CN103995504B - 一种基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统。包括车载终端控制器、车辆位置与行驶状态监测系统、危化品运输信息移动采集器、危化品传感网监测系统、通讯网络连接器、危化品运输监控与事故应急救援系统、监控信息显示器、事故救援传感网自动部署与监测系统，车载终端控制器通过通讯接口分别与车辆位置与行驶状态监测系统和危化品运输信息移动采集器连接，危化品传感网监测系统、危化品运输监控与事故应急救援系统、监控信息显示器均通过通讯网络连接器和车载终端控制器连接，事故救援传感网自动部署与监测系统通过通讯网络连接器与车载终端控制器、危化品运输监控与事故应急救援系统连接。本发明能监测事故现场环境及快速应急处理事故。
Description
技术领域
本发明是一种基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统，特别是危险化学品运输过程的监控与事故应急救援系统，属于危险化学品在途运输过程监控的信息化升级改造技术。
背景技术
近年来，随着社会进步以及国民经济的持续快速发展，道路危险品运输业日渐增多，我国的危险品运输安全管理面临新的挑战。日益增加的危险品运输对城镇、人群、河流的威胁越来越大，危化品运输安全问题得到了越来越高重视。危险化学品（简称危化品）种类多，事故发生后，扩散快，影响区域大，而救援方式各异；通常事故发生后，事故现场的实时信息以及扩散路径无法监控与跟踪，事故应急救援指挥完全依赖于救援人员经验，缺乏有力技术支持，在采用不正确方式，易导致二次事故发生；危化品运输事故发现主要是靠现场肇事者和目击者报警，或者巡逻人员采集信息。外场采集到事故信息传递方式效率低下，往往会延误救援时机。致使危化品车载运输监控始终不能达到理想状态，每年都因监控不及时、救援不正确而造成大量二次事故。因此，充分利用先进通讯技术、计算机技术、自动控制等技术构建危化品车载运输监控及事故应急救援系统是提高危化品运输车辆安全行驶与及时事故救援的有效手段，是一项非常重要和迫切需要工作。通过在危化品上贴不可逆标签，在危化品运输车辆部署传感器节点，在载运车辆安装状态传感器，结合预测模型，实现对危化品及周围环境温度、压力、风力以及车辆运行状态等信息感知，经车载终端处理，实时传送监控中心，可预测事故并报警，并通过自动部署无线传感网，提供事故现场实时状况，以及利用危化品事故应急响应数据库，为事故发生后实时应急救援和决策指挥调度提供技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种危化品运输信息自动识别、在途状态实时感知、事故现场监测和应急救援及时的基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统。
本发明的技术方案是：本发明的基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统，包括有车载终端控制器、车辆位置与行驶状态监测系统、危化品运输信息移动采集器、危化品传感网监测系统、通讯网络连接器、危化品运输监控与事故应急救援系统、监控信息显示器、事故救援传感网自动部署与监测系统，其中车载终端控制器通过通讯接口分别与车辆位置与行驶状态监测系统和危化品运输信息移动采集器连接，危化品传感网监测系统通过通讯网络连接器和车载终端控制器连接，危化品运输监控与事故应急救援系统、监控信息显示器通过通讯网络连接器与车载终端控制器连接，事故救援传感网自动部署与监测系统通过通讯网络连接器与车载终端控制器、危化品运输监控与事故应急救援系统连接。
上述危化品运输监控与事故应急救援系统包括有车辆定位与状态监控器、车辆位置和状态数据存储器、危化品状态监测器、危化品状态数据存储器、危化品应急响应数据库，其中车辆定位与状态监控通过通讯服务器获取车辆位置、状态数据，基于GIS人机界面实时监控，并存储到车辆位置和状态数据存储器；危化品状态监测器通过通讯服务器获取危化品在途各种数据，实时监控并保存到危化品状态数据存储器；危化品应急响应数据库存储各种用于应急救援决策的数据、知识、模型和方法及事故发生后的综合数据。系统对事故监测及预警，如果发生车辆或者危化品状态异常，则定位和跟踪事故发生位置，并发出警报信息，同时激活相应事故应急预案；按照统计或物理规律，建立相应数学模型，估计事故蔓延行为特征，建立事故发生蔓延的模型，对事故发生的方向、程度等趋势进行事故演变预测。
