林興武，王旖晴，蔣紹鈞（通信作者），宋仕斌，3

（1 四川公眾項目咨詢管理有限公司 四川 成都 610058）

（2 四川省通信產(chǎn)業(yè)服務有限公司綿陽市分公司 四川 綿陽 621000）

（3 四川大學錦江學院 四川 眉山 620860）

0 引言

大噸位、長距離的危險化學品道路運輸存在爆炸、火災、泄漏、中毒等事故隱患，極易導致車貨損害、危險物質(zhì)擴散、來源難以追溯等情況發(fā)生。 對危險品儲運物流過程中的及時性、安全性、可靠性、可追溯性進行有效監(jiān)管提出極高要求。 危險品傳統(tǒng)的監(jiān)測手段普遍存在底數(shù)不明、底圖不清、預警與在線監(jiān)測數(shù)據(jù)不準、物物關聯(lián)及人物關聯(lián)不清等痛點問題［1］。 傳統(tǒng)監(jiān)測技術不能滿足危險品儲運行業(yè)監(jiān)控的新要求，容易形成事故隱患并威脅公共安全。本文提出基于AIoT 架構(gòu)的危險品智慧物流系統(tǒng)建設方案，采用5G 無線、第六代無線網(wǎng)絡技術（WiFi 6）、無線射頻識別（radio frequency identification，RFID）智能傳感器、全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）/地學信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）精準定位、大數(shù)據(jù)云平臺等融合技術，在危險品物流過程中實現(xiàn)在線調(diào)度、自動識別、車輛定位、在線監(jiān)控、可視化管理及智能化控制。

1 AIoT 關鍵技術及應用場景分析

1.1 AIoT 關鍵技術

AIoT 基本工作原理是采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術，配置智能模組終端設備，在生產(chǎn)一線充分感知和收集海量信息，如危險化品的溫度、濕度、振動等數(shù)據(jù)，采用5G、長期演進（long term evolution，LTE）、WiFi6、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（narrow band internet of things，NB-IoT）等無線技術傳輸?shù)焦I(yè)園區(qū)多接入邊緣計算云平臺。 利用云計算平臺的大數(shù)據(jù)分析、高階人工智能算法實現(xiàn)萬物互聯(lián)的數(shù)據(jù)化、智聯(lián)化、可視化及自動化。 智能物聯(lián)網(wǎng)應用架構(gòu)如圖1 所示，由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成［2］。 感知層由危險品物流系統(tǒng)智能物體與感知網(wǎng)絡組成，具有危險化學品性能參數(shù)的感知、識別與通信能力，在設備設施層面直接負責危險化學品探測、感知信息數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)采集與信號處理。 網(wǎng)絡層通過LTE、5G、WiFi6、NB-IoT、機器對機器（machine to machine，M2M）等無線通信技術，對來自感知層的危險化學品數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)接入與傳輸。 應用層通過危險品智慧物流一體化云計算監(jiān)管平臺，分析經(jīng)過危險品智慧物流大數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理的感知層信息數(shù)據(jù)為用戶提供應用程序（application，APP）應用服務。 賦能特定危險物品在智能物聯(lián)網(wǎng)中通過信息傳感設備、無線傳輸技術與互聯(lián)網(wǎng)絡連接起來進行信息交換，以實現(xiàn)平臺層的智能化識別和集約化管理。 AIoT 是基于互聯(lián)網(wǎng)、新型電信網(wǎng)、人工智能及物聯(lián)網(wǎng)等綜合信息承載體，由獨立尋址的普通物理對象通過AIoT 實現(xiàn)互聯(lián)互通［3］。

圖1 智能物聯(lián)網(wǎng)應用架構(gòu)

