移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

路亞 楊睿 陳鑫 彭濟(jì)東

摘? 要：近年來(lái)危化品運(yùn)輸事故不斷發(fā)生，危化品運(yùn)輸車(chē)輛成為移動(dòng)的危險(xiǎn)源，對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大威脅。對(duì)此，智云團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)，將采集到的各項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)危險(xiǎn)源的狀態(tài)檢測(cè)、運(yùn)行監(jiān)控和管理調(diào)度，并運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行事故溯源，可以有效減少事故發(fā)生，降低事故危害。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)危險(xiǎn)源;監(jiān)控平臺(tái);傳感器;大數(shù)據(jù)分析

Abstract：In recent years，the transportation accidents of dangerous chemicals have occurred continuously. The vehicles of dangerous chemicals have become the mobile hazard，which has caused a great threat to the safety of peoples lives and property. In view of this，ZhiYun team has designed and developed a monitoring platform for mobile hazard，which can transmit the collected data of various sensors of mobile hazard to the monitoring platform in real time to realize the state detection，operation monitoring and management scheduling，and use big data analysis technology to trace the source of accidents，which can effectively reduce the occurrence of accidents and reduce losses and hazards.

Keywords：mobile hazard;monitoring platform;sensor;big data analysis

0? 引? 言

全國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品（簡(jiǎn)稱危化品）安全事故呈多發(fā)頻發(fā)態(tài)勢(shì)，危化品易燃、易爆、有毒，危害性大，其對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛、運(yùn)輸人員、運(yùn)輸企業(yè)都有極為嚴(yán)苛的要求，任何一個(gè)環(huán)節(jié)有紕漏，都可能成為觸發(fā)爆炸、泄漏的誘因，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染，重則造成人員死傷，釀成重大安全事故。有數(shù)據(jù)顯示，近幾年，我國(guó)發(fā)生的危化品事故中，77%發(fā)生在運(yùn)輸階段[1]。

我國(guó)有《道路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理規(guī)定》《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》等相關(guān)法規(guī)對(duì)危化品運(yùn)輸在制度上進(jìn)行嚴(yán)格管控[2]。但由于危化品運(yùn)輸?shù)臓可婷鎻V、運(yùn)輸安全要求較為嚴(yán)苛，使得運(yùn)營(yíng)成本較高，運(yùn)輸企業(yè)為提高經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)也常常鋌而走險(xiǎn)。因此，危化品運(yùn)輸安全不能僅依賴于法規(guī)條例和企業(yè)自律，更需要相關(guān)職能部門(mén)在監(jiān)管技術(shù)和手段上先行一步，提高運(yùn)輸過(guò)程的安全系數(shù)，減少事故的發(fā)生。

1? 設(shè)計(jì)構(gòu)想

對(duì)運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行監(jiān)管可以從以下幾個(gè)方面著手：一是對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛嚴(yán)格進(jìn)行隱患排查和安全檢查;二是對(duì)駕駛員的駕駛習(xí)慣進(jìn)行規(guī)范，糾正超速行駛、疲勞駕駛、違法變道等不良駕駛習(xí)慣;三是對(duì)整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和監(jiān)控，規(guī)劃行駛路線;四是采集運(yùn)輸車(chē)輛行進(jìn)中的多傳感器數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患，提前預(yù)警;五是發(fā)生泄漏事故后，科學(xué)、快速、有效地響應(yīng)，減少損失。

移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)的主要設(shè)計(jì)思路概括為以下幾點(diǎn)。

1.1? 行車(chē)前檢查記錄

在運(yùn)輸車(chē)輛業(yè)務(wù)開(kāi)展前，危運(yùn)企業(yè)應(yīng)在平臺(tái)上填報(bào)電子運(yùn)單，上傳危化品名稱、運(yùn)輸車(chē)輛、罐體、駕駛員、押運(yùn)員、計(jì)劃轉(zhuǎn)運(yùn)量等數(shù)據(jù)，相關(guān)職能部門(mén)根據(jù)電子運(yùn)單信息對(duì)信息進(jìn)行核查、放行。運(yùn)輸車(chē)輛行車(chē)前要進(jìn)行各項(xiàng)安全檢查，排除安全隱患，并在平臺(tái)上傳檢查記錄和車(chē)輛關(guān)鍵部位如罐體等的照片。

