楊嘉樂(lè)，劉 洋，閆 聰，雷起谷，董智橋，劉 博，陳先鋒

(1．武漢理工大學(xué) 安全科學(xué)與應(yīng)急管理學(xué)院，湖北 武漢 430070；2．武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電力工程系,湖北 武漢 430079)

危化品在運(yùn)輸過(guò)程中存在大量的不安全因素。一方面，?；肪哂幸兹?、易爆、有毒等特性，在運(yùn)輸過(guò)程中由于設(shè)備缺陷、撞擊、擠壓等原因，盛裝易燃、易爆、有毒危險(xiǎn)品的容器及相關(guān)輔助設(shè)施易發(fā)生破裂、損壞，引發(fā)?；沸孤?，進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等重大事故發(fā)生；另一方面，?；返缆愤\(yùn)輸車(chē)輛有時(shí)必須通過(guò)人口聚集區(qū)域，對(duì)沿途的居民、行人、其他車(chē)輛及設(shè)施等構(gòu)成巨大的潛在威脅，一旦發(fā)生事故將會(huì)造成較大范圍的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[1]。此外，近年來(lái)?；坟涍\(yùn)量不斷增大，易燃易爆危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故屢見(jiàn)不鮮且有日漸高發(fā)的趨勢(shì)，采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)(internet of things，IoT)技術(shù)[2]對(duì)?；愤\(yùn)輸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)預(yù)警，對(duì)完善危化品運(yùn)輸管理，提高危化品運(yùn)輸過(guò)程的安全管理水平具有重要意義。

?；肪哂袠O高的危險(xiǎn)性，?；肥鹿时旧砭途哂邪l(fā)生突然、形式多樣、后果嚴(yán)重和處置艱巨等特點(diǎn)[3]，且在運(yùn)輸過(guò)程中易受復(fù)雜多變的環(huán)境影響，在長(zhǎng)期脫離管理者視線(xiàn)的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸過(guò)程中，可獲取信息嚴(yán)重缺乏，可控制難度大。因此，?；愤\(yùn)輸過(guò)程的監(jiān)控和預(yù)警應(yīng)借助車(chē)載傳感器的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)?；愤\(yùn)輸過(guò)程的信息獲取，并對(duì)?；饭捃?chē)的多重信息參數(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與及時(shí)控制。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)思維的監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)研究尚處于起步階段，如劉強(qiáng)等[4]提出了危化品運(yùn)輸安全統(tǒng)一監(jiān)控框架與監(jiān)控平臺(tái)，并給出了平臺(tái)的總體框架和配置?；菝鹊萚5]利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套監(jiān)控系統(tǒng)以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)輛相關(guān)參數(shù)的變化，主要采集了位置信息、速度和溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)上傳，并實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛軌跡顯示。沃爾沃等牽引車(chē)上搭載了基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)(controller area network，CAN)總線(xiàn)的監(jiān)控設(shè)備，能夠采集車(chē)輛相關(guān)數(shù)據(jù)并上報(bào)遠(yuǎn)端服務(wù)器。陶氏化學(xué)利用無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)，通過(guò)上傳危險(xiǎn)化學(xué)品位置等相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[6]。上述研究在一定程度上促進(jìn)了?；愤\(yùn)輸過(guò)程的安全管理，但關(guān)于?；愤\(yùn)輸?shù)膹?fù)雜特性和多重信息參數(shù)方面的研究仍存在不足。如大部分安全監(jiān)控系統(tǒng)僅限于傳統(tǒng)的單傳感器報(bào)警或同類(lèi)傳感器報(bào)警，而對(duì)基于數(shù)據(jù)分析與融合的異類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)觸發(fā)報(bào)警的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究較少，預(yù)警體系不健全，監(jiān)測(cè)要素不全面，功能使用不高效，不能支持運(yùn)行過(guò)程中的全面信息化[7]。此外，由于?；贩N類(lèi)眾多、性質(zhì)差異大，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段的抗干擾能力較差、裝備專(zhuān)用化程度低、傳感器參數(shù)集成難度大等各種問(wèn)題，尤其是事故發(fā)生臨界狀態(tài)下的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與應(yīng)急處置聯(lián)動(dòng)技術(shù)仍有待開(kāi)發(fā)。

