摘 要：现阶段，随着化学品运输车辆安全监控技术迅速发展，政府管理部门从政策及资金方面予以大力支持，有力地促进了车辆安全监控技术的发展。然而，传统的运输方式以及落后的管理模式在一定程度上影响了化学品运输车辆安全监控技术，难以保障化学品及车辆安全，进而导致严重的安全事故。对此，本研究结合作者的专业知识和丰富工作经验，重点分析了化学品运输车辆安全监控技术。

关键词：化学品;运输车辆;安全监控;系统

中图分类号：U294.8;TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.019

为保证化学品运输车辆的安全，要采取监控技术系统实时监控化学品整个运输过程，更好地保证其安全性。对于安全监控技术系统而言，以GIS、GPS、GPRS以及无线传感网络技术为基础，进一步完善系统软件架构与功能，强化安全保障性能。

这一系统借助GPS、GPRS等技术，可实时跟踪与监控运输车辆，也可使用GIS，全面检索、分析与管理运输车辆信息。针对化学品运输车辆安全监控而言，必须保障其科学性，预防安全事故的发生。

1 化学品运输车辆安全监控关键技术

1.1 GPS系统

GPS被称之为全球定位系统，其是一种价格较低、实用可靠的服务，是在全世界范围内精准定位的一种工具[1]。20世纪50年代，美国军队开始了对GPS的研究，其根本出发点在于为海陆空领域提供全球性、24 h不间断、实时导航服务，也可用于收集情报、应急通信等军事需求。经过通过二十多年的研究，GPS系统于1994年建成，由24颗卫星组成，覆盖了98%的区域范围。

从组成模块分析，GPS系统由空间部分（卫星）、用户部分（接收机）、控制部分（管理与控制台）三部分组成。与其他系统相比，GPS系统具有覆盖面广、系统功能多样、定位精准、观测时间短、抗干扰强等优势，具体表现为：

第一，GPS系统持续性覆盖了全球大多数地面。GPS卫星较多且均勻分布，可为世界各地的用户提供24 h不间断服务。同时，空间对野外作业的限制较小。

第二，GPS系统拥有多样化功能，且精准度高。该系统不仅具有导航、测量等功能，而且能够对运动物体测时、测速，测速精准度达0.1 m/s，测时精准度甚至达到毫秒级。GPS相对定位精度在50 km内的误差有6 m～10 m，1 000 km误差只有9 m～10 m。

第三，观测时间短。现阶段，针对20 km以内的相对静态定位而言，GPS系统只需15 min。针对快速静态相对定位而言，观测时间只需要2 min。

第四，GPS系统具有较强的抗干扰性、保密性。GPS观测能够在一天中的任何时间进行，恶劣天气及夜晚对其的影响较小。另外，GPS系统使用了伪码扩频技术，其信号难以被破译，具有较强的抗干扰性与保密性。

针对以上四点，GPS的特征表现在GPS系统覆盖面广、系统功能多（测速、测时、定位）、定位精度高、系统抗干扰性强、用户无须付费等多个方面[2]。

1.2 GIS技术

GIS即地理信息系统由多个学科交叉发展而来，是一种采集、管理、描述、判断分析地球表面及空间与地面分布相关地理数据信息的一种管理系统，是以地理空间数据库为前提，在计算机软硬件基础上，确保空间数据得到全面采集，并完成操作、管理、模拟和显示等操作，在引入地理模型分析手段后，及时获取大量空间动态地理信息，提供地理数据研究、管理、定量分析与决策等服务。

通过提供多元化空间与动态地理信息，GIS能够为地理研究提供服务。其根本目的在于把信息数据转变为地理图像，形象生动地展示给用户，并给予数据浏览、操作与分析等功能，其显示范围可以是全球任何地方，地理环境显示十分精确。

1.3 GPRS技术

GRPS即通用分组无线服务技术，为欧洲电信协会GSM系统内分组数据相关标准[3]。GPRS能够借助中国移动全国通信网络，为用户提供便捷服务。该技术具有较高的传输率，其速度可达到58 Kbps，能够满足一般用户的需要。

