基于RFID技术的危险品物流监控系统模型研究

王 毅， 王文奇，蒋济友，江 岭

（1.重庆工业自动化仪表研究所，重庆 401123；2.四川文理学院，四川 达州 635000）

基于RFID技术的危险品物流监控系统模型研究

王 毅1， 王文奇2，蒋济友1，江 岭1

（1.重庆工业自动化仪表研究所，重庆 401123；2.四川文理学院，四川 达州 635000）

结合危险品特性及我国当前危险品物流现状，提出基于RFID、GPS、CDMA、GIS和现场总线技术，对危险品存储和运输物流过程进行自动信息采集、实时跟踪的危险品物流监控系统模型，详细阐述了模型架构和各子系统设计，并分析了模型具有的优势。该模型可提高危险品物流管理的效率和安全性，具有一定的市场应用前景。

危险品物流；现场总线；RFID；GPS；CDMA；GIS

危险品是指具有爆炸、易燃、毒害、腐蚀、放射性等性质，在运输、装卸和存储保管过程中，易造成人身伤亡和财产损毁而需特别防护的物品[1]。随着我国工业化进程的不断推进，危险品的生产和使用逐年呈上升趋势，危险品的监督和管理也不得不引起人们的高度重视，作为物流领域一个重要分支的危险品物流的作用和影响也逐渐显现。我国危险品物流管理现在还处于起步阶段，大部分危险品的物流运作仍是沿用传统普通货物的操作方式，存在着巨大的潜在危险性。在社会公众对安全要求不断提高的背景下，旧的管理模式已不能适应当前形势，需要寻找一种更有效的技术手段来提高识别危险品的速度与准确性，从而增加对危险品仓储和运输的管理能力并降低危险品的管理成本。

基于上述原因，本文提出了一种新型的基于RFID、GPS、CDMA、GIS和现场总线技术的危险品物流监控系统模型。该模型将这些新技术应用到危险品的日常仓储和运输实时监控管理中，不仅可实现危险品仓储管理的高效化和智能化，还可降低危险品运输事故的发生率，从而达到大幅提高危险品物流管理安全与效率的目的，具有一定的市场应用前景。

1 技术概述

RFID[2]（Radio Frequency Identification）是一种利用射频实现非接触双向通信的自动识别技术，最基本的RFID系统由标签、读写器和天线三部分组成。RFID的基本特点是读写器和射频卡不需要直接接触，它们之间的能量传输和信息交换是通过电磁耦合或者电感耦合来实现。RFID标签具有不需要光源、体积小、容量大、寿命长、穿透力强、可重复使用、定位和长期跟踪管理等特点，通过对RFID标签进行读写操作，可实现对各类物体或设备在不同状态下的自动识别和管理。RFID标签技术已逐步应用于各种物流跟踪和监控、产品生产跟踪和监控、供应链管理、防伪技术、设备和人员定位跟踪等方面[3]。若发生危险品事故，可以利用设备远距离的读取标签上的信息，从而为正确处理事故、抢救受伤人员赢得宝贵时间。

GPS[4]（Global Position System）全球导航定位系统，可以实时和全天候的为全球范围提供高精度的三维位置、速度和系统时间信息。GPS只能提供定位数据，不能进行通讯，这需要借助CDMA网络完成。CDMA系统是基于码分技术和多址技术的通信系统，它将需传送的信息数据进行调制和解调，从而增强了抗干扰的能力。GIS（Geographic Information System）地理信息系统是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。

系统通过RFID技术实现危险品识别、接触人员身份识别及权限判别等功能；应用GPS系统、CDMA系统和网络平台，实现危险品转移信息的实时发送和接收、危险品运输车的全程实时监控和调度等功能；集成GIS系统实现可视化控制管理功能；结合工业现场总线技术实现危险品仓储的环境信息传输和环境控制。

2 危险品物流业务流程

危险品物流业务流程见图1。危险品自生产起，即由生产单位赋予唯一的产品身份信息，成为该危险品的永久标签，并将该危险品的生产日期、有效期、种类、特性、仓储条件、运输条件、使用及销毁条件等信息存入RFID标签卡中。当危险品需存储在仓库时，通过RFID读卡器，快速读取危险品的信息，进行自动分区存储，并控制仓储的环境条件。危险品的入库、出库都需要登记，并对进出仓库人员进行身份识别、权限判定、行为记录，对危险品流向登记防止危险品遗失。危险品的运输过程需要实时监控，确保在运危险品的安全性，防止危险品运输失事。用户需要按照危险品的使用条件进行使用，对过期危险品也需要按要求销毁，用过的RFID标签可以回收利用。