因此，綜合考慮不安全因素的種類(lèi)及其管控要求，結(jié)合IoT理論、傳感檢測(cè)技術(shù)、輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(assisted global positioning system，AGPS)、通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)(general packet radio service，GPRS)，采用Modbus通信協(xié)議[8]及遠(yuǎn)程測(cè)控單元(remote terminal unit，RTU)，通過(guò)采集海量多維度車(chē)載傳感器監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行在線(xiàn)運(yùn)算、分析與預(yù)警反饋，構(gòu)建基于IoT的危化品運(yùn)輸過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)，并綜合利用該系統(tǒng)對(duì)?；愤\(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行全方位監(jiān)控，最大程度地進(jìn)行危化品運(yùn)輸過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)控制與隱患排查，保障社會(huì)公共安全和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 ?；愤\(yùn)輸過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 ?；愤\(yùn)輸特征分析

公路運(yùn)輸憑借我國(guó)完善且覆蓋范圍廣泛的路網(wǎng)，加之其可靈活銜接不同運(yùn)輸方式、運(yùn)輸成本低等優(yōu)勢(shì)，成為了危化品運(yùn)輸?shù)闹饕緩絒9]。?；饭捃?chē)因其運(yùn)輸能力高效和運(yùn)輸成本較低成為長(zhǎng)距離公路運(yùn)輸?shù)闹饕d體，罐車(chē)結(jié)構(gòu)主要分為駕駛室、加裝車(chē)身底盤(pán)、儲(chǔ)運(yùn)罐體3部分。運(yùn)行方式為：罐體與固定底座相聯(lián)接，固定于車(chē)身底盤(pán)上方，再與駕駛室聯(lián)接進(jìn)行危化品運(yùn)輸。?；愤\(yùn)輸特征如圖1所示。

圖1 危化品運(yùn)輸特征

1.2 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

通過(guò)對(duì)多起?；愤\(yùn)輸安全事故案例的總結(jié)分析和對(duì)?；烦羞\(yùn)企業(yè)的專(zhuān)項(xiàng)調(diào)研，危化品運(yùn)輸過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于駕駛員的不安全行為和承運(yùn)罐車(chē)的不安全狀態(tài)，可歸納為突發(fā)交通事故、駕駛員信息盲區(qū)和應(yīng)急處置作業(yè)3類(lèi)。

(1)突發(fā)交通事故。根據(jù)國(guó)內(nèi)罐車(chē)運(yùn)輸行業(yè)統(tǒng)計(jì)[10]，我國(guó)80%的危化品是通過(guò)公路進(jìn)行運(yùn)輸?shù)模磕昀霉烦羞\(yùn)的危險(xiǎn)化學(xué)品達(dá)3億t，占公路年運(yùn)輸總量的30%以上。長(zhǎng)途運(yùn)輸時(shí)，由于承運(yùn)罐車(chē)的重量較大，車(chē)身較長(zhǎng)，在高速行駛的過(guò)程中由于巨大的慣性和較低的靈活性，遭遇復(fù)雜路況和惡劣天氣時(shí)很難保持穩(wěn)定行駛，極易發(fā)生交通事故。沈小燕等[11]通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)886起?；饭捃?chē)道路運(yùn)輸事故進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，82.8%的危化品罐車(chē)運(yùn)輸事故是由交通事故引發(fā)的，對(duì)于典型的危險(xiǎn)品如天然氣、汽油、乙醇、硝銨類(lèi)化學(xué)物質(zhì)等，因其具有易燃易爆特性，遇突發(fā)交通事故則更易引發(fā)危險(xiǎn)源[12]能量釋放，造成極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(2)駕駛員信息盲區(qū)。對(duì)?；愤\(yùn)輸罐車(chē)駕駛員而言，信息盲區(qū)主要是指駕駛員對(duì)罐車(chē)情況觀察的死角和信息難以辨識(shí)的地方。根據(jù)罐車(chē)的實(shí)際構(gòu)造，信息盲區(qū)主要是指視線(xiàn)盲區(qū)，由于罐車(chē)兩邊的后視鏡無(wú)法完全收集到車(chē)身周?chē)娜啃畔13]，以及駕駛室和裝載罐體之間完全隔離形成的視線(xiàn)阻隔，特別是在駕駛員正常駕駛途中，會(huì)由于無(wú)法得知后方罐體的實(shí)際狀態(tài)而造成安全隱患。

