浅析物联网技术在危险化学品安全运输中的应用

刘丹丹　刘彩霞

【摘要】    针对现有危险化学品运输过程中监管环节不协调、监管指标单一化、监管信息不透明、信息获取时效性较差及信息孤岛等实际问题，依托物联网技术建立对危险化学品运输全过程中危险化学品本身状态、驾驶员状态、车辆状态及运输环境的实时监控与信息共享平台，是解决危险化学品运输事故频发问题的可靠方法和有力手段。物联网技术的推广及应用能够很大程度提高危险化学品运输过程的事故预防、事故处理和事故分析的能力。促进企业经济效益，提高政府各部门监管的协同性和高效性。

【关键词】    危险化学品    安全运输    物联网    可视化管理    信息共享

Application of Internet of Things Technology in Safe Transportation of Hazardous Chemicals

LIU Dandan    LIU Cai xia  The Third Research Institute of Ministry of Public Security，Shanghai 200030，China

Abstract： Aiming at the practical problems in the transportation of hazardous chemicals， such as the uncoordinated supervision link， the single supervision index， the opacity of supervision information， the poor timeliness of information acquisition and information isolation. The reliable method and powerful means to solve the problem of frequent accidents in the transportation of hazardous chemicals is to establish a real-time monitoring and information sharing platform for the status of hazardous chemicals themselves， drivers， vehicles and transportation environment in the whole process of transportation of hazardous chemicals through the Internet of Things technology. The popularization and application of Internet of Things technology can greatly improve the ability of accident prevention， accident treatment and accident analysis in the transportation of hazardous chemicals. It will promote the economic efficiency of enterprises and improve the coordination and efficiency of supervision among government departments.

Key words： hazardous chemicals， safe transportation， Internet of Things，visual management， information sharing.

我国《危险化学品安全管理条例》规定，具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品，统称为危险化学品。我国是危险化学品生产和使用大国，也是危险化学品道路运输大国。近年来，我国危险化学品道路运输行业管理不断规范、发展形势持续向好，但危险化学品道路运输事故依然时有发生，暴露出危险化学品道路运输管理中还存在一些漏洞和问题。我国危险化学品行业有着显著的产销分离、产销分布不均的情况，化工原材料产地相对集中在西部地区，而其输出产品的销售地和下游深加工企业又多集中在东部沿海地带。据统计，全国有95%以上的危险货物需要异地运输[1]，危险化学品物流运输需求旺盛。然而，我国的危化品运输企业良莠不齐，随之产生的危险化学品运输安全问题也日益增多，面对形势依然严峻的危险化学品安全运输管理问题，不仅需要制定完善的法律法規保障危险化学品运输行业的发展[2]，也需要采用先进的监测预警手段来解决危险化学品运输全过程、全天候、全范围的自动化监控等实际问题。本文基于我国危险化学品道路运输现状，结合物联网及其关键技术的发展，分析了物联网技术在危险化学品安全运输管理方面的应用，探讨了通过监测系统的建立来加强危险化学品在运输过程中的安全管理，减少或避免发生可能导致人员伤亡、经济损失、环境污染及恶劣社会影响的重大安全事故的重要意义。

一、物联网技术概述

物联网是在计算机互联网的基础上将各种信息传感设备与互联网结合起来构成的一个巨大网络，用户端由原来的人扩展到了任何的物与物之间都可进行通信以及信息的交换，以实现对物品的识别，跟踪，定位和监督管理等功能。其集成有射频识别（RFID）技术、无线传感器网络（WSN）技术、无线通信技术、信息安全技术及分布式信息处理等技术。其中，射频识别（RFID）技术是指通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对电子标签或射频卡进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。无线传感器网络技术是一种分布式自组网的传感网络，其综合了传感器、嵌入式计算、现代网络、无线通信及分布式信息处理等技术，可实现任何时间、地点和环境下获取和把握物体状态信息。无线通信技术是实现物联网系统使用状态的核心，其主要分为两类：一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术;另一类是GPRS、GSM及卫星通信等远距离通信技术。信息安全主要包括隐私保护、用户认证、不可抵赖性、数据保密性、通讯层安全、数据完整性及随时可用性等。其中，隐私保护、用户认证、不可抵赖性及数据保密性主要处于物联网三层架构的应用层，通讯层安全、数据完整性和随时可用性主要位于传输层和感知层。分布式信息处理主要为由若干台可互相通信的计算机组成的一个分布式网络，每台计算机都拥有自己的处理器和存储设备，原先集中在单节点上的庞大计算任务被负载均衡地分派给分布式网络中的计算机上并行地进行处理。因此，物联网作为计算机技术和网络技术深刻融入现实世界的产物，它能够协作地实时监测、感知和采集各种信息，并对其进行处理与传输，将物联网及其关键技术应用于危险化学品运输的实时监控管理，一方面可以确保监控的可靠性、提高感知设备部署的灵活性，另一方面又能够满足危险化学品运输长时间、持续监控的应用需求，有利于整个运输管理系统的小型化和智能化发展，提高危险化学品运输信息采集和处理能力，提升行业监管水平。

