基于RFID技術(shù)的瓶裝液化石油氣物流監(jiān)管系統(tǒng)

液化石油氣作為一種清潔高效的能源，已成為居民家庭生活、餐飲企業(yè)、單位食堂的主要燃料。2009年以來，北京市液化石油氣爆燃事故多發(fā)，且事故責(zé)任追溯難度極大，暴露出包括液化石油氣供應(yīng)企業(yè)、餐飲經(jīng)營單位重利益、輕安全，使用不合格或超期服役鋼瓶，供應(yīng)和使用摻混二甲醚的低價不合格氣等重大安全隱患的行為；同時也暴露出政府相關(guān)部門所采用的傳統(tǒng)監(jiān)管方式在效率、實(shí)時性、可靠性、便捷性上都不符合現(xiàn)在的管理要求，不能實(shí)現(xiàn)對液化石油氣供應(yīng)和使用的全過程監(jiān)管，且在事故發(fā)生后，也沒有有效的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)責(zé)任的可追溯性，很難落實(shí)責(zé)任。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)液化石油氣鋼瓶、充裝企業(yè)、運(yùn)輸車輛和操作人員等對象的自動識別與跟蹤，實(shí)現(xiàn)液化石油氣鋼瓶的注冊、充裝、存儲、銷售、檢驗(yàn)、報廢等流程的分布式監(jiān)控，提供了有效的工具和手段，從而能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)管方式在效率、實(shí)時性、可靠性、便捷性以及事故責(zé)任的可追溯性等方面的不足。因此，在液化石油氣物流監(jiān)管中，引入物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對液化石油氣物流過程的跟蹤管理，督促供、用氣雙方落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任，是一種值得推廣應(yīng)用的管理新模式。所以，全面梳理以業(yè)務(wù)流程為主導(dǎo)的各管理環(huán)節(jié)并相互聯(lián)動形成管理鏈，以及選擇可靠的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品和完成系統(tǒng)平臺設(shè)計，對實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)使用后達(dá)到預(yù)期管理目標(biāo)是至關(guān)重要的。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在液化石油氣行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別裝置、傳感器、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)(GPS)裝置、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息采集、處理、交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)測、管理和控制的一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在各領(lǐng)域的應(yīng)用也日漸展開。特別是條碼技術(shù)和射頻識別技術(shù)在身份識別和物流跟蹤等方面應(yīng)用得越來越成熟。

1.條碼

條碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識符。條碼標(biāo)簽可以制作在普通紙張、不干膠材料、塑料、陶瓷等材料上，適應(yīng)各種不同的應(yīng)用環(huán)境。

條碼包括：一維條碼和二維條碼。

一維條碼：在一個方向（普通是程度方向）表達(dá)信息，而在垂直方向不表達(dá)任何信息。特點(diǎn)是數(shù)據(jù)容量較小，最多30個字符左右，一般只能包含字母和數(shù)字；條形碼尺寸相對較大（空間應(yīng)用率較低），且遭到損壞后便不能閱讀。一維條碼廣泛應(yīng)用于商品和物流管理等場合。

二維條碼：在程度和垂直方向的二維空間存儲信息的條形碼。跟一維條碼相比，二維條碼容量大；可以存儲文字、字母、數(shù)字等信息；具備防偽功能；識別速度較一維條碼低；二維條碼適合應(yīng)用在一次性寫入信息場合，比如身份證件、火車票證等。

2.射頻識別技術(shù)（RFID）

射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，是一種非接觸式自動識別技術(shù)。它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，由一個詢問器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成。應(yīng)答器即是常說的電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽的種類很多，通常根據(jù)其工作頻率、供電方式等的不同，有不同的分類方式。

（1）供電方式分類

無源標(biāo)簽：在標(biāo)簽內(nèi)沒有電池，數(shù)據(jù)傳輸時需要從外界獲取能量。在通常狀況下標(biāo)簽處于無源狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)入閱讀器的有效范圍內(nèi)時，標(biāo)簽?zāi)軓拈喿x器發(fā)出的能量場中獲取其工作所需的能量，從而完成跟閱讀器的信息傳送。

有源標(biāo)簽：在標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，標(biāo)簽工作的電源完全由其內(nèi)部的電池供給，同時電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽與閱讀器通信所需的射頻能量。