结合危险品物流自身特点和物流业运作的一般原则，危险品物流需具有安全性、信息化和严格科学的管理等特点。不同于一般物流侧重于效率和效益，危险品物流首先考虑的是安全性。信息逐渐成为物流管理的生命线，以网络技术搭建的信息平台允许管理人员对整条供应链进行全程监控，实时保证供应链的顺畅和物流的安全。物流运作的各个部门需要更好的协作与配合，供应链需处于严格而科学的管理之下，确保危险品物流进程在保障安全性的前提下有条不紊的进行。

3 危险品物流监控系统模型设计

如图2所示，整个危险品物流监控系统涵盖危险品的仓储和运输过程，主要由危险品物流中心、危险品物流运输车和危险品存储仓库三部分组成。

图1 危险品物流业务流程示意图

图2 危险品物流监控系统设计示意图

3.1 危险品物流中心。危险品物流中心由数据服务器、GIS实时显示屏、视频监视器、操作员站和管理层web站点等构成，是整个监控系统的信息中心。数据服务器是系统数据库的存储载体，包括危险品信息、人员信息、车载终端数据信息都存储在数据服务器中。GIS实时显示屏主要是将车载终端实时数据图形化，把运输车在运货物信息、运行线路、车载终端安全状况等信息直观的显示给操作人员。视频监视器主要是用于危险品存储仓库的安全监管，对仓库周边环境、人员状况、关键点的人和物的情况进行记录。操作员站提供操作员对整个系统实时监视和控制。管理层可通过Internet远程登录web站点，对系统运行情况进行监视。

3.2 危险品物流运输车。车载终端由ARM工控板、RFID读写模块、GPS接收器模块、CDMA模块和液晶触摸显示屏模块组成，利用RFID的信息识别和发送技术、GPS的定位技术、CDMA的移动通信技术并结合GIS技术实现对危险品运输过程的动态监控、实时跟踪、事故报警求救、应急处理等功能。车载终端放置于车辆等运输设施上，它实时通过无线通信模块将车辆速度、地理信息、物质收发信息等传输给管理系统，并能接受管理系统发来的调度命令，且支持短时间的断网信息存储功能。管理系统获取车载终端数据，并转化为图形数据在GIS显示设备上实时显示，也可实现运输历史轨迹回放。管理系统可预先设定危险品运输路线，并可判断运输终端是否按预订路线、时间完成运输与物质收发。仓库物料系统获取相应数据，完成物料数据库更新、存储登记，并判断是否有错等。

3.3 危险品存储仓库。危险品存储仓库系统由视频安全模块、环境控制模块、门禁模块、物料终端模块和巡更模块组成，实现仓库的环境监控、提升仓库的安全等级，防止由危险品引发的安全风险和物品遗失风险。

视频监控子系统由web摄像机、视频监控设备等构成，形成视频监控、存储、回放功能，提高了仓库的监控能力及可追溯性，防止了危险品的非法外流，提高了仓库的安全等级。web摄像机输出数字化的视频信号，发送到以太网络；网络上的视频监控设备，可以完成图像的实时显示，也可以硬盘录像机的形式保存录像，将图像数据保存到数据中心，可供以后调阅回放等。

针对不同的危险品有不同的温湿度储藏要求，需将仓库环境温、湿度控制在给定的温度和湿度范围。仓库环境控制模块主要由AI、AO、DI及DO模块单元和控制器组成，完成现场数据的采集与控制，控制器和各功能模块通过背板总线进行信息交互。温度传感器、湿度传感器和气体浓度检测传感器实时采集仓储场所的温度、湿度和气体浓度信号，传给AI模块；AO模块控制变频空调；烟感传感器和红外入侵检测给DI输入信号；DO模块实现烟感报警、门控设备、抽湿机和入侵报警等功能。