二、我国危险化学品运输中存在的问题

危险化学品由于其特殊的物理、化学性能，容易在生产、储存、运输中引起燃烧、爆炸、中毒等重大事故，存在巨大安全隐患，相对于普通货物的运输来说，危险化学品运输不仅要满足一般货物的运输条件，严防超载、超速等危及行车安全的情况发生，还要根据货物的理化性质，满足特殊的运输条件，因此，利用先进的技术完成对整个危险化学品运输过程中全面、及时、准确、有效的信息监管和控制是必要和迫切的，能够及时发现危险源并进行有效处理[3]。我国已制定了一系列法律法规，对运输特殊危险化学品进行了规范，初步形成了一套危险化学品安全运输管理的规范体系，但对于危险化学品运输的过程控制、在途追踪、货物来源、应急处理等方面在技术及其信息化管理上还存在着很多问题。

1、缺乏可视化管理与远程控制。危险化学品运输过程中各环节监管不全面、操作不规范、操作不及时、信息孤岛是现阶段我国危险化学品运输行业管理中普遍存在的问题，不能实时掌握危险化学品运输途中停留、运行及危险化学品本身状态等都将引发重大安全事故。这些运输过程中的事故占到了全年危化品事故总数的76%以上[4]。运输事故的时间及地点的不确定性导致事故的影响具有迅速、难以控制的特点[5]。

2、缺乏跨区域跨行业信息共享平台。我国大部分危险化学品运输过程呈现跨区域的运输，涉及不同地区的不同监管及管理部门，容易出现监管错位及监管盲区等问题，运输途中很多地区间及部门间无法实现信息共享及协调联动。数据共享性和同步性差，各部门各地区之间政策制定缺乏有效衔接[6]，导致现有的管理体系中缺乏有力的决策数据支持。同时，如果对于运输的危险化学品本身的货源信息不共享不明确，易造成窜货、丢货、货物污染以及应急处置不及时带来的二次事故等问题，无法真正做到有据可依。

3、缺乏对从业人员的信息化管控。危险化学品运输过程中，不仅要对于运输载体进行全面的了解，还要对运输介质有基础的了解。但目前，我国整个危险化学品运输行业从业人员的专业技能、文化水平参差不齐，跨领域人才缺乏，流动性大，人工管理难度大。

4、缺乏对运输车辆的信息化管控。目前，我国国有危险化学品道路运输企业1.15万家，运输车辆30万辆以上[7]。但我国危险化学品运输企业良莠不齐，缺乏对运输车辆的信息化管控，企业为了降低运输成本对车辆运输资质非法挂靠、无证运输、运输车改装、超载、混装、恶性竞争以及企业管理制度不健全等情况时有发生。

三、物联网技术在危险化学品安全运输中的应用

针对危险化学品安全运输中存在的以上问题，物联网技术能够提供较好的可行方案。其中，危险化学品运输过程缺乏可视化管理与远程控制的问题，可以通过建立基于物联网的危险化学品运输可视化与远程控制管理系统解决;跨区域跨行业信息共享平台缺失问题，可以构建基于云平台的危险化学品运输实时信息共享管理系统解决;对从业人员的信息化管控问题和运输车辆的信息化管控问题，可以基于远程监控的危险化学品运输车辆及驾乘人员管控进行车辆和从业人员实时动态管理。

1、基于物联网的危险化学品运输可视化与远程控制管理。可视化管理主要是指危险化学品运输全生命周期的状态实时展示，主要包括对危险化学品本身的各项特性数据的展示、危险化学品运输环境及运輸车辆所处位置的展示、运输车辆的车况展示以及反映驾乘人员状态的各项数据展示。目前主要利用EPC标签、RFID射频识别、传感器技术及图像识别技术分别采集危险化学品本身状态信息、运输环境信息、运输车辆状态信息及驾乘人员状态信息，通过阅读器识别标签信息以及传感器的信息采集并反馈确保实现对危险化学品运输中个体及环境的全过程、全天候及全范围的实时数据获取。最终将获取数据无线传输至各监控平台实现全生命周期的数据可视化展示，数据无线传输主要包含三个部分：第一部分是感知层与车载终端之间的数据传输，主要通过低速和中高速短距离传输技术、自组织网技术等。第二部分是车载终端与管理平台及云共享平台中心应用服务器之间的数据传输，该部分主要利用GPRS、移动通信及卫星通信等进行无线报文传输，通过中间基站进行转移，第三部分为前端与系统后台间的各项数据传输，通过分布式设计确保多级用户可以及时查看危险化学品运输信息。同时，当危险化学品运输过程中平台收到危险化学品运输环境温度过高等预警及报警信息时，系统平台应能及时发送指令联动相应运输车辆的温控系统调整车厢温度，当平台监测到驾驶员疲劳驾驶或者驾驶过程中有打电话抽烟等违法驾驶行为时，应自动联动语音播报系统进行提醒，同时发送告警信息至PC端及手机APP端。基于物联网技术远程发送指令，自动控制及操作接收到的指令，可有效规避人为控制操作过程中的操作不当和操作不及时的现象。

