基于RFID的危化品容器安全追溯信息管理系统研究

张福生，杨 玲，刘 晶，张英男，曹 炎，汪先慈

（哈尔滨学院，哈尔滨 150080）

1 危化品容器管理存在的主要问题

危险化学品是指具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧和助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品，简称危化品。在生产、运输、使用、储存和回收过程中，因易造成人身伤亡和财产损失而需要特别防护，也是公共安全的一个重要组成部分。危险化学品容器（Cylinders of Dangerous Chemicals，CDC）包括工业钢瓶、车载钢瓶、民用钢瓶和军用气瓶等，其安全涉及千家万户，直接关系到广大人民群众的生命财产安全，关系到相关企业的生产安全，关系到国民经济与社会的和谐发展。

近年来，我国危险化学品容器事故呈上升趋势。2014年，据不完全统计共发生仅燃气（不包括氢气、液氨等）爆炸事故就达350余起，事故造成死亡114人，受伤670余人，损失财产达6800万元，且64%的事故发生在民居楼。2015年，8.12天津滨海新区爆炸事故，因天津瑞海公司危险品仓库发生火灾爆炸事故，直接导致165人遇难、304幢楼宇建筑倒塌、12428辆商品汽车和7533个集装箱受损。依据《企业职工伤亡事故经济损失统计标准》，已核定的天津滨海新区爆炸事故造成直接经济损失68.66亿元，间接损失巨大。面对数量大、分布广、流动性强的钢（气）瓶，各充装、配送单位以及使用单位对危化品钢瓶的识别和追溯工作仍然是通过肉眼识别完成。遇到瓶身锈蚀不清的钢印标识很容易造成误判，而对危化品钢瓶的跟踪、统计、监管工作也是先人工纸笔记录，后统一汇总的作业方式，根本无法杜绝因气体错装、钢瓶超期使用而造成的安全事故。传统的管理模式已经不能满足目前管理的需求。

2 国内外研究现状

随着全球工业4.0的快速发展，各类CDC的需求量也在与日俱增，其种类繁多，并广泛应用在生产和生活的各个领域，其多数具有易燃、易爆、有毒和腐蚀等特性。在20世纪80年代初，各国政府、学术界就把CDC的监督和管控提升到了公共安全级别的管理问题，建立和完善了CDC的监管体制，并整合了监管系统，进而建立了危化品本身的综合性管理和全过程管理，加强了各企事业和各职能部门间的合作，并基于现代电子信息技术建立了区域或行业统一的信息管理体系和应急指挥体系、制订联合行动计划和预案、注重全过程的应急管理等。以行业危机管理理论及技术体系变革为基础，各国政府建立了新的管理机制和技术保障模式，以弥补单纯依靠法律法规、标准或科学技术带来的管理缺陷问题，即从技术管理学科看待危险化学品容器安全监管，实施有组织、有计划、持续动态的全过程管理。因此，从技术的角度治理、规范和完善CDC安全生产、经营、储存、运输和监督等管理工作，对世界各国的经济建设和高速发展均具有重要的意义。

我国是仅次于美国的世界危险化学品生产和应用大国，对危化品的生产和储用也存在监管责任不健全、监管任务繁重、监管手段匮乏等问题，而采用的电子监管装置，其功能设计仅限于操作现场，加之CDC企业安全管理不到位等问题，导致危化品和CDC的安全监控机制缺乏全面性和长效性。因此，积极探索有效的危化品和危化品容器监管机制迫在眉睫。该系统是利用电子标签（RFID）进行工作，具有自动识别和加密存储功能，给每个CDC确定一个唯一识别码，实现对CDC检验、充装、种类和配送等信息的采集和存储，利用云技术对信息实施远程、全寿命期的追溯管理，建立钢瓶安全状态、物理位置等的全程安全监控系统，以此遏制伪劣、超期钢瓶流入市场，切实保证危险化学品生产、物流配送和使用安全。