（2）工作頻率分類

低頻：工作頻率范圍為30kHz - 300kHz，典型的工作頻率為125kHz、133kHz。低頻標(biāo)簽一般為無源標(biāo)簽，閱讀距離較短。主要應(yīng)用在畜牧業(yè)養(yǎng)殖跟蹤等方面。

中高頻或成為高頻：工作頻率一般為3MHz-30MHz。典型工作頻率為13.56MHz。高頻標(biāo)簽一般也采用無源方式為主，閱讀距離一般比較近。主要應(yīng)用在電子車票、身份證件等方面。

超高頻：工作頻率為433MHz、860MHz到960MHz之間，超高頻系統(tǒng)通過電場來傳輸能量。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn)，無源可達(dá)10m左右。主要應(yīng)用在供應(yīng)鏈、航空包裹的管理等方面。

微波：常用的工作頻率為2.45GHz、5.8GHz等。微波射頻標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽與無源標(biāo)簽。多半為有源標(biāo)簽。閱讀距離一般大于1m，最大可達(dá)10m以上。主要應(yīng)用在移動車輛識別（ETC）等。

（二）國內(nèi)液化石油氣行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2005年8月17日，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局和國家環(huán)境保護(hù)總局聯(lián)合頒發(fā)了《關(guān)于開展危險化學(xué)品氣瓶安全專項(xiàng)檢查整治工作的通知》（國質(zhì)檢特聯(lián)函〔2005〕658號），要求氣瓶充裝單位切實(shí)落實(shí)各項(xiàng)安全管理制度，鼓勵采用電子標(biāo)簽等信息化手段對氣瓶實(shí)施安全管理。

2006年至2009年間，上海市基于高頻的射頻識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對300萬個液化氣氣瓶和100萬個危險化學(xué)品氣瓶的身份標(biāo)識，建成了一個基于高頻電子標(biāo)簽的全市危險化學(xué)品氣瓶安全監(jiān)察信息服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)對全市危險化學(xué)品氣瓶充裝、檢驗(yàn)、配送和使用的動態(tài)安全管理。

2008年開始，北京市液化石油氣公司著手開展鋼瓶唯一身份標(biāo)識應(yīng)用研究工作。北京市液化石油氣公司采用一維陶瓷條碼對其自有鋼瓶進(jìn)行了管理。截至2009年底，市液化石油氣公司已經(jīng)為70萬個15kg鋼瓶和5000多個50kg鋼瓶安裝了陶瓷條碼，實(shí)現(xiàn)了對鋼瓶的動態(tài)監(jiān)管。

除北京、上海外，重慶、杭州等地也都陸續(xù)開展了旨在通過電子標(biāo)簽技術(shù)加強(qiáng)危險化學(xué)品和液化石油氣氣瓶監(jiān)管的研究和實(shí)踐工作。

（三）基于RFID技術(shù)的瓶裝液化石油氣物流監(jiān)管信息系統(tǒng)設(shè)計思路

先前的物流系統(tǒng)選擇一維陶瓷條碼產(chǎn)品，主要是考慮條碼成本低、耐高溫（鋼瓶檢驗(yàn)高溫焚燒后仍可使用），比較適合在液化石油氣鋼瓶管理中使用。但也發(fā)現(xiàn)存在只能一對一近距離掃描，且條碼損壞后無法修復(fù)等問題。同時，在自動化程度較高的轉(zhuǎn)盤充裝和整車運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)增加了人工掃碼環(huán)節(jié)，增加了成本，降低了效率。

這兩年，隨著RFID技術(shù)特別是超高頻RFID技術(shù)的發(fā)展，伴隨著RFID電子標(biāo)簽的大量使用，標(biāo)簽本身的生產(chǎn)成本大幅度降低。基于超高頻 RFID存儲和群掃功能的優(yōu)勢，將其用于液化石油氣鋼瓶管理成為最優(yōu)。跟陶瓷條碼相比，超高頻RFID除兼有陶瓷條碼原有功能外，還具有存儲信息、防偽、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離批量掃描等優(yōu)勢。

