舒 松，戴 暉

(1.長江職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢430074;2.湖北大學(xué)，湖北 武漢430062)

0 引 言

隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對于能源以及相關(guān)化工原料的需求也越來越大。水運(yùn)是我國運(yùn)輸體系的重要組成，并且承擔(dān)著很多工業(yè)原料運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，并且具有污染小、運(yùn)輸能力強(qiáng)以及能耗低等優(yōu)點(diǎn)，是眾多運(yùn)輸方式中最為有效的手段之一。危險品運(yùn)輸是一種特殊的運(yùn)輸，是使用船舶對一些非常規(guī)物品進(jìn)行運(yùn)輸，對這些非常規(guī)物品進(jìn)行運(yùn)輸需要經(jīng)過嚴(yán)格審核的設(shè)備、車輛船只以及相關(guān)人員才能進(jìn)行［1］。同一般物品運(yùn)輸所不同，進(jìn)行危險品的運(yùn)輸需要更加全面和準(zhǔn)確的信息控制，同時它也是整個物流系統(tǒng)中非常特殊的組成部分。一般來說，目前最常見的船舶危險品運(yùn)輸包括了化學(xué)品船運(yùn)輸和油船(含瀝青船)運(yùn)輸和液化氣體船運(yùn)輸。

近年來，在我國船舶危險品運(yùn)輸中已經(jīng)發(fā)生了非常多的運(yùn)輸事故，給人民財產(chǎn)造成了非常大的損失及人員傷亡。同時，由于危險品在水面發(fā)生爆炸以及泄露，造成附近水域的污染，在很長一段時間內(nèi)對沿岸的城市造成不良影響，如2006年在京杭運(yùn)河上發(fā)生的一次事故，起因?yàn)?艘運(yùn)載硫酸的貨船因?yàn)榇w發(fā)生損壞，進(jìn)而造成運(yùn)輸?shù)牧蛩峁摅w發(fā)生破損，造成嚴(yán)重的硫酸泄露，影響附近水域的漁業(yè)養(yǎng)殖，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾百萬元。另外，在水運(yùn)航線上，普通貨船和運(yùn)輸危險品船只經(jīng)常會發(fā)生碰撞等事故，因而這些都會影響到危險品船舶運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

本文針對我國境內(nèi)船舶危險品運(yùn)輸中所存在的實(shí)際情況，研究船舶在進(jìn)行危險品運(yùn)輸中所需要涉及到的關(guān)鍵監(jiān)控技術(shù)，即構(gòu)建一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶危險品運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)，使得危險品在運(yùn)輸過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息化監(jiān)控，并且使得船舶、碼頭以及相關(guān)的管理部門之間能夠?qū)崿F(xiàn)對船舶危險品信息的實(shí)時共享，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對危險品的全程跟蹤和監(jiān)控，在最大程度上降低危險品運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險，并且可以在事故發(fā)生后以最快的速度發(fā)出報警信息，使得相關(guān)部門可以從速對事故的情況進(jìn)行了解和處理。本文提出的系統(tǒng)對于提高船舶危險品運(yùn)輸具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 船舶危險品運(yùn)輸管理特點(diǎn)

我國擁有廣闊的海域，并且內(nèi)河眾多，河道的船舶輸送量大，對于當(dāng)前快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢而言，河道對于貨物的運(yùn)輸已經(jīng)非常擁擠，因而在危險品進(jìn)行運(yùn)輸時缺乏專門的區(qū)域進(jìn)行搶險，因而一旦發(fā)生危險品泄漏或者爆炸時，由于船只數(shù)量多，因而在船只的人員疏散以及救援上都會出現(xiàn)很多問題，而且事故往往難以控制。通過查閱相關(guān)資料可以得知，國內(nèi)現(xiàn)有的專門用于危險品貨物作業(yè)的碼頭狀況也較差，并且有很多的船只在主航道兩岸直接進(jìn)行危險品的裝載和卸載作業(yè)，非常容易發(fā)生事故［4］。

