车载危险品在途运输的智能跟踪监控系统实现

邓新莉

(重庆广播电视大学，重庆　400052)



车载危险品在途运输的智能跟踪监控系统实现

邓新莉

(重庆广播电视大学，重庆400052)

摘要：为杜绝车载危险品在运输过程中发生泄露、丢失和爆炸等恶性事故，探讨了一类远程实时动态跟踪监控系统。文中剖析了产生恶性事故的原由，针对恶性事故产生的条件和触发因素讨论了系统的架构，基于GPS定位与GPRS通信，设计了车载数据采集收发终端和监控中心的通信、电子地图加载、数据库以及监控报警等功能模块，实现了一个实时的动态跟踪监控系统原型。初步试验验证了该监控系统能完成车载危险品在途的远程动态跟踪监控功能。研究表明：实时动态跟踪监控系统可为车载危险品在途运输安全提供有效的技术支撑。

关键词：危险品运输；GPRS；电子地图；B/S结构模式；在途监控

近年来车载危险品在途运输中发生因泄露、丢失和爆炸等引起的特大恶性事故给人们以严重教训[1]，并引起了社会各界的高度关注[2]。危险品具有易燃、易爆、剧毒、腐蚀与放射等特性，在运输过程中如果受热、遇明火、碰撞、振动、摩擦等触发因素影响，极易引发火灾、爆炸、中毒、辐射等重大事故。为杜绝恶性事故发生，对车载危险品在途运输进行实时跟踪监控有重要的现实意义。尽管目前这方面已经取得了许多应用研究成果[3-5]，鉴于该问题的复杂性，仍有必要对其进行深入探讨。

1实时动态跟踪监控系统结构

实时动态跟踪监控系统结构如图1所示，由车载终端、GPRS网络与监控中心组成。

图1　实时动态跟踪监控系统结构

监控中心、GPRS网络与车载终端分别负责对危险品载车进行监控、报警与调度，监控中心与车载终端的通信，车辆运行、危险品状态以及GPS定位参数的检测。监控中心配置通信、电子地图加载、数据库与监控报警等功能模块，借助通信网络实现与车载终端的通信，并提供GIS人机界面，向车载终端发送指令。监控中心配置的通信、数据库与后台处理服务器分别用于实现与GPRS网络之间的通信、数据存取和信息处理功能。其中，后台服务器与所有服务器相连，并协调其通信，充当控制枢纽角色，统一协调系统各项任务。车载终端模块负责提供车辆、危险品状态与GPS参数。车载终端负责提供车辆、危险品与GPS的实时状态数据。其中：车辆状态包括发动机、底盘、车身与电气设备等的参数；危险品状态有温度、湿度、浓度、密封性(放射性)、压力、加速度、倾角、液位等参数；与GPS相关的有纬度、经度、GPS定位状态、车辆运动方向、速度、海拔等参数。

2监控系统设计

车载危险品在途实时动态跟踪监控必须具备如下功能[6-7]：基于Web GIS地图，实现对运输车辆位置的GIS跟踪；基于车载终端，实现对危险品种类、运输车辆编号等危险品状态的数据信息查询；基于历史状态数据储存，实现对历史数据的查询与轨迹回放；基于状态参数预警，实现对危险品的阈值管理与预警；基于各种控制命令，实现对信息的相关管理。

2.1车载终端系统

车载终端状态监控既涉及危险品的状态参数，也与车辆的地理位置与车辆本身状态以及车辆所处环境的状态参数相关，车载终端系统的地理位置相关信息数据可借助GPS获取，其他状态数据信息由车载终端系统自动采集。鉴于车载终端状态数据既包括了分布在车厢内也涵盖了行驶车辆外部的温度等采集的环境参数，故不便以布线方式采集。而基于无线传感器网络WSN的车载终端分布式状态监控系统方案是可取的，因此设计中选取基于ZigBee和GPRS的无线通信方式进行数据传输。本地数据采集传输由ZigBee实现，传感数据到监控中心的远程数据传输借助GPRS完成。Zigbee适用于远程监控领域的自动监控，是一种近距离低成本的双向无线通信技术。WSN网硬件采用 2.4 GHz波段的ZigBee设备实现，有助于降低成本和推广应用，因为它是一个全球统一无需申请就可使用的频段。监测节点在2.4 GHz频率下包括16信道，其传输距离为10～75 m，数据传输率为250 kbps，只要在车载终端和车辆沿途配置Zigbee监测节点，就可满足车载终端的无线联网和监控需求[8-11]。

2.2监控中心与通信系统设计

通信系统负责与各车载终端建立与维护通信链路、收发数据，是监控中心与车载终端的信息传输通道。实现的具体功能有：建立监控中心与移动车载终端间的通信链路；接收并校验车载终端发送的数据；按照数据封装协议，将车载终端数据解析为有实际意义的数据；将解析后的数据按照数据库表的结构分类存入数据库；监控中心对接收数据综合判断后发布相应的提示信息至车载终端。通信采用TCP/IP协议，监控中心与车载终端的通信采用TCP协议提供的实时双向传输通道，可以保证数据传输的正确性，虽然GPRS网络对TCP链路也存在限制，但它是基于Socket的网络编程，应用程序无须直接接触网络接口就可以收发数据包。

