车载监控系统在危险品运输车上的应用

摘 要:介绍了国内危险品运输行业车辆监控的现状,并通过实际应用的情况,从车载监控录像系统、数据传输系统、中心控制管理系统三个方面进行说明,建立[本文来自于www.JyqKW.cOm]了运输车辆监控系统的框架,为今后车载监控系统的发展提供了思路。

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关键词 :车载监控系统危险品运输数据传输控制管理

中图分类号:U469.6.03文献标识码:A文章编号:1004-0226(2015)01-0099-03

1前言

随着国民经济的迅猛增长,危险化学品运输在实际生活中的应用越来越多,其中车辆运输占整个危险化学品运输方式的70%以上,成为危险化学品运输的重要途径。随着危险化学品道路运输车辆的日益增加,随之而来的危险化学品运输相关事故也不断发生。为了保障危险品运输车在运输过程中的安全,降低危险品运输车事故的发生率,保护人民群众的生命财产安全,本文提出将车载监控系统应用到危险品运输车上,建立运输车辆监控系统的框架,为保证管理人员对危险品运输车的有效监管,避免发生各类形式的事故做好预防工作,并提供强有力的查询依据。

2危险品运输车车载监控系统现状

目前国内普遍使用的车辆监控系统主要存在以下几个缺点:

a.监控系统的功能比较单一,车辆监控系统(主要指的是行驶记录仪)只能收集和显示车辆运行状态的基本信息,并不能分析和处理收集到的相关数据。

b.卫星定位精度较差,无法准确的显示所在车辆的具体位置,并且监控中心常常出现数据丢失和数据异常的情况。

c.数据传输有延时,导致系统实时监控能力差。

d.移动通信的短信服务是目前许多监控系统作为传输的常用方法,该系统受到通信流量控制,无法将车辆的运行情况实时的记录下来。

针对目前危险品运输车车载监控系统的现状,笔者建议危险品运输车辆监控系统由车载监控终端设备、无线数据传输系统及中心控制管理系统三部分组成,具体介绍如下。

3系统的总体架构与工作流程

3.1系统的总体架构

通过对多家危险品运输物流企业及交通管理部门的调研分析,得到了危险品运输车辆监控系统的架构。该系统主要由三大部分组成,分别是车载监控终端设备、无线数据传输系统、中心控制管理系统。其中中心控制管理系统又根据实际需要分为参数监视部分和远程控制两个部分。系统原理图如图1所示。

以图中厢式危险品运输车为例,首先是车辆上的车载监控终端设备接收各个传感器监测参数,如该车车厢内安装的温度传感器参数、湿度传感器参数、空气压力传感器参数、烟雾(C02)传感器参数、轮胎气压参数等关键参数;另一方面,继续接收定位信号,如GPS卫星广播信号、北斗卫星广播信号等位置坐标信号。当车载输入单元收集齐全了信号后,按照一个固定的频率通过无线传输系统发送给国际互联网络,这个无线传输系统可以是3G无线通信系统、专用卫星通信系统等。当这些数据进入到国际互联网时,按照标准的通信协议TCP格式,传输到中心控制管理系统的固定加密服务器。中心控制管理系统可以通过网络访问该加密服务器,读取数据库里面的数据,控制管理系统将会对数据进行编译解析工作,并将编译后的数据显示在监控系统中。此刻监控系统将通过卫星坐标在地图中定位车辆的位置信息,同时还将显示该车辆的所有相关参数。如监控管理人员看到车辆轮胎气压,危险厢体内的温度、气压、湿度、C02含量等信息。当管理人员发现危险的情况出现,如危险厢体温度突然升高,C02含量升高可初步判断有火灾隐患时可通过对讲系统通知驾驶员,同时根据路况等信息综合判断是否通过远程控制系统强行停车。一旦远程控制系统启动,信号将通过无线通信系统传给车载监控终端设备,监控设备将编译过的信号直接发给车辆ECU单元,控制喷油嘴不喷油、油泵不供油、刹车系统起作用、ABS系统介入制动等过程。

