移动危险源监控平台的设计与实现

路亚 杨睿 陈鑫 彭济东

摘  要：近年来危化品运输事故不断发生，危化品运输车辆成为移动的危险源，对人民的生命和财产安全造成了巨大威胁。对此，智云团队设计开发了移动危险源监控平台，将采集到的各项传感器数据实时传送至监控平台，实现移动危险源的状态检测、运行监控和管理调度，并运用大数据分析技术进行事故溯源，可以有效减少事故发生，降低事故危害。

关键词：移动危险源;监控平台;传感器;大数据分析

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

全國危险化学品（简称危化品）安全事故呈多发频发态势，危化品易燃、易爆、有毒，危害性大，其对运输车辆、运输人员、运输企业都有极为严苛的要求，任何一个环节有纰漏，都可能成为触发爆炸、泄漏的诱因，轻则造成经济损失、环境污染，重则造成人员死伤，酿成重大安全事故。有数据显示，近几年，我国发生的危化品事故中，77%发生在运输阶段[1]。

我国有《道路危险货物运输管理规定》《危险化学品安全管理条例》等相关法规对危化品运输在制度上进行严格管控[2]。但由于危化品运输的牵涉面广、运输安全要求较为严苛，使得运营成本较高，运输企业为提高经营利润也常常铤而走险。因此，危化品运输安全不能仅依赖于法规条例和企业自律，更需要相关职能部门在监管技术和手段上先行一步，提高运输过程的安全系数，减少事故的发生。

1  设计构想

对运输过程进行监管可以从以下几个方面着手：一是对运输车辆严格进行隐患排查和安全检查;二是对驾驶员的驾驶习惯进行规范，纠正超速行驶、疲劳驾驶、违法变道等不良驾驶习惯;三是对整个运输过程进行实时定位和监控，规划行驶路线;四是采集运输车辆行进中的多传感器数据，及时发现和排除安全隐患，提前预警;五是发生泄漏事故后，科学、快速、有效地响应，减少损失。

移动危险源监控平台的主要设计思路概括为以下几点。

1.1  行车前检查记录

在运输车辆业务开展前，危运企业应在平台上填报电子运单，上传危化品名称、运输车辆、罐体、驾驶员、押运员、计划转运量等数据，相关职能部门根据电子运单信息对信息进行核查、放行。运输车辆行车前要进行各项安全检查，排除安全隐患，并在平台上传检查记录和车辆关键部位如罐体等的照片。

1.2  司机状态监控

在驾驶室部署监控摄像头以监控司机状态，基于图像处理、人脸识别分析技术，一旦发现司机疲劳驾驶迹象，及时预警;监测司机持续驾车时间，当发现司机连续驾车3小时以上时，提醒驾驶员注意休息;发现司机在驾驶中打电话、吃东西等行为，对其进行记录并语音提醒、制止。

1.3  全程监控和实时定位

基于北斗/GPS双模定位，对车辆行驶路线和位置进行实时定位、车速测定，发现超速行驶或偏离路线情况，及时记录和报警，提醒驾驶员控制车速、规范行驶。

1.4  多维传感器数据采集和后台大数据处理

除了司机状态数据和定位数据采集之外，还要部署多种传感器采集多维数据，完善车辆状态数据。传感器数据源主要包括：超声波测距、温湿度传感器（采集厢式车辆内温湿度）、气体传感器（检测可燃性气体泄漏）、姿态传感器（检测车辆倾覆）、碰撞传感器、速度传感器、加速度传感器、压力传感器（罐体内部自带）。前端数据采集模块采用STC单片机，采集各传感器信号，利用串口传送至ZigBee模块，由ZigBee转发至云端数据处理平台。

后台大数据处理平台是本设计方案的核心，其任务如下。

（1）汇总管理运输车辆相关信息、驾驶员信息、平台用户信息、各前端数据采集模块上传的信息等。

（2）完成司机人脸识别、状态监测，并下发告警信息。

（3）记录车辆运输全程各类状态信息，以数据可视化方式展现出来，供调度中心监控查看。

（4）进行大数据分析，发现安全隐患并提供处置建议，对驾驶员和监控中心发出警报信息。

（5）关联监管单位联系人，在事故发生后，发送车辆位置、运载物、状态、处置建议等信息。

（6）应用大数据分析技术，对事故进行溯源，发现潜在安全隐患或迹象，为后续安全运输提供决策建议或预警。

2  监控平台需求分析

根据设计构想，对移动危险源监控平台需求分析如下。

（1）移动危险源实时监测：主要使用北斗/GPS双模定位，在定位精度无法满足要求时，加入欧盟伽利略定位系统进行判断;定位模块在采集到位置数据后将其传入监控中心，以达到对移动危险源的实时监控，最终将数据存入数据库。

（2）危险源运输路况展示：将采集到的数据格式化后渲染在地图上，使得平台相关监控人员能够更加清晰地了解危险源的实时运输情况，方便监控等操作。

（3）历史运输记录：实现对每一次危险源运输状况的回看，方便相关人员追溯责任、分析大数据等。

（4）平台指令回传：主要是让安全中心的平台监控人员具备和正在运输危化品的司机交流的能力。一方面，平台可以传输紧急的报警、预警信息指令;另一方面，平台可以发布公共信息，以帮助司机更安全地运输危险源。

