移動危險源監(jiān)控平臺的設計與實現(xiàn)

路亞 楊睿 陳鑫 彭濟東

摘? 要：近年來危化品運輸事故不斷發(fā)生，危化品運輸車輛成為移動的危險源，對人民的生命和財產(chǎn)安全造成了巨大威脅。對此，智云團隊設計開發(fā)了移動危險源監(jiān)控平臺，將采集到的各項傳感器數(shù)據(jù)實時傳送至監(jiān)控平臺，實現(xiàn)移動危險源的狀態(tài)檢測、運行監(jiān)控和管理調(diào)度，并運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行事故溯源，可以有效減少事故發(fā)生，降低事故危害。

關(guān)鍵詞：移動危險源;監(jiān)控平臺;傳感器;大數(shù)據(jù)分析

Abstract：In recent years，the transportation accidents of dangerous chemicals have occurred continuously. The vehicles of dangerous chemicals have become the mobile hazard，which has caused a great threat to the safety of peoples lives and property. In view of this，ZhiYun team has designed and developed a monitoring platform for mobile hazard，which can transmit the collected data of various sensors of mobile hazard to the monitoring platform in real time to realize the state detection，operation monitoring and management scheduling，and use big data analysis technology to trace the source of accidents，which can effectively reduce the occurrence of accidents and reduce losses and hazards.

Keywords：mobile hazard;monitoring platform;sensor;big data analysis

0? 引? 言

全國危險化學品（簡稱危化品）安全事故呈多發(fā)頻發(fā)態(tài)勢，危化品易燃、易爆、有毒，危害性大，其對運輸車輛、運輸人員、運輸企業(yè)都有極為嚴苛的要求，任何一個環(huán)節(jié)有紕漏，都可能成為觸發(fā)爆炸、泄漏的誘因，輕則造成經(jīng)濟損失、環(huán)境污染，重則造成人員死傷，釀成重大安全事故。有數(shù)據(jù)顯示，近幾年，我國發(fā)生的危化品事故中，77%發(fā)生在運輸階段[1]。

我國有《道路危險貨物運輸管理規(guī)定》《危險化學品安全管理條例》等相關(guān)法規(guī)對?；愤\輸在制度上進行嚴格管控[2]。但由于?；愤\輸?shù)臓可婷鎻V、運輸安全要求較為嚴苛，使得運營成本較高，運輸企業(yè)為提高經(jīng)營利潤也常常鋌而走險。因此，?；愤\輸安全不能僅依賴于法規(guī)條例和企業(yè)自律，更需要相關(guān)職能部門在監(jiān)管技術(shù)和手段上先行一步，提高運輸過程的安全系數(shù)，減少事故的發(fā)生。

1? 設計構(gòu)想

對運輸過程進行監(jiān)管可以從以下幾個方面著手：一是對運輸車輛嚴格進行隱患排查和安全檢查;二是對駕駛員的駕駛習慣進行規(guī)范，糾正超速行駛、疲勞駕駛、違法變道等不良駕駛習慣;三是對整個運輸過程進行實時定位和監(jiān)控，規(guī)劃行駛路線;四是采集運輸車輛行進中的多傳感器數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患，提前預警;五是發(fā)生泄漏事故后，科學、快速、有效地響應，減少損失。

移動危險源監(jiān)控平臺的主要設計思路概括為以下幾點。

1.1? 行車前檢查記錄

在運輸車輛業(yè)務開展前，危運企業(yè)應在平臺上填報電子運單，上傳?；访Q、運輸車輛、罐體、駕駛員、押運員、計劃轉(zhuǎn)運量等數(shù)據(jù)，相關(guān)職能部門根據(jù)電子運單信息對信息進行核查、放行。運輸車輛行車前要進行各項安全檢查，排除安全隱患，并在平臺上傳檢查記錄和車輛關(guān)鍵部位如罐體等的照片。

1.2? 司機狀態(tài)監(jiān)控

在駕駛室部署監(jiān)控攝像頭以監(jiān)控司機狀態(tài)，基于圖像處理、人臉識別分析技術(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)司機疲勞駕駛跡象，及時預警;監(jiān)測司機持續(xù)駕車時間，當發(fā)現(xiàn)司機連續(xù)駕車3小時以上時，提醒駕駛員注意休息;發(fā)現(xiàn)司機在駕駛中打電話、吃東西等行為，對其進行記錄并語音提醒、制止。

1.3? 全程監(jiān)控和實時定位

基于北斗/GPS雙模定位，對車輛行駛路線和位置進行實時定位、車速測定，發(fā)現(xiàn)超速行駛或偏離路線情況，及時記錄和報警，提醒駕駛員控制車速、規(guī)范行駛。

