黃誠 張水華 徐建華 楊振

集裝箱裝運危險貨物能在一定程度上降低危險貨物貨損率;但由于危險貨物具有易燃、易爆、腐蝕、放射等特性，危險貨物集裝箱作業(yè)面臨巨大潛在風(fēng)險。影響危險貨物集裝箱堆場安全的因素有很多，其中最主要的是溫度。溫度是反映危險貨物集裝箱內(nèi)部情況的重要指標(biāo)，建立危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)十分必要。危險貨物集裝箱分為冷藏箱和非冷藏箱，本文研究的是冷藏箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)。用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析數(shù)據(jù)庫中的溫度值，可以推算出危險貨物溫度變化的安全范圍，同時還可以進行故障診斷，減少對電壓、電流、壓縮機工作狀態(tài)等次要指標(biāo)的監(jiān)測，簡化系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，從而縮短系統(tǒng)對堆場危險貨物集裝箱的輪巡周期，提高監(jiān)控效能。

1 危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控現(xiàn)狀

目前，大多數(shù)集裝箱碼頭仍采用傳統(tǒng)的人工抄錄溫度的方式來監(jiān)控危險貨物集裝箱溫度，該人工監(jiān)控模式存在以下缺點。

（1）管理流程繁雜。在危險貨物集裝箱卸船前，作業(yè)人員檢查制冷溫度和箱體狀況，若發(fā)現(xiàn)異常情況，立即向操作室匯報;集裝箱進入堆場前接通電源，堆存期間設(shè)雙人24 h值班，每隔2 h巡檢一次，并且須將集裝箱溫度等數(shù)據(jù)信息輸入操作系統(tǒng)。

（2）監(jiān)控周期長。碼頭堆場面積大，危險貨物集裝箱數(shù)量多，人工抄錄集裝箱溫度信息耗時長且工作量大。

（3）人工成本高。由于作業(yè)人員巡檢抄錄危險貨物集裝箱溫度耗時太長，需要安排專人從事此項工作，從而產(chǎn)生高昂的人工成本。

（4）實時性差。人工抄錄危險貨物集裝箱溫度信息的實時性差，若不能及時發(fā)現(xiàn)并處理異常集裝箱，可能導(dǎo)致安全事故。

（5）安全隱患大。人工監(jiān)控模式使得作業(yè)人員需要長時間在有插座的堆場中行走，存在較大的安全隱患。

在人工監(jiān)控模式下，為了保證碼頭危險貨物集裝箱堆場的安全，需要強化危險貨物集裝箱監(jiān)控，尤其是對集裝箱內(nèi)部溫度進行24 h監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)存在異常情況的集裝箱并報警。

2 危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能

危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：24 h實時監(jiān)控堆場內(nèi)危險貨物集裝箱的溫度;確保傳輸數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性;符合碼頭生產(chǎn)作業(yè)需求，能與碼頭操作系統(tǒng)無縫集成。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

（1）開放的軟件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫使得碼頭操作系統(tǒng)可以調(diào)取、記錄、處理其需要的信息，彌補了碼頭在危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控方面的缺口。

（2）在自動化碼頭管理中，系統(tǒng)信息的數(shù)字化記錄具有可靠性和可追溯性。

（3）系統(tǒng)采用自動錄入數(shù)據(jù)信息與手動錄入數(shù)據(jù)信息相結(jié)合的方式，使得危險貨物集裝箱堆場監(jiān)控覆蓋率達(dá)到100%。

（4）系統(tǒng)利用全球定位技術(shù)限定作業(yè)人員操作范圍，可以隱藏集裝箱的設(shè)定溫度，從而大大提高數(shù)據(jù)信息的可靠性。

（5）集卡上的移動監(jiān)控信息可以快速編入堆場監(jiān)控系統(tǒng)。

（6）系統(tǒng)符合新老碼頭生產(chǎn)作業(yè)需求，能與碼頭原有的操作系統(tǒng)無縫集成。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

針對碼頭集裝箱裝卸作業(yè)的特點，設(shè)計危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主體架構(gòu)。危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)由溫度采集設(shè)備、采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成。溫度采集卡實時監(jiān)測集裝箱溫度數(shù)據(jù);采集服務(wù)器系統(tǒng)輪巡溫度采集卡，并通過集裝箱的串行接口和4G網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，傳輸?shù)男畔b箱的送風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、箱號以及堆場位置等;軟件系統(tǒng)調(diào)取數(shù)據(jù)庫信息并以網(wǎng)頁、手機終端、三維虛擬現(xiàn)實監(jiān)控系統(tǒng)等方式呈現(xiàn)，呈現(xiàn)內(nèi)容包含集裝箱的設(shè)定溫度（數(shù)據(jù)庫中原有數(shù)據(jù)）、送風(fēng)溫度、箱號、堆場位置、數(shù)據(jù)更新時間和報警時間等。溫度采集卡選用防爆外殼，采用STM32單片機、RS232芯片以及LORA無線通信模塊。單個溫度采集設(shè)備可接入2個集裝箱，安裝簡單，可由堆場使用的220 V電源直接供電。

