輕質(zhì)油品罐車GPS遠程鎖控監(jiān)管系統(tǒng)

王明吉 陳麗楠 張 晨 張 勇 曹 文

(東北石油大學，黑龍江 大慶 163318)

輕質(zhì)油品罐車主要擔負著汽、柴、煤等成品油的運輸任務，由于其移動性強、裝卸油地點多，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，無法從根本上解決輕質(zhì)油品罐車運輸過程中存在的問題。常規(guī)鎖盡管具有攜帶和使用方便、成本低等優(yōu)點，但是由于鑰匙易于復制、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車輛運行狀態(tài)蹤跡記錄，只能對車輛的運行過程和狀態(tài)進行管理，無法監(jiān)控裝卸油的具體操作過程和工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)非法現(xiàn)象也只能進行事后檢查推測，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車輛運行狀態(tài)蹤跡記錄存在的問題，但仍不能對罐車裝卸油閥門的啟、閉進行控制，無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技術(shù)[4]，用衛(wèi)星定位信息作為“軟鑰匙”來控制電子密碼鎖，使得輕質(zhì)油品罐車只能在指定的地點開、關(guān)鎖，一舉解決了上述所有問題，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)的設計思路及工作原理①

以全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)為骨架，將GPS定位信息作為移動的、無形的、不可復制的、杜絕人為因素的鑰匙來控制安裝在輕質(zhì)油品罐車灌口和泵箱上的電子密碼鎖，從而實現(xiàn)只能在指定地點開、關(guān)鎖和裝卸油，這就是設計輕質(zhì)油品罐車GPS遠程鎖控監(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，同時負責發(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，實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)定位和傳送、控制鎖控系統(tǒng)并監(jiān)測其工作狀態(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進行連接和通信。

系統(tǒng)運行時，通過GPS實時獲取罐車的位置數(shù)據(jù)，當罐車處于可以進行裝、卸油操作的區(qū)域時，微控制器對相應電子密碼鎖發(fā)出解鎖指令，允許進行裝油或卸油操作。同時，微控制器實時檢測電子密碼鎖和車輛的狀態(tài)，在發(fā)生異常時通過GPRS發(fā)出報警信號。當臨時改變裝、卸油操作地點或增減裝、卸油操作地點時，可以通過GPRS實現(xiàn)遠程更新。系統(tǒng)實時記錄車輛運行蹤跡及各種操作，通過GPRS實時上傳到監(jiān)控中心，以便及時查詢和處理。

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)庫的高性能DELL服務器承擔，通過Internet與車載監(jiān)控單元通信。系統(tǒng)運行時，監(jiān)控管理工作站負責發(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、報警數(shù)據(jù)，同時完成相應的顯示、監(jiān)控、分析、查詢和記錄工作。數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，保證車輛運行數(shù)據(jù)可靠存儲和查詢。

電子地圖工作站。運行電子地圖系統(tǒng)，通過Internet與車載監(jiān)控單元通信，使用圖形化方式進行車輛的監(jiān)控，實現(xiàn)車輛實時軌跡和狀態(tài)的記錄與回放。監(jiān)控系統(tǒng)可對多目標車輛同時進行全程監(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、存儲單元、鎖控系統(tǒng)、語音系統(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)的檢測以及電子密碼開關(guān)鎖。其中鎖控系統(tǒng)包含3個分控板，分別安裝在罐車的兩個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。由單片機系統(tǒng)構(gòu)成，負責讀取GPS模塊發(fā)送的GPS定位數(shù)據(jù)，與裝卸地點數(shù)據(jù)進行比較，當判定罐車到達裝油區(qū)域內(nèi)時，發(fā)送指令自動打開罐口電子密碼鎖，當車輛離開裝油區(qū)域時，自動上鎖。同時，對卸油泵箱的工作狀態(tài)進行檢測，當發(fā)現(xiàn)開關(guān)工作異常時，發(fā)送報警信息至監(jiān)控中心，并通過語音系統(tǒng)通知車上工作人員；在罐車到達和離開卸油區(qū)域期間，對罐口進行檢測，當發(fā)現(xiàn)開關(guān)工作異常時，發(fā)送報警信息至監(jiān)控中心，并通過語音系統(tǒng)通知車上工作人員。在車輛運行期間，工作狀態(tài)信息(開、關(guān)鎖及報警情況等)都被記錄到主控板上的FLASH存儲器中，隨后通過GPRS發(fā)送到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫保存。