（5）路线规划：在平台，除了可查询各类危险源的参数信息外，还可根据危险源的各项指标为危运司机重新规划路线。

（6）紧急救援：在发生事故的第一时间通知预设的相关部门以减少危化品所带来的危害。本平台还将提供救援方案辅助决策的功能，可根据实时状况来计算出一种耗时最短、最有效的救援方案。救援方案通过应急预案数据库和政府对危化品事故的相关处理办法来综合生成。

（7）运输情况记录：根据车辆上安装的各类传感器传回的信息，监控平台对车辆运输情况有一个总体的判定。无论是超速警告还是疲劳驾驶警报，监控平台的人员都可通过该模块来知晓。同时平台还可根据该模块构建司机画像，方便后续为司机提供个性化服务。

3  监控平台架构设计

重慶电子工程职业学院人工智能与大数据学院智云团队结合实际的业务场景，在和重庆某危化品运输企业深度合作后，完成了移动危险源监控平台的设计。结合当前主流的云计算和大数据技术进行开发和部署，选择使用OpenStack云平台、Hadoop大数据生态、Java语言、CentOS系统作为技术选型。

开发平台使用的开发者工具为IntelliJ IDEA 2019.2.3 x64;开发语言为Java 8;Web服务器使用Apache Tomcat 9.0;数据库为MySQL 5.7;数据库操作软件使用Navicat;OpenStack采用的Mitaka版本。

开发技术框架包括支撑平台、数据存储、数据层、业务层、接口层和用户交互。具体为：支撑平台基于CentOS系统搭建OpenStack+Hadoop平台;数据存储使用HBase、HDFS，数据库采用MySQL;数据层使用Mybatis和Redis，开启事务管理;业务层实现移动危险源监控平台，并使用统一日志记录服务SLF4J和统一权限控制Shiro;接口层由多个服务API实现;用户交互使用HTML5和JQuer，并使用前端框架Layui、后台模板LayuiCMS、富文本WangEditor进行更加细致的交互实现。系统架构设计如图1所示。

系统设计在遵循软件工程的思想下做了更加贴近监控人员和司机使用习惯的设计。根据监控人员和司机使用场景的不同设计了不同的界面，使用者无论是在移动端还是电脑端都能获得良好的使用体验;平台启用全国范围内的CDN加速，在提升使用者访问速度的同时也为通过平台发布消息的及时性提供了保障;并且团队编写了完善的使用手册，可以让司机和监控人员很快适应系统。

由于行业的特殊性，需要保证该系统的可用率达到99.99%以上，即全年业务中断时间为52分钟以内。对此，利用云计算架构的优势，在双机热备的基础上启用了弹性伸缩和负载均衡，确保使用者在大部分场景都能够访问监控平台并查看信息。团队在设计数据库表时参考了信息安全等级保护的三级标准，极大地确保了整个监控平台的使用安全。

4  项目实现

根据图1所示的架构设计，研发团队实现了架构图中的各个层面。依托重庆电子工程职业学院人工智能与大数据学院的云计算中心，团队构建了一个由数台物理主机组成的支撑平台。支撑平台内存总计90 G，硬盘容量总计50 T，CPU核心总计50核。同时在虚拟机安全组设置的基础上也配备了专用的防火墙设备，从多方面保证监控平台的安全。移动危险源监控平台分为普通监控模块和大数据可视化展示模块，在普通监控模块中，监控人员可以维护基本信息和查看运输情况，平台设有实时的预警、报警组件，可让监控人员在第一时间向司机发送消息。移动危险源监控平台大数据可视化界面如图2所示，实际系统基本实现设计构思和需求。

5  结  论

本文设计的移动危险源监控平台实现了移动危险源的实时大数据可视化监控，而监控平台的数据来自于安装在移动危险源上的多维传感器数据采集模块。事实上，常见危化品运输车辆由于安全要求，禁止直接在罐体部位部署带电设备，这给传感器的部署带来一定阻碍。在系统实施中，气体传感器可以采用导流管的形式部署，将导流管部署在罐体易发生泄漏的部位，使用气泵抽取导流管中气体，进而进行可燃气体泄漏监测。这种方式的监测速度和灵敏度都打了折扣，可能会漏报泄漏事故。移动危险源监控平台的意义在于有助于强制性提高相关从业人员的安全意识，规范作业操作，并且能够在事故溯源和大数据灾难预警上发挥重要作用。

参考文献：

[1] 子絮.危化品运输安全需警钟长鸣 [N].梅州日报，2020-06-24（2）.

[2] 山东东营：创新危化品运输车辆监管模式 [J].道路交通管理，2019（12）：23-24.

[3] 青云.五大典型危化品运输事故案例解析 [J].生命与灾害，2020（7）：28-29.

[4] 杨嘉乐，刘洋，闫聪，等.基于物联网的危化品运输监控预警系统研究 [J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2020，42（3）：209-214.

[5] 陈利群.宁波镇海构建危化品运输安全防控体系 [N].中国交通报，2019-12-11（8）.

[6] 黄西菲.移动危险源视角的路域宏观安全风险分析管控研究 [D].北京：中国地质大学，2019.

作者简介：路亚（1981—），男，汉族，河北永年人，副教授，硕士研究生，主要研究方向：云计算、网络与信息安全技术和高职教育教学。