危化品运输车辆安全监控技术的研究
危险化学品要经历生产、储存、使用等各个环节，每个环节都需要通过运输来完成。根据我国现阶段的情况，绝大部分货物都以汽车运输为主。危险化学品由于自身的危险性，在运输过程中应尽最大的努力杜绝各类事故的发生。装运危化品车辆的技术状况是引发交通事故的一个重要因素，车辆技术状况的好坏，是危化品安全运输的基础，更重要的是对执行长途运输任务的机动车需要必要的监控措施。全球定位系统技术的发展日趋成熟，把基于GPS的车辆监控系统应用于危化品的运输安全，在很大程度上保证了营运安全。确定危化品运输车辆安全监测体系、采取有效的科技监控手段来解决危化品运输车辆的实时安全监控和管理问题，提高整个运输行业的安全水平，是目前急需解决的技术问题和社会问题。
本文从危化品运输监控的需要出发，重点阐述了车辆监控系统构建的若干关键技术，对提高运输企业的管理水平，引导危化品运输企业从传统的管理模式向智能化管理模式发展，具有重要的现实意义。
总体方案如图1所示，本系统是基于GPS的实时快速定位、GPRS无线通讯、数据库海量存储以及计算机网络技术等集成构建，分为前端数据采集系统和后台数据监控中心两大部分。前端数据采集系统采用高性能的微控制器作为核心的车辆状态监图1监控系统示意图研究与开发69机电工程技术2012年第41卷第07期控装置，通过无线传输通道GPRS实现与监控中心的数据交互；后台数据监控中心，主要由通信服务器、数据库服务器和监控主机组成，负责实时接收车辆各种参数，完成对运行车辆的监控，同时实时发布车辆预警信息和风险提示，汇总相关统计数据等。
2建立危化品车辆安全监测指标体系道路危险品运输是社会发展的需要，危险化学品与人们的生产和生活息息相关。因此，必须加强对危险化学品运输的监控和管理，在道路运输过程中采取必要的安全防护和监控措施，以确保万无一失。
基于GPS监控技术的车辆监控系统主要用来监测运行车辆的车速、运行轨迹等状态，已经广泛应用于出租车、客车等普通运营车辆。而对于危化品运输，由于危险化学物品有易爆、易燃、有毒、易挥发等特性，在行驶过程中，车辆各个功能部件的状态产生异常都有可能引发不可挽回的损失。要保证运输途中的安全，应该采取全方位、多目标的监测手段才能防范于未然。
目前，车辆监控设备（系统）供应商普遍只从事针对普通运行车辆的车速、定位方面的技术研究，没有对危化品运营车辆多目标、全方位监测的技术进行深入研究。针对这种现状，通过与行业企业沟通，充分采集技术信息，研究制定出一系列针对危险品运输车辆的监测指标，建立车辆状态多目标监测体系，并进行了充分的论证。
在试用的基础上完善归纳为行业监测标准。安全监测指标体系涵盖内容如表1所示。
监控系统的硬件系统设计该车辆监控系统的设计对象是以具有代表性的主流车型“斯太尔”系列为主，在设计系统硬件接口以及数据采集方式也兼顾了其它车型。在硬件设计方面，主要采用了当前先进、成熟的主流电子技术和芯片，合理配置和选取合适的产品型号，使整个系统稳定、可靠，成本低；系统预留多个数据接口，便于今后技术升级，同时可便捷地将硬件移植到其它车型中。
本系统硬件具备CAN总线接口，满足车辆电子控制技术的发展趋势，便于今后与车辆数据接口连接，并具有LCD显示屏数据接口，方便系统的升级。在运行车辆的数据采集方面，做到高速化、精确化。在软件设计方面，注重安全性和方便性，着力避免非法人员或授权级别不高人员的误操作，以免造成数据的丢失或出错。另外具有完善的警告提醒功能，按键操作简便，管理人员和操作用户都能方便地使用系统。
监控系统由主CPU控制器、GPS/GPRS定位通讯模块、数据存储模块、数据采集监测模块、显示模块等组成，硬件的框架图如图2所示。
GPS/GPRS模块定位导航是GPS的最基本的应用，GPS技术应用于移动目标的监控，有着其他监控手段无法比拟的优势。
GPRS无线通信网络引入了高速分组数据业务和IP技术，能提供153.6kB/s的数据速率，已在交通、物流、电力等行业具有广泛应用。本系统采用以GPRS无线通信模块为核心通信单元、支持宽带无线网络GPRS的嵌入式无线通信接入系统。监控系统通过GPS的定位模块接收移动车辆的位置信息，并利用GPRS无线电通信网络将信息传送至监控中心。
车辆监测指标车速、行驶轨迹发动机转速发动机冷却液温度制动油（气）压轮胎气压、温度发电机状态档位信息车辆加速度转弯倾斜度货物防盗液、气体泄露车辆ID识别驾驶室状态监测监测指标意义防超速、违章驾驶等；需从车身采集实时车速才可实现监控中心对超速的有效监测实时监测发动机重要指标，可有效防止发动机突然产生爆震、捣缸等故障，避免影响正常车速防止制动回路突然故障导致刹车气压不足保证司机和监控中心可以实时监测到在用轮胎的气压、温度状态，对爆胎、异常磨损等故障预警防止突发性发电机转速不稳等现象监控中心据此判断司机的行车操作是否规范，有效抑制高档低速、超速等事故风险保证货物安全，防止中途盗窃保证货物安全、事故提前预警车辆实时跟踪基于视频监控，对司机不良习惯进行监控和约束表1危化品车辆安全监测指标体系研究与开发70机电工程技术2012年第41卷第07期3.2主控CPU芯片主控CPU芯片采用带有ARM7内核的LPC2292。