上述事故救援传感网自动部署与监测系统包括部署综合数据库、自动部署控制器、传感器节点、部署执行结构以及电源，系统获取事故发生时各种数据，并结合实验模型，建立传感器节点自动部署控制策略，并在部署综合数据库存储事故发生后传感器节点自动部署的实验数据、方法和模型；自动部署控制器根据部署控制参数，控制部署执行结构按照设定数据，在事故现场周围，自动部署各种不同类型传感器节点；传感器节点和部署执行结构之间是一种机械接触方式；启动传感器节点工作，并通过无线传感器网络接口传输各种采集的数据；电源为自动部署控制器和部署执行结构提供工作能量。
上述车载终端控制器是基于嵌入式系统开发的车载控制器。车载终端控制器采集、处理和传输各种危化品状态数据，并监控危化品和车辆状态。
上述危化品传感网监测系统利用各种部署的无线传感器节点实时监控危化品状态，各个节点的感知数据，通过低功耗、自组织无线网络，发送到通讯网络连接器，然后再传输到车载终端控制器，实现在线监控危化品状态。
上述无线传感器节点包括有温度、压力、烟雾传感器。
本发明针对危化品运输过程监控与事故应急救援存在问题，采用物联网技术，对危化品在途运输监控，以及事故现场监测与应急救援提供技术支持。危化品运输单位、个人、监管部门以及事故救援人员通过该系统能够及时地、正确地获取危化品在途过程中各种危化品状态、车辆行驶状态以及事故现场数据，指导相关人员采取相应预防措施或实施正确救援措施，改善危化品运输过程的实时监控信息化技术水平，尤其是事故发生后的现场监测与事故应急救援。本发明是一种自动化水平高、安全性好、实用性强的危化品在途监控及事故应急救援系统。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构图；
图2为本发明实施例中危化品运输监控与事故应急救援系统原理图；
图3为本发明实施例中事故救援传感网自动部署与监测系统原理图。
具体实施方式
实施例：
本发明基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统的结构示意图如图1所示，包括有车载终端控制器1、车辆位置与行驶状态监测系统2、危化品运输信息移动采集器3、危化品传感网监测系统4、通讯网络连接器5、危化品运输监控与事故应急救援系统6、监控信息显示器7、事故救援传感网自动部署与监测系统8，其中车载终端控制器1通过通讯接口分别与车辆位置与行驶状态监测系统2和危化品运输信息移动采集器3连接，危化品传感网监测系统4通过通讯网络连接器5和车载终端控制器1连接，危化品运输监控与事故应急救援系统6、监控信息显示器7通过通讯网络连接器5与车载终端控制器1连接，事故救援传感网自动部署与监测系统8通过通讯网络连接器5与车载终端控制器1、危化品运输监控与事故应急救援系统6连接。
上述车载终端控制器1是基于嵌入式系统开发的车载控制器，采集、处理和传输各种危化品状态数据，并监控危化品和车辆状态；危化品传感网监测系统4利用各种部署的无线传感器节点实时监控危化品状态，无线传感器节点包括有温度、压力、烟雾等无线传感器节点，各个节点的感知数据，通过低功耗、自组织无线网络，发送到通讯网络连接器5，然后再传输到车载终端控制器1，实现在线监控危化品状态。上述车载终端控制器1获取的各种危化品状态和车辆行驶状态数据，通过通讯网络连接器5传输到危化品运输监控与事故应急救援系统6，并通过监控信息显示器7以各种表现形式显示，如GIS界面、图形、文字等，通过移动计算设备或者其他计算设备，提供给相关人员用于监控、事故救援等任务。
上述危化品运输信息移动采集器3利用移动计算设备，采集危化品标签信息，经信息处理技术，提取危化品运输信息，传输到车载终端控制器1；车辆位置与行驶状态监测系统2利用GPS对车辆定位和跟踪，基于多种传感器（图像、雷达、速度等）获取车辆行驶状态；当车辆行驶发生异常状态，例如：侧翻、碰撞等，或者周围车辆行驶距离过近，车辆行驶状态监控器发出异常信息或者警告信息，并传输到车载终端控制器1并显示。
上述事故救援传感网自动部署与监测系统8在事故发生后，在事故现场自动部署各种传感器节点，利用低功耗、自组织的无线传感器网络，实时采集事故现场数据，并通过通讯网络连接器5传输到车载终端控制器1和危化品运输监控与事故应急救援系统6，为事故的应急救援提供各种决策支持数据。
