輕質油品罐車GPS遠程鎖控監管系統

王明吉 陳麗楠 張 晨 張 勇 曹 文

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

輕質油品罐車主要擔負著汽、柴、煤等成品油的運輸任務，由于其移動性強、裝卸油地點多，管理上有很大難度，存在許多漏洞，經常出現中途卸油及“跑私活”等非法現象。為此，有關部門采取了許多管理方法和技術措施，也收到了一定的成效。

輕質油品罐車曾采用的防盜油手段主要有常規鎖、GPS車輛運行狀態蹤跡記錄[1，2]及電子鉛封[3]等，由于這些方法各自存在一定的缺陷，無法從根本上解決輕質油品罐車運輸過程中存在的問題。常規鎖盡管具有攜帶和使用方便、成本低等優點，但是由于鑰匙易于復制、可管理性差，不易監控，很難真正防止丟油事件的發生；GPS車輛運行狀態蹤跡記錄，只能對車輛的運行過程和狀態進行管理，無法監控裝卸油的具體操作過程和工作狀態，發現非法現象也只能進行事后檢查推測，缺乏有效依據；電子鉛封，尤其是電子鉛封與GPS、GSM相結合，能有效地解決常規鎖和GPS車輛運行狀態蹤跡記錄存在的問題，但仍不能對罐車裝卸油閥門的啟、閉進行控制，無法徹底解決丟油事件的發生。

筆者介紹了一種輕質油品罐車GPS遠程鎖控監管系統，它集成了GPS、GPRS、電子密碼鎖及微控制器等先進技術[4]，用衛星定位信息作為“軟鑰匙”來控制電子密碼鎖，使得輕質油品罐車只能在指定的地點開、關鎖，一舉解決了上述所有問題，從根本上杜絕了輕質油品罐車丟油事件的發生。

1 監管系統的設計思路及工作原理①

以全球衛星導航定位系統和互聯網為骨架，將GPS定位信息作為移動的、無形的、不可復制的、杜絕人為因素的鑰匙來控制安裝在輕質油品罐車灌口和泵箱上的電子密碼鎖，從而實現只能在指定地點開、關鎖和裝卸油，這就是設計輕質油品罐車GPS遠程鎖控監管系統的核心思路。

該監管系統由監控中心和車載監控單元兩大部分組成。在監控中心運行電子地圖系統、圖形化監控管理系統和數據庫系統，監控車輛的位置、工作狀態和歷史工作記錄，同時負責發布調度指令及事故處理等；在輕質油品罐車上安裝車載監控單元，實現GPS數據定位和傳送、控制鎖控系統并監測其工作狀態、監控中心控制命令的接收與執行以及報警信息的傳送等功能。監控中心與車載監控單元使用GPRS進行連接和通信。

系統運行時，通過GPS實時獲取罐車的位置數據，當罐車處于可以進行裝、卸油操作的區域時，微控制器對相應電子密碼鎖發出解鎖指令，允許進行裝油或卸油操作。同時，微控制器實時檢測電子密碼鎖和車輛的狀態，在發生異常時通過GPRS發出報警信號。當臨時改變裝、卸油操作地點或增減裝、卸油操作地點時，可以通過GPRS實現遠程更新。系統實時記錄車輛運行蹤跡及各種操作，通過GPRS實時上傳到監控中心，以便及時查詢和處理。

2 監管系統的基本構成

2.1 監控中心

監控中心由監控管理工作站、電子地圖工作站和相應的軟件構成(圖1)。

圖1 監控中心結構示意圖

監控管理工作站。它是系統的核心和管理者，由安裝有監控管理軟件和SQL Server數據庫的高性能DELL服務器承擔，通過Internet與車載監控單元通信。系統運行時，監控管理工作站負責發送指令給所有車載監控單元，并且接收所有車載監控單元回傳的定位、報警數據，同時完成相應的顯示、監控、分析、查詢和記錄工作。數據保存在數據庫中，保證車輛運行數據可靠存儲和查詢。

電子地圖工作站。運行電子地圖系統，通過Internet與車載監控單元通信，使用圖形化方式進行車輛的監控，實現車輛實時軌跡和狀態的記錄與回放。監控系統可對多目標車輛同時進行全程監控。

2.2 車載監控單元

車載監控單元[5]安裝在罐車上，由主控板、GPS模塊、GPRS模塊、存儲單元、鎖控系統、語音系統板以及后備電源等部分組成(圖2)。車載監控單元主要完成GPS定位數據和報警信息的傳送、監控中心控制命令的接收和執行、鎖控系統工作狀態的檢測以及電子密碼開關鎖。其中鎖控系統包含3個分控板，分別安裝在罐車的兩個裝油罐口和卸油泵箱上。