2.4 系統(tǒng)監(jiān)控流程

危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)流程。

（1）集卡司機進入堆場卸下危險貨物集裝箱后，連接集裝箱串行接口和溫度采集設(shè)備。

（2）危險貨物集裝箱數(shù)據(jù)信息通過4G網(wǎng)絡(luò)和LORA模塊自動傳輸至數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫調(diào)取集裝箱溫度信息。

（3）對于無法遠(yuǎn)程監(jiān)控的危險貨物集裝箱，系統(tǒng)采取故障實時報警模式，將其相關(guān)信息發(fā)送至作業(yè)人員的手機終端、操作室及中控室。通信協(xié)議不統(tǒng)一、串行接口損壞或沒有串行接口、數(shù)據(jù)傳輸線長度不夠等均可能導(dǎo)致無法實現(xiàn)危險貨物集裝箱遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（4）作業(yè)人員根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)顯示的箱號和位置信息找到異常危險貨物集裝箱，現(xiàn)場抄錄溫度數(shù)據(jù)并發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)利用全球定位系統(tǒng)技術(shù)對作業(yè)人員錄入信息的位置進行監(jiān)控：作業(yè)人員必須在異常集裝箱附近的一定范圍內(nèi)錄入信息，否則系統(tǒng)報錯并無法傳輸有效信息至數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫儲存不同危險貨物集裝箱的設(shè)定溫度，作業(yè)人員的手機終端軟件界面上不顯示設(shè)定溫度;若作業(yè)人員手動錄入的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定溫度相差較大，則系統(tǒng)報錯且無法傳輸有效信息至數(shù)據(jù)庫。

2.5 系統(tǒng)通信方式

（1）串行接口 常見的通信方式有電力載波、四芯監(jiān)測和串行接口等，其中：電力載波通過冷藏箱插頭的輸電電纜傳輸數(shù)據(jù)，受電網(wǎng)干擾大，穩(wěn)定性差;四芯監(jiān)測方式無法準(zhǔn)確傳輸集裝箱溫度數(shù)據(jù)信息，達(dá)不到智能監(jiān)控的要求;串行接口（RS-232-C）是冷藏箱壓縮機組的基本配置，可通過該接口下載查詢集裝箱溫度等信息，其特點是通信線路簡單且成本低，可實現(xiàn)集裝箱溫度與機組數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，特別適用于遠(yuǎn)距離通信。通過比較以上3種通信方式可見，串行接口通信方式最為穩(wěn)定可靠，并具有監(jiān)控效率高、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點，可滿足自動化碼頭需求。

（2） LORA無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)采用“串行接口+無線數(shù)據(jù)傳輸”的方式實時監(jiān)控集裝箱溫度。無線數(shù)據(jù)傳輸可有效解決集裝箱碼頭電纜布局困難，降低經(jīng)濟成本和人工管理成本。無線數(shù)據(jù)傳輸可使用Wi-Fi、Zigbee和LORA等技術(shù)。Wi-Fi技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)速率高，但其功耗高，可靠性低，受信號干擾大;Zigbee技術(shù)具有功耗低、可靠性高、抗干擾性強等優(yōu)點，但具有成本較高、穿透性差等缺點;LORA技術(shù)是由美國Semtech公司推廣的一種基于擴頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案，在同樣的功耗條件下其比其他無線方式傳輸距離更遠(yuǎn)（比傳統(tǒng)無線射頻通信距離遠(yuǎn)3～5倍），具有遠(yuǎn)距離、低功耗、多節(jié)點、低成本等優(yōu)點。

2.6 故障實時報警機制

對于當(dāng)前溫度異常的集裝箱或者沒有數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的異常集裝箱，系統(tǒng)采取故障實時報警機制。報警方式如下：系統(tǒng)向作業(yè)人員手機終端發(fā)出報警提醒信息，提醒作業(yè)人員前往現(xiàn)場檢查異常集裝箱;作業(yè)人員通過手動錄入方式將正確信息傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并備注異常原因;若一段時間后該集裝箱仍處于異常狀態(tài)，則系統(tǒng)向操作室發(fā)出報警提醒;若操作室仍未處理該集裝箱，則系統(tǒng)向中控室發(fā)出報警提醒，由中控室及時處理異常集裝箱。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計的危險貨物集裝箱溫度監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)ξｋU貨物集裝箱溫度實施24 h不間斷監(jiān)控，采取自動與手動傳輸數(shù)據(jù)信息相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對危險貨物集裝箱溫度100%的監(jiān)控覆蓋率。該系統(tǒng)能夠確保監(jiān)控信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性，從而有效提高碼頭對危險貨物集裝箱的監(jiān)控效能，在現(xiàn)代物流過程監(jiān)控中擁有廣泛的應(yīng)用前景。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2019-01-15）