2.3系统数据库设计

监控中心的后台数据库承载着危险品与车辆状态等数据信息的存储，是监控系统的信息枢纽。监控系统数据库必须按照组织合理、结构清晰、冗余度低、便于操作、易于维护与可扩充性良好等设计原则进行合理设计。监控系统数据库存放基础信息、GPS定位与地理信息等数据，其中：基础信息数据库用于组织和存储相关对象的属性信息，包括危险品预警阈值、危险化学品、运输车辆与驾驶员情况等数据表；GPS定位数据库用于存储危险品运输车辆的经纬度数据信息，也可存放车载终端位置轨迹、车载终端编号、车载终端指令收发信息与报警信息等数据表；地理信息数据库用于组织和存储危险品在途监控地理分布等空间数据表。

数据库的访问通过数据表实现，监控中心数据库包括静态和动态数据表。其中，静态数据表是系统长期保存的，其内容一般不发生变化；动态数据表是在车辆运输危险品时动态建立的，内容可实时更新。各数据表之间的关系按照“编号”区别，其间的关系如图2所示，其中，静态数据表用黑体线框表示。

图2　数据表之间的关系

2.4电子地图

权衡电子地图功能及加载速度、跨平台使用性能与实现难易程度等诸多影响因素，设计中选用第三方Web GIS电子地图引擎设计构建电子地图平台，以实现对危险品车载终端的定位跟踪[12]。由于其软件系统在服务器端都配备了相应的桌面GIS软件，客户端可借助Internet直接向服务器端发送其桌面软件支持的空间查询命令，将运输车辆定位显示在电子地图上。借助地图匹配技术，监控系统可校正各种误差，使危险品车辆准确地定位在某一条道路上，比较精确地显示在电子地图上。

3监控系统实现

监控中心承载着对危险品载车状态的实时动态监控与历史数据查询的功能，其中，后者用于实现历史数据的追溯查询。系统采用B/S结构模式实现对危险品的实时定位、状态参数的显示、历史数据与轨迹查询以及运输车辆状态参数查询，监控中心数据库选择SQL Server 2000，基于GPRS-Internet通信方式实现对传感数据的采集与相关命令的下达以及异地办公的监控。

3.1信息管理

信息管理模块负责对用户、车辆、报警与控制命令信息进行管理。用户管理模块进行相关参数读取、配置文件、系统初始化及用户登陆验证流程后，才有权使用系统。其配置文件为WXPJC.ini：

[General]

DSN=WXPJC //数据源，用户配置即可

UID = name //数据库登陆用户名

PWD = password //数据库登陆密码

[NET]

IP = xxx.xx.xx.xxx//监控中心服务端IP

Port = xxxx//通信端口

报警管理模块涉及对alarm_class、alarm_class_vehicle和alarm_class_goods 等3个数据表的管理操作，它们分别对应于窗口中的报警定义栏、车辆状态定义栏和危险品状态定义栏。该模块包括车辆信息输入、查询、修改删除3个子功能模块，定义了报警状态参数，用于对所有车辆的静态信息进行管理。控制命令管理模块将命令定义、发送命令和调度信息的管理功能集成到一个窗口。其中：命令定义管理栏是对系统命令进行管理；发送命令和调度信息管理栏是向目标车辆发送系统命令和调度信息，其发送命令(调度信息)的过程是：根据目标车辆的车辆编号，从数据表work_vehicle中查询出IP地址和端口，然后把命令连同IP地址和端口号传给通信模块，并存入work_command_send数据表中，通信模块根据IP地址和端口号查找通信连接，并转换命令为通信协议格式，然后发送给目标车辆。

3.2实时监测

该监测模块具有分类监测与报警提示两种功能。分类监测可按货物种类、车辆型号、集装箱号、驾驶员信息实时监测危险品及运输车辆的状态信息。如果危险品与车辆的实时状态异常，监控界面的报警提示标志会不断闪烁。

3.3历史记录查询

历史查询用于对在途危险品各类信息实现信息追溯，包括对车辆编号与时间，危险货品的温度、湿度、烟雾、倾角、振动等的记录，物流信息，运输车辆信息以及报警记录进行追溯与查询，可实现对历史数据信息的在线查看，其监控界面之一如图3所示。

3.4GPRS通信实现

图4描述了GPRS通信方式下指令下发的实现过程。

图3　监控界面

图4　GPRS发送数据过程

3.5Web GIS平台实现

在车载危险品监控系统中，通过Google Maps API及其提供的相关功能，可将监控中心网站与Google Maps卫星地图相结合，共同实现车辆的轨迹描绘与定位等功能。其步骤是：在Google的网站注册后，按照Google提供的Key，就可将 Google Maps嵌入网页。在生成地图的过程中，将Google提供调用地图代码写入用户的网页中，如：