1.2 AIoT 在危險品智慧物流場景的應用

相對普通物流來說，危險品物流更需要全面、準確、可靠的信息管理和自動控制。 AIoT 集成危險品智慧物流一體化監(jiān)管平臺具備海量異構(gòu)終端接入、數(shù)據(jù)智能分析、敏捷一站式應用開發(fā)等功能，賦能危險品智慧物流系統(tǒng)終端產(chǎn)業(yè)和應用開發(fā)。 AIoT 危險品智能物聯(lián)網(wǎng)平臺可融合5G、物、云、網(wǎng)、人工智能（artificial intelligence，AI）等云網(wǎng)融合數(shù)字要素，為危險品智慧物流行業(yè)應用云平臺提供全場景危險品智能物聯(lián)網(wǎng)能力調(diào)用。 AIoT 集成危險品智慧物流一體化監(jiān)管平臺為危險品智慧物流行業(yè)提供全場景、智能化及一體化的服務。 智慧物流通過在物流商品中植入傳感器智能芯片，傳感器感知信息數(shù)據(jù)結(jié)合后臺的地理信息系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，形成智能物流信息網(wǎng)絡。AIoT 在危險品智慧物流的應用涉及危險品配送管理、倉儲與庫存監(jiān)控、物流安全追溯等領域［4］。 危險品物流運輸及倉儲管理等環(huán)節(jié)需要納入AIoT 平臺進行綜合監(jiān)管。 有效形成跨部門、跨區(qū)域、跨行業(yè)的公共服務平臺，提高危險品物流效率，保障其安全性及可控、可管、可溯源功能。

2 基于AIoT 架構(gòu)的危險品智慧物流系統(tǒng)功能介紹

AIoT 系統(tǒng)架構(gòu)高度集成5G、WiFi6、NB-IoT、大數(shù)據(jù)、云計算及AI 技術，作為新一輪信息科技革命推動智慧物流的實現(xiàn)功能與服務水平持續(xù)提升。 智慧物流未來必將成為危險品物流安全保障技術及管理措施發(fā)展的高級階段。 危險品智慧物流應用系統(tǒng)主要包括化學危險品識別、智慧運輸安全追溯、智能存儲安全管理和存儲安全風險預警這四個功能模塊，如圖2 所示。 本文提出的基于AIoT模型的危險品智慧物流系統(tǒng)及監(jiān)管平臺建設構(gòu)架將四個功能模塊通過云計算、大數(shù)據(jù)技術集成到危險品智慧物流一體化監(jiān)管平臺，從而實現(xiàn)對運輸、倉儲、人員管理及應急處置功能。 智慧化體系及平臺建設將危險品物流系統(tǒng)的采購、儲存、搬運、運輸?shù)汝P鍵環(huán)節(jié)、危險場景集成到信息系統(tǒng)。 實現(xiàn)危險貨物信息數(shù)據(jù)的全面收集、優(yōu)化、調(diào)整和智能化處理。

圖2 AIoT 模型的危險品智慧物流系統(tǒng)建設

2.1 化學品危險性識別

AIoT 系統(tǒng)架構(gòu)通過智能感知技術識別物理和化學性能，形成職業(yè)健康、生態(tài)危險、堆疊隔離、數(shù)量限制、存儲規(guī)范、安全保護和緊急處置的RFID 電子標簽。 根據(jù)獲得的相關數(shù)據(jù)信息判斷危險貨物儲存數(shù)量、隔離距離，分析危險化學品貨物數(shù)量、類別、容量、風險和其他物理和化學特征。通過智能識別危險化學品的危險特性、重量、制造商、生產(chǎn)時間及流程等信息，自動準確記錄基本信息來源。 完成自動存儲避免人工輸入可能導致數(shù)據(jù)遺漏和操作不當，最大限度地提高危險貨物安全信息資源的及時性、準確性與完整性，為危化行業(yè)監(jiān)管提供重要數(shù)據(jù)基礎和可視化呈現(xiàn)。

