一種基于加氫站車輛氣瓶追溯的安全監(jiān)管平臺研究

秦江君 曾章龍 楊君 劉兵

（厚普智慧物聯科技有限公司 四川省成都市 611731）

中共中央、國務院印發(fā)《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，明確了我國實現碳達峰碳中和的時間表、路線圖；國務院印發(fā)《2030 年前碳達峰行動方案》。力爭2030 年前實現碳達峰、2060 年前實現碳中和，是以習近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國內國際兩個大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是著力解決資源環(huán)境約束突出問題、實現中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇，是構建人類命運共同體的莊嚴承諾。H2 一種理想的能源時代。氫能時代是以天然氣作為過渡能源，向氫能時代逐步發(fā)展。氫能將是人類社會遠期主要的、絕對清潔的能源。H2 汽車也會迅猛增長，氣瓶數量隨之增多。氣瓶作為國家嚴格監(jiān)管的特種設備之一，對它的生產、使用、充裝和檢驗，政府監(jiān)管部門早已制定了一系列的相關法規(guī)、政策，但是由于各個省市地方政府政策不統(tǒng)一，檢驗站、質監(jiān)局、改裝廠等各部門之間數據不互通，缺乏統(tǒng)一監(jiān)管，容易形成管理混亂的局面。而且需要抽調出大量資金、人員進行管理，增加政府、企業(yè)的生產成本。經調研，多個地方質監(jiān)局、企業(yè)等為了高效管理、降低成本，迫切需要增加或者拓展鋼瓶監(jiān)管系統(tǒng)，以適應當前互聯網的發(fā)展趨勢下的降本增效。厚普智慧物聯科技有限公司作為厚普股份全資子公司，集成了厚普最強大的軟硬件開發(fā)技術團隊，承接建設車用氣瓶充裝信息追溯平臺勢在必行。

1 系統(tǒng)總體設計

加氫站車輛氣瓶追溯的安全監(jiān)管平臺主要由權限管理子系統(tǒng)、數據管理子系統(tǒng)、綜合查詢分析子系統(tǒng)、數據通信系統(tǒng)、加注站標簽管理系統(tǒng)、標簽管理系統(tǒng)、移動客戶端APP 和手持無線數據采集器、中繼器、發(fā)卡器組成。系統(tǒng)基于Spring+SpringMVC+SpringBoot 為核心的敏捷開發(fā)系統(tǒng)架構，數據庫采用MySQL，包含站端和中心數據庫，優(yōu)勢在于免費開源、可移植性高、安裝簡單小巧、可以處理擁有上千萬條記錄的大型數據、相對其他大型數據庫調試、管理、優(yōu)化簡單；上層數據訪問、業(yè)務邏輯以及展現層采用SpringMVC 的標準結構，結構穩(wěn)定，拓展方便，技術成熟、可控；Redis、EhCache 處理緩存，加快系統(tǒng)訪問速度，shiro 和CAS 控制權限架構，Log4j 處理操作日志；APP 分微信公眾號及輕量化小程序版本、Android、IOS 版本。微信公眾號與小程序采用H5 模式開發(fā)嵌入，實現輕量級快速開發(fā)，具有穩(wěn)定性強、移植行強、易維護、跨平臺的優(yōu)勢。Android 采用原生開發(fā)；IOS 采用混合模式開發(fā)；APP 集成百度地圖SDK。進入APP 可以在首頁看到當前的車輛、氣瓶情況、檢驗報告、下次年檢時間，點擊地圖上的站點標點可以查看當前站點的消費記錄等，擊地圖上的部門標點可以查看辦理時間、業(yè)務功能，以及智能定位，導航實現快速到達。系統(tǒng)架構如圖1 所示。

圖1：系統(tǒng)架構圖

2 平臺端WEB管理系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)分為4 個子系統(tǒng)：權限管理子系統(tǒng)、數據管理子系統(tǒng)、綜合查詢分析子系統(tǒng)、數據通信系統(tǒng)（服務端）。

2.1 權限管理子系統(tǒng)

研發(fā)內容含有登錄權限認證、用戶管理、新增角色、刪除角色、新增用戶、編輯用戶、密碼重置功能模塊的處理。權限認證基于Shiro 框架中的攔截器功能。通過攔截器功能實現用戶、權限和角色的應用。角色，權限，兩個攔截器同時確定是否能訪問。

2.2 數據管理子系統(tǒng)

主要研發(fā)內容有車輛管理、企業(yè)信息管理、政府監(jiān)管部門信息管理、站點管理、氣瓶管理、審核管理、氣瓶定檢管理等核心功能。

企業(yè)信息管理：燃氣公司提供公司名稱、地址、聯系方式、聯系人員息等相關資料備案，并由平臺運維人員錄入系統(tǒng)保存，方便后期該機構相關資料的查詢。平臺機構資料登記模塊為運維人員提供錄入、修改、查詢相關操作功能。