GPS模塊。GPS模塊負責GPS定位信息的準確獲取，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，通過饋線外接無源天線。

GPRS模塊。負責提供數(shù)據(jù)實時鏈路，保證最大條件下數(shù)據(jù)的可靠連通。采用SONY Ericsson GPRS移動通信專用模塊，該模塊自動雙頻，采用標準SIM卡，與主控板采用RS232接口，支持語音、FAX、SMS，可實現(xiàn)實時和半實時通信。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)進行可靠的開/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，設計中保證按照安全防爆要求進行。在接收到開鎖或關(guān)鎖指令時可靠打開或關(guān)閉電子鎖，同時電子鎖的狀態(tài)被主控板有效檢測，以防被人為打開破壞。

語音系統(tǒng)。車載語音系統(tǒng)用于在工作時為操作者提供語音信息，設計采用全中文語音合成技術(shù)，操作人員進行操作(開/鎖或有報警)時，都由語音播放通知。監(jiān)控中心也可以通過GPRS發(fā)送語音數(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自動切換到后備電源上，同時發(fā)出電源掉電報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、特點和技術(shù)指標

3.1 主要功能及特點

輕質(zhì)油品罐車GPS遠程鎖控監(jiān)管系統(tǒng)的主要功能及特點為：

a. 以運單方式設置運輸車輛的合法裝卸油區(qū)域，當需要臨時改變或增減裝、卸油地點時，可以通過GPRS實現(xiàn)遠程更新。

b. 分權(quán)設置了3種開鎖操作方式(射頻卡[6]，現(xiàn)場操作員使用；密碼鎖鑰匙，自動運行；緊急開鎖鑰匙，公司管理人員使用)，可保證在罐車運行的不同狀態(tài)下打開電子密碼鎖。同時，對非接觸射頻卡進行管理發(fā)放。

c. 記錄車輛運行軌跡，電子地圖顯示車輛運行狀 ，可進行多目標同時跟蹤，最多可同時跟蹤50臺運輸車輛。

d. 當車輛在非法區(qū)域出現(xiàn)閥門未關(guān)或鎖控失常等異常狀態(tài)時，及時有效檢測并上報至監(jiān)控中心。同時，利用語音系統(tǒng)對司機或有關(guān)人員進行提示告警。

e. 當車輛遇險、發(fā)生交通意外或被劫時，駕駛?cè)藛T可利用隱蔽開關(guān)向監(jiān)控中心報警，以便及時處理，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、防爆和寬溫度設計，保證系統(tǒng)能夠在比較惡劣的環(huán)境下可靠運行。

3.2 技術(shù)指標

經(jīng)單元測試、系統(tǒng)測試、實際運行測試，該系統(tǒng)達到的技術(shù)指標為：水平方向定位精度5～8m；再次定位時間小于2s；報警響應時間小于10s；中心命令響應時間小于20s；系統(tǒng)通信距離為GSM網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域；電源為9～36V(DC)；后備系統(tǒng)工作時間為3h；工作溫度范圍為-40～85℃。

4 應用實例

輕質(zhì)油品罐車GPS遠程鎖控監(jiān)管系統(tǒng)研制成功后，安裝在大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司的汽油運輸罐車上，進行了3個月的試運行，經(jīng)完善和改進后，于2012、2013年分別推廣應用于該公司的其他汽油運輸罐車上。

由于采用了全新的設計理念，融合了多項先進技術(shù)，了解輕質(zhì)油品罐車裝、卸油和運行狀況，掌握常見的偷油方法和防范措施，因此，該系統(tǒng)技術(shù)先進，針對性和實用性強。另外，多臺車長時間連續(xù)運行的結(jié)果證明，該系統(tǒng)不僅全面實現(xiàn)了上述功能和指標，而且工作安全、穩(wěn)定、可靠，管理和升級方便，運行維護費用低，徹底杜絕了輕質(zhì)油品罐車丟油事件的發(fā)生，受到使用單位的認可和高度評價。

5 結(jié)束語

輕質(zhì)油品罐車GPS遠程鎖控監(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用于其他物流運輸車上，但其價格高和抗破壞性不強的問題仍需進一步解決，以使系統(tǒng)更加完善，便于推廣。