運輸物聯網在危險品運輸監測中的應用*

苑宇坤，郭利強，張 宇，魏坦勇，譚秋林

(1.中北大學 電子測試技術國家重點實驗室，山西 太原030051;2.中北大學 儀器科學與動態測試教育部重點實驗室，山西 太原030051;3.淮海工業集團有限公司，山西 長治047100;4.蘇州尋息電子科技有限公司，江蘇 蘇州215123)

0 引 言

幾十年來，我國工業技術飛速發展，各種石油化工危險品的使用日益頻繁，相關運輸企業業務量也大大增加。截止到2012 年，我國危險品道路運輸總量已達到2.5 億噸，從業人員達到114 萬人［1］。但總體看來，我國很多危險品相關企業對如煙花爆竹、液氯、液氨、甲烷等危險品的危險性認識和風險評估嚴重不足，存在很多安全隱患，稍有不慎便會對公共安全造成極為嚴重的危害，應急處理的滯后也不利于事故危害范圍和程度的控制［2］。近幾年，物聯網(Internet of things，IOT)技術的快速發展為危險品運輸企業帶來了新的機遇，若能成功地將物聯網技術應用到危險品運輸過程中來，實現特殊危險品的智能運輸管理，將對社會的安全產生極為積極的影響。

本文研究了國內外智能運輸(intelligence transportation)物聯網在危險品運輸領域的應用現狀，對運輸物聯網(Internet of transportation things，IOTT)及其相關概念做了簡述，并對其進展和尚存問題進行了調研分析，對基于智能交通運輸的危險品運輸監測方法提出了一些建議，為國內危險品運輸監測物聯網的研究提供參考。

1 智能運輸物聯網應用背景

據吳宗之等人［3］的統計，危險化學品運輸事故占所有危化品事故的30%以上，其中易燃液體和易燃氣體運輸事故最為頻繁，發生事故后極易發生泄漏甚至引發起火和爆炸，繼而造成嚴重的人員傷亡和惡劣的社會影響，除此之外，有毒有害危險品的泄漏還易污染土壤和水源，威脅到周邊群眾的人身安全。

近年來，我國危險品運輸事故頻頻發生，各種安全隱患隨處可見，如運輸人員并不具備危險品從業資質、車輛槽罐非法混裝不同危化品、非法使用普通車輛運輸危險品、運輸車輛超速超載等危險品運輸隱患隨處可見［4］。僅過去的這一年就發生了多起特別重大危險品運輸事故，如“5·18”浙江桐廬四氯乙烷槽罐車側翻泄漏事故險些造成下游自來水的污染，“7·19”湖南特大交通事故中載滿乙醇的非法改裝小貨車與大客車發生追尾后燃燒，造成多人傷亡［5］。類似的危險品運輸事故數不勝數，教訓慘痛。

長安大學的沈小燕等人［6］對近幾年的危險品運輸事故進行了統計，僅2004 年～2011 年間發生的罐車道路運輸類事故就多達886 起，多發生在高速公路上，且超過80%的事故由交通事故引發，如駕駛員違規操作、路況車況不佳或與行人或其他車輛發生碰撞摩擦后造成的二次事故等。除此之外，危險品運輸還存在很多影響因素，運輸過程中每個細節都不能掉以輕心，否則，一旦發生意外，救援難度將遠遠大于普通事故，產生的危害也將不堪設想。

因此，對危險品運輸各個環節加強監控管理迫在眉睫，運輸物聯網便應運而生。運輸物聯網是物聯網在交通運輸行業的具體表現形式。物聯網可以理解成任何時間任何地點條件下任何物與物自發進行聯結的互聯網絡［7］，而運輸物聯網，一般表述為智能運輸，常表現為車輛的智能識別、智能監控和位置跟蹤［8，9］。運輸物聯網對于危險品運輸過程監管有著極為重要的意義，從運輸車輛和運輸人員的資格審查到天氣路況的考察，從危險品出庫裝車、中途轉運、到終點卸貨入庫整個運輸流程，從車輛的出車登記、路徑規劃、應急處理到貨物防盜等方方面面，運輸物聯網都能有效輔助多方部門對危險品運輸的全方位聯合監管。

2 國內外應用現狀與應用分析

目前，國內外危險品運輸安全問題和運輸物聯網的研究應用已經得到了相關部門和相當一部分企業的重視。國際電信聯盟于2005 年發布的互聯網報告［10］和市場研究公司Gartner Group 發布的《2015 物聯網預測報告》［11］中都提到了物聯網不可限量的發展潛力，并指出物聯網將持續迅速擴張，更將滲透到工業生產的全過程。危險品運輸方面，聯合國于上世紀中期就成立了危險品運輸專家委員會，編纂的《關于危險貨物運輸建議書·規章范本》一直沿用到現在;運輸物聯網方面，中國、美國、德國、法國、日本、新加坡等國家都將物聯網相關研究提升到國家重大發展戰略高度，相繼制定了交通物聯網發展規劃并投入實施，如美國的車路協同系統(vehicle infrastructure integration，VII)和Inte lliDrive計劃［12］、歐洲的eSafety 計劃［13］、日本的SmartWay和i－Japan［14］計劃等。

