以金屬鈉為例的危險品運輸實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
2019年06月05日 09:02         所屬學院: []          點擊:


大學生創(chuàng)新訓練項目申請書

 

 

項目編號       s201910536004                               

項目名稱 以金屬鈉為例的危險品運輸實時監(jiān)控系統(tǒng)

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項目負責人   肖智豪   聯(lián)系電話   17388907040  

所在學院         交通運輸工程學院             

    201611010130 專業(yè)班級 交通工程1601

指導教師               周愛蓮                 

E-mail         564238303@qq.com             

申請日期          2019年5月5日             

起止年月      2019年5月至2020年5        

長沙理工大學

 


     

 

1、本申請書所列各項內(nèi)容均須實事求是,認真填寫,表達明確嚴謹,簡明扼要

2、申請人可以是個人,也可為創(chuàng)新團隊,首頁只填負責人?!绊椖烤幪枴币粰诓惶睢?/span>

3、本申請書為大16開本(A4),左側(cè)裝訂成冊。可網(wǎng)上下載、自行復印或加頁,但格式、內(nèi)容、大小均須與原件一致。

4、負責人所在學院認真審核, 經(jīng)初評和答辯,簽署意見后,將申請書(一式兩份)報送××××大學項目管理辦公室。

一、 
基本情況

項目

名稱

以金屬鈉為例的危險品運輸實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

所屬

學科

學科一級門:

工學

學科二級類:

交通運輸類

申請

金額

20000 元

起止年月

    20195月至20205

負責人

姓名

肖智豪

性別

民族

出生年月

19983

學號

201611010130

聯(lián)系

電話

宅:          手機:  17388907040

指導

教師

周愛蓮

聯(lián)系

電話

宅:          手機:  13975802395

負責人曾經(jīng)參與科研的情況

(1)2017年10月,負責人加入長沙理工大學蜂巢創(chuàng)業(yè)團隊,團隊入駐省級眾創(chuàng)空間基地,并參與相關領域的科研工作。

(2)負責人有在長沙理工大學省級眾創(chuàng)空間基地運營管理的經(jīng)歷,熟悉本項目研究涉及到的相關設備的使用,為項目的開展奠定了堅實基礎。

(3)負責人參與了多個科技項目及賽事,熟悉了科技工作流程,獲得長沙理工大學校級科技立項2項,物流設計競賽(省級)一等獎1項及多項校級競賽獎項。

(4)20186月,項目組開始課題前期資料調(diào)研,完成車載終端的設計與制作,并首次運用于冷鏈運輸?shù)臏貪穸缺O(jiān)控與數(shù)據(jù)傳輸,完成系統(tǒng)的初步測試。

(5)2018年12月,項目組的《河鮮生----冷鏈物流運輸信息系統(tǒng)》獲小谷圍校級一等獎,完成了運輸實時監(jiān)控系統(tǒng)的初步設計。

指導教師承擔科研課題情況

(1)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的“長株潭”城市圈應急物流系統(tǒng)規(guī)劃研究(主持,已結(jié)題)

(2)“長株潭”兩型社會試驗區(qū)物流網(wǎng)絡規(guī)劃研究(主持,已結(jié)題)

(3)企業(yè)物流網(wǎng)絡設計與優(yōu)化的若干關鍵技術研究(主持,已結(jié)題)

(4)大件運輸計算機決策系統(tǒng)的研制與開發(fā)(主持,已完成。其成果鑒定為國內(nèi)領先水平,并獲得湖南電力科技進步三等獎)

(5)長株潭應急物流系統(tǒng)規(guī)劃(主持,在研)

(6)不確定條件下企業(yè)物流網(wǎng)絡關鍵節(jié)點布局方法研究(主持,在研)

(7)內(nèi)燃機瞬態(tài)排放檢測方法研究(國家自然科學基金項目,主要參加者,排名第二,已結(jié)題,)

(8)經(jīng)濟地理與社會網(wǎng)絡視角下區(qū)域物流產(chǎn)業(yè)集群策略研究(湖南省社科基金目,主要參加者,排名第二,已結(jié)題)

(9)基于NEG理論的區(qū)域物流產(chǎn)業(yè)集群區(qū)位優(yōu)化布局研究(湖南省社科基金項目,主要參加者,排名第四,已結(jié)題)

(10)拉格朗日體系下的高速公路網(wǎng)適時交通流狀態(tài)估計方法研究(國家自然科學基金項目,主要參加者,排名第一,在研,)

