基于RFID的車用CNG氣瓶電子監管系統設計

邊吉榮 宋麗亞 藺金元

寧夏大學物理電氣信息學院 寧夏 750021

0 引言

近年來隨著燃油成本的提高和人們環保意識的增強，經濟且清潔的天然氣越來越受到汽車使用者的青睞，車用天然氣CNG氣瓶在汽車上的使用日益廣泛。但同時在充裝和使用過程中CNG氣瓶燃燒、爆炸等事故也屢屢發生，車用CNG氣瓶安全問題逐漸成為人們關注的焦點。

1 CNG氣瓶電子監管系統設計

1.1 業務流程介紹

（1）省質監局作為數據中心，建立氣瓶、充裝站、車輛檔案，保存來自充裝站、政務大廳、各市縣質監局、檢驗站同步的數據，音視頻監控各個充裝站及充裝站加氣槍的加氣步驟，可遠程控制加氣槍開、關閥。

（2）市縣質監局監控各個充裝站充裝步驟，巡檢。

（3）政務大廳統一發放CNG氣瓶電子標簽。

（4）充裝站充裝員工用手持POS機掃描車輛CNG氣瓶電子標簽，操作加氣槍為氣瓶加氣，聽從質監局遠程指揮。

（5）檢驗站對氣瓶進行年檢，生成年檢報告，向省質監局提交氣瓶年檢結果。

（6）改裝廠拆、裝年檢氣瓶。

系統業務流程（如圖1）。

1.2 系統總體設計方案

CNG電子監管系統采用成熟的J2EE框架，根據業務特點將整個CNG系統劃分為5個大的子系統，如圖2所示，整個系統以監管部門管理子系統為核心，以改裝廠管理子系統、充裝站管理子系統、檢驗站管理子系統、對外服務子系統為信息收集的基礎，然后通過WEB網絡將各個看似獨立的系統耦合在一起，實現自上而下的層級管理，再針對不同的部門級別設置不同的訪問權限，從而實現系統高度自動化的全方位服務。

圖1 系統業務流程

圖2 CNG電子監管系統結構圖

1.3 監管部門管理子系統

監管部門管理子系統主要負責CNG標簽的發放、CNG系統管理，提供數據服務、數據交換、數據中轉以及監管網頁平臺等，如圖3所示。

圖3 監管部門管理子系統結構圖

為實現遠程音視頻動態監控，監管部門控制中心在硬件上設置一組電視墻，由8臺彩色專業品牌監視器、配套操作臺、網絡視頻解碼器組成。監管部門的工作人員能夠通過視頻監控墻監控所屬充裝站的加氣情況，如圖4所示，并可以通過遠程指令立即終止非法的加氣行為或者給予語音糾正和提醒。

圖4 遠程視頻監控加氣站加氣機加氣情況

1.4 改裝廠管理系統

改裝廠管理子系統主要完成CNG氣瓶的改裝、登記，送檢。改裝廠主要配備U-Key、PC機設備。工作人員在接收到改裝任務后通過PC機登錄改裝廠客戶端（如圖5）。

工作人員用手持POS機掃描CNG氣瓶電子標簽，對每一輛前來改裝氣瓶的車輛信息（包括車牌，車輛類型，所屬人姓名或者單位，車架號，發動機號等信息）和對應氣瓶信息（包括生產廠家，出廠編號，生成日期，出廠日期，使用年限，容積，最大承受壓力等信息）進行核對錄入登記，并將數據上傳到中央數據中心，且告知車主前去監管部門領取CNG電子標簽后對車輛進行CNG改裝。系統對改裝的記錄可以按照車牌號碼、車主姓名或單位名稱、氣瓶出廠編號、日期等信息關鍵字來查詢。

圖5 改裝廠管理子系統結構圖

改裝廠同時負責CNG氣瓶的年檢拆裝。需年檢的車輛到改裝廠，改裝廠對其所攜帶的氣瓶進行拆裝，并做好拆裝記錄登記，而后將氣瓶送到檢驗站檢驗，檢驗站檢驗氣瓶并對氣瓶進行重新貼標。

1.5 充裝站管理子系統

充裝站管理子系統是整個系統數據的來源，負責CNG充裝數據的采集。在硬件改造方面，通過和加氣機廠家的合作，我們可以獲得加氣的數據，包括每次的加氣量、氣瓶充裝前后的壓力等數據，在不破壞加氣機原有防爆電路特性的基礎上，我們只需通過加氣機提供的通訊接口與我們的電子監控系統對接即可，通過RS485線控制加氣機對CNG氣瓶的充裝。電子監管控制系統中集成了VPN路由器確保數據的安全性。電子監管控制系統控制監控攝像頭監管充裝員的各個加氣步驟。質監員和充裝員可通過雙向音頻進行語音交互。