LPC2292是Philips公司生产的一款支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-SCPU芯片，内部集成了与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线（AHB）和连接片内外设功能的VLSI外设总线（VPB，ARM，AMBA总线的兼容超大规模集成电路），并嵌入了256kB高速Flash存储器。LPC2292具有封装小、功耗低、多个32位定时器、2个UART、1个I2C、多种总线接口及多达9个外部中断等多个优点，非常适合作为汽车控制电路的主控CPU。
数据存储模块数据存储模块是采用大容量的FLASH芯片，这种芯片具有掉电数据自动保存功能。管理计算机可以现场通过本地网口与终端通信，这种方式速度快，数据存储量大，操作方便。传输方式采用USB传输方式，即在终端和管理计算机之间通过USB连接线建立数据通信链路。这与RS232串行口相比可以大大提高数据的传输速度，便于车载数据的快速提取。
数据采集监测模块发动机信号采集：发动机的温度、压力等传感器信号以电压形式由主控制器的模拟量通道进行采集。信号采集可以通过调用采集函数采集；也可以设置成定时单元，自动按周期顺序采集。在系统初始化时，用户可根据具体情况分别设定各个通道的采集方式，用于对离合器、刹车等开关量信号采集，结果赋值给指定的全局变量，存入FLASH中，供用户需要时读取。
轮胎压力监测：每个轮胎安装一个从机，包括信号发射器、压力传感器、控制单元和电池。监测模块包括信号接收器、控制单元、显示装置等。只有当监测模块发出监测指令时，从机才开始检测车胎压力。为了减少从机电池的能量消耗，在非监测时间内，从机处于休眠状态。
当汽车车速大于某一个设定的阈值时，控制单元的无线收发器每隔一段时间发出一个检测车胎压力的信号，从机的无线收发器接收到这个信号后，压力传感器单元开始进行温度和压力的检测。
汽车转向监测：汽车转向的监测是采用横摆角速度传感器检测汽车沿垂直轴的偏转，该偏转的大小代表了汽车的稳定程度。如果偏转角速度达到一个阈值，说明汽车发生了侧滑或甩尾的危险工况，此时发出报警。当汽车绕垂直方向轴线偏转时，传感器内的微音叉的振动平面发生变化，通过输出信号的变化计算横摆角速度。
防盗防泄漏监测：采用专用的液、气体检测传感器实时检测车身出、入口的泄露状态，检测外围电路做防电防爆处理，检测信号实时送至监控系统，通过无线通信网络传至监控中心，实现安全状态的双重监测，有效防止货物损耗及事故发生。
行车车速状态监测：车速状态的监测主要是通过霍尔式集成传感器来完成，直接从车速表的接线端子取得车速信号，信号采集比较方便。然后，信号又从车速表端子传送至光耦4N35隔离，再传送至集成运放LM358D进一步去除干扰并有效放大，由358输出端（7脚）送至NPN三极管9013进行次级放大。双轴加速度传感器（X、Y轴）与信号处理电路、信号放大电路、模拟虑波、AD转换电路组成汽车状态检测电路，可检测出汽车是处于加速、转弯、静止等状态。
视频监测：视频监测用于货物防盗、驾驶室状态监测。采用GPS+DVR一体结构，在货物入、出口位置接入2～3路摄像头信息，采用SD卡作为存储介质。实现运输过程中视频、音频和地理位置信息同步记录存储，收车后监控中心通过读取存储信息可对运输过程的货物状况进行核实，有效防止货物盗损。同时在1路摄像头接入图2监控系统的硬件示意图（下转第140页）研究与开发71（上接第71页）机电工程技术2012年第41卷第07期2应用效果应用变频电气无极调速技术后，无极调速箱里面的数十个微小的元配件，被联轴套取代，从而简化了机械结构，不但减少了多个故障点，而且维修方便，简单实用耐用，维修质量有保障，它的价值更多地是体现在节能以及排线控制效果方面。
结语通过确立和完善危化品运输车辆监测指标体系，在很大程度上弥补了当前该行业监管方面的不足。通过开发高性能的移动车辆监控系统，结合先进的GPS/GPRS技术与现代电子技术，将整车行驶参数、性能参数及货物状态等可反应车辆全方位状态的数据实时显示给司机或后台监控中心，使得司机在行驶过程中对车辆各个部件性能均可实时了解，同时监控中心不仅可以对在途车辆进行精确跟踪，优化调度策略，也可对车辆行驶性能做出合理评价。
本系统已成功应用于某油料运输公司。该系统运行以来，不仅增加了交通运输能力，缩短了运输时间，而且大大提高了交通安全性，明显降低了事故发生率。有理由相信，随着信息技术的不断完善和发展，将会给车辆监控系统的发展带来一个更广阔的前景。
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