1.4? 多維傳感器數(shù)據(jù)采集和后臺大數(shù)據(jù)處理

除了司機狀態(tài)數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)采集之外，還要部署多種傳感器采集多維數(shù)據(jù)，完善車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)源主要包括：超聲波測距、溫濕度傳感器（采集廂式車輛內(nèi)溫濕度）、氣體傳感器（檢測可燃性氣體泄漏）、姿態(tài)傳感器（檢測車輛傾覆）、碰撞傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器（罐體內(nèi)部自帶）。前端數(shù)據(jù)采集模塊采用STC單片機，采集各傳感器信號，利用串口傳送至ZigBee模塊，由ZigBee轉(zhuǎn)發(fā)至云端數(shù)據(jù)處理平臺。

后臺大數(shù)據(jù)處理平臺是本設計方案的核心，其任務如下。

（1）匯總管理運輸車輛相關(guān)信息、駕駛員信息、平臺用戶信息、各前端數(shù)據(jù)采集模塊上傳的信息等。

（2）完成司機人臉識別、狀態(tài)監(jiān)測，并下發(fā)告警信息。

（3）記錄車輛運輸全程各類狀態(tài)信息，以數(shù)據(jù)可視化方式展現(xiàn)出來，供調(diào)度中心監(jiān)控查看。

（4）進行大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)安全隱患并提供處置建議，對駕駛員和監(jiān)控中心發(fā)出警報信息。

（5）關(guān)聯(lián)監(jiān)管單位聯(lián)系人，在事故發(fā)生后，發(fā)送車輛位置、運載物、狀態(tài)、處置建議等信息。

（6）應用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對事故進行溯源，發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患或跡象，為后續(xù)安全運輸提供決策建議或預警。

2? 監(jiān)控平臺需求分析

根據(jù)設計構(gòu)想，對移動危險源監(jiān)控平臺需求分析如下。

（1）移動危險源實時監(jiān)測：主要使用北斗/GPS雙模定位，在定位精度無法滿足要求時，加入歐盟伽利略定位系統(tǒng)進行判斷;定位模塊在采集到位置數(shù)據(jù)后將其傳入監(jiān)控中心，以達到對移動危險源的實時監(jiān)控，最終將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

（2）危險源運輸路況展示：將采集到的數(shù)據(jù)格式化后渲染在地圖上，使得平臺相關(guān)監(jiān)控人員能夠更加清晰地了解危險源的實時運輸情況，方便監(jiān)控等操作。

（3）歷史運輸記錄：實現(xiàn)對每一次危險源運輸狀況的回看，方便相關(guān)人員追溯責任、分析大數(shù)據(jù)等。

（4）平臺指令回傳：主要是讓安全中心的平臺監(jiān)控人員具備和正在運輸?；返乃緳C交流的能力。一方面，平臺可以傳輸緊急的報警、預警信息指令;另一方面，平臺可以發(fā)布公共信息，以幫助司機更安全地運輸危險源。

（5）路線規(guī)劃：在平臺，除了可查詢各類危險源的參數(shù)信息外，還可根據(jù)危險源的各項指標為危運司機重新規(guī)劃路線。

（6）緊急救援：在發(fā)生事故的第一時間通知預設的相關(guān)部門以減少?；匪鶐淼奈：?。本平臺還將提供救援方案輔助決策的功能，可根據(jù)實時狀況來計算出一種耗時最短、最有效的救援方案。救援方案通過應急預案數(shù)據(jù)庫和政府對?；肥鹿实南嚓P(guān)處理辦法來綜合生成。

（7）運輸情況記錄：根據(jù)車輛上安裝的各類傳感器傳回的信息，監(jiān)控平臺對車輛運輸情況有一個總體的判定。無論是超速警告還是疲勞駕駛警報，監(jiān)控平臺的人員都可通過該模塊來知曉。同時平臺還可根據(jù)該模塊構(gòu)建司機畫像，方便后續(xù)為司機提供個性化服務。

3? 監(jiān)控平臺架構(gòu)設計

重慶電子工程職業(yè)學院人工智能與大數(shù)據(jù)學院智云團隊結(jié)合實際的業(yè)務場景，在和重慶某危化品運輸企業(yè)深度合作后，完成了移動危險源監(jiān)控平臺的設計。結(jié)合當前主流的云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)進行開發(fā)和部署，選擇使用OpenStack云平臺、Hadoop大數(shù)據(jù)生態(tài)、Java語言、CentOS系統(tǒng)作為技術(shù)選型。