(3)應(yīng)急處置作業(yè)。一方面，駕駛員的受教育程度相對(duì)較低，缺乏對(duì)危險(xiǎn)源信息的具體認(rèn)知，安全專(zhuān)業(yè)水平較低，不重視甚至忽視安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，?；烦羞\(yùn)罐車(chē)上缺乏快速有效的應(yīng)急處理設(shè)施，事故現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急處理效率較低。因此，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法做到危險(xiǎn)源的及時(shí)辨識(shí)和突發(fā)事故的正確應(yīng)急處置，對(duì)危險(xiǎn)源能量無(wú)法及時(shí)管控，預(yù)警延遲性較大，容易造成極大的安全隱患。

綜上所述，在?；愤\(yùn)輸過(guò)程中，由于客觀條件下的路況天氣和主觀上的安全管理缺陷造成的“管理人員-駕駛員-?；饭捃?chē)”3方面信息的阻斷，無(wú)法即時(shí)共享安全風(fēng)險(xiǎn)信息，使危化品運(yùn)輸過(guò)程中安全事故發(fā)生概率大幅度增加。因此，建立一套?；愤\(yùn)輸過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警的系統(tǒng)，可以有效改善?；愤\(yùn)輸?shù)陌踩芾頎顩r，確保?；饭捃?chē)信息多方共享，實(shí)現(xiàn)全面信息交互。

2 運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框架構(gòu)建

基于上述安全風(fēng)險(xiǎn)分析和IoT理論、傳感檢測(cè)技術(shù)、AGPS定位技術(shù)及GPRS通信技術(shù)，構(gòu)建了?；愤\(yùn)輸過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)(real-time monitoring-warning system for transportation of hazardous chemicals，RMS-THC)，實(shí)現(xiàn)對(duì)易燃易爆危化品運(yùn)輸過(guò)程的有效跟蹤、監(jiān)測(cè)監(jiān)管、事故高效應(yīng)急處置，提升物流運(yùn)輸、配送、調(diào)度的效率，確保運(yùn)輸?shù)陌踩?。RMS-THC系統(tǒng)框架如圖2所示，主要分為信息感知層、層間管理層和遠(yuǎn)端控制層3層結(jié)構(gòu)。其中，信息感知層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要由傳感器等監(jiān)測(cè)儀器組成，負(fù)責(zé)對(duì)罐車(chē)信息進(jìn)行多維度采集；層間管理層通過(guò)RTU通信模塊與遠(yuǎn)程控制層建立雙向聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成化、數(shù)據(jù)預(yù)處理及數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，可響應(yīng)控制層傳呼，對(duì)工況現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易控制；遠(yuǎn)端控制層是系統(tǒng)綜合控制管理的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、綜合分析、數(shù)值模擬、預(yù)警信息發(fā)布及應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)信息透明化；監(jiān)控中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)可視化顯示，并與司機(jī)和承運(yùn)企業(yè)共享實(shí)時(shí)信息，提高管理效率，為應(yīng)急方案部署提供可視化的全方位信息共享平臺(tái)。

圖2 RMS-THC系統(tǒng)框架

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

在系統(tǒng)框架下進(jìn)行?；愤\(yùn)輸過(guò)程實(shí)際工況的設(shè)備布設(shè)，如圖3所示。通過(guò)多組車(chē)載傳感器，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)有線(xiàn)連接匯聚至車(chē)載RTU數(shù)據(jù)集成模塊并進(jìn)行初步運(yùn)算處理，再由其采用Modbus RTU通信協(xié)議，經(jīng)GPRS遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)端控制層，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、模擬，并將結(jié)果上傳至監(jiān)控中心和司機(jī)、承運(yùn)企業(yè)等用戶(hù)端；同時(shí)罐車(chē)駕駛員通過(guò)車(chē)載聲光報(bào)警器或手機(jī)端平臺(tái)，實(shí)時(shí)掌握運(yùn)輸過(guò)程中的罐車(chē)狀態(tài)。突發(fā)安全事故時(shí)，圖像采集裝置受到RTU模塊觸發(fā)，進(jìn)入工作狀態(tài)將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫(huà)面無(wú)線(xiàn)傳輸至監(jiān)控中心，確保管理人員及時(shí)獲知罐車(chē)安全狀態(tài)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行精準(zhǔn)化安全評(píng)估。

