基于傳感器技術(shù)的化工危險(xiǎn)品監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

將利用傳感器、通訊系統(tǒng)、衛(wèi)星定位等高端技術(shù)研發(fā)一種對(duì)運(yùn)輸危險(xiǎn)品車輛的監(jiān)控。一旦發(fā)生危險(xiǎn)就會(huì)收到指令，以便高效便捷的采取營(yíng)救。

1 危險(xiǎn)品車輛的運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析及原理[1,2]

1.1 系統(tǒng)需求分析

危險(xiǎn)品的運(yùn)輸本身就是一個(gè)大的問(wèn)題。隨著時(shí)代在進(jìn)步，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)也在高速的發(fā)展中。危險(xiǎn)品在運(yùn)輸環(huán)節(jié)也是問(wèn)題重重，造成了極大的財(cái)產(chǎn)損失。

車輛啟程時(shí)傳感器會(huì)被觸發(fā)，對(duì)車輛進(jìn)行狀態(tài)和危險(xiǎn)品的數(shù)據(jù)分析。當(dāng)事故出現(xiàn)時(shí)即刻會(huì)對(duì)發(fā)生危險(xiǎn)品的車輛進(jìn)行信息的檢測(cè)和車載危險(xiǎn)品狀態(tài)的檢查，與此同時(shí)會(huì)連接衛(wèi)星來(lái)定位，把檢測(cè)到的內(nèi)容以信號(hào)的形式進(jìn)行傳送，與當(dāng)?shù)貓?bào)警機(jī)制聯(lián)系，最后與總部進(jìn)行數(shù)據(jù)輸送，這樣就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)，主要功能如下：（1）傳感器對(duì)運(yùn)輸車狀態(tài)的檢測(cè)。傳感器主要對(duì)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)，速度以及加速度等進(jìn)行排查。（2）傳感器對(duì)危險(xiǎn)品狀態(tài)的檢測(cè)。該系統(tǒng)的功能就是對(duì)危險(xiǎn)品進(jìn)行安全排查，做到全方位，多層次的檢查。(3)當(dāng)?shù)匦盘?hào)的傳輸與當(dāng)?shù)貓?bào)警機(jī)構(gòu)建立功能。當(dāng)傳感器與報(bào)警機(jī)制相連接，那么就減少了出現(xiàn)危險(xiǎn)的概率。(4)傳感器連接衛(wèi)星定位功能。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的危險(xiǎn)品車輛，能夠精準(zhǔn)的探測(cè)到位置及車輛信息。(5)傳感器定時(shí)監(jiān)控設(shè)備向總部的遠(yuǎn)程控制功能。這是傳感器最重要的作用，必須實(shí)時(shí)向控制中心傳送危險(xiǎn)品車輛的基本信息和狀態(tài)，并兼有預(yù)警功能，提醒駕駛員注意安全。

1.2 危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛運(yùn)行安全的定性分析

危險(xiǎn)品的運(yùn)輸一直都備受關(guān)注，有些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛建立了相關(guān)的管理機(jī)構(gòu)，并且理論、研究和實(shí)踐了好多年，早已有了合適自己國(guó)家的規(guī)章制度。危險(xiǎn)品的運(yùn)輸主要是通過(guò)罐箱、槽車來(lái)運(yùn)送的，所以運(yùn)行是一個(gè)大問(wèn)題。但目前對(duì)于罐箱、槽車在使用上沒(méi)有文獻(xiàn)，還需要完善。

因此在文中，罐箱、槽車的運(yùn)行安全涉及參數(shù)、液位、速度、加速度等需要討論。而傳感器就及時(shí)反應(yīng)它們的運(yùn)行狀況。在整個(gè)調(diào)查結(jié)果中發(fā)現(xiàn)罐箱、槽車的安全運(yùn)行，主要由兩個(gè)方面決定：(1)密封性和壓強(qiáng)；(2)在運(yùn)輸過(guò)程中車輛自身對(duì)罐內(nèi)物體的影響。所以當(dāng)運(yùn)輸危險(xiǎn)品的車輛在運(yùn)輸過(guò)程中需要控制速度，尤其是在高速行駛情況下進(jìn)行大的轉(zhuǎn)彎等危險(xiǎn)動(dòng)作。由于車輛的不定性運(yùn)動(dòng)使得車內(nèi)物體的狀態(tài)發(fā)生改變從而影響它的狀態(tài)。