開發(fā)平臺使用的開發(fā)者工具為IntelliJ IDEA 2019.2.3 x64;開發(fā)語言為Java 8;Web服務器使用Apache Tomcat 9.0;數(shù)據(jù)庫為MySQL 5.7;數(shù)據(jù)庫操作軟件使用Navicat;OpenStack采用的Mitaka版本。

開發(fā)技術(shù)框架包括支撐平臺、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)層、業(yè)務層、接口層和用戶交互。具體為：支撐平臺基于CentOS系統(tǒng)搭建OpenStack+Hadoop平臺;數(shù)據(jù)存儲使用HBase、HDFS，數(shù)據(jù)庫采用MySQL;數(shù)據(jù)層使用Mybatis和Redis，開啟事務管理;業(yè)務層實現(xiàn)移動危險源監(jiān)控平臺，并使用統(tǒng)一日志記錄服務SLF4J和統(tǒng)一權(quán)限控制Shiro;接口層由多個服務API實現(xiàn);用戶交互使用HTML5和JQuer，并使用前端框架Layui、后臺模板LayuiCMS、富文本W(wǎng)angEditor進行更加細致的交互實現(xiàn)。系統(tǒng)架構(gòu)設計如圖1所示。

系統(tǒng)設計在遵循軟件工程的思想下做了更加貼近監(jiān)控人員和司機使用習慣的設計。根據(jù)監(jiān)控人員和司機使用場景的不同設計了不同的界面，使用者無論是在移動端還是電腦端都能獲得良好的使用體驗;平臺啟用全國范圍內(nèi)的CDN加速，在提升使用者訪問速度的同時也為通過平臺發(fā)布消息的及時性提供了保障;并且團隊編寫了完善的使用手冊，可以讓司機和監(jiān)控人員很快適應系統(tǒng)。

由于行業(yè)的特殊性，需要保證該系統(tǒng)的可用率達到99.99%以上，即全年業(yè)務中斷時間為52分鐘以內(nèi)。對此，利用云計算架構(gòu)的優(yōu)勢，在雙機熱備的基礎上啟用了彈性伸縮和負載均衡，確保使用者在大部分場景都能夠訪問監(jiān)控平臺并查看信息。團隊在設計數(shù)據(jù)庫表時參考了信息安全等級保護的三級標準，極大地確保了整個監(jiān)控平臺的使用安全。

4? 項目實現(xiàn)

根據(jù)圖1所示的架構(gòu)設計，研發(fā)團隊實現(xiàn)了架構(gòu)圖中的各個層面。依托重慶電子工程職業(yè)學院人工智能與大數(shù)據(jù)學院的云計算中心，團隊構(gòu)建了一個由數(shù)臺物理主機組成的支撐平臺。支撐平臺內(nèi)存總計90 G，硬盤容量總計50 T，CPU核心總計50核。同時在虛擬機安全組設置的基礎上也配備了專用的防火墻設備，從多方面保證監(jiān)控平臺的安全。移動危險源監(jiān)控平臺分為普通監(jiān)控模塊和大數(shù)據(jù)可視化展示模塊，在普通監(jiān)控模塊中，監(jiān)控人員可以維護基本信息和查看運輸情況，平臺設有實時的預警、報警組件，可讓監(jiān)控人員在第一時間向司機發(fā)送消息。移動危險源監(jiān)控平臺大數(shù)據(jù)可視化界面如圖2所示，實際系統(tǒng)基本實現(xiàn)設計構(gòu)思和需求。

5? 結(jié)? 論

本文設計的移動危險源監(jiān)控平臺實現(xiàn)了移動危險源的實時大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控，而監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)來自于安裝在移動危險源上的多維傳感器數(shù)據(jù)采集模塊。事實上，常見?；愤\輸車輛由于安全要求，禁止直接在罐體部位部署帶電設備，這給傳感器的部署帶來一定阻礙。在系統(tǒng)實施中，氣體傳感器可以采用導流管的形式部署，將導流管部署在罐體易發(fā)生泄漏的部位，使用氣泵抽取導流管中氣體，進而進行可燃氣體泄漏監(jiān)測。這種方式的監(jiān)測速度和靈敏度都打了折扣，可能會漏報泄漏事故。移動危險源監(jiān)控平臺的意義在于有助于強制性提高相關(guān)從業(yè)人員的安全意識，規(guī)范作業(yè)操作，并且能夠在事故溯源和大數(shù)據(jù)災難預警上發(fā)揮重要作用。

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作者簡介：路亞（1981—），男，漢族，河北永年人，副教授，碩士研究生，主要研究方向：云計算、網(wǎng)絡與信息安全技術(shù)和高職教育教學。