不同于其他運(yùn)輸物品，船舶危險品運(yùn)輸具有同其他物品運(yùn)輸所不同的特點(diǎn)，主要包括:

1)危險品種類多樣，性質(zhì)差距大

當(dāng)前登記入冊的危險品已經(jīng)接近3 000 種，而這些危險品的性質(zhì)完全不相同，并且隨著現(xiàn)代化工業(yè)的快速發(fā)展，每年都會出現(xiàn)很多新危險品，這些危險品的物理性質(zhì)有非常大的差異，很多相同類別的危險品如果混裝的話就會出現(xiàn)爆炸或者其他問題，如二級氧化劑同一級氧化劑就要嚴(yán)格的區(qū)分開，炸彈和一些易燃易爆物質(zhì)也不能混合裝運(yùn)。在防護(hù)問題上，有些危險物品在著火時需要用水來滅火，而另外一些危險物品在遇到水時甚至?xí)l(fā)生爆炸，因而當(dāng)同時運(yùn)輸這2 種物品時，就不能直接用水來進(jìn)行滅火。

2)易燃易爆

很多危險品都具有易燃易爆的性質(zhì)，因而在運(yùn)輸過程中具有非常高的危險性，非常容易造成相關(guān)的事故。近年來發(fā)生的很多危險品運(yùn)輸事故很大一部分都和易燃易爆的危險品有關(guān)，并且造成了非常大的危害。

3)需要專業(yè)的儲存裝置

由于危險品的性質(zhì)差異很大，而且很多的危險品具有腐蝕性，還有的具有易燃易爆的性質(zhì)，因而其在運(yùn)輸過程中需要設(shè)計(jì)專業(yè)的儲存裝置，并且在設(shè)計(jì)上必須要滿足特定要求，如在船只運(yùn)輸過程中危險品存儲位置的通風(fēng)設(shè)計(jì)以及防火設(shè)計(jì)等，并且在船只上相關(guān)的燈具必須要和危險品保持足夠的距離，并且采用防爆的燈具，其通電線路應(yīng)當(dāng)做安全處理，這樣在發(fā)生緊急情況時，就會減少火勢或者爆炸的蔓延。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 RFID 技術(shù)

RFID 技術(shù)(Radio Frequency Identification)，即射頻識別技術(shù)或者電子標(biāo)簽技術(shù)，自從這種技術(shù)被提出以來就在物流運(yùn)輸、門禁控制、動物管理識別以及道路自動收費(fèi)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用

RFID的基本工作原理為:當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域磁場后會主動發(fā)送出一個固定頻率的信號，解讀器在收到這個信號后會送至相關(guān)的信息系統(tǒng)進(jìn)行處理，從而對標(biāo)簽的信息進(jìn)行識別。一個最簡單的RFID系統(tǒng)包括了2個部分，分別是閱讀器和標(biāo)簽。RFID按照能源的供給方式分為有源RFID，無源RFID 以及半有源RFID。

在危險品的運(yùn)輸過程中，可以將不同的危險品使用不同的RFID 標(biāo)簽，這樣每一種危險品就有一個唯一的身份標(biāo)記，并且這個身份標(biāo)記可以在信息處理系統(tǒng)中進(jìn)行查閱。當(dāng)危險品從倉庫中發(fā)貨，然后裝載到船舶上，通過相關(guān)的讀卡器就可以獲取這些危險品所對應(yīng)的信息，如何時出庫，何時上船，某種危險品所在船只的相關(guān)信息［2-3］。并且在發(fā)生事故時，可以獲取這些危險品的種類、重量、性質(zhì)、溫度等，這樣對于事故的救援具有非常重要的意義。

