核废料智慧运输监管系统设计与实现

陈建广，曾淏宇，敖 杨，陈佳俊，陈晓丽，褚永彬

（1. 成都信息工程大学 资源环境学院，四川 成都 610200；2. 中核404有限公司，甘肃 嘉峪关 735100）

目前国内已有车辆定位、导航产品投入核废料运输的使用，但仍然存在一些问题，主要体现在山区等地理位置信息的稳定性，以及核废料全生命周期管理机制中的运输管理可以进一步优化。为了解决上述问题，本文提出了一种基于物联网技术，实现核废料、仓库、运输车辆之间的关联，将核废料从产生到存放、运输、处理等不同环节联系起来，利用北斗高精度定位解决核废料的去向，实现核废料的管理[1-5]。

1 系统需求分析

核废料智慧运输监管系统将试图改善和解决如下问题：

1）核废料运输过程中的位置信息不够完善。核废料物流车辆GPS 虽然能监控车辆的即时行车状态，但在移动通信中断，电力中断或移动通信无法覆盖GPS终端的情况下，会出现监控盲区。

2）核废料的管理缺乏系统化的位置服务。通常情况下核废料的管理只是给予了核废料属性信息的管理，但并不能及时将核废料属性信息与具体的位置信息相关联，获取信息的途径还比较繁琐。

3）核废料的管理还缺乏更加完善的可视化管理。在核废料整个生命周期的管理过程中，还存在某些管理上没有可视化，或者缺乏系统的可视化。

核废料智慧运输监管系统在核废料产生时便建立核废料唯一识别码标识字段，通过物联网和北斗等技术确定核废料与存放地点、运输车辆、处理场所之间的联系，合理地解决了核废料的处置，以便各个时期对核废料进行各种管理工作，最终完成了核废料来源规划、运输监控、中继存储，直到处理完善这一智慧运输监管中的信息与过程的可视化智慧监测与管理系统的设计。

2 关键技术

2.1 基于物联网技术的核废料物-库-车联动

在核废料的智慧运输监管环节中，核废料与仓库、车辆等之间产生关联。常规的方式是在数据库中通过主键建立对象之间的联系，但这种方式操作步骤繁琐，容易遗漏，无法实现无缝全程的管理。

本文通过物联网[6]和北斗定位导航、精密授时、短报文通信技术，基于核废料的唯一身份编码：①自动获取核废料、集装箱、运输车辆、司机ID、仓库、车体内部辐射探测信号等相关属性信息；②实时更新入库、运输、出库、处理等时间与空间信息；③完成仓库存储信息的自动更新；④实现值守事件信息合理的加密记录、归档上报、解密查询等功能；⑤结合核废料相关的属性、时间、空间、事件四元素，实现核废料智慧运输监管的物-库-车时空联动，如图1所示。

图1 基于北斗与物联网技术的核废料物—库—车联动

2.2 基于北斗的实时定位与短报文功能

在核废料的智慧运输监管的来源、存放、运输、处理等环节中需对核废料进行无缝隙实时定位。

北斗实时定位技术是指基于北斗的网络RTK实时定位技术[7]，此技术能够达到相关技术规范标准且满足用户实际生产需求。北斗实时定位技术为本研究提供了技术基础。

北斗系统的短报文通信，是指北斗地面终端和北斗卫星、北斗地面测控总站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递，通信以短报文（类似手机短信）为传输基本单位。此技术已广泛应用于远程终端监控[8]。北斗短报文功能完备了实时定位，也为本研究提供了技术基础。

在核废料出库后，车辆在运输过程中会按照规定的路线前进，如若遇到突发状况如核泄漏、意外车祸、道路阻塞等，监控中心需及时做出指令，以便进行及时救援或运输路线的重新规划，保证运输车辆能安全准时抵达目的地。此时需通过在车辆上搭载北斗芯片，运用基于北斗的网络RTK实时定位技术，来实时监测运输车辆的位置信息。当在偏远山区等地区移动通信中断，电力中断或移动通信无法覆盖北斗终端的区域，便以北斗短报文进行信息交互，实现实时定位的功能。

2.3 时空数据一体化

在核废料的智慧运输监管过程中，需对核废料运输车辆实现时空数据一体化管理。

时空数据一体化是指利用GIS-T 的数据模型，解决动态交通信息与道路网几何数据的一体化时空建模问题的方法。现阶段的技术已经能够较好地解决路网信息中的静态信息，但是对于动态信息的实时传输与同步，仍是一个很大的问题。时空数据一体化在智慧城市的打造中得以研究应用[9]，为本文的研究提供了技术理论基础。

本文中，运用交通地理信息系统(GIS-T)建立起数据模型，来存储、管理和更新交通网络的空间数据，辅助监控中心进行运输车辆的线路规划、管理，并实现车辆信息的存储、检索与实时发布。

3 系统架构与功能实现

3.1 系统架构设计

核废料智慧运输监管系统遵循面向服务的地理信息系统架构[10]，整体上可分为过程管理、网络数字化、可视化管理三部分，如图2所示。

图2 核废料智慧运输监管系统

3.2 系统结构设计

核废料智慧运输监管系统采用6 层结构对系统进行设计：采集层自动采集的时空数据，经由网络传输层传入数据库中存储。支撑层提供Web等服务，为应用层承担用户层查询分析、规划设计、动态监控、可视化管理的功能打下了基础。

核废料智慧运输监管平台以核废料智慧运输监管的基础数据库为基础，通过BI、GIS，基于REST 风格、J2EE平台规范和面向服务架构（SOA）的Web服务技术[10]，以及图层切片（TILED）技术，构建了核废料管理空间图形与业务数据高度集成的B/S 结构核废料信息管理平台，实现对核废料基础数据和业务数据的管理、查询、统计、分析、展示、共享等功能[11-12]，如图3所示。

图3 核废料智慧运输监管系统

3.3 核废料智慧运输监管数据可视化

为减轻管理者的管理难度，根据可视化过程中对时间和空间之间联系的紧密程度，将核废料的可视化管理分为三部分：

1）静态管理方案。基于GIS 数据，建立“图元-单位-集装箱表-核废料表-核废料”一体化的数据模型，实现以图管理核废料。

2）半动态管理方案。核废料数据集成可视化。按月统计分析各地、各仓库核废料的信息，动态展示流动情况。

运输车辆运输路线规划。通过缓冲区分析，尽量规避繁华商业区、居住人口稠密区、交通道路拥堵区等，选择平缓大道。

核废料轨迹回放。通过唯一识别码，按属性查询单个核废料的可视化生命周期全过程。

3）全动态管理方案。车辆行驶途中，车辆内部辐射探测器提供自动监测预警，并支持一键报警功能。此外，单击车辆可查看车牌号、司机等相关信息；双击车辆显示集装箱编号信息列表；单击集装箱编号，弹出核废料分装列表；单击核废料编号，弹出对话框，显示箱内核废料特性、来源地等相关信息。

4 结 语

本系统将智慧运输监管的理念引入到核废料的管理当中，基于北斗定位导航和短报文通信技术，利用物联网技术，从核废料产生地开始核废料的监管，完成对核废料来源、运输、存放、处理这一完备的智慧运输的管理，实现了核废料的全过程、全方位的管理，从管理流程中杜绝核废料带来的潜在危险。通过对核废料运输的可视化管理，减少人工干预，使管理流程更加便捷，减轻行业内部负担，为管理者提供一个方便舒适的管理平台。