所以在系統(tǒng)方案設(shè)計中，考慮鋼瓶在液化石油氣供應(yīng)和使用各環(huán)節(jié)中的載體作用，建立以鋼瓶運(yùn)行軌跡為鏈的物流監(jiān)管系統(tǒng)。電子標(biāo)簽方面選用無源超高頻RFID電子標(biāo)簽，工作頻率在860MHz－960MHz，標(biāo)簽內(nèi)沒有電源，只有在閱讀器的有效電磁場范圍內(nèi)，才獲取能量，比較適合危險源管理；超高頻電子標(biāo)簽具有讀寫距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率快、可批量讀取、識讀率高，滿足液化石油氣鋼瓶批量識讀的要求。

二、瓶裝液化石油氣物流監(jiān)管系統(tǒng)技術(shù)思路

（一）瓶裝液化石油氣物流過程

液化石油氣由出產(chǎn)地輸送到用戶的整個過程如圖1所示。虛線中部分為瓶裝液化石油氣流通過程。

液化氣鋼瓶物流過程主要由“登記注冊、充裝、運(yùn)輸、銷售、檢驗(yàn)、報廢”幾個環(huán)節(jié)組成，主要涉及液化氣充裝單位、運(yùn)輸單位、銷售單位、用戶和檢驗(yàn)單位等。其中充裝單位居于流轉(zhuǎn)過程的中心位置，與物流過程的其它單位都有聯(lián)系，并負(fù)責(zé)鋼瓶的登記注冊、充裝、定期送檢和直接銷售等工作，部分充裝單位還會直接從事鋼瓶運(yùn)輸。

（二）總體技術(shù)方案

液化石油氣鋼瓶物流管理系統(tǒng)將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括身份感知技術(shù)、位置感知技術(shù)、計算機(jī)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)軟件技術(shù)等，與信息和現(xiàn)代管理等技術(shù)相結(jié)合，基于對瓶裝液化石油氣供應(yīng)系統(tǒng)管理的綜合管理平臺，利用構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心和運(yùn)營商無線傳輸網(wǎng)絡(luò)完成對鋼瓶基本信息、充裝信息、運(yùn)輸信息、銷售信息、檢驗(yàn)信息和監(jiān)督管理等信息的采集，從而對瓶裝液化氣物流工程中的各方關(guān)心的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計分析和相關(guān)的管理。

1.系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計（如圖2）

（1）感知層

本系統(tǒng)通過固定于液化石油氣運(yùn)輸車輛、鋼瓶上以及給操作人員的超高頻無源RFID金屬電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)感知對象的識別功能。在各環(huán)節(jié)配備各類閱讀器，實(shí)現(xiàn)對瓶裝液化石油氣物流的智能監(jiān)管。

（2）網(wǎng)絡(luò)層/監(jiān)控層

系統(tǒng)中，RFID手持讀寫設(shè)備和GPS設(shè)備采用電信運(yùn)營商提供的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在各個供應(yīng)站點(diǎn)采用有線的方式接入到互聯(lián)網(wǎng)中，和綜合管理平臺對接。

（3）管理層

數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)層物理上到達(dá)數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心提供的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。

數(shù)據(jù)通過進(jìn)行綜合的分析和統(tǒng)計，在應(yīng)用層為用戶提供綜合展現(xiàn)和服務(wù)。系統(tǒng)的各級用戶都可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行訪問。

2.數(shù)據(jù)采集

液化石油氣鋼瓶物流管理系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段主要管理以下各個環(huán)節(jié)的信息采集：液化石油氣鋼瓶登記備案、鋼瓶充裝環(huán)節(jié)、鋼瓶運(yùn)輸環(huán)節(jié)、鋼瓶銷售環(huán)節(jié)、鋼瓶回收環(huán)節(jié)、鋼瓶檢驗(yàn)環(huán)節(jié)、監(jiān)督環(huán)節(jié)，以達(dá)到對液化石油氣鋼瓶運(yùn)行安全的追蹤、監(jiān)督和管理（見圖3）。

3.身份標(biāo)識管理

為進(jìn)行上述環(huán)節(jié)的管理，首先需要對液化石油氣鋼瓶流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)涉及的相關(guān)人員和設(shè)備進(jìn)行身份管理，包括液化石油氣鋼瓶、液化石油氣鋼瓶運(yùn)輸車、車輛司機(jī)、押運(yùn)員、液化氣充裝員、液化氣用戶。為鋼瓶和運(yùn)輸車發(fā)電子標(biāo)簽，為人員配發(fā)工作卡，為用戶配發(fā)用戶卡。