GPRS根据流量计费，只是在发送、接送数据时占用资源，这时用户一直处于在线状态，使用成本较低。GPS接入时间较短，能够迅速连接，往往在2 s内接入。

GPRS主要包括两种应用：其一，面向集团用户纵向应用;其二，面向个人用户横向应用。本研究安全系统采取GPRS的纵向应用。

GPRS原理示意图如图1所示。

2 化学品运输车辆安全监控系统

2.1 总体方案

如图2所示，该系统以GPS、GPRS无线通信、计算机网络技术等为基础，设计了前端数据采集系统、后台数据监控中心两部分[4]。

前端数据采集系统引入性能较高的微控制器为基础，全面监测车辆状态，并借助无线传输通路GPRS同监控中心实时交互数据。

后台数据监控中心由通信服务器、数据库服务器和监控主机构成，实时接收车辆的各种参数，动态监控运行车辆，第一时间发布车辆预警及风险提示，并全面汇总相关统计数据。

2.2 监控系统的硬件系统设计

该系统设计主要针对主流车型“斯太尔”系列，硬件接口及数据采集方面同时兼顾了其他车型。硬件设计引入了较为成熟的主流电子技术和芯片，科学配置产品型号，保障整个系统的稳定性。系统预留了多个数据接口，为硬件移植到其他车型提供便利。该系统硬件拥有CAN总线接口，顺应车辆电子技术发展趋势，有利于车辆数据接口相连接，且设计了LCD显示屏数据接口，便于系统升级，在采集运输车辆数据时更加精准高效。

在软件设计方面，安全、便捷是其关注的重点，积极预防非法人员或授权级别不高人員的错误操作，避免导致数据出错或丢失。另外，设计警告提醒功能，采取按键操作，为管理人员与操作人员提供便捷。

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、显示模块等构成。硬件框架图如图3所示。

2.2.1 GPS/GPRS模块

对于GPS而言，定位导航是基础性应用。GPS技术主要用于监控移动目标，其他监控方法无法替代。GPRS无线通信网络则采用高速分组数据业务与IP技术，拥有153.6 kb/s数据速率，广泛应用于电力、物流与交通等行业和领域[5]。

该系统以GPRS无线通信模块为核心、允许宽带无线网络GPRS的嵌入式通信。在监控中发挥GPS定位作用，可以全面获取各个车辆的位置信息，在GPRS无线电通信网络的支持下，由监控中心接收相关数据。

2.2.2 主控CPU芯片

主控CPU芯片是一种拥有ARM7内核的LPC2292。其中，LPC2292是一种具有实时仿真、跟踪的ARM7TDMI—S CPU芯片，内部整合了同片中存储器控制器接口的ARM7局部总线、AMBA高性能总线、VLSI外设总线，且设计了256 kb高速Flash存储器。

LPC2292不仅封装不大，而且节约能源，安装了一定数量的32位定时器、UART、I2C、总线接口和外部中断等，在汽车控制电路主控CPU中发挥积极的作用。

2.2.3 数据存储模块

在数据存储过程中通过设置FLASH芯片，可以保证容量实现提升，自动保存掉电数据[6]。在计算机中让本地网口和终端实现通信，操作便捷，存储数据较多。传输方式可采取USB方式，则是USB连接线将终端与管理计算机相连接，形成数据通信链路。与RS232串行口相比，其数据传输速度更快，可迅速提取车载数据。

2.2.4 数据采集监测模块

第一，发动机信号采集。主控制器模拟量通路广泛采集以电压形式表达的发动机温度、压力等相关传感器信号。这些信号可通过调用采集函数采集，也可设定定时单元，自动根据周期顺序采集。系统处于初始化阶段时，用户考虑到现实需求，确定所有通路采集手段，确保及时掌握离合器与刹车等开关量信号，结果赋值给指定的全局变量，并将其保存在FLASH中，用户可根据需求读取。

