化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛安全監(jiān)控技術(shù)的研究

摘 要：現(xiàn)階段，隨著化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛安全監(jiān)控技術(shù)迅速發(fā)展，政府管理部門(mén)從政策及資金方面予以大力支持，有力地促進(jìn)了車(chē)輛安全監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式以及落后的管理模式在一定程度上影響了化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛安全監(jiān)控技術(shù)，難以保障化學(xué)品及車(chē)輛安全，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。對(duì)此，本研究結(jié)合作者的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和豐富工作經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)分析了化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛安全監(jiān)控技術(shù)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)品;運(yùn)輸車(chē)輛;安全監(jiān)控;系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U294.8;TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.019

為保證化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛的安全，要采取監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控化學(xué)品整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程，更好地保證其安全性。對(duì)于安全監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)而言，以GIS、GPS、GPRS以及無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步完善系統(tǒng)軟件架構(gòu)與功能，強(qiáng)化安全保障性能。

這一系統(tǒng)借助GPS、GPRS等技術(shù)，可實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)控運(yùn)輸車(chē)輛，也可使用GIS，全面檢索、分析與管理運(yùn)輸車(chē)輛信息。針對(duì)化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛安全監(jiān)控而言，必須保障其科學(xué)性，預(yù)防安全事故的發(fā)生。

1 化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛安全監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

1.1 GPS系統(tǒng)

GPS被稱(chēng)之為全球定位系統(tǒng)，其是一種價(jià)格較低、實(shí)用可靠的服務(wù)，是在全世界范圍內(nèi)精準(zhǔn)定位的一種工具[1]。20世紀(jì)50年代，美國(guó)軍隊(duì)開(kāi)始了對(duì)GPS的研究，其根本出發(fā)點(diǎn)在于為海陸空領(lǐng)域提供全球性、24 h不間斷、實(shí)時(shí)導(dǎo)航服務(wù)，也可用于收集情報(bào)、應(yīng)急通信等軍事需求。經(jīng)過(guò)通過(guò)二十多年的研究，GPS系統(tǒng)于1994年建成，由24顆衛(wèi)星組成，覆蓋了98%的區(qū)域范圍。

從組成模塊分析，GPS系統(tǒng)由空間部分（衛(wèi)星）、用戶(hù)部分（接收機(jī)）、控制部分（管理與控制臺(tái)）三部分組成。與其他系統(tǒng)相比，GPS系統(tǒng)具有覆蓋面廣、系統(tǒng)功能多樣、定位精準(zhǔn)、觀測(cè)時(shí)間短、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：

第一，GPS系統(tǒng)持續(xù)性覆蓋了全球大多數(shù)地面。GPS衛(wèi)星較多且均勻分布，可為世界各地的用戶(hù)提供24 h不間斷服務(wù)。同時(shí)，空間對(duì)野外作業(yè)的限制較小。

第二，GPS系統(tǒng)擁有多樣化功能，且精準(zhǔn)度高。該系統(tǒng)不僅具有導(dǎo)航、測(cè)量等功能，而且能夠?qū)\(yùn)動(dòng)物體測(cè)時(shí)、測(cè)速，測(cè)速精準(zhǔn)度達(dá)0.1 m/s，測(cè)時(shí)精準(zhǔn)度甚至達(dá)到毫秒級(jí)。GPS相對(duì)定位精度在50 km內(nèi)的誤差有6 m～10 m，1 000 km誤差只有9 m～10 m。

第三，觀測(cè)時(shí)間短。現(xiàn)階段，針對(duì)20 km以?xún)?nèi)的相對(duì)靜態(tài)定位而言，GPS系統(tǒng)只需15 min。針對(duì)快速靜態(tài)相對(duì)定位而言，觀測(cè)時(shí)間只需要2 min。

第四，GPS系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾性、保密性。GPS觀測(cè)能夠在一天中的任何時(shí)間進(jìn)行，惡劣天氣及夜晚對(duì)其的影響較小。另外，GPS系統(tǒng)使用了偽碼擴(kuò)頻技術(shù)，其信號(hào)難以被破譯，具有較強(qiáng)的抗干擾性與保密性。