在新一代的運輸物聯網中，運輸車輛將作為運輸物聯網中一個個獨立的數據節點存在，車輛之間通過基于云計算的網絡相連并相互傳遞數據。以歐盟2003 年啟動的eSafety 計劃為例［15，16］。eSafety 計劃利用信息通信技術為道路交通安全提供全面保障，相關子研究項目包括車載智能終端、安全駕駛輔助系統、緊急救援系統、事故分析機制、人為因素研究等。參加試驗的智能車已于2010 年進行了道路測試，有望在幾年內投入使用，屆時將有效緩解交通擁堵并降低事故發生率。美國的VII 計劃在經過長時間醞釀后，逐漸演變成了現今的V2X(vehicle to X，車輛與周邊環境)，即車輛與周邊車輛、行人和基礎設施的交互和通信。如今V2X 產品在歐美發展已經成熟，并逐步進行實際測試和投入使用［17］。鑒于危險品運輸的主要威脅是交通事故，車路協同系統的實現將有效降低交通事故的發生率，從而間接提升危險品運輸的安全水平。

我國的運輸物聯網研究與國外相比起步較晚，如今的安全管理重點尚處在事后處理階段，但相關人士已經意識到了運輸物聯網對于危險品運輸的重要意義，并進行了一系列的探索和實踐。周堂等人［18］指出通過統一的前端信息采集能實現真正的物物相連。竇站等人［19］提出的移動危險源監測技術可實現遠程監測平臺的跨區域自動切換，便于多地區的協同監測。對于危險品運輸路徑的規劃和成本的節約問題，李瑞強［20］基于改進GA 算法設計了一種新的云配送調度算法，可規劃出配送時間最短、延遲最少、最節約成本的運輸路徑，從而提高多目標的貨物運輸效率。孟克等人［21］創新性地運用人工神經網絡算法對各項運輸參數進行數據融合，并評估實時運輸狀況的危險等級。Huang Yongsheng 等人［22］針對物流網絡提出了一種改進的PSO 算法，能有效降低物流運輸的成本。東北大學的鄧慶元等人［23］和西安科技大學的孫濤［24］分別在各自研發的運輸監控系統中使用了電子鎖功能和WiFi 視頻監控功能實現了車輛貨物的安全防盜。

過去的幾年，我國運輸物聯網在危險品運輸監控的應用方面也是實現了飛躍式的發展。早在2011 年，我國交通運輸部便發布了《道路運輸業“十二五”發展規劃綱要》，對智能交通物聯網的發展工作進行了具體而明確的部署，并對車輛聯控系統日后的廣泛推行做了鋪墊［25］。車輛聯控系統指的是2010 年由中國交通通信信息中心承擔的重大研發任務——全國重點營運車輛聯網聯控系統，該系統主要負責車輛聯網率、疲勞駕駛率、超速車輛率等實時監控數據的動態上傳、監控、保存和管理，如圖1 所示，能有效實現部、省、市、企業的四級聯動，便于企業和各級地方政府對車輛的監管和事故的預防［26］。2014 年，我國交通運輸部在《道路危險貨物運輸管理規定》的基礎上，針對危險品運輸安全問題相繼出臺了多條輔助管理辦法，如《加強危險品運輸安全監管意見》中再次強調從事危險品運輸的車輛要加裝上述車輛聯網聯控系統，并且要根據《車輛聯網聯控系統考核管理辦法》對監管情況進行考核［27，28］。繼上海、江蘇等華東地區物流大省率先實現危險品運輸的聯網和跨區域監控后，我國已經實現了30 個省級監控平臺資源的整合［29］。但不容忽視的是，新舊系統的更替和監管系統的安裝與維護成本都影響到了新政策的實施，如何進一步提升系統性能同時壓縮系統軟硬件開發運維成本，從而促進新系統的推廣使用，是日后需要詳細考慮的問題。

圖1 全國重點營運車輛聯網聯控系統Fig 1 Networking and joint control system of national key transport vehicles

3 結束語

隨著時代的推進，各種危險化工產品工業市場中占有率越來越高。運輸這類易燃易爆強揮發性、強腐蝕性危險品的車輛也隨之成為了一個個流動的危險源。雖然我國當前的危險品運輸監管已經取得了一定成效，但要想真正實現全面的聯網監控和風險控制還有很長一段路要走。本文分析了國內外運輸物聯網在危險品運輸領域的研究進展和應用現狀，發現現存的監測系統功能還不夠完備，仍需要結合廣大科學工作者對于運輸物聯網、運輸風險控制等方面的研究思想，集思廣益，爭取開發出更加適合于危險品專業運輸行業且更為低耗高效的監管系統，為危險品運輸監管系統的研究改進提供了參考。

［1］ 梟 冬.聚焦行業發展走勢，倡導安全綠色高效——記中國綠色物流戰略發展聯盟2014 危險品運輸(蘇州)發展論壇［N］.現代物流報，2014，05(A5).