車輛管理：此功能模塊為機構配置使用，由機構人員錄入相關車輛、車主、氣瓶等相關配置信息，提供錄入、修改、查詢相關操作功能。

氣瓶管理：此功能模塊為機構人員使用，實現氣瓶的新增、修改、錄入、審核等操作功能。

站點管理：站點信息由機構運維人員錄入提供相關的站點名稱、槍號配置、地址、聯系人、聯系方式等信息自行進行添加功能，并提供錄入、修改、查詢相關操作功能。

氣瓶定檢管理：根據最近到期的氣瓶下次檢驗日期，定期對車輛進行定檢，定檢分兩類：

（1）定檢合格：可選擇是否報廢電子標簽，定檢合格后將會生成定檢合格單（定檢時氣瓶類型不同所對應的定檢界面也將不同）；

（2）氣瓶報廢：氣瓶報廢后，所綁定的電子標簽將會隨之報廢，并生成氣瓶判廢單；車輛報廢氣瓶后需要重新添加車輛詳情中規(guī)定的氣瓶個數，在“車輛氣瓶定檢信息錄入”中添加注瓶后，即會生成定檢合格單。

2.3 綜合查詢分析子系統(tǒng)

研發(fā)內容有車輛信息查詢、外地車記錄查詢、氣瓶信息查詢、標簽查詢、黑標簽查詢、充裝記錄查詢、定檢記錄查詢、圖形化統(tǒng)計分析等功能。

2.4 數據通信系統(tǒng)（服務端）

研發(fā)內容為加注站數據采集、數據傳輸、加氫機通訊、數據中轉功能。系統(tǒng)支持平臺消息推送、支持UDPTCPHTTPATMQ 傳輸協議、也可實現私有協議擴展、系統(tǒng)采用無連接的傳輸協議UDP 協議。

3 站點管理系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)主要包括：數據通信系統(tǒng)、加注站標簽管理系統(tǒng)、標簽管理系統(tǒng)軟件、手持無線數據采集器4 個子系統(tǒng)。

3.1 數據通信系統(tǒng)（客戶端）

研發(fā)內容為加注站數據采集、數據傳輸、加氫機通訊、數據中轉功能。系統(tǒng)支持UDPTCPHTTPATMQ 傳輸協議、也可實現私有協議擴展，系統(tǒng)默認采用無連接的傳輸協議UDP 協議。

特點：

（1）腳本編譯器；

（2）網絡通訊技術；

（3）支持多數據庫連接；

（4）支持負載均衡；

（5）存儲轉發(fā)；

（6）點對點連接。

3.2 加注站標簽管理系統(tǒng)

研發(fā)內容主要是與中繼器進行數據交互、與原有加注站管理系統(tǒng)進行協議對接，交互標簽信息與氣瓶加注記錄、外地車加注管理等功能。

3.3 標簽管理系統(tǒng)軟件

標簽管理系統(tǒng)軟件主要完成車輛氣瓶完成審核的信息進行相關標簽的發(fā)放、氣瓶定檢標簽信息更新、標簽掛失、標簽發(fā)卡中間件等功能研究。

3.4 手持無線數據采集器

手持無線數據采集器主要研究功能有讀取標簽信息、輸入氣瓶檢測情況、輸入加注槍號、上傳標簽驗證信息、接收加氫機啟動狀態(tài)等核心功能。

特點：它集成了RFID 讀寫、PSAM 卡讀寫、CPU 技術、液晶顯示、I/O 輸入輸出、無線數傳輸等先進技術，其中自主研發(fā)的操作系統(tǒng)，保證了產品性能更加穩(wěn)定強勁。該產品整機采用工業(yè)級設計，其環(huán)境適應能力較強，具有開發(fā)環(huán)境便利，小巧時尚、性能穩(wěn)定、操作簡便等特點，手持機通過配置以控制加注站的任何一條加注槍，實現安全、高效、便捷充裝。

技術指標如表1 所示。

表1：技術指標

手持機結構圖如圖2 所示。

圖2：手持機結構圖

手持機功能說明：主菜單中有“掃描”、“設置”、“時間”、“歷時”、“信息”、“測試”、“幫助”、“待機”、“關機”九個子菜單。通過方向鍵可選擇相應的菜單，點擊“確認鍵”可進入相應菜單。若超過背光亮度時長，系統(tǒng)將進入睡眠狀態(tài)以降低功耗。背光時長可以在設置界面進行設置。界面頂部有當前時間和電池電量進度顯示。

