基于RFID技術(shù)的危險品物流監(jiān)控系統(tǒng)模型研究

王 毅， 王文奇，蔣濟(jì)友，江 嶺

（1.重慶工業(yè)自動化儀表研究所，重慶 401123；2.四川文理學(xué)院，四川 達(dá)州 635000）

基于RFID技術(shù)的危險品物流監(jiān)控系統(tǒng)模型研究

王 毅1， 王文奇2，蔣濟(jì)友1，江 嶺1

（1.重慶工業(yè)自動化儀表研究所，重慶 401123；2.四川文理學(xué)院，四川 達(dá)州 635000）

結(jié)合危險品特性及我國當(dāng)前危險品物流現(xiàn)狀，提出基于RFID、GPS、CDMA、GIS和現(xiàn)場總線技術(shù)，對危險品存儲和運(yùn)輸物流過程進(jìn)行自動信息采集、實時跟蹤的危險品物流監(jiān)控系統(tǒng)模型，詳細(xì)闡述了模型架構(gòu)和各子系統(tǒng)設(shè)計，并分析了模型具有的優(yōu)勢。該模型可提高危險品物流管理的效率和安全性，具有一定的市場應(yīng)用前景。

危險品物流；現(xiàn)場總線；RFID；GPS；CDMA；GIS

危險品是指具有爆炸、易燃、毒害、腐蝕、放射性等性質(zhì)，在運(yùn)輸、裝卸和存儲保管過程中，易造成人身傷亡和財產(chǎn)損毀而需特別防護(hù)的物品[1]。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，危險品的生產(chǎn)和使用逐年呈上升趨勢，危險品的監(jiān)督和管理也不得不引起人們的高度重視，作為物流領(lǐng)域一個重要分支的危險品物流的作用和影響也逐漸顯現(xiàn)。我國危險品物流管理現(xiàn)在還處于起步階段，大部分危險品的物流運(yùn)作仍是沿用傳統(tǒng)普通貨物的操作方式，存在著巨大的潛在危險性。在社會公眾對安全要求不斷提高的背景下，舊的管理模式已不能適應(yīng)當(dāng)前形勢，需要尋找一種更有效的技術(shù)手段來提高識別危險品的速度與準(zhǔn)確性，從而增加對危險品倉儲和運(yùn)輸?shù)墓芾砟芰Σ⒔档臀ｋU品的管理成本。

基于上述原因，本文提出了一種新型的基于RFID、GPS、CDMA、GIS和現(xiàn)場總線技術(shù)的危險品物流監(jiān)控系統(tǒng)模型。該模型將這些新技術(shù)應(yīng)用到危險品的日常倉儲和運(yùn)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(yùn)輸事故的發(fā)生率，從而達(dá)到大幅提高危險品物流管理安全與效率的目的，具有一定的市場應(yīng)用前景。

1 技術(shù)概述

RFID[2]（Radio Frequency Identification）是一種利用射頻實現(xiàn)非接觸雙向通信的自動識別技術(shù)，最基本的RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽、讀寫器和天線三部分組成。RFID的基本特點是讀寫器和射頻卡不需要直接接觸，它們之間的能量傳輸和信息交換是通過電磁耦合或者電感耦合來實現(xiàn)。RFID標(biāo)簽具有不需要光源、體積小、容量大、壽命長、穿透力強(qiáng)、可重復(fù)使用、定位和長期跟蹤管理等特點，通過對RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作，可實現(xiàn)對各類物體或設(shè)備在不同狀態(tài)下的自動識別和管理。RFID標(biāo)簽技術(shù)已逐步應(yīng)用于各種物流跟蹤和監(jiān)控、產(chǎn)品生產(chǎn)跟蹤和監(jiān)控、供應(yīng)鏈管理、防偽技術(shù)、設(shè)備和人員定位跟蹤等方面[3]。若發(fā)生危險品事故，可以利用設(shè)備遠(yuǎn)距離的讀取標(biāo)簽上的信息，從而為正確處理事故、搶救受傷人員贏得寶貴時間。

GPS[4]（Global Position System）全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，可以實時和全天候的為全球范圍提供高精度的三維位置、速度和系統(tǒng)時間信息。GPS只能提供定位數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行通訊，這需要借助CDMA網(wǎng)絡(luò)完成。CDMA系統(tǒng)是基于碼分技術(shù)和多址技術(shù)的通信系統(tǒng)，它將需傳送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，從而增強(qiáng)了抗干擾的能力。GIS（Geographic Information System）地理信息系統(tǒng)是以測繪測量為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存和使用的數(shù)據(jù)源，以計算機(jī)編程為平臺的全球空間分析即時技術(shù)。