1.2? 司機(jī)狀態(tài)監(jiān)控

在駕駛室部署監(jiān)控?cái)z像頭以監(jiān)控司機(jī)狀態(tài)，基于圖像處理、人臉識(shí)別分析技術(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)司機(jī)疲勞駕駛跡象，及時(shí)預(yù)警;監(jiān)測(cè)司機(jī)持續(xù)駕車(chē)時(shí)間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)司機(jī)連續(xù)駕車(chē)3小時(shí)以上時(shí)，提醒駕駛員注意休息;發(fā)現(xiàn)司機(jī)在駕駛中打電話、吃東西等行為，對(duì)其進(jìn)行記錄并語(yǔ)音提醒、制止。

1.3? 全程監(jiān)控和實(shí)時(shí)定位

基于北斗/GPS雙模定位，對(duì)車(chē)輛行駛路線和位置進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、車(chē)速測(cè)定，發(fā)現(xiàn)超速行駛或偏離路線情況，及時(shí)記錄和報(bào)警，提醒駕駛員控制車(chē)速、規(guī)范行駛。

1.4? 多維傳感器數(shù)據(jù)采集和后臺(tái)大數(shù)據(jù)處理

除了司機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)采集之外，還要部署多種傳感器采集多維數(shù)據(jù)，完善車(chē)輛狀態(tài)數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)源主要包括：超聲波測(cè)距、溫濕度傳感器（采集廂式車(chē)輛內(nèi)溫濕度）、氣體傳感器（檢測(cè)可燃性氣體泄漏）、姿態(tài)傳感器（檢測(cè)車(chē)輛傾覆）、碰撞傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器（罐體內(nèi)部自帶）。前端數(shù)據(jù)采集模塊采用STC單片機(jī)，采集各傳感器信號(hào)，利用串口傳送至ZigBee模塊，由ZigBee轉(zhuǎn)發(fā)至云端數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。

后臺(tái)大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)是本設(shè)計(jì)方案的核心，其任務(wù)如下。

（1）匯總管理運(yùn)輸車(chē)輛相關(guān)信息、駕駛員信息、平臺(tái)用戶信息、各前端數(shù)據(jù)采集模塊上傳的信息等。

（2）完成司機(jī)人臉識(shí)別、狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并下發(fā)告警信息。

（3）記錄車(chē)輛運(yùn)輸全程各類狀態(tài)信息，以數(shù)據(jù)可視化方式展現(xiàn)出來(lái)，供調(diào)度中心監(jiān)控查看。

（4）進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)安全隱患并提供處置建議，對(duì)駕駛員和監(jiān)控中心發(fā)出警報(bào)信息。

（5）關(guān)聯(lián)監(jiān)管單位聯(lián)系人，在事故發(fā)生后，發(fā)送車(chē)輛位置、運(yùn)載物、狀態(tài)、處置建議等信息。

（6）應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)事故進(jìn)行溯源，發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患或跡象，為后續(xù)安全運(yùn)輸提供決策建議或預(yù)警。

2? 監(jiān)控平臺(tái)需求分析

根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)想，對(duì)移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)需求分析如下。

（1）移動(dòng)危險(xiǎn)源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：主要使用北斗/GPS雙模定位，在定位精度無(wú)法滿足要求時(shí)，加入歐盟伽利略定位系統(tǒng)進(jìn)行判斷;定位模塊在采集到位置數(shù)據(jù)后將其傳入監(jiān)控中心，以達(dá)到對(duì)移動(dòng)危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，最終將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）危險(xiǎn)源運(yùn)輸路況展示：將采集到的數(shù)據(jù)格式化后渲染在地圖上，使得平臺(tái)相關(guān)監(jiān)控人員能夠更加清晰地了解危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)運(yùn)輸情況，方便監(jiān)控等操作。