(11)《物流學》精品課程建設項目(主持,已結(jié)題)

(12)《采購管理》在線課程建設項目(主持,在研)

指導教師對本項目的支持情況

同意指導

姓   名

學號

專業(yè)班級

所在學院

項目中的分工

蔣玲琳

201634010210

物流工程1602

交通運輸工程學院

副負責人

張鵬飛

201628010322

測繪工程1603

交通運輸工程學院

技術人員

譚惠丹

201631010216

工程管理1602

交通運輸工程學院

技術人員

馬應

201616080313

軟件工程1603

計算機與通信工程學院

技術人員

二、 立項依據(jù)(可加頁)

(一) 項目簡介

本項目研究的危險品道路運輸實時監(jiān)控系統(tǒng),是根據(jù)金屬鈉運輸存儲過程中的相關環(huán)境參數(shù),完成硬件與軟件的設計與測試。硬件是由狀態(tài)信息采集端與駕駛室端兩部分組成的車載終端,軟件包括車載終端軟件與遠程終端軟件。

在此基礎上,項目組將完成各模塊功能測試與實地運輸實驗,并設計危險預警實驗,以檢驗系統(tǒng)的可操作性。通過該系統(tǒng)的建立,旨在提高金屬鈉的運輸效率和安全性,進而推廣應用至其他危險品道路運輸中。

(二) 研究目的

隨著國家經(jīng)濟建設的快速發(fā)展,各行業(yè)對危險化學品的需求逐步增大,而在危險貨物的道路運輸過程中,極易發(fā)生危險貨物道路運輸事故,并對事故周邊人員的生命健康和財產(chǎn)安全以及生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。我國針對危險品運輸制定了《危險貨物道路運輸安全管理辦法》,但是國內(nèi)危險品運輸企業(yè)及相關人員眾多,僅僅通過制定政策法規(guī)來遏制事故的發(fā)生遠遠不夠。由于危險品種類繁多,性質(zhì)和存儲條件各不相同,本項目以金屬鈉為例進行危險品道路運輸?shù)膶崟r監(jiān)控系統(tǒng)設計,后期再進行推廣研究。

金屬鈉作為一種性質(zhì)活潑的化學物質(zhì),可用于制造氰化鈉、過氧化鈉、染料中間體、醫(yī)藥中間體、海綿鈦等,以及多種化學藥物或作還原劑,在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和攝影器材中應用廣泛。同時金屬鈉也是一種危險化學品,有著易燃易爆、劇毒等理化特性,在運輸過程中稍有不慎,就會導致事故發(fā)生,對國家和人民生命財產(chǎn)造成不可估量的損失。

在金屬鈉運輸時,必須將金屬鈉存儲到液體石蠟或者煤油中,但是由于車輛在行駛的過程中存在車廂內(nèi)溫度濕度變化、行駛不穩(wěn)等原因,不能完全杜絕由于泄露金屬鈉而導致事故的發(fā)生,因此,研究一套能夠?qū)崟r監(jiān)控車廂環(huán)境參數(shù)是否處于安全范圍的系統(tǒng)變得尤為重要。

本項目研究的危險品道路運輸實時監(jiān)控系統(tǒng)以硬件為骨肉,軟件為靈魂,各部分介紹如下:

硬件(車載終端)

①狀態(tài)信息采集端:置于危險品存儲環(huán)境中,通過狀態(tài)信息采集端的各個傳感器子模塊采集數(shù)據(jù),包括溫度、濕度、車輛加速度以及氫氣濃度的數(shù)據(jù)的采集,確定金屬鈉即將引發(fā)危險的環(huán)境參數(shù)。

②駕駛室端:車載終端的一部分,包括CDMA無線通信模塊、存儲模塊、LED液晶顯示模塊、語音模塊和485總線控制器。此外,為滿足對車輛的實時定位,在車載終端上加入GPS芯片,通過無線傳輸技術將車輛的地理位置發(fā)送至遠程控制中心,便于在發(fā)生事故后,及時救援。

軟件

①車載終端軟件:實現(xiàn)對傳感器子模塊采集的危險品周圍環(huán)境參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理和傳輸,并將數(shù)據(jù)通過CDMA模塊發(fā)送給遠程監(jiān)控中心,同時將傳感器信息實時顯示在顯示屏上。

②遠程中心軟件:可獲取車載終端通過CDMA模塊發(fā)送的數(shù)據(jù),并且存入數(shù)據(jù)庫以便歷史查詢或事故發(fā)生后的溯源,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲、管理與可視化。