此外，還需要為檢驗(yàn)站、充裝場站及其工作人員、政府監(jiān)督管理人員配發(fā)相應(yīng)的管理設(shè)備。

充裝場站：建設(shè)充裝控制系統(tǒng)，可以識別鋼瓶電子標(biāo)簽，并根據(jù)鋼瓶的充裝進(jìn)行控制。

押運(yùn)員：手持PDA，進(jìn)行裝車掃描和銷售的掃描。

檢驗(yàn)站：手持PDA，進(jìn)行檢驗(yàn)過程中信息記錄和電子標(biāo)簽的發(fā)放。

政府監(jiān)督管理人員：配發(fā)手持PDA，在日常監(jiān)督中對液化石油氣鋼瓶進(jìn)行抽檢和執(zhí)法檢查、對液化石油氣用戶卡抽檢。

綜合信息管理平臺：系統(tǒng)前端各個環(huán)節(jié)采集的信息通過有線和無線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)統(tǒng)一發(fā)送到信息管理平臺，實(shí)現(xiàn)鋼瓶充裝使用、定期檢驗(yàn)和安全管理的全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理。

（三）關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)管理

1、液化石油氣鋼瓶電子標(biāo)簽安裝

液化石油氣鋼瓶在完成登記備案后，給鋼瓶安裝電子標(biāo)簽，記錄鋼瓶的基本信息，包括：鋼瓶登記注冊代碼、鋼瓶產(chǎn)品出廠編號、鋼瓶出廠日期、鋼瓶型號（容積）等基本信息。

該環(huán)節(jié)應(yīng)由專門的機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對電子標(biāo)簽進(jìn)行初始化信息的寫入，以確保信息的真實(shí)性、正確性和有效性，從而降低充裝單位出現(xiàn)隱瞞情況、造假或修改信息等情況的可能性，保證電子標(biāo)簽初始信息的可信度。

2.鋼瓶充裝環(huán)節(jié)

在充裝環(huán)節(jié)，充裝控制系統(tǒng)首先驗(yàn)證鋼瓶的身份信息，包括鋼瓶是否在有效的使用年限內(nèi)、有效的檢驗(yàn)期內(nèi)、鋼瓶的產(chǎn)權(quán)信息；通過驗(yàn)證后，才可以進(jìn)行充裝。充裝完成后系統(tǒng)自動將充裝重量、充裝員、充裝時間、充裝場站等信息記入鋼瓶電子標(biāo)簽內(nèi)。根據(jù)充裝管理規(guī)定，充裝站只能灌裝本企業(yè)自有鋼瓶或者托管至本企業(yè)的鋼瓶。但實(shí)際上存在充裝企業(yè)充裝其他企業(yè)的不合格或超期未檢驗(yàn)鋼瓶的現(xiàn)象，一旦發(fā)生鋼瓶泄漏，安全事故責(zé)任很難說清。通過電子標(biāo)簽技術(shù)對充裝系統(tǒng)進(jìn)行改造，將能夠?qū)崿F(xiàn)對充裝行為的控制，從而避免出現(xiàn)混淆充裝的情況。

該環(huán)節(jié)的控制將杜絕鋼瓶混淆充裝和充裝非法鋼瓶的現(xiàn)象，從源頭上督促充裝單位落實(shí)鋼瓶安全管理和用戶安全服務(wù)責(zé)任。

3.鋼瓶運(yùn)輸環(huán)節(jié)

在鋼瓶運(yùn)輸裝車時，利用手持設(shè)備在鋼瓶電子標(biāo)簽內(nèi)記錄運(yùn)載鋼瓶的車牌號和時間信息。同時在運(yùn)輸車標(biāo)簽上寫入車輛所載鋼瓶的信息和時間，如果與車載GPS聯(lián)動，還可以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)輸鋼瓶車輛路線、去向進(jìn)行監(jiān)控。

4.鋼瓶銷售環(huán)節(jié)