圖2 車載監控單元結構示意圖

主控板。由單片機系統構成，負責讀取GPS模塊發送的GPS定位數據，與裝卸地點數據進行比較，當判定罐車到達裝油區域內時，發送指令自動打開罐口電子密碼鎖，當車輛離開裝油區域時，自動上鎖。同時，對卸油泵箱的工作狀態進行檢測，當發現開關工作異常時，發送報警信息至監控中心，并通過語音系統通知車上工作人員；在罐車到達和離開卸油區域期間，對罐口進行檢測，當發現開關工作異常時，發送報警信息至監控中心，并通過語音系統通知車上工作人員。在車輛運行期間，工作狀態信息(開、關鎖及報警情況等)都被記錄到主控板上的FLASH存儲器中，隨后通過GPRS發送到監控中心數據庫保存。

GPS模塊。GPS模塊負責GPS定位信息的準確獲取，采用Trimble Lassen IQ12通道寬溫低功耗GPS OEM模塊，與主控板采用RS232接口，通過饋線外接無源天線。

GPRS模塊。負責提供數據實時鏈路，保證最大條件下數據的可靠連通。采用SONY Ericsson GPRS移動通信專用模塊，該模塊自動雙頻，采用標準SIM卡，與主控板采用RS232接口，支持語音、FAX、SMS，可實現實時和半實時通信。該模塊在主控板的控制下與監控中心連通，接收監控中心的指令，發送工況數據。

鎖控系統。受主控板的控制，鎖控系統進行可靠的開/關鎖操作。由于該部分是在裝油罐口和卸油泵箱附近安裝，設計中保證按照安全防爆要求進行。在接收到開鎖或關鎖指令時可靠打開或關閉電子鎖，同時電子鎖的狀態被主控板有效檢測，以防被人為打開破壞。

語音系統。車載語音系統用于在工作時為操作者提供語音信息，設計采用全中文語音合成技術，操作人員進行操作(開/鎖或有報警)時，都由語音播放通知。監控中心也可以通過GPRS發送語音數據到指定的車輛上，利用該子系統播放給車上人員。

后備電源系統。車載單元平時工作使用車載電瓶電源，在車載電瓶掉電或遭到人為斷電時自動切換到后備電源上，同時發出電源掉電報警給車上操作者和監控中心。該后備電源能有效保證系統電源中斷后正常工作3h。

3 監管系統功能、特點和技術指標

3.1 主要功能及特點

輕質油品罐車GPS遠程鎖控監管系統的主要功能及特點為：

a. 以運單方式設置運輸車輛的合法裝卸油區域，當需要臨時改變或增減裝、卸油地點時，可以通過GPRS實現遠程更新。

b. 分權設置了3種開鎖操作方式(射頻卡[6]，現場操作員使用；密碼鎖鑰匙，自動運行；緊急開鎖鑰匙，公司管理人員使用)，可保證在罐車運行的不同狀態下打開電子密碼鎖。同時，對非接觸射頻卡進行管理發放。

c. 記錄車輛運行軌跡，電子地圖顯示車輛運行狀 ，可進行多目標同時跟蹤，最多可同時跟蹤50臺運輸車輛。

d. 當車輛在非法區域出現閥門未關或鎖控失常等異常狀態時，及時有效檢測并上報至監控中心。同時，利用語音系統對司機或有關人員進行提示告警。

e. 當車輛遇險、發生交通意外或被劫時，駕駛人員可利用隱蔽開關向監控中心報警，以便及時處理，確保車輛和人員安全。

f. 車載監控單元采用防水、防塵、防振、防爆和寬溫度設計，保證系統能夠在比較惡劣的環境下可靠運行。

3.2 技術指標

經單元測試、系統測試、實際運行測試，該系統達到的技術指標為：水平方向定位精度5～8m；再次定位時間小于2s；報警響應時間小于10s；中心命令響應時間小于20s；系統通信距離為GSM網絡覆蓋區域；電源為9～36V(DC)；后備系統工作時間為3h；工作溫度范圍為-40～85℃。

4 應用實例

輕質油品罐車GPS遠程鎖控監管系統研制成功后，安裝在大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司的汽油運輸罐車上，進行了3個月的試運行，經完善和改進后，于2012、2013年分別推廣應用于該公司的其他汽油運輸罐車上。

由于采用了全新的設計理念，融合了多項先進技術，了解輕質油品罐車裝、卸油和運行狀況，掌握常見的偷油方法和防范措施，因此，該系統技術先進，針對性和實用性強。另外，多臺車長時間連續運行的結果證明，該系統不僅全面實現了上述功能和指標，而且工作安全、穩定、可靠，管理和升級方便，運行維護費用低，徹底杜絕了輕質油品罐車丟油事件的發生，受到使用單位的認可和高度評價。

5 結束語

輕質油品罐車GPS遠程鎖控監管系統不僅能夠滿足輕質油品罐車的監管需要，而且能夠較方便地推廣應用于其他物流運輸車上，但其價格高和抗破壞性不強的問題仍需進一步解決，以使系統更加完善，便于推廣。