王明吉 陳麗楠 張 晨 張 勇 曹 文

(東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318)

輕質(zhì)油品罐車主要擔(dān)負(fù)著汽、柴、煤等成品油的運(yùn)輸任務(wù)，由于其移動(dòng)性強(qiáng)、裝卸油地點(diǎn)多，管理上有很大難度，存在許多漏洞，經(jīng)常出現(xiàn)中途卸油及“跑私活”等非法現(xiàn)象。為此，有關(guān)部門采取了許多管理方法和技術(shù)措施，也收到了一定的成效。

輕質(zhì)油品罐車曾采用的防盜油手段主要有常規(guī)鎖、GPS車輛運(yùn)行狀態(tài)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(wú)法從根本上解決輕質(zhì)油品罐車運(yùn)輸過(guò)程中存在的問(wèn)題。常規(guī)鎖盡管具有攜帶和使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是由于鑰匙易于復(fù)制、可管理性差，不易監(jiān)控，很難真正防止丟油事件的發(fā)生；GPS車輛運(yùn)行狀態(tài)蹤跡記錄，只能對(duì)車輛的運(yùn)行過(guò)程和狀態(tài)進(jìn)行管理，無(wú)法監(jiān)控裝卸油的具體操作過(guò)程和工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)非法現(xiàn)象也只能進(jìn)行事后檢查推測(cè)，缺乏有效依據(jù)；電子鉛封，尤其是電子鉛封與GPS、GSM相結(jié)合，能有效地解決常規(guī)鎖和GPS車輛運(yùn)行狀態(tài)蹤跡記錄存在的問(wèn)題，但仍不能對(duì)罐車裝卸油閥門的啟、閉進(jìn)行控制，無(wú)法徹底解決丟油事件的發(fā)生。

筆者介紹了一種輕質(zhì)油品罐車GPS遠(yuǎn)程鎖控監(jiān)管系統(tǒng)，它集成了GPS、GPRS、電子密碼鎖及微控制器等先進(jìn)技術(shù)[4]，用衛(wèi)星定位信息作為“軟鑰匙”來(lái)控制電子密碼鎖，使得輕質(zhì)油品罐車只能在指定的地點(diǎn)開(kāi)、關(guān)鎖，一舉解決了上述所有問(wèn)題，從根本上杜絕了輕質(zhì)油品罐車丟油事件的發(fā)生。

1 監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及工作原理①

以全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)為骨架，將GPS定位信息作為移動(dòng)的、無(wú)形的、不可復(fù)制的、杜絕人為因素的鑰匙來(lái)控制安裝在輕質(zhì)油品罐車灌口和泵箱上的電子密碼鎖，從而實(shí)現(xiàn)只能在指定地點(diǎn)開(kāi)、關(guān)鎖和裝卸油，這就是設(shè)計(jì)輕質(zhì)油品罐車GPS遠(yuǎn)程鎖控監(jiān)管系統(tǒng)的核心思路。

該監(jiān)管系統(tǒng)由監(jiān)控中心和車載監(jiān)控單元兩大部分組成。在監(jiān)控中心運(yùn)行電子地圖系統(tǒng)、圖形化監(jiān)控管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，監(jiān)控車輛的位置、工作狀態(tài)和歷史工作記錄，同時(shí)負(fù)責(zé)發(fā)布調(diào)度指令及事故處理等；在輕質(zhì)油品罐車上安裝車載監(jiān)控單元，實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)定位和傳送、控制鎖控系統(tǒng)并監(jiān)測(cè)其工作狀態(tài)、監(jiān)控中心控制命令的接收與執(zhí)行以及報(bào)警信息的傳送等功能。監(jiān)控中心與車載監(jiān)控單元使用GPRS進(jìn)行連接和通信。

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)GPS實(shí)時(shí)獲取罐車的位置數(shù)據(jù)，當(dāng)罐車處于可以進(jìn)行裝、卸油操作的區(qū)域時(shí)，微控制器對(duì)相應(yīng)電子密碼鎖發(fā)出解鎖指令，允許進(jìn)行裝油或卸油操作。同時(shí)，微控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)電子密碼鎖和車輛的狀態(tài)，在發(fā)生異常時(shí)通過(guò)GPRS發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)臨時(shí)改變裝、卸油操作地點(diǎn)或增減裝、卸油操作地點(diǎn)時(shí)，可以通過(guò)GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程更新。系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄車輛運(yùn)行蹤跡及各種操作，通過(guò)GPRS實(shí)時(shí)上傳到監(jiān)控中心，以便及時(shí)查詢和處理。