2.2 智慧運輸安全追溯

在AIoT 系統(tǒng)架構(gòu)中，危險貨物運輸過程的動態(tài)跟蹤和可追溯系統(tǒng)主要由車載設備、通信中心和監(jiān)控客戶端組成。使用GPS/GIS 系統(tǒng)實現(xiàn)危險貨物運輸動態(tài)定位跟蹤、在線收集、更新危險貨物運輸車輛信息的當前位置和危險貨物狀態(tài)的整個過程。 使用5G 無線傳輸技術向危險貨物智慧物流集成監(jiān)控平臺報告安全運輸信息。 通過大數(shù)據(jù)中心完成預測警告和可視化呈現(xiàn)，快速響應運輸過程中的意外緊急情況。 車載設備包括機載終端單元、駕駛員和乘客識別單元、駕駛員安全援助單元。 車載設備實現(xiàn)了運輸車輛定位，異常狀態(tài)警報信息的收集及處理。 智慧物流監(jiān)管平臺，由移動通信模塊、5GC 核心網(wǎng)服務器及監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)庫組成。 采用定位系統(tǒng)計算危險貨物的位置、時鐘信息，通過5G 移動網(wǎng)絡傳輸?shù)杰囕v設備與危險貨物智能物流集成監(jiān)控平臺，從而實現(xiàn)對危險物品安全溯源功能。

2.3 智能倉儲安全管理

危險品的智能存儲對安全管理提出極高要求，AIoT智慧物流系統(tǒng)架構(gòu)包括防火、防爆及防靜電技術監(jiān)測功能。 智能傳感器具有感知危險貨物的溫度、振動功能，使用無線通信技術將數(shù)據(jù)快速傳送到智能控制終端設施，危險品倉儲管理通過微智能傳感器完成信息收集。 信息智能終端收集感知數(shù)據(jù)，建立無線通信連接進行終端配置。通過微智能傳感器實時收集和報告危險物流狀態(tài)信息?？蛻艚Y(jié)合云服務器在物流或存儲環(huán)境中實時顯示危險貨物壓力、溫度、振動、泄漏和其他動態(tài)信息。 充分利用傳感器、RFID 電子標簽技術對危險貨物包裝表面的RFID 標簽和微智能傳感器不斷進行檢測，通過5G 等無線通信系統(tǒng)傳輸?shù)皆破脚_大數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)對危險貨物存儲狀態(tài)的安全監(jiān)控與動態(tài)管理。

2.4 儲運風險預警

基于“物聯(lián)網(wǎng)”架構(gòu)的危險化學品智能物流信息平臺為危險化學品物流的動態(tài)管理和智能控制提供決策支持和安全保證［5］。 危險貨物物流存儲和運輸?shù)娘L險預警系統(tǒng)由移動通信、紅外探測和其他硬件設施構(gòu)成。 AIoT 系統(tǒng)架構(gòu)中，系統(tǒng)設備通過通信串行端口連接到控制器，通過GPS 接收器進行衛(wèi)星定位［6］。 儀表板讀取速度、行程等基本信息，通過移動通信及時完成信息數(shù)據(jù)的讀取和傳輸。 紅外設備使用紅外技術在檢測環(huán)境污染的前提下保護人身安全。 危險貨物物流存儲和運輸風險預警系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)對接工業(yè)園區(qū)、港口、碼頭、海關貨物監(jiān)督平臺，融合應急管理系統(tǒng)和應急指揮平臺，一旦危險貨物出現(xiàn)泄漏、爆炸等緊急情形，迅速啟動緊急救援計劃，有效處置現(xiàn)場風險隱患。

3 AIoT 智慧物流應用典型案例

互聯(lián)網(wǎng)信息技術的快速發(fā)展和智慧物流系統(tǒng)的巧妙結(jié)合，給予現(xiàn)代物流運輸行業(yè)極大的發(fā)展?jié)摿?，有利于實現(xiàn)智能化和信息共享［7］。 為加快推動物流口岸數(shù)字化改革，助力東北亞航運中心建設，大連集發(fā)南岸國際物流有限公司［8］運用“物聯(lián)網(wǎng)＋大數(shù)據(jù)”技術，推出危險貨物智慧場站管理新模式，完成危險貨物場站整體數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)智慧安全、智慧操作和智慧服務集成創(chuàng)新，保障了物流口岸危險貨物物流安全，提升了口岸危險貨物智慧物流服務便利化水平。 大連集發(fā)南岸國際物流有限公司基于AIoT 模型建立智慧物流可視化安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，包括堆場管控、設備設施管理、隱患排查治理、應急管理、教育培訓、法規(guī)制度體系和相關方管理模塊，實現(xiàn)危險貨物實時監(jiān)控、全程操作狀態(tài)跟蹤、紅外測溫預警和光纖震動周界報警等功能，如圖3 所示。 基于AIoT 架構(gòu)的危險品智慧物流系統(tǒng)的成功應用，通過智能終端信息感知、無線信息傳輸及5G 網(wǎng)絡應用，采用危險物品進出物流口岸大數(shù)據(jù)平臺計算，為生產(chǎn)、服務、監(jiān)管及外部數(shù)據(jù)合作提供數(shù)字底座，最大限度實現(xiàn)危險品智慧物流數(shù)字化監(jiān)管。