最終系統(tǒng)運行流程如圖2-1所示,通過該系統(tǒng)的建立,實現(xiàn)對金屬鈉道路運輸全程的可知、可視、可控化管理,為金屬鈉運輸人員與管理人員提供一定的決策支持,提高金屬鈉的運輸效率和安全性。

 

2-1  危險品道路運輸實時監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

(三) 研究內(nèi)容

3.1金屬鈉性質(zhì)分析并確定監(jiān)控參數(shù)

通過查閱《常見?;贩N類及安全運輸知識》、《金屬鈉的性質(zhì)與應用》等文獻,確定金屬鈉存儲環(huán)境的上下限參數(shù)。了解得知,保證金屬鈉的安全運輸需控制如下四個參數(shù):

①溫、濕度:由金屬鈉的性質(zhì)分析可知,金屬鈉極易與空氣中的水發(fā)生反應而釋放出熱量和易燃易爆氣體氫氣,因此在運輸過程中需要嚴格把控存儲環(huán)境的溫濕度,做到對環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)控。由國家標準《GB17914-2013易燃易爆性商品儲存養(yǎng)護技術條件》可知,金屬鈉的存儲條件為溫度不超過35℃,空氣濕度不超過80%,運輸車輛的車廂環(huán)境也需要嚴格遵守此條件,否則金屬鈉極易與空氣中的水發(fā)生反應而釋放出熱量和易燃易爆氣體氫氣,反應方程如(3.1)所示。

     2Na+2H2O=2NaOH+H2                          (3.1

②氫氣濃度:金屬鈉與水反應產(chǎn)生氫氣而空氣中氫氣含量極低,僅有0.5ppm(體積濃度兩百萬分之一)的原理,可以通過監(jiān)測空氣中的氫氣濃度判定金屬鈉是否與水接觸并發(fā)生了反應。同理,可通過檢測車廂的溫濕度判斷是否存在安全隱患。

③振動:在金屬鈉運輸時,振動也是一個十分關鍵的參數(shù),若運輸車輛的振動過于劇烈,則可能會導致側(cè)翻或者危險品泄露等事故,進而對周圍的人民和環(huán)境造成巨大的威脅,因此,有必要在金屬鈉運輸車輛內(nèi)安裝加速度傳感器對車輛的振動和姿態(tài)進行實時監(jiān)測。

在進行資料的充分收集之后,采用控制變量法制定多套參數(shù)方案。在影響金屬鈉存儲的主要因素中,溫度濕度較容易確定和控制,故將溫濕度作為定量,加速度與氫氣濃度作為雙重變量制定方案。在確保安全的前提下,結(jié)合傳感器對公路運輸過程進行模擬實驗,在實驗方案中找出金屬鈉在車廂中安全存儲參數(shù)的范圍。

3.2危險品環(huán)境參數(shù)采集模塊的研究

針對現(xiàn)有的公路運輸危險品安全檢測系統(tǒng)進行相關資料的檢索以及金屬鈉的特性,對現(xiàn)有的溫濕度檢測器、加速度傳感器以及氫氣濃度檢測器進行參數(shù)的重新設置,主要包括如下四個方面:

① 溫度傳感子模塊設計

由金屬鈉的性質(zhì)分析可知,在金屬鈉運輸時,車廂溫度應不超過35℃,但是金屬鈉與水反應會釋放出大量的熱量并導致周圍環(huán)境溫度急劇升高,在97℃時,金屬鈉會融化變?yōu)橐簯B(tài),因此,選擇的溫度傳感器測溫上限應該高于97℃。項目組基于DS18B20設計了溫度傳感器子模塊,圖3-1為DS18B20溫度傳感器實物圖,圖3-2為最終設計的DS18B20與Atmege88通信電路圖。

     

圖3-1  DS18B20實物圖    圖3-2  DS18B20與Atmege88通信電路圖

② 度傳感器子模塊設計

用于監(jiān)測車廂環(huán)境的濕度傳感器最大可測量濕度應該高于80%,項目組選用DHT11濕度傳感器設計了濕度傳感器子模塊。DHT11是一款內(nèi)含已校準的溫度與濕度敏感元件的復合數(shù)字傳感器,DHT11的實物如圖3-3所示,其封裝形式為單排4引腳封裝,采用單線制串行接口,能夠進行雙向數(shù)據(jù)通信。最終設計的DHT11與ATMEGA88通信電路如圖3-4所示。