图2为本实施例的危化品运输监控与事故应急救援系统6的原理框图，危化品运输监控与事故应急救援系统6包括有车辆定位与状态监控器11、车辆位置和状态数据存储器12、危化品状态监测器13、危化品状态数据存储器14、危化品应急响应数据库15，其中车辆定位与状态监控11通过通讯服务器获取车辆位置和状态数据，通过GIS人机界面，实时监控并存储数据到车辆位置和状态数据存储器12；危化品状态监控13通过通讯服务器获取危化品在途各种数据，实时监控并保存到危化品状态数据存储器14；危化品应急响应数据库15主要存储各种用于应急救援决策的数据、知识、模型和方法等及事故发生后的综合数据。系统对事故监测及预警，如果发生危化品状态异常或者车辆行驶状态异常，则定位和跟踪事故发生位置，并发出警报信息，同时激活相应事故应急处理预案；依据来自危化品应急响应数据库15的数据、知识、方法，按照统计或物理规律，建立相应数学模型，估计事故蔓延行为特征，建立事故发生演变模型，对事故发生的方向、程度等趋势进行事故演变预测。该系统主要通过通讯服务器，获取危化品状态、车辆位置与行驶数据以及事故救援现场数据并传输到车载终端控制器，实时监测危化品状态；定位与追踪车辆位置与状态，远程监测事故现场，并对异常状态启动应急响应处理预案，给救援人员提供各种合理的救援决策建议，指导相关人员实施正确救援；危化品的泄露、燃烧、爆炸等事故蔓延是在各种气象条件和地形影响下燃烧和运动的复杂现象。建立气象、地形、周围环境等与事故相关的数学模型，模型在修正过程中不断自学习，从而对事故蔓延进行较为准确预测，给救援人员提供预警分析，防止事故快速扩散；基于危化品响应数据库，系统自动生成事故应急响应预案，并以多种形式和技术手段指导救援人员快速、正确实施救援。在本实施例中，该系统主要以Internet、GPRS/GSM/3G等构建网络通讯平台，利用Web技术、异构网络通讯技术、数据采集和处理、GIS技术、数据库、智能决策、建模与预测等信息技术，实现系统的车辆定位与行驶状态监控、危化品状态监控、事故预警及应急响应、事故演变预测以及事故现场监测与指导事故救援等模块功能；提供GIS人机界面，满足监控、报警、事故应急救援、调度等联动管理需求。
图3为本实施例的事故救援传感网自动部署与监测系统8的原理框图，该系统包括部署综合数据库21、自动部署控制器22、传感器节点23、部署执行结构24以及电源25。其中部署综合数据库23存储事故发生后传感器节点自动部署的实验数据、方法和模型；系统获取事故发生时车辆以及危化品状态数据，结合部署综合数据库23中模型，建立传感器节点自动部署的控制策略；自动部署控制器22根据建立模型，计算各个传感器节点部署所需控制参数，然后发送给部署执行结构24，部署执行结构24根据控制参数，在事故现场周围，自主部署各种不同类型传感器节点23；传感器节点23和部署执行结构24之间是一种机械接触方式；然后启动传感器节点工作，并通过无线传感器网络接口传输各种采集的数据；电源25为自动部署控制器22和部署执行结构24提供工作能量。该系统工作时，获取事故发生时车辆以及危化品状态数据，还有事故现场周围温度、湿度等环境数据，结合通过实验方法建立的传感器节点自动部署方式和模型，建立事故发生时传感器节点自动部署控制策略；同时，把该参数传输给每个传感器节点的自动部署控制器，自动部署控制器依据该参数设定部署执行结构的部署角度、速度等数据，然后把各种类型的传感器节点布置在事故现场周围；可以根据每次运输的危化品品种来确定传感器节点类型（图像、温度、湿度、压力、烟雾等）；部署成功的传感器节点开始工作，实时采集事故现场数据，并通过无线自组织网络传输到车辆终端控制器，并上传到危化品运输监控与事故应急救援系统，为各种救援人员提供实时的现场环境监测数据。该系统采用机电一体化方式，自动部署多种无线传感器节点，并基于自组织无线传感网，构建事故现场的监测系统，实时采集事故现场数据，为事故现场的救援提供信息化支持技术，解决了事故现场的实时监测难题。
本发明的工作原理如下：所述系统利用移动计算设备，例如：手机，识别贴在危化品上的各种标签信息（包括危化品的名称、成分、数量等），并上传到危化品运输监控与事故应急救援系统，作为事故应急救援的决策基础数据；车辆位置与行驶状态监测系统实时采集车辆位置和行驶状态数据通过通讯接口传输到车载终端控制器；危化品传感网监测系统将采集到的危化品状态参数经过无线网络传输到车载终端控制器；车载终端控制器是车辆运输控制中心，将采集到各种数据处理和分析，监控并响应异常状况，通过GPRS/GSM/ 3G/Internet网络将各种数据传输给危化品运输监控与事故应急救援系统；同时，车载智能终端也可接收危化品运输监控与事故应急救援系统的控制命令，并传输给其他模块；事故发生后，车载终端控制器激活事故救援传感网自动部署与监测系统，自动部署各种传感器，监测事故场景，并获取事故现场实时数据，处理后上传到危化品运输监控与事故应急救援系统，为相关救援人员提供决策支持。