圖3 RMS-THC信息網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2.3 預(yù)警響應(yīng)機(jī)制

為實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管控與應(yīng)急處置高效化，提高?；愤\(yùn)輸過(guò)程中信息的透明度，需針對(duì)系統(tǒng)框架建立詳實(shí)的預(yù)警流程，如圖4所示。根據(jù)不同事故模式的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，優(yōu)先考慮人員安全，選擇最佳處理方式，最大程度地保障安全管理的全面性。

圖4 RMS-THC預(yù)警流程

2.4 常態(tài)化交互管理體系

在RMS-THC工作過(guò)程中，突發(fā)事故的及時(shí)響應(yīng)為運(yùn)輸安全提供了巨大保障，對(duì)于運(yùn)輸過(guò)程中的隱性事故，建立常態(tài)化的信息交互管理體系，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)-車(chē)輛節(jié)點(diǎn)和車(chē)輛節(jié)點(diǎn)-總控平臺(tái)輻射化的信息交互具有重大意義。

車(chē)輛駕駛員通過(guò)手機(jī)終端軟件獲知同一運(yùn)輸線(xiàn)路的?；烦羞\(yùn)駕駛員信息，經(jīng)過(guò)信息交互提前了解前方路況、天氣等車(chē)輛運(yùn)輸條件，遭遇路段維修或擁堵時(shí)及時(shí)更改線(xiàn)路，提高運(yùn)輸效率。另外，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)獲知的車(chē)輛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)反饋到駕駛員的手機(jī)終端軟件，駕駛員可以通過(guò)手機(jī)終端軟件向遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)匯報(bào)疑似的車(chē)輛危險(xiǎn)信息，實(shí)現(xiàn)雙向信息交互，可以有效改善?；愤\(yùn)輸?shù)某B(tài)化安全管理。

3 RMS-THC關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 多傳感器信息融合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警

信息融合技術(shù)又稱(chēng)多傳感器信息融合技術(shù)，是指利用信息技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)按照一定準(zhǔn)則進(jìn)行自動(dòng)綜合分析以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)的信息處理過(guò)程。通過(guò)對(duì)各類(lèi)傳感器及其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的靈活處理，將多個(gè)傳感器在時(shí)間或空間上的冗余或互補(bǔ)信息依據(jù)一定準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋?zhuān)C合實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)全面化。利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)精準(zhǔn)化評(píng)估，合理量化潛在風(fēng)險(xiǎn)影響程度，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果向遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送不同等級(jí)的預(yù)警信號(hào)。

3.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸危險(xiǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)識(shí)別

對(duì)運(yùn)輸危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行正確識(shí)別是實(shí)現(xiàn)安全預(yù)警和車(chē)輛控制的基礎(chǔ)，由于車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)參數(shù)具有時(shí)變性，因此在數(shù)據(jù)信息融合的基礎(chǔ)上，需要通過(guò)多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的分析處理，提取?；愤\(yùn)輸正常狀態(tài)和突發(fā)事故時(shí)的狀態(tài)特征信息。對(duì)于復(fù)雜多樣的特征信息，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為模式識(shí)別器，將傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入后，由網(wǎng)絡(luò)輸出預(yù)測(cè)值，融合反向傳播(back propagation，BP)算法，針對(duì)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的差異性，將梯度由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層反向傳遞至輸入層，通過(guò)優(yōu)化模型參數(shù)和降低網(wǎng)絡(luò)誤差，可以有效提高識(shí)別精度，減少誤判率。

3.3 基于AGPS的衛(wèi)星定位技術(shù)

