化學品運輸車輛安全監控技術的研究

摘 要：現階段，隨著化學品運輸車輛安全監控技術迅速發展，政府管理部門從政策及資金方面予以大力支持，有力地促進了車輛安全監控技術的發展。然而，傳統的運輸方式以及落后的管理模式在一定程度上影響了化學品運輸車輛安全監控技術，難以保障化學品及車輛安全，進而導致嚴重的安全事故。對此，本研究結合作者的專業知識和豐富工作經驗，重點分析了化學品運輸車輛安全監控技術。

關鍵詞：化學品;運輸車輛;安全監控;系統

中圖分類號：U294.8;TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.019

為保證化學品運輸車輛的安全，要采取監控技術系統實時監控化學品整個運輸過程，更好地保證其安全性。對于安全監控技術系統而言，以GIS、GPS、GPRS以及無線傳感網絡技術為基礎，進一步完善系統軟件架構與功能，強化安全保障性能。

這一系統借助GPS、GPRS等技術，可實時跟蹤與監控運輸車輛，也可使用GIS，全面檢索、分析與管理運輸車輛信息。針對化學品運輸車輛安全監控而言，必須保障其科學性，預防安全事故的發生。

1 化學品運輸車輛安全監控關鍵技術

1.1 GPS系統

GPS被稱之為全球定位系統，其是一種價格較低、實用可靠的服務，是在全世界范圍內精準定位的一種工具[1]。20世紀50年代，美國軍隊開始了對GPS的研究，其根本出發點在于為海陸空領域提供全球性、24 h不間斷、實時導航服務，也可用于收集情報、應急通信等軍事需求。經過通過二十多年的研究，GPS系統于1994年建成，由24顆衛星組成，覆蓋了98%的區域范圍。

從組成模塊分析，GPS系統由空間部分（衛星）、用戶部分（接收機）、控制部分（管理與控制臺）三部分組成。與其他系統相比，GPS系統具有覆蓋面廣、系統功能多樣、定位精準、觀測時間短、抗干擾強等優勢，具體表現為：

第一，GPS系統持續性覆蓋了全球大多數地面。GPS衛星較多且均勻分布，可為世界各地的用戶提供24 h不間斷服務。同時，空間對野外作業的限制較小。

第二，GPS系統擁有多樣化功能，且精準度高。該系統不僅具有導航、測量等功能，而且能夠對運動物體測時、測速，測速精準度達0.1 m/s，測時精準度甚至達到毫秒級。GPS相對定位精度在50 km內的誤差有6 m～10 m，1 000 km誤差只有9 m～10 m。

第三，觀測時間短。現階段，針對20 km以內的相對靜態定位而言，GPS系統只需15 min。針對快速靜態相對定位而言，觀測時間只需要2 min。

第四，GPS系統具有較強的抗干擾性、保密性。GPS觀測能夠在一天中的任何時間進行，惡劣天氣及夜晚對其的影響較小。另外，GPS系統使用了偽碼擴頻技術，其信號難以被破譯，具有較強的抗干擾性與保密性。

針對以上四點，GPS的特征表現在GPS系統覆蓋面廣、系統功能多（測速、測時、定位）、定位精度高、系統抗干擾性強、用戶無須付費等多個方面[2]。

1.2 GIS技術

GIS即地理信息系統由多個學科交叉發展而來，是一種采集、管理、描述、判斷分析地球表面及空間與地面分布相關地理數據信息的一種管理系統，是以地理空間數據庫為前提，在計算機軟硬件基礎上，確保空間數據得到全面采集，并完成操作、管理、模擬和顯示等操作，在引入地理模型分析手段后，及時獲取大量空間動態地理信息，提供地理數據研究、管理、定量分析與決策等服務。

通過提供多元化空間與動態地理信息，GIS能夠為地理研究提供服務。其根本目的在于把信息數據轉變為地理圖像，形象生動地展示給用戶，并給予數據瀏覽、操作與分析等功能，其顯示范圍可以是全球任何地方，地理環境顯示十分精確。

1.3 GPRS技術

GRPS即通用分組無線服務技術，為歐洲電信協會GSM系統內分組數據相關標準[3]。GPRS能夠借助中國移動全國通信網絡，為用戶提供便捷服務。該技術具有較高的傳輸率，其速度可達到58 Kbps，能夠滿足一般用戶的需要。