所述危化品运输监控与事故应急救援系统，主要通过无线网络获取车辆位置、状态，危化品状态，及事故现场的各种监测数据，作为监控与事故救援的决策数据；利用GIS人机界面，实时显示车辆位置、状态、危化品状态及事故场景，动态跟踪危化品运输及事故救援过程；基于经验知识、实验和模型，构建危化品事故应急响应数据库，对事故预警，事故发生后为相关人员提供救援应急预案；利用智能技术，建立事故蔓延趋势模型，对事故演变方向、程度等进行预测。
所述事故救援传感网自动部署与监测系统，可以实现事故发生后现场数据的实时监测。该系统获取车辆行驶数据、危化品数据以及周围环境数据（温度、湿度等），结合试验模型，建立传感网自动部署的控制策略，并计算相关参数；自动部署控制器根据参数控制部署执行结构，在事故现场周围，按照给定的角度、速度部署传感器节点；部署成功后的传感器节点，通过自组织无线网络采集事故现场周边数据，并上传采集的各种信息，为事故救援提供决策数据。
Claims (3)
1.一种基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统，其特征在于包括有车载终端控制器(1)、车辆位置与行驶状态监测系统(2)、危化品运输信息移动采集器(3)、危化品传感网监测系统(4)、通讯网络连接器(5)、危化品运输监控与事故应急救援系统(6)、监控信息显示器(7)、事故救援传感网自动部署与监测系统(8)，其中车载终端控制器(1)通过通讯接口分别与车辆位置与行驶状态监测系统(2)和危化品运输信息移动采集器(3)连接，危化品传感网监测系统(4)通过通讯网络连接器(5)和车载终端控制器(1)连接，危化品运输监控与事故应急救援系统(6)、监控信息显示器(7)通过通讯网络连接器(5)与车载终端控制器(1)连接，事故救援传感网自动部署与监测系统(8)通过通讯网络连接器(5)与车载终端控制器(1)、危化品运输监控与事故应急救援系统(6)连接；上述危化品运输监控与事故应急救援系统(6)包括有车辆定位与状态监控器(11)、车辆位置和状态数据存储器(12)、危化品状态监测器(13)、危化品状态数据存储器(14)、危化品应急响应数据库(15)，其中车辆定位与状态监控(11)通过通讯服务器获取车辆位置、状态数据，基于GIS人机界面实时监控，并存储到车辆位置和状态数据存储器(12)；危化品状态监测器(13)通过通讯服务器获取危化品在途各种数据，实时监控并保存到危化品状态数据存储器(14)；危化品应急响应数据库(15)存储各种用于应急救援决策的数据、知识、模型和方法及事故发生后的综合数据；上述事故救援传感网自动部署与监测系统(8)包括部署综合数据库(21)、自动部署控制器(22)、传感器节点(23)、部署执行结构(24)以及电源(25)，系统获取事故发生时各种数据，并结合实验模型，建立传感器节点自动部署控制策略，并在部署综合数据库(21)存储事故发生后传感器节点自动部署的实验数据、方法和模型；自动部署控制器(22)根据部署控制参数，控制部署执行结构(24)按照设定数据，在事故现场周围，自动部署各种不同类型传感器节点(23)；传感器节点(23)和部署执行结构(24)之间是一种机械接触方式；启动传感器节点工作，并通过无线传感器网络接口传输各种采集的数据；电源(25)为自动部署控制器(22)和部署执行结构(24)提供工作能量；上述车载终端控制器(1)是基于嵌入式系统开发的车载控制器，车载终端控制器(1)采集、处理和传输各种危化品状态数据，并监控危化品和车辆状态。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统，其特征在于上述危化品传感网监测系统(4)利用各种部署的无线传感器节点实时监控危化品状态，各个节点的感知数据，通过低功耗、自组织无线网络，发送到通讯网络连接器(5)，然后再传输到车载终端控制器(1)，实现在线监控危化品状态。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的危化品在途监控与事故应急救援系统，其特征在于上述无线传感器节点包括有温度、压力、烟雾传感器。
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