系統(tǒng)通過RFID技術(shù)實現(xiàn)危險品識別、接觸人員身份識別及權(quán)限判別等功能；應(yīng)用GPS系統(tǒng)、CDMA系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)危險品轉(zhuǎn)移信息的實時發(fā)送和接收、危險品運(yùn)輸車的全程實時監(jiān)控和調(diào)度等功能；集成GIS系統(tǒng)實現(xiàn)可視化控制管理功能；結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)危險品倉儲的環(huán)境信息傳輸和環(huán)境控制。

2 危險品物流業(yè)務(wù)流程

危險品物流業(yè)務(wù)流程見圖1。危險品自生產(chǎn)起，即由生產(chǎn)單位賦予唯一的產(chǎn)品身份信息，成為該危險品的永久標(biāo)簽，并將該危險品的生產(chǎn)日期、有效期、種類、特性、倉儲條件、運(yùn)輸條件、使用及銷毀條件等信息存入RFID標(biāo)簽卡中。當(dāng)危險品需存儲在倉庫時，通過RFID讀卡器，快速讀取危險品的信息，進(jìn)行自動分區(qū)存儲，并控制倉儲的環(huán)境條件。危險品的入庫、出庫都需要登記，并對進(jìn)出倉庫人員進(jìn)行身份識別、權(quán)限判定、行為記錄，對危險品流向登記防止危險品遺失。危險品的運(yùn)輸過程需要實時監(jiān)控，確保在運(yùn)危險品的安全性，防止危險品運(yùn)輸失事。用戶需要按照危險品的使用條件進(jìn)行使用，對過期危險品也需要按要求銷毀，用過的RFID標(biāo)簽可以回收利用。

結(jié)合危險品物流自身特點和物流業(yè)運(yùn)作的一般原則，危險品物流需具有安全性、信息化和嚴(yán)格科學(xué)的管理等特點。不同于一般物流側(cè)重于效率和效益，危險品物流首先考慮的是安全性。信息逐漸成為物流管理的生命線，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建的信息平臺允許管理人員對整條供應(yīng)鏈進(jìn)行全程監(jiān)控，實時保證供應(yīng)鏈的順暢和物流的安全。物流運(yùn)作的各個部門需要更好的協(xié)作與配合，供應(yīng)鏈需處于嚴(yán)格而科學(xué)的管理之下，確保危險品物流進(jìn)程在保障安全性的前提下有條不紊的進(jìn)行。

3 危險品物流監(jiān)控系統(tǒng)模型設(shè)計

如圖2所示，整個危險品物流監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋危險品的倉儲和運(yùn)輸過程，主要由危險品物流中心、危險品物流運(yùn)輸車和危險品存儲倉庫三部分組成。

圖1 危險品物流業(yè)務(wù)流程示意圖

圖2 危險品物流監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計示意圖

3.1 危險品物流中心。危險品物流中心由數(shù)據(jù)服務(wù)器、GIS實時顯示屏、視頻監(jiān)視器、操作員站和管理層web站點等構(gòu)成，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的信息中心。數(shù)據(jù)服務(wù)器是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的存儲載體，包括危險品信息、人員信息、車載終端數(shù)據(jù)信息都存儲在數(shù)據(jù)服務(wù)器中。GIS實時顯示屏主要是將車載終端實時數(shù)據(jù)圖形化，把運(yùn)輸車在運(yùn)貨物信息、運(yùn)行線路、車載終端安全狀況等信息直觀的顯示給操作人員。視頻監(jiān)視器主要是用于危險品存儲倉庫的安全監(jiān)管，對倉庫周邊環(huán)境、人員狀況、關(guān)鍵點的人和物的情況進(jìn)行記錄。操作員站提供操作員對整個系統(tǒng)實時監(jiān)視和控制。管理層可通過Internet遠(yuǎn)程登錄web站點，對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視。