门禁模块采用基于RFID技术的TCP/IP方式的门禁系统架构，增强了系统的实时性和可靠性。门禁控制模块可实现对门禁人员电子标签信息的管理及权限分配；可记录进入人员的信息以备后续查找使用；可通过后台数据库分析查找卡片信息，判断权限，若是有权卡片，输出开锁命令给门控设备；若是无权卡片，可产生报警信息 （如黑卡）或拒绝服务。门禁系统在实时监控状态下出现异常情况自动报警，并提示报警内容；在非法人员进入的时候，提示身份验证失败，响应报警铃提示。

物料终端控堆放在库房门口，RFID读写模块在危险品出/入库时自动读取物资信息，再通过网络将物资信息传递至管理系统。系统可高效地办理出入库工作，清楚地了解物料的出入仓库的情况，并对仓库数据实时更新；可在数据库中体现各种危险品在销售中的比例，同时避免由于人为原因而造成的时间浪费以及他人非法取用危险品，保证了危险品的安全。通过安全追溯系统，可以了解到危险品的生产时间、生产厂商、有效期限等信息。

为了加强危险品的仓库管理，避免人员非法盗用危险品，减少危险品的非法使用对社会造成的危害，需加强对仓库巡逻员的管理。巡更模块依靠RFID的非接触信息检测特性，采用RFID手持设备和预埋RFID电子标签的方式组建离线式电子巡更系统。

4 监控系统分析

基于RFID、CDMA、GPS、GIS技术和现场总线技术的危险品物流监控系统具有以下的优势： （1）利用RFID非接触式识别技术，减少危险品安全隐患，降低了工作人员的危险性。可远距离读取多个标签，提高数据采集效率。 （2）运用低误码率和高保密性的CDMA远程数据通信模式，充分利用已有资源，无需占用大量资金建立通信网络，系统维护量小。 （3）利用已有的GPS系统来进行车辆的定位；实现目标动态跟踪、车辆远程控制等多种功能。 （4）系统综合卫星定位系统GPS技术、数字移动通讯系统CDMA技术、地理信息系统GIS技术和计算机网络通信技术，构成通信与定位相结合的指挥调度监控的强大管理网,对运输车进行实时跟踪、调度。GIS电子地图和GPS定位信息的信息融合，将运输信息转化为图形数据，实现运输车辆的实时数据和历史轨迹显示。 （5）危险品物流信息查询方便，系统具有完善的管理功能，可方便、快捷地自动处理大量数据。（6）由于对出入库的危险品实行系统自动识别管理，避免了人员非法盗用化学品，减少化学品非法使用对社会造成危害。 （7）采用手持无线RFID设备组建的巡更系统，无需布线，易携带，操作方便，性能可靠，不受温度、湿度、范围的影响，系统扩容、线路变更容易且价格低，又不宜破坏，系统安装维护方便。

5 结束语

本系统模型结合了RFID、CDMA、GPS、GIS和现场总线技术，实时准确、有效地对危险品物流进行全程跟踪管理，能够减少事故的发生。RFID技术在危险品仓储和运输管理中的应用，不仅可以提高危险品物流管理的工作效率，使供应链管理更加科学，而且解决了危险品物流中存在的管理盲点，保证了危险品的安全和质量。应当承认，与国外大型物流企业先进的管理经验相比，危险品物流的管理对于当前国内大部分物流企业来说还是一个相当薄弱的环节。但只要社会各方面对这项工作给予足够重视和有力支持，加大投入，并借助快速发展的信息技术力量，就一定能有效提高我国危险品物流管理能力，更好地保障安全，同时提升物流企业的竞争能力，缩短与先进物流企业的发展差距。

[1]钱宏文，刘翔.基于RFID/GPS/GPRS的危险品监管系统的研究[J].物流工程与管理，2010(8)：100-111.

[2]董丽华,等.RFID技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3]陈媛,等.基于RFID和GPRS技术的危险品物流系统模型研究[J].包装工程，2008(5)：78-80.

[4]刘大杰.全球定位系统GPS的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，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

科研院所技术开发研究专项基金资助项目，项目编号：2010EG119140。

王 毅（1981-），男，四川平昌人，重庆工业自动化仪表研究所，工程师，硕士，主要从事自动控制应用方面研究。