車載危險品在途運輸的智能跟蹤監控系統實現

鄧新莉

(重慶廣播電視大學，重慶　400052)

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車載危險品在途運輸的智能跟蹤監控系統實現

鄧新莉

(重慶廣播電視大學，重慶400052)

摘要：為杜絕車載危險品在運輸過程中發生泄露、丟失和爆炸等惡性事故，探討了一類遠程實時動態跟蹤監控系統。文中剖析了產生惡性事故的原由，針對惡性事故產生的條件和觸發因素討論了系統的架構，基于GPS定位與GPRS通信，設計了車載數據采集收發終端和監控中心的通信、電子地圖加載、數據庫以及監控報警等功能模塊，實現了一個實時的動態跟蹤監控系統原型。初步試驗驗證了該監控系統能完成車載危險品在途的遠程動態跟蹤監控功能。研究表明：實時動態跟蹤監控系統可為車載危險品在途運輸安全提供有效的技術支撐。

關鍵詞：危險品運輸；GPRS；電子地圖；B/S結構模式；在途監控

近年來車載危險品在途運輸中發生因泄露、丟失和爆炸等引起的特大惡性事故給人們以嚴重教訓[1]，并引起了社會各界的高度關注[2]。危險品具有易燃、易爆、劇毒、腐蝕與放射等特性，在運輸過程中如果受熱、遇明火、碰撞、振動、摩擦等觸發因素影響，極易引發火災、爆炸、中毒、輻射等重大事故。為杜絕惡性事故發生，對車載危險品在途運輸進行實時跟蹤監控有重要的現實意義。盡管目前這方面已經取得了許多應用研究成果[3-5]，鑒于該問題的復雜性，仍有必要對其進行深入探討。

1實時動態跟蹤監控系統結構

實時動態跟蹤監控系統結構如圖1所示，由車載終端、GPRS網絡與監控中心組成。

圖1　實時動態跟蹤監控系統結構

監控中心、GPRS網絡與車載終端分別負責對危險品載車進行監控、報警與調度，監控中心與車載終端的通信，車輛運行、危險品狀態以及GPS定位參數的檢測。監控中心配置通信、電子地圖加載、數據庫與監控報警等功能模塊，借助通信網絡實現與車載終端的通信，并提供GIS人機界面，向車載終端發送指令。監控中心配置的通信、數據庫與后臺處理服務器分別用于實現與GPRS網絡之間的通信、數據存取和信息處理功能。其中，后臺服務器與所有服務器相連，并協調其通信，充當控制樞紐角色，統一協調系統各項任務。車載終端模塊負責提供車輛、危險品狀態與GPS參數。車載終端負責提供車輛、危險品與GPS的實時狀態數據。其中：車輛狀態包括發動機、底盤、車身與電氣設備等的參數；危險品狀態有溫度、濕度、濃度、密封性(放射性)、壓力、加速度、傾角、液位等參數；與GPS相關的有緯度、經度、GPS定位狀態、車輛運動方向、速度、海拔等參數。

2監控系統設計

車載危險品在途實時動態跟蹤監控必須具備如下功能[6-7]：基于Web GIS地圖，實現對運輸車輛位置的GIS跟蹤；基于車載終端，實現對危險品種類、運輸車輛編號等危險品狀態的數據信息查詢；基于歷史狀態數據儲存，實現對歷史數據的查詢與軌跡回放；基于狀態參數預警，實現對危險品的閾值管理與預警；基于各種控制命令，實現對信息的相關管理。

2.1車載終端系統

車載終端狀態監控既涉及危險品的狀態參數，也與車輛的地理位置與車輛本身狀態以及車輛所處環境的狀態參數相關，車載終端系統的地理位置相關信息數據可借助GPS獲取，其他狀態數據信息由車載終端系統自動采集。鑒于車載終端狀態數據既包括了分布在車廂內也涵蓋了行駛車輛外部的溫度等采集的環境參數，故不便以布線方式采集。而基于無線傳感器網絡WSN的車載終端分布式狀態監控系統方案是可取的，因此設計中選取基于ZigBee和GPRS的無線通信方式進行數據傳輸。本地數據采集傳輸由ZigBee實現，傳感數據到監控中心的遠程數據傳輸借助GPRS完成。Zigbee適用于遠程監控領域的自動監控，是一種近距離低成本的雙向無線通信技術。WSN網硬件采用 2.4 GHz波段的ZigBee設備實現，有助于降低成本和推廣應用，因為它是一個全球統一無需申請就可使用的頻段。監測節點在2.4 GHz頻率下包括16信道，其傳輸距離為10～75 m，數據傳輸率為250 kbps，只要在車載終端和車輛沿途配置Zigbee監測節點，就可滿足車載終端的無線聯網和監控需求[8-11]。

2.2監控中心與通信系統設計

通信系統負責與各車載終端建立與維護通信鏈路、收發數據，是監控中心與車載終端的信息傳輸通道。實現的具體功能有：建立監控中心與移動車載終端間的通信鏈路；接收并校驗車載終端發送的數據；按照數據封裝協議，將車載終端數據解析為有實際意義的數據；將解析后的數據按照數據庫表的結構分類存入數據庫；監控中心對接收數據綜合判斷后發布相應的提示信息至車載終端。通信采用TCP/IP協議，監控中心與車載終端的通信采用TCP協議提供的實時雙向傳輸通道，可以保證數據傳輸的正確性，雖然GPRS網絡對TCP鏈路也存在限制，但它是基于Socket的網絡編程，應用程序無須直接接觸網絡接口就可以收發數據包。