3.2系统的工作流程

工作流程分为数据流程和监控流程两大块,如图2所示。

数据流程由数据流转、数据上传、数据储存三个部分组成。其中数据流转有2个途径,第1个途径是“数据编译模块”把从网络接收到的数据进行编译,之后通过“软件分析处理模块”将分析的结果发给“监控中心处理端”将结果数据保存在“本地数据库”中以备查用;第2个途径是“数据编译模块”把信息发往“数据分析模块”分析,再将结果经由“软件分析处理模块”发给“监控中心处理端”,并流转给“本地数据库”中以备查用。

数据储存也有2个途径,第1个途径是“数据编译模块”将从网络接收到的数据进行编译,之后通过“数据库代理模块”保存在服务器端;第2个途径是“数据编译模块”把信息发往“数据分析模块”分析,随后将分析结果通过“数据库代理模块”保存在服务器端。

数据上传只有1个途径,由“监控中心处理端”向“数据下载模块”提出上传请求,通过“数据库代理模块”调用、查看、修改“服务器数据库”里面的数据,并将结果数据保留在本地“本地数据库”中。

监控流程则首先由“监控中心处理端”将控制指令发给“软件分析处理模块”,其将接收到的控制指令经过分析后直接发给“数据编译模块”进行编译并立刻通过网络和“无线通信系统”下达给“车载终端”。 “车载终端”得到控制指令后会产生回复信号,回复信号再经由“无线通信系统”返回到“数据编译模块”,再将收到的回复信号转给“软件分析处理模块”,随后按原路将回复信号发给“监控中心处理端”,最终将得到指令下达回复信号,完成整套流程。

3.3车载终端系统的建立

随着科学水平的发展、技术的革新,笔者认为应该从现有车载终端系统不足人手,寻找车载终端系统与现在系统的差异来讨论建立方向。对于车载终端,现在最大的科技变化就是传感器,传感器的国标定义: “能够受规定的被测量并按照一定的规律转化成可用输出信号的器材或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。”智能传感器技术简单的说就是带有初步信息处理功能的传感器,它包含微型处理器,信息收集模块,信息处理模块,信息交换模块。在车载终端系统中大量采用此类传感器,可大幅降低终端系统中数采的计算速度,由智能传感器进行信息处理工作,分散处理数据信息,对可靠性有大幅提高,最终可能替代数据采集系统,直接由多个智能传感器和监控中心对话,其工作原理及结构如图3、4所示。

车载终端设备应该是个开放的系统,根据不同的车辆安装不 同的参数传感器。现有使用的设备是可以完成这个任务,但因为 各个车辆的差异化,所带来的工作量和成本是巨大的。因此考虑 将车载终端设备全部换用智能传感器,各种参数如温度、压力、 湿度、辐射强度、照度等数据直接由传感器通过网络发给监控心 中,原来的数据采集系统可只用处理如驾驶室视频、语音、导航 等信号。这样既不需要增加数据采集系统的接口,增加可靠性, 又可根据实际需要安装传感器(类型、数量),在车载终端只用 做简单的整合即可,降低成本,还可方便维修更换模块化组件, 无需对整个系统大规模的维修。

当车载终端建立以后,监控中心可对危险品车辆进行全面的监视。监视包括了现有系统的视频、语音、地图、导航、位置信息,还可监视诸如轮胎气压、发动机水温、机油温度、防护装置位置变化、大灯灯光强度等参数,最为重要的是还能对不同的车辆所运输的危险品介质进行数据监控。

3.4无线数据传输系统的建立

无线数据传输系统相当于车载终端设备和监控中心之间可双 向行驶桥梁,对于危险品运输车辆监控系统而言,这个桥梁建立 的位置、时间、稳定性、桥梁的宽度是关键。建立无线通信桥梁 的手段有很多种,笔者将他们归位两大类,一类是卫星通信系 统,一类是无线基站通信系统。