3.2 危險品物流運(yùn)輸車。車載終端由ARM工控板、RFID讀寫模塊、GPS接收器模塊、CDMA模塊和液晶觸摸顯示屏模塊組成，利用RFID的信息識別和發(fā)送技術(shù)、GPS的定位技術(shù)、CDMA的移動通信技術(shù)并結(jié)合GIS技術(shù)實現(xiàn)對危險品運(yùn)輸過程的動態(tài)監(jiān)控、實時跟蹤、事故報警求救、應(yīng)急處理等功能。車載終端放置于車輛等運(yùn)輸設(shè)施上，它實時通過無線通信模塊將車輛速度、地理信息、物質(zhì)收發(fā)信息等傳輸給管理系統(tǒng)，并能接受管理系統(tǒng)發(fā)來的調(diào)度命令，且支持短時間的斷網(wǎng)信息存儲功能。管理系統(tǒng)獲取車載終端數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為圖形數(shù)據(jù)在GIS顯示設(shè)備上實時顯示，也可實現(xiàn)運(yùn)輸歷史軌跡回放。管理系統(tǒng)可預(yù)先設(shè)定危險品運(yùn)輸路線，并可判斷運(yùn)輸終端是否按預(yù)訂路線、時間完成運(yùn)輸與物質(zhì)收發(fā)。倉庫物料系統(tǒng)獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，完成物料數(shù)據(jù)庫更新、存儲登記，并判斷是否有錯等。

3.3 危險品存儲倉庫。危險品存儲倉庫系統(tǒng)由視頻安全模塊、環(huán)境控制模塊、門禁模塊、物料終端模塊和巡更模塊組成，實現(xiàn)倉庫的環(huán)境監(jiān)控、提升倉庫的安全等級，防止由危險品引發(fā)的安全風(fēng)險和物品遺失風(fēng)險。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由web攝像機(jī)、視頻監(jiān)控設(shè)備等構(gòu)成，形成視頻監(jiān)控、存儲、回放功能，提高了倉庫的監(jiān)控能力及可追溯性，防止了危險品的非法外流，提高了倉庫的安全等級。web攝像機(jī)輸出數(shù)字化的視頻信號，發(fā)送到以太網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)上的視頻監(jiān)控設(shè)備，可以完成圖像的實時顯示，也可以硬盤錄像機(jī)的形式保存錄像，將圖像數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)中心，可供以后調(diào)閱回放等。

針對不同的危險品有不同的溫濕度儲藏要求，需將倉庫環(huán)境溫、濕度控制在給定的溫度和濕度范圍。倉庫環(huán)境控制模塊主要由AI、AO、DI及DO模塊單元和控制器組成，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與控制，控制器和各功能模塊通過背板總線進(jìn)行信息交互。溫度傳感器、濕度傳感器和氣體濃度檢測傳感器實時采集倉儲場所的溫度、濕度和氣體濃度信號，傳給AI模塊；AO模塊控制變頻空調(diào)；煙感傳感器和紅外入侵檢測給DI輸入信號；DO模塊實現(xiàn)煙感報警、門控設(shè)備、抽濕機(jī)和入侵報警等功能。

門禁模塊采用基于RFID技術(shù)的TCP/IP方式的門禁系統(tǒng)架構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實時性和可靠性。門禁控制模塊可實現(xiàn)對門禁人員電子標(biāo)簽信息的管理及權(quán)限分配；可記錄進(jìn)入人員的信息以備后續(xù)查找使用；可通過后臺數(shù)據(jù)庫分析查找卡片信息，判斷權(quán)限，若是有權(quán)卡片，輸出開鎖命令給門控設(shè)備；若是無權(quán)卡片，可產(chǎn)生報警信息 （如黑卡）或拒絕服務(wù)。門禁系統(tǒng)在實時監(jiān)控狀態(tài)下出現(xiàn)異常情況自動報警，并提示報警內(nèi)容；在非法人員進(jìn)入的時候，提示身份驗證失敗，響應(yīng)報警鈴提示。

物料終端控堆放在庫房門口，RFID讀寫模塊在危險品出/入庫時自動讀取物資信息，再通過網(wǎng)絡(luò)將物資信息傳遞至管理系統(tǒng)。系統(tǒng)可高效地辦理出入庫工作，清楚地了解物料的出入倉庫的情況，并對倉庫數(shù)據(jù)實時更新；可在數(shù)據(jù)庫中體現(xiàn)各種危險品在銷售中的比例，同時避免由于人為原因而造成的時間浪費(fèi)以及他人非法取用危險品，保證了危險品的安全。通過安全追溯系統(tǒng)，可以了解到危險品的生產(chǎn)時間、生產(chǎn)廠商、有效期限等信息。

為了加強(qiáng)危險品的倉庫管理，避免人員非法盜用危險品，減少危險品的非法使用對社會造成的危害，需加強(qiáng)對倉庫巡邏員的管理。巡更模塊依靠RFID的非接觸信息檢測特性，采用RFID手持設(shè)備和預(yù)埋RFID電子標(biāo)簽的方式組建離線式電子巡更系統(tǒng)。