（3）歷史運(yùn)輸記錄：實(shí)現(xiàn)對(duì)每一次危險(xiǎn)源運(yùn)輸狀況的回看，方便相關(guān)人員追溯責(zé)任、分析大數(shù)據(jù)等。

（4）平臺(tái)指令回傳：主要是讓安全中心的平臺(tái)監(jiān)控人員具備和正在運(yùn)輸危化品的司機(jī)交流的能力。一方面，平臺(tái)可以傳輸緊急的報(bào)警、預(yù)警信息指令;另一方面，平臺(tái)可以發(fā)布公共信息，以幫助司機(jī)更安全地運(yùn)輸危險(xiǎn)源。

（5）路線規(guī)劃：在平臺(tái)，除了可查詢各類危險(xiǎn)源的參數(shù)信息外，還可根據(jù)危險(xiǎn)源的各項(xiàng)指標(biāo)為危運(yùn)司機(jī)重新規(guī)劃路線。

（6）緊急救援：在發(fā)生事故的第一時(shí)間通知預(yù)設(shè)的相關(guān)部門(mén)以減少危化品所帶來(lái)的危害。本平臺(tái)還將提供救援方案輔助決策的功能，可根據(jù)實(shí)時(shí)狀況來(lái)計(jì)算出一種耗時(shí)最短、最有效的救援方案。救援方案通過(guò)應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫(kù)和政府對(duì)危化品事故的相關(guān)處理辦法來(lái)綜合生成。

（7）運(yùn)輸情況記錄：根據(jù)車(chē)輛上安裝的各類傳感器傳回的信息，監(jiān)控平臺(tái)對(duì)車(chē)輛運(yùn)輸情況有一個(gè)總體的判定。無(wú)論是超速警告還是疲勞駕駛警報(bào)，監(jiān)控平臺(tái)的人員都可通過(guò)該模塊來(lái)知曉。同時(shí)平臺(tái)還可根據(jù)該模塊構(gòu)建司機(jī)畫(huà)像，方便后續(xù)為司機(jī)提供個(gè)性化服務(wù)。

3? 監(jiān)控平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

重慶電子工程職業(yè)學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院智云團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)際的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，在和重慶某危化品運(yùn)輸企業(yè)深度合作后，完成了移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)。結(jié)合當(dāng)前主流的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和部署，選擇使用OpenStack云平臺(tái)、Hadoop大數(shù)據(jù)生態(tài)、Java語(yǔ)言、CentOS系統(tǒng)作為技術(shù)選型。

開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用的開(kāi)發(fā)者工具為IntelliJ IDEA 2019.2.3 x64;開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Java 8;Web服務(wù)器使用Apache Tomcat 9.0;數(shù)據(jù)庫(kù)為MySQL 5.7;數(shù)據(jù)庫(kù)操作軟件使用Navicat;OpenStack采用的Mitaka版本。

開(kāi)發(fā)技術(shù)框架包括支撐平臺(tái)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、接口層和用戶交互。具體為：支撐平臺(tái)基于CentOS系統(tǒng)搭建OpenStack+Hadoop平臺(tái);數(shù)據(jù)存儲(chǔ)使用HBase、HDFS，數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL;數(shù)據(jù)層使用Mybatis和Redis，開(kāi)啟事務(wù)管理;業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)，并使用統(tǒng)一日志記錄服務(wù)SLF4J和統(tǒng)一權(quán)限控制Shiro;接口層由多個(gè)服務(wù)API實(shí)現(xiàn);用戶交互使用HTML5和JQuer，并使用前端框架Layui、后臺(tái)模板LayuiCMS、富文本W(wǎng)angEditor進(jìn)行更加細(xì)致的交互實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)在遵循軟件工程的思想下做了更加貼近監(jiān)控人員和司機(jī)使用習(xí)慣的設(shè)計(jì)。根據(jù)監(jiān)控人員和司機(jī)使用場(chǎng)景的不同設(shè)計(jì)了不同的界面，使用者無(wú)論是在移動(dòng)端還是電腦端都能獲得良好的使用體驗(yàn);平臺(tái)啟用全國(guó)范圍內(nèi)的CDN加速，在提升使用者訪問(wèn)速度的同時(shí)也為通過(guò)平臺(tái)發(fā)布消息的及時(shí)性提供了保障;并且團(tuán)隊(duì)編寫(xiě)了完善的使用手冊(cè)，可以讓司機(jī)和監(jiān)控人員很快適應(yīng)系統(tǒng)。