圖3 口岸危險貨物數(shù)字化物聯(lián)網(wǎng)管理平臺

本應用案例建立了一個大數(shù)據(jù)模型，涵蓋了危險貨物的國際控制標準和操作程序等核心要素，包括物理和化學性質(zhì)的分析，實現(xiàn)對危險品內(nèi)容、重量、容量、濃度、壓力、溫度等理化性能進行精準識別。 使用人工智能算法進行數(shù)據(jù)分析對智慧運輸實現(xiàn)安全追溯。 依靠大數(shù)據(jù)的支持，對智能倉儲進行全方位、全天候的安全管理，對儲運風險及時進行預警處理。 本應用案例整合了危險品報關、危險品包裝與加固、鋰電池運輸安全生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)車站客戶與危險貨物司機智能終端之間的數(shù)據(jù)共享。 與以前的人工操作相比，本系統(tǒng)的應用使危險物品識別率和操作效率大幅度提高，實現(xiàn)降本、提質(zhì)、增效，安全作業(yè)環(huán)境得到有效改善。 在互聯(lián)網(wǎng)和5G 移動計算技術的支撐下，在線危險品客戶服務為危險品存儲和運輸提供安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)源。引入基于視頻流和AIoT 智能物聯(lián)網(wǎng)算法的卡口箱號識別技術，識別率達到96%。 各類信息數(shù)據(jù)串聯(lián)起危險現(xiàn)場作業(yè)到日常安全管理全鏈條，利用危險貨物云平臺實現(xiàn)口岸危險品貨物申報數(shù)據(jù)與碼頭商務數(shù)據(jù)集成。 AIoT 集成危險品智慧物流一體化監(jiān)管平臺以危險貨物大數(shù)據(jù)為核心，將所有貨物、設備設施、生產(chǎn)活動以及安全管理納入數(shù)字化流程，實現(xiàn)物流口岸危險貨物場站全過程安全管理。

4 結(jié)語

本文通過對危險品的理化屬性及在儲運過程中的危險性進行分析，提出了基于AIoT 架構(gòu)模型的危險品智慧物流安全管理應用方案，實現(xiàn)數(shù)字實體與物理實體的關聯(lián)控制，達到對危險品的位置、狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)等屬性在數(shù)字實體模型中進行實時仿真分析，參數(shù)實時優(yōu)化配置以及自動交互控制。 通過集發(fā)南岸智慧堆場數(shù)字化應用案例實施效果進行分析與功能驗證，證明本方案模型具有較高的可靠性、先進性和應用前景。 具有大寬帶、低延遲、寬連接和大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G 通信技術的發(fā)展，進一步擴展了AIoT 技術在智慧物流行業(yè)中的智能應用。 未來，借助虛擬現(xiàn)實技術（virtual reality，VR）/增強現(xiàn)實（augmented reality，AR）技術、仿真組態(tài)技術、實景融合技術實現(xiàn)危險品物理實體的自動交互控制。 采用遠程滅火阻燃、遠程開關警報、遠程啟動關閉危險品倉庫防火墻隔離帶等技防措施，實現(xiàn)對危險品生產(chǎn)、倉儲、運輸全過程有效監(jiān)管，為危險品企業(yè)運營、服務、監(jiān)督和外部數(shù)據(jù)合作提供數(shù)字基礎，積極促進危險物品智慧物流行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。