2、基于云平台的危险化学品运输实时信息共享管理。危险化学品安全运输的监管和事故应急处置具有跨地区跨部门的特点，各地区各部门相互间有效的信息沟通和应急协调联动是危险化学品运输过程中不可或缺的环节，依托物联网技术、云计算和大数据进行算法模型的构建，基于服务器集中-分布式组合设计结构和互操作技术，或基于云平台建设，通过多维度的度量值实现来源、类型、结构等多种多样的数据资源共享和查询，建立危险化学品运输全生命周期动态监管信息共享平台，及时掌握危险化学品的流向和状态。同时，针对危险化学品运输过程中危险化学品本身信息不透明不共享问题，主要通过在运输的危险化学品的产品包装以及中型散装容器、大型容器、可移动罐柜和罐车上加贴具有唯一ID识别码的RFID标签或EPC标签，运输车辆驾乘人员及安全管理人员同时佩戴写入了所运输的危险化学品的信息及自身身份信息的电子标签，从而有效的解决运输货物来源信息共享及无法溯源等问题，保障了危险化学品运输安全。

3、基于远程监控的危险化学品运输车辆及驾乘人员管控。对于运输行业而言，危险化学品运输是危险性极高的工作，危险化学品运输车辆相当于一个移动“危险源”，因此，对于危险化学品运输从业人员和运输车辆的管控与普通运输人员和车辆的管控相比，除了追求运输的流通效率和经济收益之外，更应注重其危险化学品运输的安全管理，基于物联网技术，将危险化学品运输车辆的安全性能、驾驶人状态、安全押运员及运输线路、时间等信息通过无线网络上传至云端信息共享平台，基于大数据分析将驾乘人员、所需运输的危险化学品及运输车辆信息进行关联绑定及人脸活体识别身份核验，并将三者信息同时上传至信息共享平台，管理人员可动态查询驾驶人身份信息、驾驶行为信息、运输车辆信息及货物信息，对人车物链进行统一的远程调度与管理，避免运输危险化学品运输车辆违法挂靠、运输车辆改装及运输人员无证上岗等事件发生。

四、结束语

综上所述，通过物联网技术在危险化学品安全运输管理中的应用，能够实现运输环境、危险化学品本身状态、运输车辆及驾乘人员的实时监测和管理，对提高危险化学品运输信息采集的即时性、准确性及共享性，促进危险化学品运输行业安全性的整体提升，保障危险化学品运输车辆驾乘人员及相关从业人员的生命安全具有重要作用。目前，部分省份已经启动了以上部分物联网技术在危险化学品运输中的应用，相信随着物联网技术的不断发展和完善，基于物联网技术的危险化学品安全运输管理监测将更加及时、准确及高效。

参考文献

[1]徐亚华.深刻认识危险货物道路运输安全管理的重要意义[EB/OL].https：//www.sohu.com/a/357091335_120214189，2019-11-28.

[2]毛伟成.危化品运输车辆在线监测管理系统研究[D].四川：西南交通大学，2019.

[3]尹璐琳.基于物联网的危险化学品安全管理的探讨[J].软件，2016，37（5）：1-2.

[4]张学文.基于大数据的危化品运输综合信息监控平台设计与实现[D].广东：广东工业大学，2020.

[5]陈文杰，张冠华.基于物联网技术的危化品运输监控与管理平台[J].计算机应用与软件，2016，33（1）：45-46.

[6]杜轶波.基于RFID与WSN的危化品物流智能监测与应用研究[D].四川：西南交通大学，2015.

[7]章柯.危化品运输四大难题待解 如何拆除30万颗“移动的炸弹”[EB/OL].http：//finance.china.com.cn/industry/20200616/5297372.shtml，2020-06-16.

刘丹丹（1993.03-），女，汉族，籍贯：甘肃省天水市，工作单位：公安部第三研究所，研究实习员，主要从事非传统安防领域产品检验评价;

刘彩霞（1975.10），女，汉族，籍贯：河南省焦作市，工作单位：公安部第三研究所，研究员，主要从事反恐防爆等非传统安防及射频识别、物联网、人脸识别、虹膜识别、警用裝备等领域产品检验评价。

资助项目：本文受2017年度国家重点研发计划国家质量基础的共性技术研究与应用专项爆炸危险化学品公共安全、应急产品和应急服务技术标准研究（项目编号2017YFF0207000）爆炸危险化学品探测设备关键技术及标准（课题编号2017YFF0207001）课题资助。