基于RFID的车用CNG气瓶电子监管系统设计

边吉荣 宋丽亚 蔺金元

宁夏大学物理电气信息学院 宁夏 750021

0 引言

近年来随着燃油成本的提高和人们环保意识的增强，经济且清洁的天然气越来越受到汽车使用者的青睐，车用天然气CNG气瓶在汽车上的使用日益广泛。但同时在充装和使用过程中CNG气瓶燃烧、爆炸等事故也屡屡发生，车用CNG气瓶安全问题逐渐成为人们关注的焦点。

1 CNG气瓶电子监管系统设计

1.1 业务流程介绍

（1）省质监局作为数据中心，建立气瓶、充装站、车辆档案，保存来自充装站、政务大厅、各市县质监局、检验站同步的数据，音视频监控各个充装站及充装站加气枪的加气步骤，可远程控制加气枪开、关阀。

（2）市县质监局监控各个充装站充装步骤，巡检。

（3）政务大厅统一发放CNG气瓶电子标签。

（4）充装站充装员工用手持POS机扫描车辆CNG气瓶电子标签，操作加气枪为气瓶加气，听从质监局远程指挥。

（5）检验站对气瓶进行年检，生成年检报告，向省质监局提交气瓶年检结果。

（6）改装厂拆、装年检气瓶。

系统业务流程（如图1）。

1.2 系统总体设计方案

CNG电子监管系统采用成熟的J2EE框架，根据业务特点将整个CNG系统划分为5个大的子系统，如图2所示，整个系统以监管部门管理子系统为核心，以改装厂管理子系统、充装站管理子系统、检验站管理子系统、对外服务子系统为信息收集的基础，然后通过WEB网络将各个看似独立的系统耦合在一起，实现自上而下的层级管理，再针对不同的部门级别设置不同的访问权限，从而实现系统高度自动化的全方位服务。

图1 系统业务流程

图2 CNG电子监管系统结构图

1.3 监管部门管理子系统

监管部门管理子系统主要负责CNG标签的发放、CNG系统管理，提供数据服务、数据交换、数据中转以及监管网页平台等，如图3所示。

图3 监管部门管理子系统结构图

为实现远程音视频动态监控，监管部门控制中心在硬件上设置一组电视墙，由8台彩色专业品牌监视器、配套操作台、网络视频解码器组成。监管部门的工作人员能够通过视频监控墙监控所属充装站的加气情况，如图4所示，并可以通过远程指令立即终止非法的加气行为或者给予语音纠正和提醒。

图4 远程视频监控加气站加气机加气情况

1.4 改装厂管理系统

改装厂管理子系统主要完成CNG气瓶的改装、登记，送检。改装厂主要配备U-Key、PC机设备。工作人员在接收到改装任务后通过PC机登录改装厂客户端（如图5）。

工作人员用手持POS机扫描CNG气瓶电子标签，对每一辆前来改装气瓶的车辆信息（包括车牌，车辆类型，所属人姓名或者单位，车架号，发动机号等信息）和对应气瓶信息（包括生产厂家，出厂编号，生成日期，出厂日期，使用年限，容积，最大承受压力等信息）进行核对录入登记，并将数据上传到中央数据中心，且告知车主前去监管部门领取CNG电子标签后对车辆进行CNG改装。系统对改装的记录可以按照车牌号码、车主姓名或单位名称、气瓶出厂编号、日期等信息关键字来查询。

图5 改装厂管理子系统结构图

改装厂同时负责CNG气瓶的年检拆装。需年检的车辆到改装厂，改装厂对其所携带的气瓶进行拆装，并做好拆装记录登记，而后将气瓶送到检验站检验，检验站检验气瓶并对气瓶进行重新贴标。

1.5 充装站管理子系统

充装站管理子系统是整个系统数据的来源，负责CNG充装数据的采集。在硬件改造方面，通过和加气机厂家的合作，我们可以获得加气的数据，包括每次的加气量、气瓶充装前后的压力等数据，在不破坏加气机原有防爆电路特性的基础上，我们只需通过加气机提供的通讯接口与我们的电子监控系统对接即可，通过RS485线控制加气机对CNG气瓶的充装。电子监管控制系统中集成了VPN路由器确保数据的安全性。电子监管控制系统控制监控摄像头监管充装员的各个加气步骤。质监员和充装员可通过双向音频进行语音交互。

