危险品车辆运营管理系统的结构组成

危险品运输车辆监控管理系统主要由危险品状态传感器子系统、车载3G视频采集传输子系统、3G/2G无线公网传输子系统、GPS定位导航子系统、车辆集中信息管理子系统和监控中心子系统等构成。危险品运输车辆监控管理系统的架构如图7-7所示。

图7-7　危险品运输车辆监控管理系统的架构

由图7-7可见，整个系统可分为车载终端和监控中心两部分，以3G/GPRS等作为无线数据传输形式。其中，在危险品车载终端，同时配备了GPS收发器，危险品状态传感器、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）阅读器以及GPRS/3G无线模块。其中GPS收发器在危险品的运输车载终端以完成运输车辆的定位和导航等功能；危险品状态传感器获取危险品状态信息；RFID阅读器读取传感标签的危险品状态信息后通过无线网络来完成危险品运输车辆的温度、压力等状态信息采集；车载GPRS模块用于完成车辆和监控中心及车辆间的语音和数据的交互。

监控中心的功能包括对车辆的实时监控预测、音视频调度指挥、安全分析和管理、信息发布和辅助规划运输线路、选择最短或优化路径等。在运输车辆发生事故或其他紧急状态时，监控中心实时获取现场状态并对危险品运输车辆的紧急状态进行处理。

1）车辆的车载终端

车载终端包括控制器、GPS模块、GPRS模块、RFID读写器以及供电电源等，如图7-8所示。

图7-8　车载终端

由图7-8可见，车载移动单元设备中，GPS模块在MCU的控制下，可以为危险运输监管平台实时提供移动目标的最新定位数据、运行状况和报警信息等，车载移动单元通过GPS接收天线接收GPS卫星发射的定位信号，经过CPU主控器处理，计算出车辆的日期、时间、经纬度、速度和行驶方向等定位数据。RFID传感标签贴于危险品容器之上（或之内）。标签的传感器感应到危险品的温度、压力等信息后，将信息与标签的ID信息打包后通过无线射频一起发送给RFID读写器，RFID读写器再将接收到的标签信息进行CRC-16校验并打包处理，通过串口将实时数据直接传输给控制器。控制器处理接收机发来的定位以及环境信息，并控制GPRS数据的收发，自动记录这些信息以便事后查询分析，监控中心可以结合GIS电子地图，实时地显示出当前监控指挥的车辆的地理位置，以便信息查询，有效监管。

危险品运输车辆监控系统的车载终端具备如下功能：

（1）运输人员可在驾驶室内实时地监控车辆的运行速度及位置等状态和所装载危险品的温度、压力、是否泄漏等各项参数，可及时获得车辆超速驾驶时间等报警信号。

（2）驾驶人员进人不熟悉的地段时，可通过车载终端的导航子系统的指导实现车辆优化路径的行驶。

（3）可通过无线收发模块向监控中心发送车辆的位置信息、ID号及目前车辆所处状态（如报警、装载危险品监控的参数），同时通过无线发收模块接收从监控中心发来的控制指令，根据指令内容，由微处理器完成指令任务。

2）系统无线通信

系统中的无线通信链路是车辆移动终端和监控中心端实现通信的关键，GPRS是GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，有覆盖范围广、接人时间短、传输速率高、永远在线和按流量计费等优点，适于频繁传送小数据量和非频繁传送大量数据，比较适合车辆监控系统的数据传输。对于涉及视频等大容量的数据，则采用3G等无线通信方式。

（1）无线通信网络设计。系统通过GPRS/3G无线DDN传输业务来实现车载终端和监控中心的无线数据通信网络，选择中心对多点的组网结构，监控中心以动态IP地址方式接人Internet网络，车载终端以中国移动互联网（CMNET）方式接人网络，监控中心服务器通过拨号或ADSL方式登录互联网，获得动态的公网IP地址，同时启动服务器上的动态域名客户端。每个车载终端以中国移动互联网方式连接GPRS网络，根据终端参数设置的监控中心域名，从动态域名服务商即可获得平台服务器当前的IP地址，最终实现监控中心与多个车载终端之间的数据传输。

（2）通信协议的设计。监控中心要实现对危险品运输车内危险品的实时控制，监控中心与危险品容器标签的数据通信是整个系统互通信息的必经途径，也是维护系统正常通信的关键之一。车载终端与监控中心之间的通信分为车载终端到监控中心的信息和监控中心到车载终端的指令，两者一应一答，可以实现以下功能：

①车载终端给监控中心发送数据包，包含GPS信息、传感器标签信息、标签ID和车辆ID，即主数据包监控中心每成功接收一个主数据包就发送一个反馈包给车载终端。

②监控中心给车载终端发送一个当前发送间隔询问指令，车载终端接收后回复一个当前发送间隔包。

③监控中心给车载终端发送一个发送间隔设置命令，车载终端接收并设置成功后回复一个发送间隔设置成功确认包。

3）监控中心

监控中心是整个危险品运输管理系统的重要部分，其架构如图7-9所示。

图7-9　监控中心的架构

由图7-9可见，监控中心不仅与危险品运输车上的GPRS/3G模块进行通信，还要对监测到/接收到的信息进行存储、加工处理，监控中心采用VC等构建前台应用程序，后台数据库采用SQL Server来完成。监控中心具有如下功能：

（1）车辆及危险品实时状态：完成车辆的行驶位置、速度，危险品状态及车辆整体情况的监视记录和查询，对驾驶员的疲劳驾驶告警等操作。

（2）安全性分析及事故预警：完成车辆当前运行情况和所装载危险品的状态分析，同时结合车辆行驶路段的气象情况分析风险。完成车辆结构性能分析和事故预测频率分析，完成运行车辆的安全分析和事故预测与预警。

（3）GIS终端：为车辆提供导航，为监控平台确定车辆方位，提供电子地图，辅助规划运输线路，选择最短或优化路径，实现地图的缩放漫游等操作以及地理和空间分析。

（4）数据管理和用户管理：对各种信息加以有效组织，根据各类数据需要存储的时间限制，及时删除过时的信息，尤其是进行实时操作的中间信息和临时信息等，同时，还需要备份有价值的信息。

监控中心作为危险品运输管理系统的重要组成部分，需要RFID/GPS/GPRS模块的技术支持，在完成数据的采集传送后，最终通过监控中心的数据整合，提供各种服务。

（1）GPS实时监控。监控中心通过接人在途车辆实时行驶速度、行驶路线、车辆位置等实时信息，对运输危险化学品的车辆进行全程监控，将由危险品车辆GPRS终端发来的位置、速度等信息以图形方式显示在地图上，并作详细记录。在电子地图上实时显示车辆位置、轨迹，同时可实时查询行驶车辆的位置信息，包括车辆所在位置、行驶道路、速度、经纬度值、方向、时间、状态等，并以车辆实时状态数据为基础。路径规划功能运用多种路径算法，实现事故分析功能、行车安全管理与预警功能。

（2）RFID实时掌握危险品的状态信息。管理平台通过RFID阅读器采集到的RFID标签以及传感器信息，不但能获得危险品的生产日期等具体信息，以供用户查询，还能随时了解危险品的运输情况以及危险品运输车辆的车载容器的温湿度、压力、烟雾、电磁环境及有无泄漏等实时数据及历史数据，系统将这些信息加工处理、储存，并在危险品处于危险临界状态时发出预警信息，在事故发生后及时发出警报信息。