核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳建廣，曾淏宇，敖 楊，陳佳俊，陳曉麗，褚永彬

（1. 成都信息工程大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610200；2. 中核404有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

目前國內(nèi)已有車輛定位、導(dǎo)航產(chǎn)品投入核廢料運(yùn)輸?shù)氖褂?，但仍然存在一些問題，主要體現(xiàn)在山區(qū)等地理位置信息的穩(wěn)定性，以及核廢料全生命周期管理機(jī)制中的運(yùn)輸管理可以進(jìn)一步優(yōu)化。為了解決上述問題，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)核廢料、倉庫、運(yùn)輸車輛之間的關(guān)聯(lián)，將核廢料從產(chǎn)生到存放、運(yùn)輸、處理等不同環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，利用北斗高精度定位解決核廢料的去向，實(shí)現(xiàn)核廢料的管理[1-5]。

1 系統(tǒng)需求分析

核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管系統(tǒng)將試圖改善和解決如下問題：

1）核廢料運(yùn)輸過程中的位置信息不夠完善。核廢料物流車輛GPS 雖然能監(jiān)控車輛的即時(shí)行車狀態(tài)，但在移動(dòng)通信中斷，電力中斷或移動(dòng)通信無法覆蓋GPS終端的情況下，會(huì)出現(xiàn)監(jiān)控盲區(qū)。

2）核廢料的管理缺乏系統(tǒng)化的位置服務(wù)。通常情況下核廢料的管理只是給予了核廢料屬性信息的管理，但并不能及時(shí)將核廢料屬性信息與具體的位置信息相關(guān)聯(lián)，獲取信息的途徑還比較繁瑣。

3）核廢料的管理還缺乏更加完善的可視化管理。在核廢料整個(gè)生命周期的管理過程中，還存在某些管理上沒有可視化，或者缺乏系統(tǒng)的可視化。

核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管系統(tǒng)在核廢料產(chǎn)生時(shí)便建立核廢料唯一識(shí)別碼標(biāo)識(shí)字段，通過物聯(lián)網(wǎng)和北斗等技術(shù)確定核廢料與存放地點(diǎn)、運(yùn)輸車輛、處理場所之間的聯(lián)系，合理地解決了核廢料的處置，以便各個(gè)時(shí)期對(duì)核廢料進(jìn)行各種管理工作，最終完成了核廢料來源規(guī)劃、運(yùn)輸監(jiān)控、中繼存儲(chǔ)，直到處理完善這一智慧運(yùn)輸監(jiān)管中的信息與過程的可視化智慧監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核廢料物-庫-車聯(lián)動(dòng)

在核廢料的智慧運(yùn)輸監(jiān)管環(huán)節(jié)中，核廢料與倉庫、車輛等之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。常規(guī)的方式是在數(shù)據(jù)庫中通過主鍵建立對(duì)象之間的聯(lián)系，但這種方式操作步驟繁瑣，容易遺漏，無法實(shí)現(xiàn)無縫全程的管理。

本文通過物聯(lián)網(wǎng)[6]和北斗定位導(dǎo)航、精密授時(shí)、短報(bào)文通信技術(shù)，基于核廢料的唯一身份編碼：①自動(dòng)獲取核廢料、集裝箱、運(yùn)輸車輛、司機(jī)ID、倉庫、車體內(nèi)部輻射探測(cè)信號(hào)等相關(guān)屬性信息；②實(shí)時(shí)更新入庫、運(yùn)輸、出庫、處理等時(shí)間與空間信息；③完成倉庫存儲(chǔ)信息的自動(dòng)更新；④實(shí)現(xiàn)值守事件信息合理的加密記錄、歸檔上報(bào)、解密查詢等功能；⑤結(jié)合核廢料相關(guān)的屬性、時(shí)間、空間、事件四元素，實(shí)現(xiàn)核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管的物-庫-車時(shí)空聯(lián)動(dòng)，如圖1所示。

圖1 基于北斗與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核廢料物—庫—車聯(lián)動(dòng)

2.2 基于北斗的實(shí)時(shí)定位與短報(bào)文功能

在核廢料的智慧運(yùn)輸監(jiān)管的來源、存放、運(yùn)輸、處理等環(huán)節(jié)中需對(duì)核廢料進(jìn)行無縫隙實(shí)時(shí)定位。

北斗實(shí)時(shí)定位技術(shù)是指基于北斗的網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時(shí)定位技術(shù)[7]，此技術(shù)能夠達(dá)到相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)且滿足用戶實(shí)際生產(chǎn)需求。北斗實(shí)時(shí)定位技術(shù)為本研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

北斗系統(tǒng)的短報(bào)文通信，是指北斗地面終端和北斗衛(wèi)星、北斗地面測(cè)控總站之間能夠直接通過衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行雙向的信息傳遞，通信以短報(bào)文（類似手機(jī)短信）為傳輸基本單位。此技術(shù)已廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程終端監(jiān)控[8]。北斗短報(bào)文功能完備了實(shí)時(shí)定位，也為本研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