4 監(jiān)控系統(tǒng)分析

基于RFID、CDMA、GPS、GIS技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的危險品物流監(jiān)控系統(tǒng)具有以下的優(yōu)勢： （1）利用RFID非接觸式識別技術(shù)，減少危險品安全隱患，降低了工作人員的危險性?？蛇h(yuǎn)距離讀取多個標(biāo)簽，提高數(shù)據(jù)采集效率。 （2）運(yùn)用低誤碼率和高保密性的CDMA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信模式，充分利用已有資源，無需占用大量資金建立通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)維護(hù)量小。 （3）利用已有的GPS系統(tǒng)來進(jìn)行車輛的定位；實現(xiàn)目標(biāo)動態(tài)跟蹤、車輛遠(yuǎn)程控制等多種功能。 （4）系統(tǒng)綜合衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS技術(shù)、數(shù)字移動通訊系統(tǒng)CDMA技術(shù)、地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，構(gòu)成通信與定位相結(jié)合的指揮調(diào)度監(jiān)控的強(qiáng)大管理網(wǎng),對運(yùn)輸車進(jìn)行實時跟蹤、調(diào)度。GIS電子地圖和GPS定位信息的信息融合，將運(yùn)輸信息轉(zhuǎn)化為圖形數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運(yùn)輸車輛的實時數(shù)據(jù)和歷史軌跡顯示。 （5）危險品物流信息查詢方便，系統(tǒng)具有完善的管理功能，可方便、快捷地自動處理大量數(shù)據(jù)。（6）由于對出入庫的危險品實行系統(tǒng)自動識別管理，避免了人員非法盜用化學(xué)品，減少化學(xué)品非法使用對社會造成危害。 （7）采用手持無線RFID設(shè)備組建的巡更系統(tǒng)，無需布線，易攜帶，操作方便，性能可靠，不受溫度、濕度、范圍的影響，系統(tǒng)擴(kuò)容、線路變更容易且價格低，又不宜破壞，系統(tǒng)安裝維護(hù)方便。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)模型結(jié)合了RFID、CDMA、GPS、GIS和現(xiàn)場總線技術(shù)，實時準(zhǔn)確、有效地對危險品物流進(jìn)行全程跟蹤管理，能夠減少事故的發(fā)生。RFID技術(shù)在危險品倉儲和運(yùn)輸管理中的應(yīng)用，不僅可以提高危險品物流管理的工作效率，使供應(yīng)鏈管理更加科學(xué)，而且解決了危險品物流中存在的管理盲點，保證了危險品的安全和質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，與國外大型物流企業(yè)先進(jìn)的管理經(jīng)驗相比，危險品物流的管理對于當(dāng)前國內(nèi)大部分物流企業(yè)來說還是一個相當(dāng)薄弱的環(huán)節(jié)。但只要社會各方面對這項工作給予足夠重視和有力支持，加大投入，并借助快速發(fā)展的信息技術(shù)力量，就一定能有效提高我國危險品物流管理能力，更好地保障安全，同時提升物流企業(yè)的競爭能力，縮短與先進(jìn)物流企業(yè)的發(fā)展差距。

[1]錢宏文，劉翔.基于RFID/GPS/GPRS的危險品監(jiān)管系統(tǒng)的研究[J].物流工程與管理，2010(8)：100-111.

[2]董麗華,等.RFID技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3]陳媛,等.基于RFID和GPRS技術(shù)的危險品物流系統(tǒng)模型研究[J].包裝工程，2008(5)：78-80.

[4]劉大杰.全球定位系統(tǒng)GPS的原理與數(shù)據(jù)處理[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

Study on Dangerous Goods Logistics Monitoring Model Based on RFID

WANG Yi1,WANG Wen-qi2,JIANG Ji-you1,JIANG Ling1

(1.Chongqing Institute of Industrial Automation and Instrumention,Chongqing 401123,China;2.Sichuan University of Arts and Science,Dazhou 635000,China)

With dangerous goods characteristics and status of our current dangerous goods logistics，proposed dangerous goods logistics monitoring system model based on RFID,GPS,CDMA,GIS and fieldbus.This paper describes the model structure and design of each subsystem.This paper analyzes the advantages of the model.The model can improve the efficiency of dangerous goods logistics management and security.It has a certain market prospects.

dangerous goods logistics;fieldbus;RFID;GPS;CDMA;GIS

F253.9

A

1002-3100(2012)09-0028-03

2012-06-06

科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項基金資助項目，項目編號：2010EG119140。

王 毅（1981-），男，四川平昌人，重慶工業(yè)自動化儀表研究所，工程師，碩士，主要從事自動控制應(yīng)用方面研究。