2.3系統數據庫設計

監控中心的后臺數據庫承載著危險品與車輛狀態等數據信息的存儲，是監控系統的信息樞紐。監控系統數據庫必須按照組織合理、結構清晰、冗余度低、便于操作、易于維護與可擴充性良好等設計原則進行合理設計。監控系統數據庫存放基礎信息、GPS定位與地理信息等數據，其中：基礎信息數據庫用于組織和存儲相關對象的屬性信息，包括危險品預警閾值、危險化學品、運輸車輛與駕駛員情況等數據表；GPS定位數據庫用于存儲危險品運輸車輛的經緯度數據信息，也可存放車載終端位置軌跡、車載終端編號、車載終端指令收發信息與報警信息等數據表；地理信息數據庫用于組織和存儲危險品在途監控地理分布等空間數據表。

數據庫的訪問通過數據表實現，監控中心數據庫包括靜態和動態數據表。其中，靜態數據表是系統長期保存的，其內容一般不發生變化；動態數據表是在車輛運輸危險品時動態建立的，內容可實時更新。各數據表之間的關系按照“編號”區別，其間的關系如圖2所示，其中，靜態數據表用黑體線框表示。

圖2　數據表之間的關系

2.4電子地圖

權衡電子地圖功能及加載速度、跨平臺使用性能與實現難易程度等諸多影響因素，設計中選用第三方Web GIS電子地圖引擎設計構建電子地圖平臺，以實現對危險品車載終端的定位跟蹤[12]。由于其軟件系統在服務器端都配備了相應的桌面GIS軟件，客戶端可借助Internet直接向服務器端發送其桌面軟件支持的空間查詢命令，將運輸車輛定位顯示在電子地圖上。借助地圖匹配技術，監控系統可校正各種誤差，使危險品車輛準確地定位在某一條道路上，比較精確地顯示在電子地圖上。

3監控系統實現

監控中心承載著對危險品載車狀態的實時動態監控與歷史數據查詢的功能，其中，后者用于實現歷史數據的追溯查詢。系統采用B/S結構模式實現對危險品的實時定位、狀態參數的顯示、歷史數據與軌跡查詢以及運輸車輛狀態參數查詢，監控中心數據庫選擇SQL Server 2000，基于GPRS-Internet通信方式實現對傳感數據的采集與相關命令的下達以及異地辦公的監控。

3.1信息管理

信息管理模塊負責對用戶、車輛、報警與控制命令信息進行管理。用戶管理模塊進行相關參數讀取、配置文件、系統初始化及用戶登陸驗證流程后，才有權使用系統。其配置文件為WXPJC.ini：

[General]

DSN=WXPJC //數據源，用戶配置即可

UID = name //數據庫登陸用戶名

PWD = password //數據庫登陸密碼

[NET]

IP = xxx.xx.xx.xxx//監控中心服務端IP

Port = xxxx//通信端口

報警管理模塊涉及對alarm_class、alarm_class_vehicle和alarm_class_goods 等3個數據表的管理操作，它們分別對應于窗口中的報警定義欄、車輛狀態定義欄和危險品狀態定義欄。該模塊包括車輛信息輸入、查詢、修改刪除3個子功能模塊，定義了報警狀態參數，用于對所有車輛的靜態信息進行管理?？刂泼罟芾砟K將命令定義、發送命令和調度信息的管理功能集成到一個窗口。其中：命令定義管理欄是對系統命令進行管理；發送命令和調度信息管理欄是向目標車輛發送系統命令和調度信息，其發送命令(調度信息)的過程是：根據目標車輛的車輛編號，從數據表work_vehicle中查詢出IP地址和端口，然后把命令連同IP地址和端口號傳給通信模塊，并存入work_command_send數據表中，通信模塊根據IP地址和端口號查找通信連接，并轉換命令為通信協議格式，然后發送給目標車輛。

3.2實時監測

該監測模塊具有分類監測與報警提示兩種功能。分類監測可按貨物種類、車輛型號、集裝箱號、駕駛員信息實時監測危險品及運輸車輛的狀態信息。如果危險品與車輛的實時狀態異常，監控界面的報警提示標志會不斷閃爍。

3.3歷史記錄查詢

歷史查詢用于對在途危險品各類信息實現信息追溯，包括對車輛編號與時間，危險貨品的溫度、濕度、煙霧、傾角、振動等的記錄，物流信息，運輸車輛信息以及報警記錄進行追溯與查詢，可實現對歷史數據信息的在線查看，其監控界面之一如圖3所示。

3.4GPRS通信實現

圖4描述了GPRS通信方式下指令下發的實現過程。

圖3　監控界面

圖4　GPRS發送數據過程

3.5Web GIS平臺實現

在車載危險品監控系統中，通過Google Maps API及其提供的相關功能，可將監控中心網站與Google Maps衛星地圖相結合，共同實現車輛的軌跡描繪與定位等功能。其步驟是：在Google的網站注冊后，按照Google提供的Key，就可將 Google Maps嵌入網頁。在生成地圖的過程中，將Google提供調用地圖代碼寫入用戶的網頁中，如：