   

圖3-3  DHT11濕度傳感器實物圖    圖3-4  DHT11與Atmege88通信電路圖

③ 加速度傳感器子模塊設計

車輛在一般路面上行駛時,振動加速度一般不超過1g,在通過減速帶和凸塊時,振動加速度可能達到38,因此,加速度傳感器量程應超過3g。項目組利用飛思卡爾公司的MMA7361加速度傳感芯片設計了加速度傳感器子模塊。其實物圖如圖3-5所示,本設計采取5V供電。最終設計的Atmega88與MMA7361模塊通信電路如圖3-6所示。

 

圖3-5  MMA7361實物圖      圖3-6  MMA7361與Atmege88通信電路圖

④ 氫氣濃度傳感器子模塊設計

氫氣濃度是金屬鈉運輸監(jiān)控最關鍵的參數(shù),根據(jù)車廂內(nèi)的氫氣濃度可以直接判斷所運輸?shù)慕饘兮c是否與空氣中的水蒸氣接觸并發(fā)生了反應。本研究選用MQ-8氫氣傳感器模塊對氫氣濃度進行采集。MQ-8氫氣傳感器模塊的氣敏元件為在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2),二氧化錫的導電率將隨所處環(huán)境氫氣濃度的增加而變大。 MQ-8傳感器模塊的實物如圖3-7所示,最終設計的MQ-8與Atmega88的通信電路如圖3-8所示。

 

圖3-7  MQ-8系列傳感器模塊實物圖   圖3-8  MQ-8與Atmege88通信電路圖

3.3 GPS/BDS雙模定位模塊電路設計

系統(tǒng)利用GPS/BDS雙模定位模塊實時采集危險品道路運輸車輛的位置信息。雙模定位能夠提高系統(tǒng)的定位精度。考慮到系統(tǒng)的高性價比、與監(jiān)控的準確性。本項目組選用了UM220雙模定位模塊,其實物圖3-9和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-10如下。

  

圖3-9  UM220實物圖            圖3-10  UM220內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3.4人性化語音播報與預警模式

查閱有關語音播報與檢測預警的資料,區(qū)分傳統(tǒng)的單一傳感器性質(zhì)的預警器。結(jié)合數(shù)據(jù)采集模塊,研究如何做到選擇性地播報數(shù)據(jù)以及如何做到將預警器和多種不同類型的數(shù)據(jù)相結(jié)合,及時預警和播報有用信息。

3.5 后臺管理實時數(shù)據(jù)存儲與傳輸設計

要實現(xiàn)對危險品道路運輸?shù)膶崟r監(jiān)控,項目組把系統(tǒng)分為車載終端和遠程監(jiān)控中心,車載終端采集上述車輛位置,危險品周圍環(huán)境參數(shù),并通過CDMA模塊傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心,遠程監(jiān)控中心將這些數(shù)據(jù)進行存儲和管理。項目組選用了ME99T嵌入式CDMADTU搭建通信鏈路,它內(nèi)置了相互獨立的IP模塊和華為MC703CDMA模塊,內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-11所示。

 

圖3-11  ME99T嵌入式內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

(四) 國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

4.1危險品在運輸過程中的監(jiān)控預警研究

LaarabiRoncoli[1]認為目前危險貨物運輸工程依舊是理論性的,對實際情況很難實現(xiàn),于是做了一種可視化的DGT仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),用于提供測試這些作品的條目。

肖茂彩和張冠湘[2]對危險品在運輸?shù)娘L險預警提出了層次分析法、ISM解釋結(jié)構(gòu)模型、因果貝葉斯網(wǎng)絡模型來建立風險預估模型,并且對危險品事故原因做出了總結(jié)。

魯逸丹[3]從事故預防和風險控制的“3E”理論和“4M”要素考慮,運用德爾菲法和問卷調(diào)查法篩選和優(yōu)化指標,構(gòu)建了道路危貨運輸風險預警的指標體系使用層次分析法(AHP)計算各指標的權(quán)重,最終形成風險預警數(shù)學模型。并選取了30個不同場景,對各個場景下的指標數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

喬通和許志俊等[4]采用單目視覺算法,通過安裝在智能車輛上的攝像頭采集道路前方車輛信息,以及對多特征信息融合技術對被測車輛型號進行識別和定位,完成對前方車距的計算,讓其它車輛注意危險品車輛。