由于行業(yè)的特殊性，需要保證該系統(tǒng)的可用率達(dá)到99.99%以上，即全年業(yè)務(wù)中斷時(shí)間為52分鐘以內(nèi)。對(duì)此，利用云計(jì)算架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在雙機(jī)熱備的基礎(chǔ)上啟用了彈性伸縮和負(fù)載均衡，確保使用者在大部分場(chǎng)景都能夠訪問(wèn)監(jiān)控平臺(tái)并查看信息。團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)表時(shí)參考了信息安全等級(jí)保護(hù)的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，極大地確保了整個(gè)監(jiān)控平臺(tái)的使用安全。

4? 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

根據(jù)圖1所示的架構(gòu)設(shè)計(jì)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了架構(gòu)圖中的各個(gè)層面。依托重慶電子工程職業(yè)學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院的云計(jì)算中心，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)由數(shù)臺(tái)物理主機(jī)組成的支撐平臺(tái)。支撐平臺(tái)內(nèi)存總計(jì)90 G，硬盤(pán)容量總計(jì)50 T，CPU核心總計(jì)50核。同時(shí)在虛擬機(jī)安全組設(shè)置的基礎(chǔ)上也配備了專用的防火墻設(shè)備，從多方面保證監(jiān)控平臺(tái)的安全。移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)分為普通監(jiān)控模塊和大數(shù)據(jù)可視化展示模塊，在普通監(jiān)控模塊中，監(jiān)控人員可以維護(hù)基本信息和查看運(yùn)輸情況，平臺(tái)設(shè)有實(shí)時(shí)的預(yù)警、報(bào)警組件，可讓監(jiān)控人員在第一時(shí)間向司機(jī)發(fā)送消息。移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)大數(shù)據(jù)可視化界面如圖2所示，實(shí)際系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思和需求。

5? 結(jié)? 論

本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控，而監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)來(lái)自于安裝在移動(dòng)危險(xiǎn)源上的多維傳感器數(shù)據(jù)采集模塊。事實(shí)上，常見(jiàn)危化品運(yùn)輸車(chē)輛由于安全要求，禁止直接在罐體部位部署帶電設(shè)備，這給傳感器的部署帶來(lái)一定阻礙。在系統(tǒng)實(shí)施中，氣體傳感器可以采用導(dǎo)流管的形式部署，將導(dǎo)流管部署在罐體易發(fā)生泄漏的部位，使用氣泵抽取導(dǎo)流管中氣體，進(jìn)而進(jìn)行可燃?xì)怏w泄漏監(jiān)測(cè)。這種方式的監(jiān)測(cè)速度和靈敏度都打了折扣，可能會(huì)漏報(bào)泄漏事故。移動(dòng)危險(xiǎn)源監(jiān)控平臺(tái)的意義在于有助于強(qiáng)制性提高相關(guān)從業(yè)人員的安全意識(shí)，規(guī)范作業(yè)操作，并且能夠在事故溯源和大數(shù)據(jù)災(zāi)難預(yù)警上發(fā)揮重要作用。

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作者簡(jiǎn)介：路亞（1981—），男，漢族，河北永年人，副教授，碩士研究生，主要研究方向：云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)和高職教育教學(xué)。