3 系统研究内容

电子标签（RFID）具有储存信息可靠性高、非接触通信等优越特性，加之强大的云端后台信息系统支持，使其在危化品监管过程中发挥着巨大作用。该系统的研究核心是充分发挥RFID技术的优点，将电子标签技术、无线通信网技术、数据加密技术以及云计算技术应用于CDC管理，以提升危化品追溯管理的高效性、准确性和各子系统间数据的共享性。

3.1 研究方法

本文采用对比分析法和调查的方法，调研现行危险化学品行业监管的基本情况，从而发现问题、分析问题，归纳和总结出具有共性的监管技术手段和管理模式，探索建立基于RFID的CDC宏观因素和微观因素之间的内在关系。同时，笔者通过搜集、鉴别、整理相关文献，并通过对文献的研究，形成对CDC监管事实的科学认识，并探讨基于多技术手段融合的量化和规范化方法，融合国外发达国家的成功管理经验，建立和完善科学的CDC监管长效机制。

3.2 多频率RFID电子标签的逻辑结构

多频率RFID电子标签是利用RFID技术获取信息，为克服传统单频点RFID的不足，创新多频点RFID技术，将RFID、标签封装工艺、防转移粘贴工艺、微单片机和无线通信等技术相融合，同时形成抗金属反射、耐酸碱腐蚀等特性的无源抗金属反射宽温RFID电子标签。而RFID技术属于成熟技术，其射频调制技术也有相应的国际标准，为提高其抗金属反射能力和具有金属背景下的数据通信能力，对射频标签内的微型射频天线采用高斯降噪算法设计，结合软件无线电技术根据信号场强自学习和规避环境噪声，实现多频率共生的自适应数据交互技术，具体电路设计如图1所示，其中L1和L2是组合式RFID射频天线。

图1 RFID电子标签的逻辑结构

3.3 前馈神经网络技术

前馈神经网络（Feedforward neural network），简称前馈网络，是人工神经网络的一种。RFID电子标签可根据CDC的危险等级、种类以及储运等分级、分类设置为该管理系统的不同神经元节点，在此种神经网络中，各神经元从输入层开始，接收前一级输入，并输入到下一级，直至输出层。整个网络中无反馈，可用一个有向无环图表示。前馈神经网络是神经网络中的一种典型的分层结构，信息从输入层进入网络后逐层向前传递至输出层。根据前馈网络中神经元转移函数、隐层数以及权值调整规则的不同，可以形成具有各种功能特点的神经网络，其感知的基本思想如图2所示。

图2 神经网络模型算法示意图

其中：

X=(x1,x2,…xi,…,xn)T

O=(o1,o2,…oi,…,om)T

Wj=(w1j,w2j,…wij,…,wnj)T j=1,2,…,m

净输入：

netj

输出：

上述思想经优化和繁衍对应于该管理系统的云数据库，并能够进行自主学习和优化管理，实现实时全产业链、全生命周期的追踪和管理。

3.4 系统管理组成结构

系统主要包括粘贴于危化品容器的多频RFID电子标签、RFID读写器和云管理软件系统共三部分组成，具体组成结构如图3所示。

图3 系统组成结构示意图

3.5 RFID标签应用流程

系统的RFID电子标签应用流程如图4所示，RFID标签成品需专用的固结工艺安装到危化品容器（钢瓶）的表面，经检验、整瓶、充装、入库和出库等流程实现危化品的全程自动追溯。

图4 RFID标签应用流程

4 结 语

各类危化品泄露、爆炸等事故频发，危化品容器安全追溯信息管理系统的应用可极大地降低因危化品容器爆炸事故所导致的人民生命财产损失。随着国家和各省加强对危化品容器安全监管信息化的需要，该系统在为运营企业赢得经济效益的同时，也能为社会提供就业机会，为政府治理和监管CDC的工况提供有力的工具和措施，也有助于科研单位形成科研成果并转化为生产力，促使科研单位在实际的研发和应用中发现和攻克新的研发课题，产出更多的实用性科研成果，并能培养相关项目人才，为落实国家的“双创”举措、促进产业创新提供一定技术方法。

主要参考文献

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