開機：長按紅色“開機鍵”2S，實現開機。注：確保電池倉內撥碼開關“4”在“ON”位置，1 在“OFF”位置。

關機：在主菜單，通過方向鍵選中“關機”菜單，按“確認鍵”會彈出關機警告界面，然后按“確認鍵”實現關機。

待機：進入主界面后，通過方向鍵選中“待機”菜單，再點擊“確認鍵”會進入待機狀態(tài)，按（除了確認鍵）任意鍵會再次喚醒手持機。

時間：進入時間界面顯示當前日期、時間和星期信息，按確認鍵提示輸入密碼，密碼正確后才可修改日期。請勿隨意更改日期信息，以免影響正常工作。

歷史：進入歷史界面后可以查看到當前掃描的歷史記錄信息。左右鍵可以卓條依次查看歷史記錄。按下“確認”鍵將打開歷史記錄選項菜單有：清楚歷史記錄、歷史記錄數量、當前查詢記錄號。

信息：進入信息界面后可以查看到當前系統(tǒng)的版本號、設備型號、電池電壓等信息。

測試：測試界面作為廠家維護使用，需要密碼才能進入。

幫助：進入幫助界面會顯示手持機的簡單操作方法及一些幫助信息。

掃描：用于對汽車鋼瓶電子標簽的掃描，掃描合格以后方可對鋼瓶進行加注。

（1）使用快捷鍵進入掃描狀態(tài)。使用快捷鍵掃描啟動事先設定好槍號的兩條加注槍。

①按手持機側面“快捷左鍵”或“快捷右鍵”進入掃描狀態(tài)。此時屏幕會提示當前掃描的槍號，右上角LED 指示燈開始閃爍，表示正在掃描。

②將手持機掃描區(qū)域靠近電子標簽等待屏幕顯示掃描信息，信息顯示后拿開手持機。此時手持機會提示如下信息：標簽類型、車牌號碼、年檢日期、氣瓶個數、氣瓶總容量、登記證號、氣瓶編號、掃描時間等。

③屏幕下方會提示“讀卡成功”后的一些標簽狀態(tài)信息，如：標簽類型、車牌號碼、年檢日期和掃描時間等。若有故障將提示：鋼瓶過期、鋼瓶即將到期、數據存儲狀態(tài)等。確認掃描結果及槍號是否正確并檢查氣瓶外觀是否完好，車輛信息是否匹配。如果所有信息均正確則可點擊“確認鍵”啟動加氫機，取消則點擊“返回鍵”。

④如果數據上傳失敗，手持機將提示上傳失敗原因，如果在按OK 鍵將重新上傳數據。

（2）手動輸入槍號掃描。通過方向鍵選中掃描菜單后，按OK 鍵進入掃描界面，此時需要手動輸入掃描槍號，槍號輸入完成后按OK 鍵開始掃描，或等待1.5S 手持機將自動開始掃描。

（3）按數字鍵掃描。在主界面按下數字鍵1～9，手持機將開始掃描標簽并啟動，掃描完成后按OK 鍵開始啟動相應槍號的加氫機。

4 移動客戶端APP

移動客戶端APP(微信公眾號)主要研發(fā)內容有登錄注冊、個人中心、站點信息、個人消費查詢、氣瓶查詢、報告查詢、地圖標點、定位、搜索、導航等核心功能。

5 技術創(chuàng)新

（1）部署方式更優(yōu)：不需要購買任何硬件，剛開始只需要簡單注冊即可，企業(yè)無需再配備IT 方面的專業(yè)技術人員，同時又能得到最新的技術應用，滿足質監(jiān)局、企業(yè)等對鋼瓶監(jiān)管的需求。

（2）成本更低：只以相對低廉的“月費”方式投資，不用一次性投資到位，不占用過多的營運資金，從而緩解政府部門、企業(yè)資金不足的壓力；不用考慮成本折舊問題，并能及時獲得最新硬件平臺及最佳解決方案。

（3）維護和管理更便捷：由于采取租用的方式來進行業(yè)務管理，不需要專門的維護和管理人員，也不需要為維護和管理人員支付額外費用。

6 結束語

加氫站車輛氣瓶追溯的安全監(jiān)管平臺的目的解決當前省市質監(jiān)局、企業(yè)使用的電子標簽系統(tǒng)數據不共享的問題，不僅解決管理本地氣瓶的生產、使用、充裝、檢驗的業(yè)務需求，而且創(chuàng)新性的改變當前系統(tǒng)的部署方式，不需購買硬件，不占用過多的營運資金、不考慮折舊，不需要專門的維護和管理人員，最終達到大幅降低質監(jiān)局、企業(yè)的管理成本，而且完美兼容不同的電子標簽系統(tǒng)。使用車舒心、加氫安全、用能環(huán)保的悅樂用車生活。