協(xié)議格式，然后發(fā)送給目標(biāo)車輛。

3.2實(shí)時(shí)監(jiān)測

該監(jiān)測模塊具有分類監(jiān)測與報(bào)警提示兩種功能。分類監(jiān)測可按貨物種類、車輛型號、集裝箱號、駕駛員信息實(shí)時(shí)監(jiān)測危險(xiǎn)品及運(yùn)輸車輛的狀態(tài)信息。如果危險(xiǎn)品與車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)異常，監(jiān)控界面的報(bào)警提示標(biāo)志會不斷閃爍。

3.3歷史記錄查詢

歷史查詢用于對在途危險(xiǎn)品各類信息實(shí)現(xiàn)信息追溯，包括對車輛編號與時(shí)間，危險(xiǎn)貨品的溫度、濕度、煙霧、傾角、振動等的記錄，物流信息，運(yùn)輸車輛信息以及報(bào)警記錄進(jìn)行追溯與查詢，可實(shí)現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)信息的在線查看，其監(jiān)控界面之一如圖3所示。

3.4GPRS通信實(shí)現(xiàn)

圖4描述了GPRS通信方式下指令下發(fā)的實(shí)現(xiàn)過程。

圖3　監(jiān)控界面

圖4　GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)過程

3.5Web GIS平臺實(shí)現(xiàn)

在車載危險(xiǎn)品監(jiān)控系統(tǒng)中，通過Google Maps API及其提供的相關(guān)功能，可將監(jiān)控中心網(wǎng)站與Google Maps衛(wèi)星地圖相結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)車輛的軌跡描繪與定位等功能。其步驟是：在Google的網(wǎng)站注冊后，按照Google提供的Key，就可將 Google Maps嵌入網(wǎng)頁。在生成地圖的過程中，將Google提供調(diào)用地圖代碼寫入用戶的網(wǎng)頁中，如：