2.2 GPS

GPS的基本原理是通過巡航在地球12 000 km高空的衛(wèi)星來獲取某個目標(biāo)的經(jīng)緯度，其最大的優(yōu)勢在于不需要安裝任何巡檢點(diǎn)，直接就可以從衛(wèi)星獲取信號。GPS 技術(shù)在車輛導(dǎo)航以及跟蹤、森林防火等都具有非常廣泛的應(yīng)用。GPS 技術(shù)在船舶的危險品運(yùn)輸上具有非常獨(dú)到的優(yōu)勢，由于船舶運(yùn)輸危險品一般都在空曠的河道上，因而在通信上非常便捷，當(dāng)前我國船舶危險品運(yùn)輸已經(jīng)被強(qiáng)制安裝GPS 設(shè)置，并且可以實(shí)現(xiàn)不同船舶之間的數(shù)據(jù)通信。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 功能設(shè)計(jì)

通過對當(dāng)前危險品船舶運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查和分析，并且充分借鑒現(xiàn)有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的資源，本文設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶危險品監(jiān)控系統(tǒng)。本文主要研究實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)、視頻語音監(jiān)控、人員之間的可靠通信和控制。圖1 是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶危險品運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)。危險品傳感器，包括壓力液位計(jì)、壓力傳感器等可以獲取各危險品的壓力、溫度以及泄漏量等關(guān)鍵參數(shù)值，將其傳輸?shù)娇刂浦行?，船員通過視頻監(jiān)控以及語音監(jiān)聽等可以判斷存放危險品處的情況，當(dāng)發(fā)生危險品泄漏或者其他問題時，控制中心可以通過危險品傳感器或者船員的反饋信號來做出反應(yīng)，首先控制中心會通過相關(guān)的RFID 標(biāo)簽來獲取發(fā)生泄漏處的危險品的相關(guān)信息，如重量、類別等，然后通過GPS 技術(shù)來獲取船舶此時的經(jīng)緯度信息，并將這些信息發(fā)送給岸基監(jiān)控中心，同時啟動報警子系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)處理。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶危險品運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)Fig.1 The ship monitoring system for dangerous goods transportation based on internet of things

3.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

本節(jié)對船舶危險品監(jiān)控系統(tǒng)中的危險品傳感器、RFID 標(biāo)簽進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

3.2.1 危險品監(jiān)測

在船舶危險品運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)中，危險品傳感器起著非常重要的作用，這些傳感器可以實(shí)時的將危險品的實(shí)時狀態(tài)檢出來，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?。危險品傳感器包括了液位傳感器、壓力傳感器以及氣體傳感器等，這些傳感器實(shí)現(xiàn)對船舶上危險品的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。其原理如圖2所示。傳感器采集的壓力值、液位高度值以及氣體的濃度值等都是比較小的電流或者電壓信號，必須壓經(jīng)過相應(yīng)的信號處理裝置進(jìn)行信號放大以及濾波等處理，最后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳輸?shù)娇刂浦行倪M(jìn)行顯示。

圖2 危險品狀態(tài)監(jiān)測原理Fig.2 A state monitoring principle of dangerous goods

同時，危險品傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)采集時間是數(shù)據(jù)的重要參數(shù)之一，因而保證本地時間的準(zhǔn)確性尤為重要。采用網(wǎng)絡(luò)校時和本地時間保持2 種模式來保證采集時間的準(zhǔn)確性。

3.2.2 RFID 標(biāo)簽信息讀取

在船舶運(yùn)輸危險品過程中需要對貨倉中的危險品進(jìn)行信息獲取，使用RFID 技術(shù)可以減少原有人工登記及讀取方式中存在的諸多問題，如錯漏、繁瑣等。在本文設(shè)計(jì)中使用GSM/GPRS 模塊來傳輸RFID的標(biāo)簽信息，具體工作原理如圖3所示。通過高增益天線來獲取船舶各處危險品的RFID 標(biāo)簽信息，船載RFID 讀寫器會讀取當(dāng)前標(biāo)簽的信息并通過GPRS 連接無線網(wǎng)絡(luò)，將各個危險品信息傳輸給控制中心和岸基監(jiān)控中心。GPRS 模塊采用SIM Com 推出的四頻段GPRS 模塊SIM900，它采用ARM926EJ - S 核心，功能強(qiáng)大，岸基監(jiān)控中心可以讀取固定端口號來讀取并更新數(shù)據(jù)。