AGPS技術(shù)是指GPRS與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)聯(lián)合作用的衛(wèi)星定位技術(shù)，通過(guò)GPRS通信基站收集衛(wèi)星信息，設(shè)備收到定位請(qǐng)求后，基站將GPS參考時(shí)間、衛(wèi)星標(biāo)識(shí)符、星歷和GPS小區(qū)幀定時(shí)測(cè)量值等GPS輔助數(shù)據(jù)下發(fā)給被定位設(shè)備。AGPS技術(shù)可以大幅度提高定位精度，縮短設(shè)備捕獲衛(wèi)星信號(hào)的延遲時(shí)間，對(duì)于衛(wèi)星信號(hào)較差的區(qū)域，同樣可以利用GPRS基站收集的衛(wèi)星信息輔助捕捉衛(wèi)星信號(hào)，提高設(shè)備捕捉衛(wèi)星信號(hào)的靈敏度。?；吠ǔＰ枰M(jìn)行長(zhǎng)途跨區(qū)域運(yùn)輸，途徑山區(qū)、隧道等復(fù)雜的野外環(huán)境時(shí)，利用AGPS仍可準(zhǔn)確迅速地實(shí)時(shí)定位車(chē)輛。

針對(duì)?；愤\(yùn)輸過(guò)程的區(qū)域性和動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)時(shí)定位車(chē)輛地理位置，結(jié)合GIS技術(shù)，獲取車(chē)輛周?chē)乩憝h(huán)境和氣候條件，為?；愤\(yùn)輸遠(yuǎn)程監(jiān)控提供信息支持與服務(wù)。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，結(jié)合車(chē)輛周?chē)厥猸h(huán)境提出事故應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)通知事故點(diǎn)就近部門(mén)實(shí)施應(yīng)急預(yù)案，為應(yīng)急車(chē)輛提供最優(yōu)抵達(dá)路線(xiàn)，并通過(guò)移動(dòng)設(shè)備撥號(hào)遠(yuǎn)程指揮駕駛員實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)隔離和人員避險(xiǎn)等措施。

3.4 適用于復(fù)雜環(huán)境的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

車(chē)載RTU模塊具有完備的防掉線(xiàn)機(jī)制，針對(duì)野外運(yùn)輸過(guò)程可能出現(xiàn)的通信盲區(qū)，通過(guò)數(shù)據(jù)終端對(duì)通信傳輸信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，掉線(xiàn)前及時(shí)通知遠(yuǎn)端監(jiān)控平臺(tái)，并運(yùn)用RTU模塊的離線(xiàn)存儲(chǔ)功能保留通信盲區(qū)內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，恢復(fù)通信連接后重新發(fā)送數(shù)據(jù)。由于通信盲區(qū)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)異常監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)的間隔傳輸引發(fā)時(shí)間序列特征異常，利用異常時(shí)間序列檢測(cè)模型，識(shí)別時(shí)間序列斷點(diǎn)，按照真實(shí)離線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集，運(yùn)用時(shí)間序列合成工具，通過(guò)指定異常區(qū)段、變化幅度、異常類(lèi)型、異常值和趨勢(shì)合成時(shí)間序列，進(jìn)而結(jié)合間隔前后數(shù)據(jù)集，自動(dòng)生成連續(xù)的可視化分析數(shù)據(jù)報(bào)表，最終實(shí)現(xiàn)車(chē)輛全周期的信息獲取與交互。

4 監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)實(shí)際工況

4.1 設(shè)備選擇

在硬件方面，監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主要由車(chē)載聲光報(bào)警器、圖像采集裝置、車(chē)載傳感器網(wǎng)絡(luò)、車(chē)載RTU集成通信模塊、遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、遠(yuǎn)端控制主機(jī)等組成。其中，車(chē)載傳感器網(wǎng)絡(luò)主要由姿態(tài)傳感器、閥門(mén)處超聲波探測(cè)裝置、加速度傳感器、罐外連通三位一體(溫度、壓力、液位)傳感器構(gòu)成。由于RTU數(shù)據(jù)采集終端具有通訊能力優(yōu)良、存儲(chǔ)容量較大、惡劣環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、計(jì)算功能較強(qiáng)[14]、模塊結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、支持多向拓展和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)通信效率高[15]等優(yōu)勢(shì)，能有效應(yīng)對(duì)?；烽L(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中的復(fù)雜環(huán)境(如溫濕度劇烈變化、信號(hào)干擾因素多、通訊距離較長(zhǎng))，故選用以Modbus通信協(xié)議為基礎(chǔ)的RTU通信模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)載多組傳感器數(shù)據(jù)集成處理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和工況現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易控制。