第二，轮胎压力监测。在每一个轮胎上安装一个从机（信号发射器、压力传感器、控制单元和电池组成）[7]。监测模块则是由信号接收器、控制单元、显示装置等组成。将监控指令发送出去后，从机开始检测车胎的压力。在控制机电池能量损耗过程中，其他时间从机一般保持休眠状态。

当汽车车速大于设定的阈值时，控制单元无线收发器间隔一段时间便会发出车胎压力检测信号，从无线接收机接收后，由压力传感器完成对温度、压力等检测。

第三，汽车转向监测。对于汽车转向监测而言，在设置横摆角度传感器后，让汽车在垂直轴方向偏转，这一偏转大小反映了汽车的稳定程度。如果偏转角度达到最高值，这表明汽车会出现侧滑、甩尾的安全隐患，系统便可迅速发出警报。

如果汽车在垂直轴线上存在偏差，传感器内微音叉振动平面会发生变化，改变输出信号后，准确得出横摆角度。

第四，防盗防泄漏监测。通过液化气体检测传感器，全面监测车身入口泄漏情况，并检测外围电路防电防爆情况，查看信号是否实时传输到监控系统中，以无线通信网络为基础，将其传输到监控中心，双重监测，避免化学物品被损伤，预防事故发生。

第五，行车车速状态监测。车速监测主要是依靠霍尔式集成传感器，可迅速从车速表接线端子获取车速相关数据，采集信号较为便捷。接着通过车速表端子将信号传输至光耦4N35隔离，并由集成运放LM358D接收，消除干扰因素，在358输出端（7脚）向NPN三极管9013传输信号后，完成次级放大。

双轴加速度传感器（X轴、Y轴）与信号处理电路、信号放大电路、模拟滤波、AD转换电路是汽车状态检测电路的主要部分，能够监测汽车静止、加速以及转弯等信息。

第六，视频监测。视频监测重点监测货物、驾驶室。选择GPS+DVR一体结构，在货物出入口位置安装两三路摄像头，SD卡为储存中心，同步记录与保存车辆运输过程中音视频及地理位置相关信息，收车后监控中心可通过读取储存信息，再一次核实运输过程中货物情况，避免货物被盗取或损坏。

同时，选择在1路摄像头接入图4监控系统的硬件示意图到驾驶室，可实时监控司机驾驶情况（违规停车、下车），该路信号主要采取实时上传的方式。

3 结语

对于化学品运输车辆安全监控而言，要积极使用各种监控装置，全方位检测汽车各项参数，并引入一些现代化、最新的信息技术，为后台提供多样化的参数。

当后台遇到突发状况时，跟踪中心可迅速制定应对措施，很多化学品运输企业已经引入了这一种监控体系，降低了事故发生风险，而在未来，运输车辆监控体系将日趋完善。

参考文献

[1] 李升朝，白雪萌，吴越.基于智慧监控平台的陕西“两客一危”道路运输安全分析[J].重庆交通大学学报（社会科学版），2021，21（3）：37-42.

[2] 孙德生.道路运输大型车辆新型行车安全系统设计[J].电子产品世界，2021，28（6）：40-43，66.

[3] 丛剑.原油运输车辆安全监测与防范分析[J].全面腐蚀控制，2020，34（2）：96-98.

[4] 泉州市交通运输局.关于全面推进重点道路运输车辆使用智能视频监控（主动安全智能防控）卫星定位装置的通知[J].泉州市人民政府公报，2020（1）：39-40.

[5] 马艳.基于安全为核心的货运汽车车联网安防系统设计[J].小型内燃机与车辆技术，2018，47（4）：57-59.

[6] 吕婧，李婵平.客货滚装码头车辆定位系统需求分析和技术实现[J].水运工程，2018（8）：104-108.

[7] 李成利.基于物联网的危化品物流车辆安全监控系统上位软件研究[D].济南：山东财经大学，2018.

作者简介：王学纲（1971—），男，北京人，执业注册安全工程师，研究方向：危化品安全。