核廢料智慧運輸監管系統設計與實現

陳建廣，曾淏宇，敖 楊，陳佳俊，陳曉麗，褚永彬

（1. 成都信息工程大學 資源環境學院，四川 成都 610200；2. 中核404有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

目前國內已有車輛定位、導航產品投入核廢料運輸的使用，但仍然存在一些問題，主要體現在山區等地理位置信息的穩定性，以及核廢料全生命周期管理機制中的運輸管理可以進一步優化。為了解決上述問題，本文提出了一種基于物聯網技術，實現核廢料、倉庫、運輸車輛之間的關聯，將核廢料從產生到存放、運輸、處理等不同環節聯系起來，利用北斗高精度定位解決核廢料的去向，實現核廢料的管理[1-5]。

1 系統需求分析

核廢料智慧運輸監管系統將試圖改善和解決如下問題：

1）核廢料運輸過程中的位置信息不夠完善。核廢料物流車輛GPS 雖然能監控車輛的即時行車狀態，但在移動通信中斷，電力中斷或移動通信無法覆蓋GPS終端的情況下，會出現監控盲區。

2）核廢料的管理缺乏系統化的位置服務。通常情況下核廢料的管理只是給予了核廢料屬性信息的管理，但并不能及時將核廢料屬性信息與具體的位置信息相關聯，獲取信息的途徑還比較繁瑣。

3）核廢料的管理還缺乏更加完善的可視化管理。在核廢料整個生命周期的管理過程中，還存在某些管理上沒有可視化，或者缺乏系統的可視化。

核廢料智慧運輸監管系統在核廢料產生時便建立核廢料唯一識別碼標識字段，通過物聯網和北斗等技術確定核廢料與存放地點、運輸車輛、處理場所之間的聯系，合理地解決了核廢料的處置，以便各個時期對核廢料進行各種管理工作，最終完成了核廢料來源規劃、運輸監控、中繼存儲，直到處理完善這一智慧運輸監管中的信息與過程的可視化智慧監測與管理系統的設計。

2 關鍵技術

2.1 基于物聯網技術的核廢料物-庫-車聯動

在核廢料的智慧運輸監管環節中，核廢料與倉庫、車輛等之間產生關聯。常規的方式是在數據庫中通過主鍵建立對象之間的聯系，但這種方式操作步驟繁瑣，容易遺漏，無法實現無縫全程的管理。

本文通過物聯網[6]和北斗定位導航、精密授時、短報文通信技術，基于核廢料的唯一身份編碼：①自動獲取核廢料、集裝箱、運輸車輛、司機ID、倉庫、車體內部輻射探測信號等相關屬性信息；②實時更新入庫、運輸、出庫、處理等時間與空間信息；③完成倉庫存儲信息的自動更新；④實現值守事件信息合理的加密記錄、歸檔上報、解密查詢等功能；⑤結合核廢料相關的屬性、時間、空間、事件四元素，實現核廢料智慧運輸監管的物-庫-車時空聯動，如圖1所示。

圖1 基于北斗與物聯網技術的核廢料物—庫—車聯動

2.2 基于北斗的實時定位與短報文功能

在核廢料的智慧運輸監管的來源、存放、運輸、處理等環節中需對核廢料進行無縫隙實時定位。

北斗實時定位技術是指基于北斗的網絡RTK實時定位技術[7]，此技術能夠達到相關技術規范標準且滿足用戶實際生產需求。北斗實時定位技術為本研究提供了技術基礎。

北斗系統的短報文通信，是指北斗地面終端和北斗衛星、北斗地面測控總站之間能夠直接通過衛星信號進行雙向的信息傳遞，通信以短報文（類似手機短信）為傳輸基本單位。此技術已廣泛應用于遠程終端監控[8]。北斗短報文功能完備了實時定位，也為本研究提供了技術基礎。