根據(jù)系統(tǒng)需要，選用RS485接口的RTU-S271數(shù)據(jù)采集終端，內(nèi)嵌工業(yè)級(jí)GPRS通信模塊，集成穩(wěn)定可靠的32位高性能微控制單元(microcontroller unit，MCU)，提供4路數(shù)字量和模擬量的輸入、4路繼電器輸出和1路現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)控的溫濕度輸入。預(yù)先對(duì)RTU配置各種高低限參數(shù)，觸發(fā)后即通過(guò)GPRS遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程控制終端。

另外，監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)將傳輸控制協(xié)議(transport control protocol，TCP)作為層間信息傳輸協(xié)議，利用其可靠交付的、全雙工的、面向字節(jié)流的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)，構(gòu)建Modbus RTU通信協(xié)議的底層基礎(chǔ)。系統(tǒng)TCP鏈接采用RTU設(shè)備-服務(wù)器模式，由RTU設(shè)備發(fā)起鏈接建立，服務(wù)器等待鏈接建立。由于TCP具有可靠傳輸、滑動(dòng)窗口、流量控制及延遲應(yīng)答等機(jī)制，使通信雙方實(shí)現(xiàn)最大報(bào)文段長(zhǎng)度和最大窗口大小等參數(shù)的協(xié)調(diào)，能夠?qū)彺娲笮〉葘娱g運(yùn)輸實(shí)體資源進(jìn)行合理分配，可有效實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)間的雙向信息交互，網(wǎng)絡(luò)通信流程如圖5所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)通信流程

4.2 系統(tǒng)監(jiān)控效果分析

RMS-THC系統(tǒng)主界面如圖6所示，主界面的主菜單包括系統(tǒng)平臺(tái)的4個(gè)功能模塊，通過(guò)執(zhí)行功能模塊可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、設(shè)備管理、定位監(jiān)管、云組態(tài)管理等功能。主界面顯示系統(tǒng)管理下的RTU數(shù)據(jù)采集終端聯(lián)網(wǎng)情況和RTU設(shè)備接入的傳感器信息。在菜單選項(xiàng)中對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行明確分類(lèi)和細(xì)化管理，采用人性化設(shè)置，保證系統(tǒng)信息處理的高效性。如在設(shè)備功能選項(xiàng)中，詳細(xì)顯示了設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)通信管理、協(xié)議選擇及車(chē)載傳感器的數(shù)據(jù)問(wèn)詢(xún)、指令更改等功能，保證了系統(tǒng)管理的安全性和靈活性，設(shè)備信息界面如圖7所示。

圖6 RMS-THC系統(tǒng)主界面

圖7 設(shè)備信息界面

5 結(jié)論

?；愤\(yùn)輸過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源是在長(zhǎng)距離運(yùn)輸與復(fù)雜環(huán)境的情況下，管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息不知情、隱患無(wú)法有效排查及突發(fā)事故處置不及時(shí)，為此筆者提出基于IoT理論，綜合利用傳感檢測(cè)技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、GPRS通信技術(shù)對(duì)危化品運(yùn)輸過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管控，構(gòu)建了實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)并初步應(yīng)用于實(shí)際罐車(chē)上，得到以下結(jié)論：

(1)通過(guò)綜合分析?；愤\(yùn)輸過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，利用傳感檢測(cè)技術(shù)對(duì)罐車(chē)多重參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)集成到RTU數(shù)據(jù)采集終端，實(shí)時(shí)傳輸至控制終端，實(shí)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警與遠(yuǎn)程管控，在實(shí)際工況中可以有效減少人員傷亡和二次事故的發(fā)生。

(2)采用車(chē)載RTU數(shù)據(jù)集成終端，集成多組車(chē)載傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸，保障了危化品長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程中的穩(wěn)定通信，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制終端的數(shù)據(jù)問(wèn)詢(xún)、統(tǒng)一調(diào)度、觸發(fā)控制等功能。

(3)通過(guò)構(gòu)建?；愤\(yùn)輸監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，為?；饭捃?chē)運(yùn)輸事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供實(shí)時(shí)可靠的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并支持多方接口擴(kuò)展與信息共享，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)督管理、消防、道路運(yùn)輸管理等部門(mén)協(xié)同管理，為預(yù)防重大事故演化、指導(dǎo)應(yīng)急部署提供了科學(xué)方法，保障了風(fēng)險(xiǎn)控制和應(yīng)急救援的高效性，有較大的推廣價(jià)值。