4.2 危險品運輸中路線選線問題

曾琳惠[5]分析了易燃易爆品運輸過程的危險因素,建立了易燃易爆品路線選擇體系,并采用層次分析法和專家調(diào)查法對指標體系進行了定性與定量的分析。

任長興[6]從危險品、道路特征、傷亡人員、運輸環(huán)境、應急能力、運輸成本等方面構(gòu)建了危險品道路運輸路徑優(yōu)化評價指標體系,重點研究了單目標比例權(quán)重法選線和多目標Pareto最優(yōu)化選線兩種路徑優(yōu)化方法,分析了氣象條件對路徑優(yōu)化選線的影響。

鄺修遠[7]構(gòu)建了以運輸成本和運輸風險為優(yōu)化目標的路徑選擇與優(yōu)化模型,使用加權(quán)平均法將多目標優(yōu)化函數(shù)轉(zhuǎn)化為單目標優(yōu)化模型,采用了改進的遺傳算法(ClvGA)對危險貨物運輸路徑選擇與優(yōu)化模型進行求解。

代存杰和李引珍等[8]針對多種類型的危險品在有風險控制的路網(wǎng)內(nèi)運輸問題,設計了一種雙向拓撲搜索算法,通過刪除原路網(wǎng)中非可行路段和非可用節(jié)點,生成不同類別危險品的剩余運輸網(wǎng)絡,利用改進的標號算法,在剩余網(wǎng)絡中搜索不同準則下的最優(yōu)路徑。

4.3 危險品事故應急處理的研究

孔祥盈[9]以我國水路危險品運輸?shù)陌踩O(jiān)管為基礎,剖析我國水路危險品運輸安全監(jiān)管過程中存在的問題及不足。以發(fā)達國家成熟實用的監(jiān)管策略為藍本,結(jié)合我國水路危險品運輸安全監(jiān)管現(xiàn)狀,探索行之有效的水路危險品運輸安全監(jiān)管策略。

錢高璐[10]開發(fā)了與應急準備管理系統(tǒng)相適應的平臺,利Visual Basic 6.0作前臺開發(fā),并將Structured Query Language開發(fā)數(shù)據(jù)庫,采用Map Objects控件調(diào)用地圖,編制了高速公路危險貨物運輸應急準備管理系統(tǒng)。

鮑平鑫[11]設計了危險品鐵路運輸預警應急指揮系統(tǒng)總體框架,構(gòu)建基于自組織理論的危險品鐵路運輸預警應急系統(tǒng)模型,并對危險品鐵路運輸預警應急指揮系統(tǒng)處理流程進行研究。

葉峰梅[12]分析了國內(nèi)外危險品運輸管理的狀況,提出一種基于信息交互的管理模式,以提高危險品運輸管理的有效性。應急管理主要是考慮將危險貨物運輸監(jiān)管系統(tǒng)與現(xiàn)有救援平臺進行有效地結(jié)合,將監(jiān)管與危險貨物運輸突發(fā)事故進行關聯(lián),在事故發(fā)生的第一時間,將危險事故信息等傳輸至平臺,從而為準確而及時的救助提供技術支撐,提高救助的效率和效果。

參考文獻

[1]Roncoli, C., Bersani, C., Sacile, R.. A decentralised control model for the risk-based management of dangerous good transport flows on road[P]. Systems Conference (SysCon), 2012 IEEE International,2012.

[2]肖茂彩,張冠湘.危險品管理政策及風險預警研究[J].物流工程與管理,2018,40(09):162-164+188.

[3]魯逸丹. 道路危險貨物運輸車輛的實時風險預警方法研究[D].中國地質(zhì)大學(北京),2018.

[4]喬通,許志俊,韓家坤,方志,胡晨暉,張丹.長途客車對危險品運輸車的智能識別預警系統(tǒng)[J].科技展望,2016,26(16):120。

[5]曾琳惠. 易燃易爆品道路運輸路線選擇問題研究[D].西南交通大學,2011.

[6]任常興. 基于風險分析的危險品道路運輸路徑優(yōu)化方法研究[D].南開大學,2007.

[7]鄺修遠. 危險貨物道路運輸風險分析與路徑選擇研究[D].北京交通大學,2018.

[8]代存杰,李引珍,何瑞春,馬昌喜.危險品運輸路徑多準則優(yōu)化模型及求解算法. 

[9]孔祥盈. 我國水路危險品運輸安全監(jiān)管問題研究[D].大連海事大學,2016.