1.3 國(guó)家對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛的要求

(1)運(yùn)輸危險(xiǎn)品的車輛一般不宜采用金屬的車廂，是為了防止震動(dòng)，摩擦等引起的事故，必須落實(shí)安全可靠的保護(hù)措施。(2)運(yùn)輸車輛的攔板必須是安全，并經(jīng)過(guò)多少實(shí)驗(yàn)的，當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)危險(xiǎn)品不會(huì)輕易滑動(dòng)或跌落。(3)運(yùn)輸車輛不能盛滿。裝運(yùn)危險(xiǎn)化學(xué)品時(shí)，應(yīng)有各種防護(hù)措施。必須限定晚間運(yùn)輸?shù)牧俊＿\(yùn)送易打濕的危險(xiǎn)品時(shí)應(yīng)備有油布等防雨的物件。(4)運(yùn)輸危險(xiǎn)品的車輛務(wù)必配上保護(hù)措施，以供急用。比如說(shuō)在駕駛室放置多瓶二氧化碳或干粉滅火器。與此同時(shí)器材和防護(hù)急救用品在限定的時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的檢查。一旦發(fā)現(xiàn)以下情況（滲漏、破損、變形或重量減輕、筒身?yè)u動(dòng)有聲響等），必須認(rèn)真對(duì)待。(5)由公安部門統(tǒng)一發(fā)放有“危險(xiǎn)品”字樣的專用黃底黑字信號(hào)牌放置在運(yùn)輸品運(yùn)輸車輛的車頭，車尾或明顯部位，提醒周圍的人遠(yuǎn)離危險(xiǎn)品運(yùn)輸車。(6)特此說(shuō)明與此不相干的人員不得搭乘此類運(yùn)輸車（裝有易燃易爆或含有劇毒化學(xué)物品的運(yùn)輸車輛）(7)當(dāng)采用罐車裝和卸液化石油氣時(shí)，在啟程時(shí)務(wù)必按照相關(guān)要求進(jìn)行箱罐的外部及耐壓檢查。在罐體外部應(yīng)設(shè)有符合安全要求的值(安全閥、壓力表、液位計(jì)等)在緊急切斷閥、過(guò)流閥和防靜電接地鏈等防火安全設(shè)施，這幾項(xiàng)也需要做定期的安全檢查，如有逾越期限，壓力過(guò)大，液位過(guò)高等跡象，需修復(fù)和處理，修復(fù)處理完好后進(jìn)行運(yùn)行。(8)危險(xiǎn)化學(xué)品在罐內(nèi)有限制高度，而這個(gè)裝載高度不得超過(guò)車輛攔板高度。車廂的底板必須是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審核，其要求是密實(shí)、平整和無(wú)縫隙的，最終的目的是安全有保障。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[3]

2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

在整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)方案的實(shí)施中，可以分為三部分檢查各部、運(yùn)輸物體的本地系統(tǒng)終端和監(jiān)控中心三個(gè)部分。、

在車輛的運(yùn)輸載體的各個(gè)重要部位主要集成了各類檢測(cè)傳感器、傳感探測(cè)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、中央處理器、電源管理和信號(hào)傳輸模塊。這主要用于對(duì)各項(xiàng)狀態(tài)檢測(cè)的精確性和實(shí)時(shí)性、傳感檢測(cè)模塊對(duì)多類型傳感器檢測(cè)的自適應(yīng)能力等方面的研究。

2.2 傳感器數(shù)據(jù)采集模塊

傳感器采集模塊包括：壓力傳感器、加速度傳感器、傾角傳感器和溫度傳感器等。它們的作用非常關(guān)鍵。在系統(tǒng)被激活的情況下，它們的責(zé)任是對(duì)危險(xiǎn)品車輛進(jìn)行采集和監(jiān)控，尤其是對(duì)危險(xiǎn)品的狀態(tài)進(jìn)行采集。

2.2.1 傾角傳感器

在傾角傳感器靜止不動(dòng)時(shí)，它作用在它上面的只有重力加速度，沒(méi)有其他。所以裝上傾角傳感器無(wú)論車輛發(fā)生任何的運(yùn)動(dòng)，都不會(huì)改變（偏心輪的）重心指向地心，有偏心輪的車輛前傾和橫滾姿態(tài)的改變與偏心輪重心夾角偏心輪的，通過(guò)這樣來(lái)測(cè)量夾角的角度來(lái)分析車輛的運(yùn)動(dòng)形式。

2.2.2 溫度傳感器

在本系統(tǒng)中感應(yīng)溫度的變化，使得敏感元件的阻值發(fā)生變化，從而在電路中，使輸出的電壓發(fā)生改變。

3 GPS數(shù)據(jù)采集模塊

目前GPRS是GPRS移動(dòng)設(shè)備端使用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)里面來(lái)接收和傳輸用于TCP/IP的數(shù)據(jù)。接入互聯(lián)網(wǎng)就是GPRS提供的，未來(lái)將進(jìn)入市場(chǎng)，得到重用。例如：GPRS可以固定在航海的船上等，可以將當(dāng)時(shí)的情況信息實(shí)時(shí)輸送到中央控制端。目前，我們用Kalman濾波將GPS和慣性傳感器之間數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的這種方法進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的探討和研究。

該系統(tǒng)是三種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的：分別為ZigBee網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)。ZigBee的作用是將在網(wǎng)絡(luò)收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端（DPT）。而DPT就能夠通過(guò)應(yīng)用軟件來(lái)解決傳感器的數(shù)據(jù)，接著將處理好的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)關(guān)和互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的共同作用下，然后傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上。GPS數(shù)據(jù)在通過(guò)DPT傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，然后進(jìn)行處理和分析，最后一并存儲(chǔ)到SQLServer2005的應(yīng)用軟件中。當(dāng)用戶或者客戶端需要查詢時(shí)，便可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)查詢到相關(guān)的內(nèi)容，方便，快捷，省時(shí)，省力。例如我們也可以通過(guò)WebGIS來(lái)觀察船舶的航行路線，發(fā)生危險(xiǎn)及時(shí)向總部發(fā)出求救。下面是系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)概述如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)

4 總結(jié)

本文主要介紹了一個(gè)化工危險(xiǎn)品監(jiān)控的系統(tǒng)。在運(yùn)用了傳感器和GPRS技術(shù)對(duì)無(wú)線技術(shù)進(jìn)行了有利的使用，在確保安全可靠的情況下，能夠安全使用和部署，關(guān)鍵是能達(dá)到追蹤的效果。除此以外，因主機(jī)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)地域，能夠加大提升系統(tǒng)的安全性。這項(xiàng)新技術(shù)，可以高效的為行業(yè)或企業(yè)提供直觀有效的應(yīng)急救援計(jì)劃，預(yù)防事故的發(fā)生，最重要的是保護(hù)人民的安全和財(cái)產(chǎn)不受威脅。