針對(duì)以上四點(diǎn)，GPS的特征表現(xiàn)在GPS系統(tǒng)覆蓋面廣、系統(tǒng)功能多（測(cè)速、測(cè)時(shí)、定位）、定位精度高、系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)、用戶(hù)無(wú)須付費(fèi)等多個(gè)方面[2]。

1.2 GIS技術(shù)

GIS即地理信息系統(tǒng)由多個(gè)學(xué)科交叉發(fā)展而來(lái)，是一種采集、管理、描述、判斷分析地球表面及空間與地面分布相關(guān)地理數(shù)據(jù)信息的一種管理系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為前提，在計(jì)算機(jī)軟硬件基礎(chǔ)上，確保空間數(shù)據(jù)得到全面采集，并完成操作、管理、模擬和顯示等操作，在引入地理模型分析手段后，及時(shí)獲取大量空間動(dòng)態(tài)地理信息，提供地理數(shù)據(jù)研究、管理、定量分析與決策等服務(wù)。

通過(guò)提供多元化空間與動(dòng)態(tài)地理信息，GIS能夠?yàn)榈乩硌芯刻峁┓?wù)。其根本目的在于把信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榈乩韴D像，形象生動(dòng)地展示給用戶(hù)，并給予數(shù)據(jù)瀏覽、操作與分析等功能，其顯示范圍可以是全球任何地方，地理環(huán)境顯示十分精確。

1.3 GPRS技術(shù)

GRPS即通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)，為歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)內(nèi)分組數(shù)據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3]。GPRS能夠借助中國(guó)移動(dòng)全國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)，為用戶(hù)提供便捷服務(wù)。該技術(shù)具有較高的傳輸率，其速度可達(dá)到58 Kbps，能夠滿(mǎn)足一般用戶(hù)的需要。

GPRS根據(jù)流量計(jì)費(fèi)，只是在發(fā)送、接送數(shù)據(jù)時(shí)占用資源，這時(shí)用戶(hù)一直處于在線(xiàn)狀態(tài)，使用成本較低。GPS接入時(shí)間較短，能夠迅速連接，往往在2 s內(nèi)接入。

GPRS主要包括兩種應(yīng)用：其一，面向集團(tuán)用戶(hù)縱向應(yīng)用;其二，面向個(gè)人用戶(hù)橫向應(yīng)用。本研究安全系統(tǒng)采取GPRS的縱向應(yīng)用。

GPRS原理示意圖如圖1所示。

2 化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛安全監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 總體方案

如圖2所示，該系統(tǒng)以GPS、GPRS無(wú)線(xiàn)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、后臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心兩部分[4]。

前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引入性能較高的微控制器為基礎(chǔ)，全面監(jiān)測(cè)車(chē)輛狀態(tài)，并借助無(wú)線(xiàn)傳輸通路GPRS同監(jiān)控中心實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)。

后臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心由通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和監(jiān)控主機(jī)構(gòu)成，實(shí)時(shí)接收車(chē)輛的各種參數(shù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)控運(yùn)行車(chē)輛，第一時(shí)間發(fā)布車(chē)輛預(yù)警及風(fēng)險(xiǎn)提示，并全面匯總相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要針對(duì)主流車(chē)型“斯太爾”系列，硬件接口及數(shù)據(jù)采集方面同時(shí)兼顧了其他車(chē)型。硬件設(shè)計(jì)引入了較為成熟的主流電子技術(shù)和芯片，科學(xué)配置產(chǎn)品型號(hào)，保障整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)預(yù)留了多個(gè)數(shù)據(jù)接口，為硬件移植到其他車(chē)型提供便利。該系統(tǒng)硬件擁有CAN總線(xiàn)接口，順應(yīng)車(chē)輛電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，有利于車(chē)輛數(shù)據(jù)接口相連接，且設(shè)計(jì)了LCD顯示屏數(shù)據(jù)接口，便于系統(tǒng)升級(jí)，在采集運(yùn)輸車(chē)輛數(shù)據(jù)時(shí)更加精準(zhǔn)高效。

在軟件設(shè)計(jì)方面，安全、便捷是其關(guān)注的重點(diǎn)，積極預(yù)防非法人員或授權(quán)級(jí)別不高人員的錯(cuò)誤操作，避免導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)或丟失。另外，設(shè)計(jì)警告提醒功能，采取按鍵操作，為管理人員與操作人員提供便捷。