在充裝站，當有CNG氣瓶需要加氣，充裝員工首先通過手持機選擇加氣槍，并用無線電子標簽掃描器掃描所需充裝汽車的CNG電子標簽，無論年檢是否合法，電子標簽掃描器都將當前員工、加氣機、加氣槍、氣瓶信息等通過RF433傳輸到電子監管控制系統，系統對該氣瓶的數據進行人工智能分析。若氣瓶合法，系統控制加氣機通過充裝員工對氣瓶進行加氣，加氣完成后向本地數據庫寫入此次加氣信息。若氣瓶到期或非法氣瓶等，系統將通過安裝在加氣站的語音系統播報警告信息，提請車輛所有人注意，并不予加氣；通過對車型、氣瓶類型、氣瓶容量、充裝前后時間、充量、充前壓力、充后壓力等信息的綜合分析和智能判斷，若發現有與正常加氣不符的數據時，系統會自動報警，并通過語音系統提示加氣站，提請監管人員注意，并不予加氣。

系統通過視頻攝像頭將采集的充裝過程數據實時地上傳至監管部門數據中心，數據中心可以觀察到各個加氣站，每個加氣機的加氣操作，當發現違規加氣操作后，數據中心可以向加氣站喊話，通過語音來提醒或者指揮充裝員工糾正或者停止加氣操作，同時可以遠程下達對此加氣槍進行關閥指令，來停止加氣機的加氣操作，加氣站工作人員可通過加氣站內的拾音器與監管人員對講（如圖6）。

圖6 充裝站管理子系統結構圖

1.6 檢驗站管理子系統

檢驗站管理子系統主要完成CNG氣瓶的年檢、電子標簽發放等功能。對前來檢驗的車輛進行詳細登記（包括車牌，車輛類型，所屬人姓名或者單位，車架號，發動機號等信息），檢驗其改裝后對應氣瓶信息（包括生產廠家，出廠編號，生成日期，出廠日期，使用年限，容積，最大承受壓力等信息）。對檢驗合格的氣瓶使用電子標簽發放系統發放標簽，在完成貼標后通過手持檢驗設備再進行標簽有效性檢驗，然后將檢驗結果由VPN網絡上傳到數據中心，完成檢驗登記（如圖7）。

圖7 檢驗站管理子系統結構圖

1.7 對外服務子系統

對外服務子系統基于數據中心，建立一套對外信息發布網站系統。提供氣瓶年檢信息、車輛信息、充裝違規處罰信息、充裝記錄信息等對外的網站信息系統。主要面向使用者，為車主、各個子模塊的工作人員提供Web登錄瀏覽的功能。車主、司機、公交站調度可以通過網頁隨時查看自己車輛是否有違規信息、上次年檢時間、年檢過程狀態等信息。

網站前臺系統即為網站對外展現部分，該部分的實現采用專用模板方式實現；網站后臺管理系統主要為管理員進行各種管理操作使用，如欄目維護，信息發布、信息審核、權限設置、靜態資源管理、系統管理等（如圖8）。

圖8 對外服務子系統結構圖

2 結束語

系統應用無線射頻識別技術（RFID）、視頻監控系統、音頻廣播系統、自動語音播放系統、智能控制系統、大型數據庫oracle技術、數據加密技術AES、防爆技術和WEB界面J2EE技術、安全通訊VPN技術等，對CNG氣瓶使用的全生命周期（安裝、檢驗、充裝、報廢）進行動態監管。特別是對CNG氣瓶安全充裝全過程進行智能控制，從而確保到期未檢、過期報廢氣瓶不能充裝，消除CNG氣瓶充裝的安全隱患，保障充氣站的安全經營；并能自動生成充裝記錄和作業人員工作情況，提高充裝站的經營管理水平。同時系統將CNG氣瓶的充裝信息實時上傳至監管部門的數據中心進行數據處理和保存，由監管部門進行動態監管，為杜絕管理漏洞、消除安全隱患、實行歷史追溯提供可能，其應用前景將十分寬廣。

[1]夏立榮.要重視車用CNG氣瓶的危險性[J].勞動保護.2008.

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[3]屈曉暉，莊大方，邱冬生.基于GIS的蔬果農產品可追溯物流實現技術研究[J].中國地理信息系統協會第四次會員代表大會暨第十一屆年會論文集.2007.

[4]閆偉，張喜民，張軍華.ORACLE數據庫及應用程序優化[J].內蒙古石油化工.2005.