[10]錢高璐. 高速公路危險貨物運輸應急準備管理系統(tǒng)研究[D].長安大學,2016.

[11]鮑平鑫,王飛,辛海.危險品鐵路運輸預警應急指揮系統(tǒng)框架設計[J].軍事交通學院學報,2015,17(02):1-6.

[12]葉峰梅. 基于信息交互的危險貨物道路運輸安全監(jiān)管及應急管理研究[D].華東理工大學,2015.

(五) 創(chuàng)新點與項目特色

(1)項目組設計的危險品實時監(jiān)控系統(tǒng)旨在實現(xiàn)對危險品在運輸途中的可視化管理,真正意義上提高運輸?shù)陌踩浴?/span>

(2)針對于危險品鈉的實時監(jiān)控系統(tǒng)設計對所需硬件進行了合理選型,完成了車載終端和危險品狀態(tài)信息采集兩部分的最優(yōu)硬件搭配設計。

(3)針對GPS模塊的靜態(tài)漂移現(xiàn)象,預計采用靜態(tài)漂移修正算法,其應用能有效減小定位模塊的靜態(tài)漂移,使得定位更加準確,保證危險品道路運輸實時在線監(jiān)控系統(tǒng)能正常工作的同時,對車輛位置、危險品溫濕度等參數(shù)進行有效監(jiān)控,并使得參數(shù)的數(shù)據(jù)交互更加穩(wěn)定可靠。

(六) 技術路線、擬解決的問題及預期成果

6.1項目的技術路線

本項目采用模塊化思想,從硬件到軟件的系統(tǒng)設計,從模塊到整體的調(diào)試方法,使得成果具有良好的可拓展性,技術路線見下圖:

 

6-1  技術路線圖

6.2 預期目標

(1)完成金屬鈉運輸?shù)男畔⒉杉伺c駕駛室端硬件設計與實現(xiàn),為實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計與開發(fā)打下基礎,進而推廣至對危險品道路運輸全程的可知、可視、可控化管理,提高危險品道路運輸效率與安全性;

(2)完成車載終端軟件設計,實現(xiàn)對傳感器子模塊采集的危險品周圍環(huán)境參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理和傳輸,并將數(shù)據(jù)通過CDMA模塊發(fā)送給遠程監(jiān)控中心,同時將傳感器信息實時顯示在顯示屏上;完成后臺軟件設計,實現(xiàn)能接受車載終端軟件傳送的數(shù)據(jù)并進行本地存儲與歷史查詢。

(3)實現(xiàn)以語音播報的方式進行危險預警,在整個系統(tǒng)中貫穿使用,使駕駛員無需觀察顯示屏即可了解到系統(tǒng)實時的工作狀態(tài)。

發(fā)表學術論文2~3篇,申請國家專利1~2項。

(七) 項目研究進度安排

2019年3月-2019年4月:

調(diào)查國內(nèi)外相關文獻,了解現(xiàn)有研究的缺點與不足,提出本項目的研究目標。

20194月-2019年6月:

從危險品道路運輸實時監(jiān)控的原理出發(fā),確定系統(tǒng)需要涉及的關鍵技術,分析這些關鍵技術的研究現(xiàn)狀并選定系統(tǒng)最終采用的技術方案,基于選定的技術方案,以模塊化的設計思想確定系統(tǒng)的總體集成方案。

2019年7月-2019年12月:

進行系統(tǒng)的模塊選用及硬件、軟件設計

2020年1月-2020年2月:

在確定各模塊正常后,對各個模塊進行試驗以及整體試驗,產(chǎn)品改善,給出實驗結(jié)果。

2020年3月-2020年6月:

項目結(jié)果整理以及成果發(fā)表,提交項目結(jié)題報告。

(八) 已有基礎

1. 與本項目有關的研究積累和已取得的成績

項目組欲建立的危險品實時監(jiān)控系統(tǒng)是依托于前期冷鏈物流運輸信息系統(tǒng)的研究成果之上。項目組成員所設計的智能冷鏈物流信息系統(tǒng)主要分為傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測、云端數(shù)據(jù)處理、信息表征與應用三個部分,而在本項目中無論是以傳感器為主的車載終端監(jiān)測數(shù)據(jù),還是通過碼分多址技術(CDMA)將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程終端進行數(shù)據(jù)備份和可視化分析都與智能冷鏈物流項目的技術息息相關。此節(jié)專門介紹智能冷鏈物流信息系統(tