基于RFID的危險品運輸安全管理系統(tǒng)設計

1、第 9 卷 第 3 期2010 年 9 月寧 夏 工 程 技 術ningxia engineering technologyvol9 no3 sep 2010文章編號：16717244（2010）03024204基于 rfid 的危險品運輸安全管理系統(tǒng)設計邊吉榮， 宋麗亞， 藺金元（寧夏大學 物理電氣信息學院，寧夏 銀川 750021）摘 要：為了減少危險品運輸事故的發(fā)生,加強對危險品運輸車輛的跟蹤、監(jiān)控、管理，結(jié)合 rfid 的特點，將 rfid 技術應用到危險品的運輸管理中，提出將 rfid 技術、傳感技術、gprs 技術和數(shù)據(jù)庫技術相結(jié)合，建立集 危險品從業(yè)人員監(jiān)控管理、危險品運輸過程實

2、時監(jiān)控管理、危險品運輸狀態(tài)實時查詢和危險品運輸應急指揮信 息管理為一體的綜合信息服務平臺，并給出了具體的系統(tǒng)設計方案.該系統(tǒng)不僅可使危險品的運輸管理高效智 能，而且為危險品業(yè)主、運輸企業(yè)業(yè)主、各級監(jiān)管部門提供了一個良好的公共操作平臺. 關鍵詞:危險品運輸；安全管理系統(tǒng)；rfid中圖分類號：tp274文獻標志碼：a隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對原材料 的需求日益增加，危險品的用量和品種也不斷增加， 危險品的運輸隨之逐年劇增.據(jù)統(tǒng)計，我國 95%以上 的危險品涉及到異地運輸問題，每年的總運輸量超 過 4 億 t，每天危險品的運輸量超過 100 萬 t1. 危險 品運輸是一種動態(tài)危險源，一旦發(fā)生

3、事故，涉及面 廣，危害嚴重，對人民生命財產(chǎn)、社會公共安全等均 會構成不同程度的威脅.據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，危 險品運輸事故占危險品事故總數(shù)的 30%40%，因 此，提高危險品的運輸安全刻不容緩.利用 rfid、衛(wèi)星定位、傳感等現(xiàn)代計算機新技 術對危險品的人為管理和運輸車輛進行實時監(jiān)控和 統(tǒng)一調(diào)度，一旦發(fā)生事故盡可能在第一時間調(diào)動本 地區(qū)內(nèi)的所有應急部門進行應急處理，為提高道路 危險品運輸安全提供了行之有效的途徑和手段.我 國目前對危險品的運輸安全管理處于剛起步階段， 事故發(fā)生率逐年增加的一個主要原因是信息技術的 落后，rfid、gps、gprs 等現(xiàn)代新技術在危險品的 運輸管理中的應用還很有限

4、. 本文提出將這些新技 術應用到危險品的日常倉儲管理和運輸實時監(jiān)控管 理中，不僅可實現(xiàn)危險品倉儲管理的高效化和智能 化，還可降低危險品運輸事故的發(fā)生率.1 rfid 技術1.1 rfid 概念rfid 是 radio frequency identification 的 縮 寫，即射頻識別，俗稱電子標簽2. rfid 射頻識別是收稿日期：20100621一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自 動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無需人 工干預，可工作在各種惡劣環(huán)境中. rfid 技術可識 別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷 方便.1.2 rfid 分類rfid 按應用頻率的不

5、同分為低頻（lf）、高頻（hf）、超高頻（uhf）、微波（mw），相對應的代表性 頻率分別為：低頻 135 khz 以下；高頻 13.56 mhz；超 高頻 860 mhz，960 mhz；微波 2.4 ghz，5.8 ghz.rfid 按照能源的供給方式分為無源 rfid、有 源 rfid 以及半有源 rfid.無源 rfid 讀寫距離近， 價格低；有源 rfid 可以提供更遠的讀寫距離，但是 需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠距離讀寫 的應用場合.1.3 rfid 的基本組成部分標簽(tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽 具有唯一的電子編碼，附著在物體上標志目標對象；閱讀器(rea

6、der)：讀取(有時還可以寫入)標簽信息 的設備，可設計為手持式或固定式；天線(antenna)： 在標簽和讀取器間傳遞射頻信號.1.4 rfid 的基本工作原理rfid 技術的基本工作原理并不復雜，標簽進入 磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流 所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（passive tag，無源標簽或被動標簽），或者主動發(fā)送 某一頻率的信號 （active tag，有源標簽或主動標作者簡介：邊吉榮（1974），女，碩士，講師，主要從事計算機網(wǎng)絡開發(fā)教學與研究工作.第 3 期邊吉榮等：基于 rfid 的危險品運輸安全管理系統(tǒng)設計243簽）；解讀器讀取信息并解碼后，

7、送至中央信息系統(tǒng) 進行有關數(shù)據(jù)處理.1.5危險品運輸管理系統(tǒng)中 rfid 技術的應用(1) 從業(yè)人員培訓、考試、身份認證.給危險品運 輸從業(yè)人員發(fā)放 rfid 電子身份卡，采用 13.56 mhz 的高頻電子標簽卡，卡中可以存儲從業(yè)人員的身份 信息、培訓的考勤及學時信息、從業(yè)積分信息等，執(zhí) 法人員使用 rfid 移動執(zhí)法 pda 設備可以隨時抽 查或者檢查危險品運輸從業(yè)人員的身份信息，并通 過 pda 設備現(xiàn)場執(zhí)行處罰，并能將執(zhí)法數(shù)據(jù)通過 3g 網(wǎng)絡實時上傳至運輸管理信息平臺中3.(2) 車載終端上有源電子標簽的使用.危險品運 輸過程中需要控制環(huán)境溫度、濕度、運輸過程中的震 蕩、光線照度、氣體

8、濃度等參數(shù).通過有源傳感器電 子標簽的使用，可以將上述參數(shù)通過無線射頻方式 傳輸至車載終端中，再由車載終端通過 3g 網(wǎng)絡上 傳至運輸管理信息平臺中，從而對危險品運輸過程 中的環(huán)境參數(shù)做實時監(jiān)管和監(jiān)控，將潛在的危險控 制在萌芽狀態(tài).gps 衛(wèi)星 1gps 衛(wèi)星 2gps 衛(wèi)星 3gps 衛(wèi)星 4倉庫起點倉庫管理系統(tǒng)條碼、rfid 電子標簽采集設備車載監(jiān) 控終端條碼、rfid 電子標簽采集設備倉庫終點倉庫管理系統(tǒng)gsm、3g 移動通信塔互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)(3) 危險品自身 rfid 電子標簽的使用.在危險 品的外包裝箱上粘帖超高頻電子標簽，在危險品倉 庫門口設置超高頻讀寫設備. 這樣既可完

9、成危險品 的自動出庫、入庫，還能將出入庫信息通過 3g 網(wǎng)絡 實時上傳至運輸管理信息平臺中，從而實現(xiàn)高效、便捷的庫存管理.2 危險品運輸安全管理系統(tǒng)該系統(tǒng)總體設計方案主要包括監(jiān)控中心和車載 終端子系統(tǒng)兩部分，如圖 1 所示.2.1 監(jiān)控中心監(jiān)控中心系統(tǒng)如圖 2 所示. 該監(jiān)控中心系統(tǒng)以 監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫為核心，提供危險品從業(yè)人員管理、 危險品運輸業(yè)務受理管理、危險品運輸過程實時監(jiān) 測和監(jiān)控管理、危險品運輸狀態(tài)實時查詢與管理、危 險品運輸應急指揮信息管理.2.1.1 危險品從業(yè)人員管理 通過發(fā)放 rfid 電子 身份卡進行從業(yè)人員管理. 使用 13.56 mhz 的高頻 電子標簽卡，卡中可以存儲從

10、業(yè)人員的身份信息、培 訓的考勤及學時信息、從業(yè)積分信息等. 執(zhí)法人員 使用 rfid 移動執(zhí)法 pda 設備可以隨時抽查或者 檢查危險品運輸從業(yè)人員的身份信息，并通過 pda 設備現(xiàn)場執(zhí)行處罰，并能將執(zhí)法數(shù)據(jù)通過 3g 網(wǎng)絡 實時上傳至危險品運輸管理信息系統(tǒng)中.2.1.2 緊急事件的應急預案 通過從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中 調(diào)用制作應急預案所需的危險貨物數(shù)量、性質(zhì)、防護 方法、處理方法以及相關的地理信息等材料，系統(tǒng)可 以自動生成運輸危險貨物可能發(fā)生的緊急事件的應 急預案.生成的預案經(jīng)專業(yè)人員修改完善后，發(fā)送到貨主危險貨物車輛維運政管交通監(jiān)120 急消防110 報緊急事件運輸企業(yè)修中心理部門管中心救中心中心

11、警中心救援中心圖 1 危險品運輸安全管理系統(tǒng)總體結(jié)構244寧夏工程技術第 9 卷圖 2 監(jiān)控中心總體功能圖運輸管理部門審核、備案，并進行相應的設備、設施、 人員協(xié)調(diào)方面的一切準備. 出現(xiàn)緊急事件時按照應 急預案進行搶險救援.出現(xiàn)意外情況，應急預案不能 實施的時候，聯(lián)系應急救援指揮中心，組成專家小 組，討論形成救援與事故處理方案4.2.1.3 車輛的實時監(jiān)控與調(diào)度5 監(jiān)控中心通過多 種方式遠程監(jiān)視車輛的運行軌跡，為有關部門提供 信息.車輛運行軌跡的歷史數(shù)據(jù)保存于監(jiān)控中心，并 在需要時回放.另外，在車輛處于報警狀態(tài)時，系統(tǒng) 可遠程控制車輛的運行狀態(tài)，如遠程熄火、遠程鎖 門、遠程設定或解除警戒等.貨

12、運企業(yè)可通過該系統(tǒng) 有效地調(diào)度其他車輛接運貨物，從而提高運營效率. 當遇到緊急情況需要臨時改變運輸線路時，也可通 過該系統(tǒng)對車輛進行調(diào)度.2.1.4 信息查詢 主要滿足用戶對危險貨物信息（品名、性質(zhì)、防護方法、應急處理方法等）、車輛相關 信息（位置、運動狀態(tài)、車型、牌號、載重、持續(xù)運行時 間等）、駕駛?cè)撕脱哼\人信息（姓名、編號、性別、年 齡、技術狀況、所屬單位和聯(lián)系方式等）、地理信息（地圖信息、位置標定、道路檢索、主要運輸場站位 置）、道路危險貨物運輸法規(guī)標準和歷史事故信息等 進行查詢的需求.2.2 基于 arm 和 gprs 芯片的車載終端子系統(tǒng)車載終端子系統(tǒng)采用 arm 芯片作為信息終端

13、的處理器，一方面它可大大提高系統(tǒng)的信息處理速 度，另一方面由于它的串行接口比較多，可以大大方 便系統(tǒng)將來功能的擴展. 作為主 cpu 的 arm 處理 器，采用 str711fr2 處理器，原因是它性能優(yōu)越、性 價比高，其內(nèi)集成了最高達 64 kb 的 ram 存儲器， 在其內(nèi)部 flash 中運行代碼時，系統(tǒng)的運行速度可達 50 mhz 時鐘頻率，并且它帶有完整的 jtag 調(diào)試開 發(fā)工具支持.gprs/gsm 通信模塊采用 gr64 芯片6，因 為 gr64 是帶有 gsm 和 gprs 全套語音和數(shù)據(jù)功能的 先進無線模塊，它具有以下優(yōu)點：體積小，所有的 功能都集中在一塊集成的芯片內(nèi)，芯片

14、大小僅為 50 mm33 mm7.2 mm；開發(fā)簡單，因為其內(nèi)嵌 tcp/ip 協(xié)議棧，使用戶可最大程度地縮短 gprs 產(chǎn) 品的開發(fā)周期；可以外部控制應用，gr64 是可以配置的，因此可進行外部輸入、輸出接口提供的外部 控制應用；適應全球應用.車載終端子系統(tǒng)設計如圖 3 所示，主要功能包 括7：定時向監(jiān)控中心發(fā)送車輛位置、速度等信息；在車輛發(fā)生緊急事件時，駕駛?cè)税磮缶_關，啟動 終端報警，車輛處于被監(jiān)控狀態(tài)，直至警報解除； 接到監(jiān)控中心和車主的查詢后，車載終端可向監(jiān)控 中心或車主報告車輛當前位置；具有車載電話功 能；車載終端的顯示屏可動態(tài)顯示各類傳感器模 塊采集到的信息（如危險品的數(shù)量、壓力

15、、溫度，車輛 行駛的速度、車廂內(nèi)外溫度參數(shù)等），并可向監(jiān)控中 心傳送信息；可接受監(jiān)控中心的命令對車輛進行 斷油、斷電、開關車門等操作；具有電子鎖功能，裝 有該設備的車輛（如廂式貨車）的貨廂門只有在接到 監(jiān)控中心的開鎖命令后才能打開；內(nèi)置閃存采用 定距或定時記錄方式，記錄滿后從第一條開始逐條 覆蓋；區(qū)域調(diào)度功能，對于一些人口密度很高的地 區(qū)，危險貨物運輸車輛是禁入的，當車輛進入該區(qū)域 時，自動向監(jiān)控中心發(fā)送報警信息；限制行駛路線 功能，當車輛偏離預設的行駛路線時，車載終端將自 動向監(jiān)控中心報警；11 具有時間、里程限制功能，基 于某些特殊危險貨物的運輸要求，車輛在運行一段 時間后，車載終端可提示

16、駕駛?cè)送＼囆菹⒉嚿?危險貨物進行檢查；12 超速報警，當車輛超速時，發(fā) 出超速報警信息，直至車輛速度回到設定的速度 內(nèi)；13 緊急事件應急反應，當發(fā)生緊急事件時，車載 終端可自動通告周圍的車輛進行撤離、避讓或改道， 并迅速向監(jiān)控中心報警，同時自動向監(jiān)控中心傳送 事故相關信息.gprs/gsm 通信模塊arm處 理 器遠程控制設備顯示屏各類傳感器信息接收口警示喇叭報警按鈕話筒電源管理汽車蓄電池 攝像頭圖 3 車載終端子系統(tǒng)結(jié)構圖3應用前景分析本文將先進的 rfid 技術與 3g 技術、導航技 術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術相結(jié)合搭建了一個綜合的 危險品運輸管理信息平臺，為危險品業(yè)主、運輸企業(yè) 業(yè)主

17、、各級監(jiān)管部門提供了一個公共服務平臺. 但 仍有一些因素制約著 rfid 技術的快速發(fā)展和大規(guī)第 3 期邊吉榮等：基于 rfid 的危險品運輸安全管理系統(tǒng)設計245模應用，例如： rfid 技術完善問題.目前 rfid 技術還不夠 成熟, 存在較高的差錯率，如在識別距離方面,實際 應用中高頻 rfid 標簽的有效識別距離僅為 1 m,盡 管超高頻 rfid 標簽的識別距離可以達到 36 m，但 還未達到理論上 10 m 的識別距離. 此外, 射頻識別 標簽與讀寫器的安裝方向也對識別率有著一定的影 響, 環(huán)境中的建筑結(jié)構尤其是金屬結(jié)構的排列、數(shù) 量都會對 rfid 標簽的識別產(chǎn)生影響, 這些都是

18、 rfid 技術未來發(fā)展的重大挑戰(zhàn). 各項技術集成應用問題. 本文以 rfid 智能 標簽為基礎，結(jié)合 3g 技術、導航技術等構建了一個 危險品運輸管理公共服務平臺，雖然各單項技術已 經(jīng)趨于成熟，但各項技術集成在通信協(xié)議、接口等方 面需要整合, 而整合工作需要有較強的技術力量, 還存在大量需要攻克的技術難題. 數(shù)據(jù)安全問題. 當對信息有保密要求時, rfid 技術在應用上還存在障礙, 因為目前廣泛使 用的無線 rfid 系統(tǒng)并沒有可靠的安全機制, 無法 對數(shù)據(jù)進行很好的加密.由此可見, 由于目前 rfid 技術的發(fā)展現(xiàn)狀在滿足實際需求方面仍存有不足, rfid 技術在危 險品管理領域的推廣和應

19、用依然受到限制, 但是 rfid 技術所具備的獨特優(yōu)勢是其他技術所無法 比擬的. 隨著 rfid 技術的不斷改進，不久的將 來 ，rfid 技術在危險 品管理領域 會廣泛推廣 和 普及.參考文獻：1 劉秀，王長君，羅俊儀，等.我國危險化學品道路運輸安全 現(xiàn)狀及對策j.道路交通管理，2007（9）：15-18.2 finkenzeller klaus. 射頻識別（rfid）技術m. 北京: 電子工業(yè)出版社,2001：5-90 .3 白舒安，陳學武. rfid 技術在高速公路行車管理中的應 用j. 道路交通與安全，2009，9（4）：21-23.4 趙建有，劉大學，孫偉. 道路危險貨物運輸管理信息

20、系統(tǒng) 框架設計j. 長安大學學報：自然科學版，2008，28（2）： 75-79.5 孟謙，王志良，張東 基于 gps/北斗衛(wèi)星技術的無盲區(qū)車輛調(diào)度系統(tǒng)j微計算機信息，2005，21（1）：160-161. 6 劉淑芬，崔鳴. 基于 rfid 和 gprs 的公交車信息化管理系統(tǒng)的研制j.蘇州市職業(yè)大學學報，2008，19(3)：7-9. 7 羅璐，劉天生. 基于 rfid、gps 和 gprs 技術的危險品運輸安全管理系統(tǒng)j.安全與環(huán)境工程，2009,16（6）:108-111.design of transportation safety management system for dan

21、gerous goods based on rfidbian jirong， song liya， lin jinyuan（college of physics & electrical information, ningxia university, yinchuan 750021, china）abstract: in order to reduce the occurrence of dangerous goods transport, strengthen the tracking, monitoring and managing on the transportation of dangerous goods, combining the characteristics of rfid, rfid technology will be applied to the management of dangerous goods transport, rfid, sensing technology, gprs technology and