2 監(jiān)管系統(tǒng)的基本構(gòu)成

2.1 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心由監(jiān)控管理工作站、電子地圖工作站和相應(yīng)的軟件構(gòu)成(圖1)。

圖1 監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)示意圖

監(jiān)控管理工作站。它是系統(tǒng)的核心和管理者，由安裝有監(jiān)控管理軟件和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)的高性能DELL服務(wù)器承擔(dān)，通過(guò)Internet與車載監(jiān)控單元通信。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控管理工作站負(fù)責(zé)發(fā)送指令給所有車載監(jiān)控單元，并且接收所有車載監(jiān)控單元回傳的定位、報(bào)警數(shù)據(jù)，同時(shí)完成相應(yīng)的顯示、監(jiān)控、分析、查詢和記錄工作。數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，保證車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)和查詢。

電子地圖工作站。運(yùn)行電子地圖系統(tǒng)，通過(guò)Internet與車載監(jiān)控單元通信，使用圖形化方式進(jìn)行車輛的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)軌跡和狀態(tài)的記錄與回放。監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)多目標(biāo)車輛同時(shí)進(jìn)行全程監(jiān)控。

2.2 車載監(jiān)控單元

車載監(jiān)控單元[5]安裝在罐車上，由主控板、GPS模塊、GPRS模塊、存儲(chǔ)單元、鎖控系統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)板以及后備電源等部分組成(圖2)。車載監(jiān)控單元主要完成GPS定位數(shù)據(jù)和報(bào)警信息的傳送、監(jiān)控中心控制命令的接收和執(zhí)行、鎖控系統(tǒng)工作狀態(tài)的檢測(cè)以及電子密碼開(kāi)關(guān)鎖。其中鎖控系統(tǒng)包含3個(gè)分控板，分別安裝在罐車的兩個(gè)裝油罐口和卸油泵箱上。

圖2 車載監(jiān)控單元結(jié)構(gòu)示意圖

主控板。由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，負(fù)責(zé)讀取GPS模塊發(fā)送的GPS定位數(shù)據(jù)，與裝卸地點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)判定罐車到達(dá)裝油區(qū)域內(nèi)時(shí)，發(fā)送指令自動(dòng)打開(kāi)罐口電子密碼鎖，當(dāng)車輛離開(kāi)裝油區(qū)域時(shí)，自動(dòng)上鎖。同時(shí)，對(duì)卸油泵箱的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)工作異常時(shí)，發(fā)送報(bào)警信息至監(jiān)控中心，并通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)通知車上工作人員；在罐車到達(dá)和離開(kāi)卸油區(qū)域期間，對(duì)罐口進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)工作異常時(shí)，發(fā)送報(bào)警信息至監(jiān)控中心，并通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)通知車上工作人員。在車輛運(yùn)行期間，工作狀態(tài)信息(開(kāi)、關(guān)鎖及報(bào)警情況等)都被記錄到主控板上的FLASH存儲(chǔ)器中，隨后通過(guò)GPRS發(fā)送到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)保存。

GPS模塊。GPS模塊負(fù)責(zé)GPS定位信息的準(zhǔn)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(guò)饋線外接無(wú)源天線。

GPRS模塊。負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)鏈路，保證最大條件下數(shù)據(jù)的可靠連通。采用SONY Ericsson GPRS移動(dòng)通信專用模塊，該模塊自動(dòng)雙頻，采用標(biāo)準(zhǔn)SIM卡，與主控板采用RS232接口，支持語(yǔ)音、FAX、SMS，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和半實(shí)時(shí)通信。該模塊在主控板的控制下與監(jiān)控中心連通，接收監(jiān)控中心的指令，發(fā)送工況數(shù)據(jù)。

鎖控系統(tǒng)。受主控板的控制，鎖控系統(tǒng)進(jìn)行可靠的開(kāi)/關(guān)鎖操作。由于該部分是在裝油罐口和卸油泵箱附近安裝，設(shè)計(jì)中保證按照安全防爆要求進(jìn)行。在接收到開(kāi)鎖或關(guān)鎖指令時(shí)可靠打開(kāi)或關(guān)閉電子鎖，同時(shí)電子鎖的狀態(tài)被主控板有效檢測(cè)，以防被人為打開(kāi)破壞。

語(yǔ)音系統(tǒng)。車載語(yǔ)音系統(tǒng)用于在工作時(shí)為操作者提供語(yǔ)音信息，設(shè)計(jì)采用全中文語(yǔ)音合成技術(shù)，操作人員進(jìn)行操作(開(kāi)/鎖或有報(bào)警)時(shí)，都由語(yǔ)音播放通知。監(jiān)控中心也可以通過(guò)GPRS發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)到指定的車輛上，利用該子系統(tǒng)播放給車上人員。