卫星通信系统技术成熟且可靠性高,并已经大量使用与海事船舶数据通信系统。在一些极端的环境下,没有办法建立无线基站只能靠卫星来建立通信桥梁,对道路车辆而言大部分行驶都是在有基站信号的区域,不过偶尔也会因为信号不稳定或者偏远无信号失联,特别是在自然灾害发生的时候。卫星通信系统也有个极大的缺点就是费用太高,因此不适合广泛应用。

基站式通信技术主要是指3G无线通信技术,是借用客户端上行预同步技术,提前获取该地区的同步参数,利用开环方式维持与该地区数据同步,再由网络自身决定切换时间,客户端就立刻由原信道切换为新的信道,在这个信道切换过程中,客户端与原信道保持联系继续下载数据,与新的信道也保持联系上传数据,这样就保持上传和下载分别依次切换信道。缩短切换信道时间,不会中断信息通信,不会丢失数据,还节省了信道空闲时间。

因此建议在无线数据传输系统上使用3G信号,本文中以某型3G模块作为无线通信模块进行分析。模块参数显示,它支持的下载速率为7.2 Mbps,上传速率为5.76 Mbps,作为数据传输可以充分应对。接口方面,模块有多个USB2.0接口用于传感器数据的接入、GPS位置信号的接人、摄像头传感器的接人、UART接入、GPIO接人等,对于传感器数据接人没有任何压力。通过SIM5218A传感器、视频、GPS数据将完整无缺的输送给监控中心。3G模块如图5所示。

模块参数如下:三频WCDMA/HSDPA 850/1900/2100MHz; 四频 GSM/GPRS/EDGE 850/900/1800/1900MHz; HSDPA 7.2Mbps;HSUPA 5.76 Mbps;全速USB 2.0支持UART:内嵌SIM卡(可选);A-GPS/S-GPS定位;摄像头传感器接口;WCDMA均衡器;WCDMA分级接收(在2 100&850 MHz);限制操作温度:-300C~-200C和+65aC~75aC;尺寸(长×宽×高):58mm×26 mm x4.5 mm;质量为15 g。

3.5中心控制管理系统的建立

中心控制管理系统是处于监控中心的一套软、硬件系统。[本文来自于www.Jyqkw.coM]接入互联网后将会显示车载终端系统传输过来的各种数据。通过由Sun Microsystems公司出品的Java语言来编写控制端软件程序,按照控制人员的实际需要布置软件界面。

中心控制管理系统主要分为两块,一块是接收显示系统,一块是控制通信系统。在接收显示系统中,表面上看监控人员将会从软件界面里读取各种参数,设置各种参数的报警数据等,实际上包含了数据的编译、数据的储存、数据的调用等繁琐的计算机底层工作;另一块控制通信系统显得更加繁琐,也是与现在监控系统不一样的地方之一。控制管理人员通过控制操作界面发出控制指令最后通过CAN总线到达危险品车辆的ECU行车电脑里,通过控制行驶参数来达到控制车辆的目的。

4结语

本文讨论的车载监控系统系统的总体框架设计实际处于试验探索阶段,选用了一些现成的模块,再细节上还有不完善的地方,所以在开发产品这一方面还需要进一步的研究。目前的车载系统主要是采用嵌入式系统,利用ARM芯片及简单的嵌入式操作系统,进行底层的电路设计。未来的危险品运输车监控系统应该朝着这个方向发展,并结合车载系统的GPS功能、GPRS功能实现车辆的定位与远程监控。在危险品运输车的安全性评价方面,也应该做进一步的研究,更好的评价车辆的安全性,并研究相应的控制策略,从而使危险品运输的车辆更加安全,取得更大的经济和社会效益。

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参考文献

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收稿日期:2014-10-08

浏览次数:  更新时间:2016-12-26 15:14:03
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