在核廢料出庫后，車輛在運(yùn)輸過程中會(huì)按照規(guī)定的路線前進(jìn)，如若遇到突發(fā)狀況如核泄漏、意外車禍、道路阻塞等，監(jiān)控中心需及時(shí)做出指令，以便進(jìn)行及時(shí)救援或運(yùn)輸路線的重新規(guī)劃，保證運(yùn)輸車輛能安全準(zhǔn)時(shí)抵達(dá)目的地。此時(shí)需通過在車輛上搭載北斗芯片，運(yùn)用基于北斗的網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時(shí)定位技術(shù)，來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸車輛的位置信息。當(dāng)在偏遠(yuǎn)山區(qū)等地區(qū)移動(dòng)通信中斷，電力中斷或移動(dòng)通信無法覆蓋北斗終端的區(qū)域，便以北斗短報(bào)文進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位的功能。

2.3 時(shí)空數(shù)據(jù)一體化

在核廢料的智慧運(yùn)輸監(jiān)管過程中，需對(duì)核廢料運(yùn)輸車輛實(shí)現(xiàn)時(shí)空數(shù)據(jù)一體化管理。

時(shí)空數(shù)據(jù)一體化是指利用GIS-T 的數(shù)據(jù)模型，解決動(dòng)態(tài)交通信息與道路網(wǎng)幾何數(shù)據(jù)的一體化時(shí)空建模問題的方法?，F(xiàn)階段的技術(shù)已經(jīng)能夠較好地解決路網(wǎng)信息中的靜態(tài)信息，但是對(duì)于動(dòng)態(tài)信息的實(shí)時(shí)傳輸與同步，仍是一個(gè)很大的問題。時(shí)空數(shù)據(jù)一體化在智慧城市的打造中得以研究應(yīng)用[9]，為本文的研究提供了技術(shù)理論基礎(chǔ)。

本文中，運(yùn)用交通地理信息系統(tǒng)(GIS-T)建立起數(shù)據(jù)模型，來存儲(chǔ)、管理和更新交通網(wǎng)絡(luò)的空間數(shù)據(jù)，輔助監(jiān)控中心進(jìn)行運(yùn)輸車輛的線路規(guī)劃、管理，并實(shí)現(xiàn)車輛信息的存儲(chǔ)、檢索與實(shí)時(shí)發(fā)布。

3 系統(tǒng)架構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管系統(tǒng)遵循面向服務(wù)的地理信息系統(tǒng)架構(gòu)[10]，整體上可分為過程管理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化、可視化管理三部分，如圖2所示。

圖2 核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管系統(tǒng)

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管系統(tǒng)采用6 層結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)：采集層自動(dòng)采集的時(shí)空數(shù)據(jù)，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸層傳入數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)。支撐層提供Web等服務(wù)，為應(yīng)用層承擔(dān)用戶層查詢分析、規(guī)劃設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、可視化管理的功能打下了基礎(chǔ)。

核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管平臺(tái)以核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過BI、GIS，基于REST 風(fēng)格、J2EE平臺(tái)規(guī)范和面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的Web服務(wù)技術(shù)[10]，以及圖層切片（TILED）技術(shù)，構(gòu)建了核廢料管理空間圖形與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高度集成的B/S 結(jié)構(gòu)核廢料信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)核廢料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、展示、共享等功能[11-12]，如圖3所示。

圖3 核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管系統(tǒng)

3.3 核廢料智慧運(yùn)輸監(jiān)管數(shù)據(jù)可視化

為減輕管理者的管理難度，根據(jù)可視化過程中對(duì)時(shí)間和空間之間聯(lián)系的緊密程度，將核廢料的可視化管理分為三部分：

1）靜態(tài)管理方案。基于GIS 數(shù)據(jù)，建立“圖元-單位-集裝箱表-核廢料表-核廢料”一體化的數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)以圖管理核廢料。

2）半動(dòng)態(tài)管理方案。核廢料數(shù)據(jù)集成可視化。按月統(tǒng)計(jì)分析各地、各倉庫核廢料的信息，動(dòng)態(tài)展示流動(dòng)情況。

運(yùn)輸車輛運(yùn)輸路線規(guī)劃。通過緩沖區(qū)分析，盡量規(guī)避繁華商業(yè)區(qū)、居住人口稠密區(qū)、交通道路擁堵區(qū)等，選擇平緩大道。

核廢料軌跡回放。通過唯一識(shí)別碼，按屬性查詢單個(gè)核廢料的可視化生命周期全過程。

3）全動(dòng)態(tài)管理方案。車輛行駛途中，車輛內(nèi)部輻射探測(cè)器提供自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警，并支持一鍵報(bào)警功能。此外，單擊車輛可查看車牌號(hào)、司機(jī)等相關(guān)信息；雙擊車輛顯示集裝箱編號(hào)信息列表；單擊集裝箱編號(hào)，彈出核廢料分裝列表；單擊核廢料編號(hào)，彈出對(duì)話框，顯示箱內(nèi)核廢料特性、來源地等相關(guān)信息。

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)將智慧運(yùn)輸監(jiān)管的理念引入到核廢料的管理當(dāng)中，基于北斗定位導(dǎo)航和短報(bào)文通信技術(shù)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從核廢料產(chǎn)生地開始核廢料的監(jiān)管，完成對(duì)核廢料來源、運(yùn)輸、存放、處理這一完備的智慧運(yùn)輸?shù)墓芾恚瑢?shí)現(xiàn)了核廢料的全過程、全方位的管理，從管理流程中杜絕核廢料帶來的潛在危險(xiǎn)。通過對(duì)核廢料運(yùn)輸?shù)目梢暬芾?，減少人工干預(yù)，使管理流程更加便捷，減輕行業(yè)內(nèi)部負(fù)擔(dān)，為管理者提供一個(gè)方便舒適的管理平臺(tái)。