在核廢料出庫后，車輛在運輸過程中會按照規定的路線前進，如若遇到突發狀況如核泄漏、意外車禍、道路阻塞等，監控中心需及時做出指令，以便進行及時救援或運輸路線的重新規劃，保證運輸車輛能安全準時抵達目的地。此時需通過在車輛上搭載北斗芯片，運用基于北斗的網絡RTK實時定位技術，來實時監測運輸車輛的位置信息。當在偏遠山區等地區移動通信中斷，電力中斷或移動通信無法覆蓋北斗終端的區域，便以北斗短報文進行信息交互，實現實時定位的功能。

2.3 時空數據一體化

在核廢料的智慧運輸監管過程中，需對核廢料運輸車輛實現時空數據一體化管理。

時空數據一體化是指利用GIS-T 的數據模型，解決動態交通信息與道路網幾何數據的一體化時空建模問題的方法。現階段的技術已經能夠較好地解決路網信息中的靜態信息，但是對于動態信息的實時傳輸與同步，仍是一個很大的問題。時空數據一體化在智慧城市的打造中得以研究應用[9]，為本文的研究提供了技術理論基礎。

本文中，運用交通地理信息系統(GIS-T)建立起數據模型，來存儲、管理和更新交通網絡的空間數據，輔助監控中心進行運輸車輛的線路規劃、管理，并實現車輛信息的存儲、檢索與實時發布。

3 系統架構與功能實現

3.1 系統架構設計

核廢料智慧運輸監管系統遵循面向服務的地理信息系統架構[10]，整體上可分為過程管理、網絡數字化、可視化管理三部分，如圖2所示。

圖2 核廢料智慧運輸監管系統

3.2 系統結構設計

核廢料智慧運輸監管系統采用6 層結構對系統進行設計：采集層自動采集的時空數據，經由網絡傳輸層傳入數據庫中存儲。支撐層提供Web等服務，為應用層承擔用戶層查詢分析、規劃設計、動態監控、可視化管理的功能打下了基礎。

核廢料智慧運輸監管平臺以核廢料智慧運輸監管的基礎數據庫為基礎，通過BI、GIS，基于REST 風格、J2EE平臺規范和面向服務架構（SOA）的Web服務技術[10]，以及圖層切片（TILED）技術，構建了核廢料管理空間圖形與業務數據高度集成的B/S 結構核廢料信息管理平臺，實現對核廢料基礎數據和業務數據的管理、查詢、統計、分析、展示、共享等功能[11-12]，如圖3所示。

圖3 核廢料智慧運輸監管系統

3.3 核廢料智慧運輸監管數據可視化

為減輕管理者的管理難度，根據可視化過程中對時間和空間之間聯系的緊密程度，將核廢料的可視化管理分為三部分：

1）靜態管理方案。基于GIS 數據，建立“圖元-單位-集裝箱表-核廢料表-核廢料”一體化的數據模型，實現以圖管理核廢料。

2）半動態管理方案。核廢料數據集成可視化。按月統計分析各地、各倉庫核廢料的信息，動態展示流動情況。

運輸車輛運輸路線規劃。通過緩沖區分析，盡量規避繁華商業區、居住人口稠密區、交通道路擁堵區等，選擇平緩大道。

核廢料軌跡回放。通過唯一識別碼，按屬性查詢單個核廢料的可視化生命周期全過程。

3）全動態管理方案。車輛行駛途中，車輛內部輻射探測器提供自動監測預警，并支持一鍵報警功能。此外，單擊車輛可查看車牌號、司機等相關信息；雙擊車輛顯示集裝箱編號信息列表；單擊集裝箱編號，彈出核廢料分裝列表；單擊核廢料編號，彈出對話框，顯示箱內核廢料特性、來源地等相關信息。

4 結 語

本系統將智慧運輸監管的理念引入到核廢料的管理當中，基于北斗定位導航和短報文通信技術，利用物聯網技術，從核廢料產生地開始核廢料的監管，完成對核廢料來源、運輸、存放、處理這一完備的智慧運輸的管理，實現了核廢料的全過程、全方位的管理，從管理流程中杜絕核廢料帶來的潛在危險。通過對核廢料運輸的可視化管理，減少人工干預，使管理流程更加便捷，減輕行業內部負擔，為管理者提供一個方便舒適的管理平臺。