在RFID 數(shù)據(jù)讀取時，考慮到實(shí)際船舶運(yùn)輸過程中會出現(xiàn)信號微弱的情況，這樣可能會造成部分?jǐn)?shù)據(jù)無法及時傳送和更新，為保證數(shù)據(jù)的完整性，在設(shè)計(jì)上采用重發(fā)機(jī)制，首先將讀取的數(shù)據(jù)存儲在本地存儲器中，經(jīng)過延時后再從本地存儲中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，這樣就可以充分保證數(shù)據(jù)的完整性。

圖3 RFID信息讀取Fig.3 The reading process of RFID information

3.2.3 控制中心

控制中心是船舶危險品運(yùn)輸監(jiān)控的核心，負(fù)責(zé)將各危險品傳感器采集信號進(jìn)行分析、匯總以及顯示，同時還需要將RFID的標(biāo)簽信息進(jìn)行讀取、顯示以及查詢等。在收集到相關(guān)的危險品信息后，控制中心會結(jié)合視頻以及音頻的監(jiān)控數(shù)據(jù)，判斷是否出現(xiàn)險情，一旦出現(xiàn)險情，則及時開啟自動報警系統(tǒng)，并發(fā)送本地坐標(biāo)到岸基監(jiān)控中心，以便第一時間展開救援。在控制中心進(jìn)行顯示的包括地理信息數(shù)據(jù)、實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)等。

1)地理信息數(shù)據(jù)

使用GIS 獲取基本的地理信息，包括經(jīng)緯度信息等，并且可以在電子地圖上實(shí)時顯示船舶所在位置。

2)實(shí)時數(shù)據(jù)信息

在屏幕上顯示船舶各處存放危險品的監(jiān)控畫面，可以進(jìn)行畫面切換和放大，并且可以設(shè)置畫面切換的時間。顯示各處危險品的實(shí)時信息數(shù)據(jù)，如液面高度、溫度以及壓力值等，可以通過讀取RFID 標(biāo)簽來獲取危險品的相關(guān)參數(shù)。

4 結(jié) 語

本文圍繞船舶危險品運(yùn)輸所存在的問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的船舶危險品監(jiān)控系統(tǒng)，對監(jiān)管系統(tǒng)中所涉及的RFID 技術(shù)、GPS 等進(jìn)行介紹，最后對系統(tǒng)中的重要模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文提出的船舶危險品運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)可以有效降低船舶危險品在運(yùn)輸過程中的風(fēng)險，并在最大程度上避免事故的發(fā)生，因而具有非常重要的實(shí)際意義。

［1］汪剛.一種新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在海洋監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2015，37(1):182 -186.WANG Gang.Application of a novel wireless sensor network in sea surface monitoring system［J］.Ship Science and Technology，2015，37(1):182 -186.

［2］王開樂，鐘慧玲，張智勇.基于RFID/GPS/GPRS 危險品運(yùn)輸管理系統(tǒng)的研究［J］.物流技術(shù)，2009(4):133-135.WANG Kai-le，ZHONG Hui-ling，ZHANG Zhi-yong.Research on dangerous articles transportation system based on RFID/GPS/GPRS［J］.Logistics Technology，2009(4):133 -135.

［3］郭冬梅.歐洲危險品運(yùn)輸管理經(jīng)驗(yàn)借鑒［J］.運(yùn)輸經(jīng)理世界，2009(7):48 -49.

［4］李啟然，李強(qiáng).危險品運(yùn)輸企業(yè)如何做好車輛運(yùn)輸安全管理［J］.物流工程與管理，2009，31(7):119 -120.LI Qi-ran，LI Qiang.The transport enterprise of dangerous chemicals how to do a good job in the management of vehicle transportation safety［J］.Logistics Engineering and Management［J］，2009，31(7):119 -120.