［2］ 張 樂，商意盈，王 政.危化運輸事故為何頻頻發生［Z/OL］.新華網，2014.

［3］ 吳宗之，孫 猛.200 起危險化學品公路運輸事故的統計分析及對策研究［J］.中國安全生產科學技術，2006，2(2):3－8.

［4］ Xu L D.Internet of Things in industries:A survey［J］.IEEE Transactions on Industrial Informatics，2014，10(4):2233－2243.

［5］ 北侖交通運輸信息網運管科.滬昆高速湖南邵陽段“7·19”特別重大道路交通危化品燃爆事故調查報告［EB/OL］.［2014—12—03］.http:∥jltj.gov.cn/show.aspx?nid=16424.

［6］ 沈小燕，李小楠，謝 培，等.886 起危險品罐式車輛道路運輸事故統計分析研究［J］.中國安全生產科學技術，2012，8(11):43－48.

［7］ 寧煥生，徐群玉.全球物聯網發展及中國物聯網建設若干思考［J］.電子學報，2010，38(11):2591－2599.

［8］ William B Cassidy.The Internet of transportation things［J］.Journal of Commerce，2014，8:4.

［9］ Li S G，Lin T，Zhu Y S.Internet of things for special materials transportation vehicles［C］∥2013 IEEE International Conference on Green Computing and Communications and IEEE Internet of Things and IEEE Cyber，Physical and Social Computing，Beijing:IEEE，2013:1891－1894.

［10］International Telecommunication Union.Internet Reports 2005:The Internet of things［R］.Geneva，Switzerland:ITU，2005.

［11］Internet of things survey 4Q14:Industry and regional perspectives［R］.Stanford:Gartner Group，2015.

［12］Yi P.Application of IntelliDrive information system to enhance high－speed intersection safety［J］.Transportation Research Record，2011，2215:105－112.

［13］Bryan Jenkins.Satellite navigation and the eSafety initiative［J］.Traffic Engineering and Control，2004，45(9):327－328.

［14］Fumihiko Kanazawa，Hideyuki Kanoshima，Koichi Sakai，et al.Field operational tests of smartway in Japan［J］.IATSS Research，2010，34(1):31－34.

［15］Wolf W.Cyber－physical systems［J］.IEEE Computer，2009，2(3):88－89.

［16］Meng X X，Jaime Lloret，Zhu X D，et al.Recent advances on Internet of things［J］.The Scientific World Journal，2014(12):1.

［17］Glaser S，Mammar S，Sentouh C.Integrated driver－vehicle－infrastructure road departure warning unit［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2010，59(6):2757－2771.

［18］周 堂，賴明勇.我國交通運輸行業物聯網技術應用模式研究［J］.中國工程科學，2012，14(7):103－108.

［19］竇 站，蔣軍成，張明廣，等.基于物聯網技術的移動危險源監測研究［J］.工業安全與環保，2013，39(8):71－73.

［20］李瑞強.基于物聯網的多目標貨物運輸線路調度系統的設計［J］.物流技術，2013，32(8):147－170.

［21］孟 克，易雪玲，馬美娜.面向危險品運輸安全監管的RFID與GPS 數據融合新技術［J］.電子制作，2014(11):143－144.

［22］Huang Y S，Du H M，Zhang G L.Modified PSO algorithm to the logistical network for goods transportation based on Internet of things［J］.Information Technology，2013，12(7):1342－1349.

［23］鄧慶元.面向物聯網應用的特種貨物運輸監管系統的設計與實現［D］.沈陽:東北大學，2010.

［24］孫 濤.基于物聯網技術貨運車輛管理與安防系統研制［D］.西安:西安科技大學，2013.

［25］王 剛.《道路運輸業“十二五”發展規劃綱要》發布智能交通投資加速“車聯網”落地［J］.物聯網技術，2011，1(10):10－11.

［26］中國交通通信信息中心.全國重點營運車輛聯網聯控系統［EB/OL］.［2013—03—18］.http:∥www.cttic.cn/html/2013/kejichengguo_0318/578.html.

［27］交通運輸部.交通運輸部關于加強危險品運輸安全監督管理的若干意見［Z］.北京:交通運輸部安全與質量監督管理司，2014.

［28］丁進華.全國重點營運車輛聯網聯控系統:有望實現統一性和規范性［J］.商用汽車，2011(19):36－37.

［29］王 娟.車聯網應用燃起星星之火［J］.中國計算機報，2013，21:15－16.