GPRS根據流量計費，只是在發送、接送數據時占用資源，這時用戶一直處于在線狀態，使用成本較低。GPS接入時間較短，能夠迅速連接，往往在2 s內接入。

GPRS主要包括兩種應用：其一，面向集團用戶縱向應用;其二，面向個人用戶橫向應用。本研究安全系統采取GPRS的縱向應用。

GPRS原理示意圖如圖1所示。

2 化學品運輸車輛安全監控系統

2.1 總體方案

如圖2所示，該系統以GPS、GPRS無線通信、計算機網絡技術等為基礎，設計了前端數據采集系統、后臺數據監控中心兩部分[4]。

前端數據采集系統引入性能較高的微控制器為基礎，全面監測車輛狀態，并借助無線傳輸通路GPRS同監控中心實時交互數據。

后臺數據監控中心由通信服務器、數據庫服務器和監控主機構成，實時接收車輛的各種參數，動態監控運行車輛，第一時間發布車輛預警及風險提示，并全面匯總相關統計數據。

2.2 監控系統的硬件系統設計

該系統設計主要針對主流車型“斯太爾”系列，硬件接口及數據采集方面同時兼顧了其他車型。硬件設計引入了較為成熟的主流電子技術和芯片，科學配置產品型號，保障整個系統的穩定性。系統預留了多個數據接口，為硬件移植到其他車型提供便利。該系統硬件擁有CAN總線接口，順應車輛電子技術發展趨勢，有利于車輛數據接口相連接，且設計了LCD顯示屏數據接口，便于系統升級，在采集運輸車輛數據時更加精準高效。

在軟件設計方面，安全、便捷是其關注的重點，積極預防非法人員或授權級別不高人員的錯誤操作，避免導致數據出錯或丟失。另外，設計警告提醒功能，采取按鍵操作，為管理人員與操作人員提供便捷。

監控系統由主CPU控制器、GPS/GPRS定位通訊模塊、數據存儲模塊、數據采集監測模塊、顯示模塊等構成。硬件框架圖如圖3所示。

2.2.1 GPS/GPRS模塊

對于GPS而言，定位導航是基礎性應用。GPS技術主要用于監控移動目標，其他監控方法無法替代。GPRS無線通信網絡則采用高速分組數據業務與IP技術，擁有153.6 kb/s數據速率，廣泛應用于電力、物流與交通等行業和領域[5]。

該系統以GPRS無線通信模塊為核心、允許寬帶無線網絡GPRS的嵌入式通信。在監控中發揮GPS定位作用，可以全面獲取各個車輛的位置信息，在GPRS無線電通信網絡的支持下，由監控中心接收相關數據。

2.2.2 主控CPU芯片

主控CPU芯片是一種擁有ARM7內核的LPC2292。其中，LPC2292是一種具有實時仿真、跟蹤的ARM7TDMI—S CPU芯片，內部整合了同片中存儲器控制器接口的ARM7局部總線、AMBA高性能總線、VLSI外設總線，且設計了256 kb高速Flash存儲器。

LPC2292不僅封裝不大，而且節約能源，安裝了一定數量的32位定時器、UART、I2C、總線接口和外部中斷等，在汽車控制電路主控CPU中發揮積極的作用。

2.2.3 數據存儲模塊

在數據存儲過程中通過設置FLASH芯片，可以保證容量實現提升，自動保存掉電數據[6]。在計算機中讓本地網口和終端實現通信，操作便捷，存儲數據較多。傳輸方式可采取USB方式，則是USB連接線將終端與管理計算機相連接，形成數據通信鏈路。與RS232串行口相比，其數據傳輸速度更快，可迅速提取車載數據。

2.2.4 數據采集監測模塊

第一，發動機信號采集。主控制器模擬量通路廣泛采集以電壓形式表達的發動機溫度、壓力等相關傳感器信號。這些信號可通過調用采集函數采集，也可設定定時單元，自動根據周期順序采集。系統處于初始化階段時，用戶考慮到現實需求，確定所有通路采集手段，確保及時掌握離合器與剎車等開關量信號，結果賦值給指定的全局變量，并將其保存在FLASH中，用戶可根據需求讀取。