在充装站，当有CNG气瓶需要加气，充装员工首先通过手持机选择加气枪，并用无线电子标签扫描器扫描所需充装汽车的CNG电子标签，无论年检是否合法，电子标签扫描器都将当前员工、加气机、加气枪、气瓶信息等通过RF433传输到电子监管控制系统，系统对该气瓶的数据进行人工智能分析。若气瓶合法，系统控制加气机通过充装员工对气瓶进行加气，加气完成后向本地数据库写入此次加气信息。若气瓶到期或非法气瓶等，系统将通过安装在加气站的语音系统播报警告信息，提请车辆所有人注意，并不予加气；通过对车型、气瓶类型、气瓶容量、充装前后时间、充量、充前压力、充后压力等信息的综合分析和智能判断，若发现有与正常加气不符的数据时，系统会自动报警，并通过语音系统提示加气站，提请监管人员注意，并不予加气。

系统通过视频摄像头将采集的充装过程数据实时地上传至监管部门数据中心，数据中心可以观察到各个加气站，每个加气机的加气操作，当发现违规加气操作后，数据中心可以向加气站喊话，通过语音来提醒或者指挥充装员工纠正或者停止加气操作，同时可以远程下达对此加气枪进行关阀指令，来停止加气机的加气操作，加气站工作人员可通过加气站内的拾音器与监管人员对讲（如图6）。

图6 充装站管理子系统结构图

1.6 检验站管理子系统

检验站管理子系统主要完成CNG气瓶的年检、电子标签发放等功能。对前来检验的车辆进行详细登记（包括车牌，车辆类型，所属人姓名或者单位，车架号，发动机号等信息），检验其改装后对应气瓶信息（包括生产厂家，出厂编号，生成日期，出厂日期，使用年限，容积，最大承受压力等信息）。对检验合格的气瓶使用电子标签发放系统发放标签，在完成贴标后通过手持检验设备再进行标签有效性检验，然后将检验结果由VPN网络上传到数据中心，完成检验登记（如图7）。

图7 检验站管理子系统结构图

1.7 对外服务子系统

对外服务子系统基于数据中心，建立一套对外信息发布网站系统。提供气瓶年检信息、车辆信息、充装违规处罚信息、充装记录信息等对外的网站信息系统。主要面向使用者，为车主、各个子模块的工作人员提供Web登录浏览的功能。车主、司机、公交站调度可以通过网页随时查看自己车辆是否有违规信息、上次年检时间、年检过程状态等信息。

网站前台系统即为网站对外展现部分，该部分的实现采用专用模板方式实现；网站后台管理系统主要为管理员进行各种管理操作使用，如栏目维护，信息发布、信息审核、权限设置、静态资源管理、系统管理等（如图8）。

图8 对外服务子系统结构图

2 结束语

系统应用无线射频识别技术（RFID）、视频监控系统、音频广播系统、自动语音播放系统、智能控制系统、大型数据库oracle技术、数据加密技术AES、防爆技术和WEB界面J2EE技术、安全通讯VPN技术等，对CNG气瓶使用的全生命周期（安装、检验、充装、报废）进行动态监管。特别是对CNG气瓶安全充装全过程进行智能控制，从而确保到期未检、过期报废气瓶不能充装，消除CNG气瓶充装的安全隐患，保障充气站的安全经营；并能自动生成充装记录和作业人员工作情况，提高充装站的经营管理水平。同时系统将CNG气瓶的充装信息实时上传至监管部门的数据中心进行数据处理和保存，由监管部门进行动态监管，为杜绝管理漏洞、消除安全隐患、实行历史追溯提供可能，其应用前景将十分宽广。

[1]夏立荣.要重视车用CNG气瓶的危险性[J].劳动保护.2008.

[2]Klaus Finkenzeller[德].射频识别（RFID）技术[M].北京:电子工业出版社.2001.

[3]屈晓晖，庄大方，邱冬生.基于GIS的蔬果农产品可追溯物流实现技术研究[J].中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集.2007.

[4]闫伟，张喜民，张军华.ORACLE数据库及应用程序优化[J].内蒙古石油化工.2005.