后備電源系統(tǒng)。車載單元平時(shí)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(shí)自動(dòng)切換到后備電源上，同時(shí)發(fā)出電源掉電報(bào)警給車上操作者和監(jiān)控中心。該后備電源能有效保證系統(tǒng)電源中斷后正常工作3h。

3 監(jiān)管系統(tǒng)功能、特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)

3.1 主要功能及特點(diǎn)

輕質(zhì)油品罐車GPS遠(yuǎn)程鎖控監(jiān)管系統(tǒng)的主要功能及特點(diǎn)為：

a. 以運(yùn)單方式設(shè)置運(yùn)輸車輛的合法裝卸油區(qū)域，當(dāng)需要臨時(shí)改變或增減裝、卸油地點(diǎn)時(shí)，可以通過(guò)GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程更新。

b. 分權(quán)設(shè)置了3種開(kāi)鎖操作方式(射頻卡[6]，現(xiàn)場(chǎng)操作員使用；密碼鎖鑰匙，自動(dòng)運(yùn)行；緊急開(kāi)鎖鑰匙，公司管理人員使用)，可保證在罐車運(yùn)行的不同狀態(tài)下打開(kāi)電子密碼鎖。同時(shí)，對(duì)非接觸射頻卡進(jìn)行管理發(fā)放。

c. 記錄車輛運(yùn)行軌跡，電子地圖顯示車輛運(yùn)行狀 ，可進(jìn)行多目標(biāo)同時(shí)跟蹤，最多可同時(shí)跟蹤50臺(tái)運(yùn)輸車輛。

d. 當(dāng)車輛在非法區(qū)域出現(xiàn)閥門未關(guān)或鎖控失常等異常狀態(tài)時(shí)，及時(shí)有效檢測(cè)并上報(bào)至監(jiān)控中心。同時(shí)，利用語(yǔ)音系統(tǒng)對(duì)司機(jī)或有關(guān)人員進(jìn)行提示告警。

e. 當(dāng)車輛遇險(xiǎn)、發(fā)生交通意外或被劫時(shí)，駕駛?cè)藛T可利用隱蔽開(kāi)關(guān)向監(jiān)控中心報(bào)警，以便及時(shí)處理，確保車輛和人員安全。

f. 車載監(jiān)控單元采用防水、防塵、防振、防爆和寬溫度設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)能夠在比較惡劣的環(huán)境下可靠運(yùn)行。

3.2 技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)單元測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試、實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，該系統(tǒng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：水平方向定位精度5～8m；再次定位時(shí)間小于2s；報(bào)警響應(yīng)時(shí)間小于10s；中心命令響應(yīng)時(shí)間小于20s；系統(tǒng)通信距離為GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域；電源為9～36V(DC)；后備系統(tǒng)工作時(shí)間為3h；工作溫度范圍為-40～85℃。

4 應(yīng)用實(shí)例

輕質(zhì)油品罐車GPS遠(yuǎn)程鎖控監(jiān)管系統(tǒng)研制成功后，安裝在大慶油田有限責(zé)任公司儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司的汽油運(yùn)輸罐車上，進(jìn)行了3個(gè)月的試運(yùn)行，經(jīng)完善和改進(jìn)后，于2012、2013年分別推廣應(yīng)用于該公司的其他汽油運(yùn)輸罐車上。

由于采用了全新的設(shè)計(jì)理念，融合了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，了解輕質(zhì)油品罐車裝、卸油和運(yùn)行狀況，掌握常見(jiàn)的偷油方法和防范措施，因此，該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，針對(duì)性和實(shí)用性強(qiáng)。另外，多臺(tái)車長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的結(jié)果證明，該系統(tǒng)不僅全面實(shí)現(xiàn)了上述功能和指標(biāo)，而且工作安全、穩(wěn)定、可靠，管理和升級(jí)方便，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，徹底杜絕了輕質(zhì)油品罐車丟油事件的發(fā)生，受到使用單位的認(rèn)可和高度評(píng)價(jià)。

5 結(jié)束語(yǔ)

輕質(zhì)油品罐車GPS遠(yuǎn)程鎖控監(jiān)管系統(tǒng)不僅能夠滿足輕質(zhì)油品罐車的監(jiān)管需要，而且能夠較方便地推廣應(yīng)用于其他物流運(yùn)輸車上，但其價(jià)格高和抗破壞性不強(qiáng)的問(wèn)題仍需進(jìn)一步解決，以使系統(tǒng)更加完善，便于推廣。