第二，輪胎壓力監測。在每一個輪胎上安裝一個從機（信號發射器、壓力傳感器、控制單元和電池組成）[7]。監測模塊則是由信號接收器、控制單元、顯示裝置等組成。將監控指令發送出去后，從機開始檢測車胎的壓力。在控制機電池能量損耗過程中，其他時間從機一般保持休眠狀態。

當汽車車速大于設定的閾值時，控制單元無線收發器間隔一段時間便會發出車胎壓力檢測信號，從無線接收機接收后，由壓力傳感器完成對溫度、壓力等檢測。

第三，汽車轉向監測。對于汽車轉向監測而言，在設置橫擺角度傳感器后，讓汽車在垂直軸方向偏轉，這一偏轉大小反映了汽車的穩定程度。如果偏轉角度達到最高值，這表明汽車會出現側滑、甩尾的安全隱患，系統便可迅速發出警報。

如果汽車在垂直軸線上存在偏差，傳感器內微音叉振動平面會發生變化，改變輸出信號后，準確得出橫擺角度。

第四，防盜防泄漏監測。通過液化氣體檢測傳感器，全面監測車身入口泄漏情況，并檢測外圍電路防電防爆情況，查看信號是否實時傳輸到監控系統中，以無線通信網絡為基礎，將其傳輸到監控中心，雙重監測，避免化學物品被損傷，預防事故發生。

第五，行車車速狀態監測。車速監測主要是依靠霍爾式集成傳感器，可迅速從車速表接線端子獲取車速相關數據，采集信號較為便捷。接著通過車速表端子將信號傳輸至光耦4N35隔離，并由集成運放LM358D接收，消除干擾因素，在358輸出端（7腳）向NPN三極管9013傳輸信號后，完成次級放大。

雙軸加速度傳感器（X軸、Y軸）與信號處理電路、信號放大電路、模擬濾波、AD轉換電路是汽車狀態檢測電路的主要部分，能夠監測汽車靜止、加速以及轉彎等信息。

第六，視頻監測。視頻監測重點監測貨物、駕駛室。選擇GPS+DVR一體結構，在貨物出入口位置安裝兩三路攝像頭，SD卡為儲存中心，同步記錄與保存車輛運輸過程中音視頻及地理位置相關信息，收車后監控中心可通過讀取儲存信息，再一次核實運輸過程中貨物情況，避免貨物被盜取或損壞。

同時，選擇在1路攝像頭接入圖4監控系統的硬件示意圖到駕駛室，可實時監控司機駕駛情況（違規停車、下車），該路信號主要采取實時上傳的方式。

3 結語

對于化學品運輸車輛安全監控而言，要積極使用各種監控裝置，全方位檢測汽車各項參數，并引入一些現代化、最新的信息技術，為后臺提供多樣化的參數。

當后臺遇到突發狀況時，跟蹤中心可迅速制定應對措施，很多化學品運輸企業已經引入了這一種監控體系，降低了事故發生風險，而在未來，運輸車輛監控體系將日趨完善。

參考文獻

[1] 李升朝，白雪萌，吳越.基于智慧監控平臺的陜西“兩客一危”道路運輸安全分析[J].重慶交通大學學報（社會科學版），2021，21（3）：37-42.

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[3] 叢劍.原油運輸車輛安全監測與防范分析[J].全面腐蝕控制，2020，34（2）：96-98.

[4] 泉州市交通運輸局.關于全面推進重點道路運輸車輛使用智能視頻監控（主動安全智能防控）衛星定位裝置的通知[J].泉州市人民政府公報，2020（1）：39-40.

[5] 馬艷.基于安全為核心的貨運汽車車聯網安防系統設計[J].小型內燃機與車輛技術，2018，47（4）：57-59.

[6] 呂婧，李嬋平.客貨滾裝碼頭車輛定位系統需求分析和技術實現[J].水運工程，2018（8）：104-108.

[7] 李成利.基于物聯網的危化品物流車輛安全監控系統上位軟件研究[D].濟南：山東財經大學，2018.

作者簡介：王學綱（1971—），男，北京人，執業注冊安全工程師，研究方向：危化品安全。