監(jiān)控系統(tǒng)由主CPU控制器、GPS/GPRS定位通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)模塊、顯示模塊等構(gòu)成。硬件框架圖如圖3所示。

2.2.1 GPS/GPRS模塊

對(duì)于GPS而言，定位導(dǎo)航是基礎(chǔ)性應(yīng)用。GPS技術(shù)主要用于監(jiān)控移動(dòng)目標(biāo)，其他監(jiān)控方法無(wú)法替代。GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)則采用高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與IP技術(shù)，擁有153.6 kb/s數(shù)據(jù)速率，廣泛應(yīng)用于電力、物流與交通等行業(yè)和領(lǐng)域[5]。

該系統(tǒng)以GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊為核心、允許寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)GPRS的嵌入式通信。在監(jiān)控中發(fā)揮GPS定位作用，可以全面獲取各個(gè)車(chē)輛的位置信息，在GPRS無(wú)線(xiàn)電通信網(wǎng)絡(luò)的支持下，由監(jiān)控中心接收相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2.2 主控CPU芯片

主控CPU芯片是一種擁有ARM7內(nèi)核的LPC2292。其中，LPC2292是一種具有實(shí)時(shí)仿真、跟蹤的ARM7TDMI—S CPU芯片，內(nèi)部整合了同片中存儲(chǔ)器控制器接口的ARM7局部總線(xiàn)、AMBA高性能總線(xiàn)、VLSI外設(shè)總線(xiàn)，且設(shè)計(jì)了256 kb高速Flash存儲(chǔ)器。

LPC2292不僅封裝不大，而且節(jié)約能源，安裝了一定數(shù)量的32位定時(shí)器、UART、I2C、總線(xiàn)接口和外部中斷等，在汽車(chē)控制電路主控CPU中發(fā)揮積極的作用。

2.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中通過(guò)設(shè)置FLASH芯片，可以保證容量實(shí)現(xiàn)提升，自動(dòng)保存掉電數(shù)據(jù)[6]。在計(jì)算機(jī)中讓本地網(wǎng)口和終端實(shí)現(xiàn)通信，操作便捷，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)較多。傳輸方式可采取USB方式，則是USB連接線(xiàn)將終端與管理計(jì)算機(jī)相連接，形成數(shù)據(jù)通信鏈路。與RS232串行口相比，其數(shù)據(jù)傳輸速度更快，可迅速提取車(chē)載數(shù)據(jù)。

2.2.4 數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)模塊

第一，發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)采集。主控制器模擬量通路廣泛采集以電壓形式表達(dá)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、壓力等相關(guān)傳感器信號(hào)。這些信號(hào)可通過(guò)調(diào)用采集函數(shù)采集，也可設(shè)定定時(shí)單元，自動(dòng)根據(jù)周期順序采集。系統(tǒng)處于初始化階段時(shí)，用戶(hù)考慮到現(xiàn)實(shí)需求，確定所有通路采集手段，確保及時(shí)掌握離合器與剎車(chē)等開(kāi)關(guān)量信號(hào)，結(jié)果賦值給指定的全局變量，并將其保存在FLASH中，用戶(hù)可根據(jù)需求讀取。

第二，輪胎壓力監(jiān)測(cè)。在每一個(gè)輪胎上安裝一個(gè)從機(jī)（信號(hào)發(fā)射器、壓力傳感器、控制單元和電池組成）[7]。監(jiān)測(cè)模塊則是由信號(hào)接收器、控制單元、顯示裝置等組成。將監(jiān)控指令發(fā)送出去后，從機(jī)開(kāi)始檢測(cè)車(chē)胎的壓力。在控制機(jī)電池能量損耗過(guò)程中，其他時(shí)間從機(jī)一般保持休眠狀態(tài)。

當(dāng)汽車(chē)車(chē)速大于設(shè)定的閾值時(shí)，控制單元無(wú)線(xiàn)收發(fā)器間隔一段時(shí)間便會(huì)發(fā)出車(chē)胎壓力檢測(cè)信號(hào)，從無(wú)線(xiàn)接收機(jī)接收后，由壓力傳感器完成對(duì)溫度、壓力等檢測(cè)。