銷售人員用手持設(shè)備將鋼瓶號和液化石油氣用戶的信息綁定。

5.鋼瓶回收環(huán)節(jié)

工作人員用手持設(shè)備將判斷鋼瓶的產(chǎn)權(quán)信息，產(chǎn)權(quán)匹配后，將液化石油用戶和鋼瓶的信息綁定去除，并回收鋼瓶。

6.鋼瓶檢驗(yàn)環(huán)節(jié)

鋼瓶送至檢驗(yàn)站時，檢驗(yàn)人員用手持設(shè)備掃描鋼瓶電子標(biāo)簽，得出鋼瓶送檢清單；檢驗(yàn)結(jié)束后，檢驗(yàn)人員用手持設(shè)備將鋼瓶的基本信息寫入鋼瓶電子標(biāo)簽。

7.監(jiān)督環(huán)節(jié)

政府監(jiān)督人員定期或不定期對充裝場站充裝的鋼瓶和液化石油氣用戶使用的鋼瓶進(jìn)行抽查或執(zhí)法，發(fā)現(xiàn)不合規(guī)鋼瓶，及時留存證據(jù)。

通過對上述環(huán)節(jié)的管理，可以實(shí)現(xiàn)鋼瓶的有序管理；實(shí)現(xiàn)鋼瓶的充裝控制，只有合規(guī)鋼瓶才能夠進(jìn)行充裝，有效防止混淆充裝和超裝；實(shí)現(xiàn)鋼瓶運(yùn)輸路線的監(jiān)測；實(shí)現(xiàn)鋼瓶物流過程的跟蹤；實(shí)現(xiàn)政府監(jiān)督的實(shí)時和自動化。最終可以實(shí)現(xiàn)瓶裝液化石油氣全流程監(jiān)管和事故可追溯的功能。

四、總結(jié)和展望

按照上述方案建設(shè)市級瓶裝液化石油氣物流系統(tǒng)，可以為政府各部門、供應(yīng)單位、檢驗(yàn)單位提供一個安全管理的信息化交互技術(shù)平臺，實(shí)現(xiàn)對鋼瓶檔案、運(yùn)輸、銷售的自動化全過程管理，使充裝單位、檢驗(yàn)單位、使用單位和政府監(jiān)管部門相互聯(lián)系和溝通更便捷，大大提高安全監(jiān)管工作的效率和質(zhì)量。同時，該系統(tǒng)也可以為液化石油氣用戶提供一個安全驗(yàn)證和查詢平臺，向液化石油氣用戶提供用氣安全信息。

該系統(tǒng)在完成主要功能的同時，還可以為供應(yīng)單位的生產(chǎn)管理提供技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)對鋼瓶充裝、運(yùn)輸、銷售、用戶服務(wù)等環(huán)節(jié)在線實(shí)時調(diào)度管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，整體提高企業(yè)生產(chǎn)效率和服務(wù)水平。

系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)RFID電子標(biāo)簽技術(shù)，形成用戶、充裝單位、檢驗(yàn)單位和政府監(jiān)管部門安全管理的協(xié)同機(jī)制，鋼瓶流轉(zhuǎn)的各個環(huán)節(jié)的信息全部被及時、有效、正確地采集和記錄，并且都可以進(jìn)行事后的追溯與檢查；該系統(tǒng)將為液化石油氣市場搭建一個公平和合法競爭的信息化平臺，使得違規(guī)企業(yè)的任何不良行為都可以得到有效的監(jiān)控和處罰，守法和誠實(shí)經(jīng)營的企業(yè)建立良好的信用，從而使市場秩序逐步良性發(fā)展。

本系統(tǒng)的實(shí)施和推廣將更加有利于公平競爭和誠實(shí)信用的市場經(jīng)濟(jì)秩序的建立，也能夠很好地體現(xiàn)政府職能的轉(zhuǎn)變，提高政府對企業(yè)的監(jiān)督管理與服務(wù)水平。

瓶裝液化石油氣物流監(jiān)管系統(tǒng)對于提高液化石油氣行業(yè)政府安全監(jiān)管和企業(yè)管理服務(wù)水平具有里程碑式的意義，必將引領(lǐng)液化石油氣行業(yè)政府監(jiān)管方式的未來。

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（責(zé)任編輯：趙靜）