第三，汽車(chē)轉(zhuǎn)向監(jiān)測(cè)。對(duì)于汽車(chē)轉(zhuǎn)向監(jiān)測(cè)而言，在設(shè)置橫擺角度傳感器后，讓汽車(chē)在垂直軸方向偏轉(zhuǎn)，這一偏轉(zhuǎn)大小反映了汽車(chē)的穩(wěn)定程度。如果偏轉(zhuǎn)角度達(dá)到最高值，這表明汽車(chē)會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾的安全隱患，系統(tǒng)便可迅速發(fā)出警報(bào)。

如果汽車(chē)在垂直軸線(xiàn)上存在偏差，傳感器內(nèi)微音叉振動(dòng)平面會(huì)發(fā)生變化，改變輸出信號(hào)后，準(zhǔn)確得出橫擺角度。

第四，防盜防泄漏監(jiān)測(cè)。通過(guò)液化氣體檢測(cè)傳感器，全面監(jiān)測(cè)車(chē)身入口泄漏情況，并檢測(cè)外圍電路防電防爆情況，查看信號(hào)是否實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中，以無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將其傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，雙重監(jiān)測(cè)，避免化學(xué)物品被損傷，預(yù)防事故發(fā)生。

第五，行車(chē)車(chē)速狀態(tài)監(jiān)測(cè)。車(chē)速監(jiān)測(cè)主要是依靠霍爾式集成傳感器，可迅速?gòu)能?chē)速表接線(xiàn)端子獲取車(chē)速相關(guān)數(shù)據(jù)，采集信號(hào)較為便捷。接著通過(guò)車(chē)速表端子將信號(hào)傳輸至光耦4N35隔離，并由集成運(yùn)放LM358D接收，消除干擾因素，在358輸出端（7腳）向NPN三極管9013傳輸信號(hào)后，完成次級(jí)放大。

雙軸加速度傳感器（X軸、Y軸）與信號(hào)處理電路、信號(hào)放大電路、模擬濾波、AD轉(zhuǎn)換電路是汽車(chē)狀態(tài)檢測(cè)電路的主要部分，能夠監(jiān)測(cè)汽車(chē)靜止、加速以及轉(zhuǎn)彎等信息。

第六，視頻監(jiān)測(cè)。視頻監(jiān)測(cè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)貨物、駕駛室。選擇GPS+DVR一體結(jié)構(gòu)，在貨物出入口位置安裝兩三路攝像頭，SD卡為儲(chǔ)存中心，同步記錄與保存車(chē)輛運(yùn)輸過(guò)程中音視頻及地理位置相關(guān)信息，收車(chē)后監(jiān)控中心可通過(guò)讀取儲(chǔ)存信息，再一次核實(shí)運(yùn)輸過(guò)程中貨物情況，避免貨物被盜取或損壞。

同時(shí)，選擇在1路攝像頭接入圖4監(jiān)控系統(tǒng)的硬件示意圖到駕駛室，可實(shí)時(shí)監(jiān)控司機(jī)駕駛情況（違規(guī)停車(chē)、下車(chē)），該路信號(hào)主要采取實(shí)時(shí)上傳的方式。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于化學(xué)品運(yùn)輸車(chē)輛安全監(jiān)控而言，要積極使用各種監(jiān)控裝置，全方位檢測(cè)汽車(chē)各項(xiàng)參數(shù)，并引入一些現(xiàn)代化、最新的信息技術(shù)，為后臺(tái)提供多樣化的參數(shù)。

當(dāng)后臺(tái)遇到突發(fā)狀況時(shí)，跟蹤中心可迅速制定應(yīng)對(duì)措施，很多化學(xué)品運(yùn)輸企業(yè)已經(jīng)引入了這一種監(jiān)控體系，降低了事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，而在未來(lái)，運(yùn)輸車(chē)輛監(jiān)控體系將日趨完善。

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作者簡(jiǎn)介：王學(xué)綱（1971—），男，北京人，執(zhí)業(yè)注冊(cè)安全工程師，研究方向：危化品安全。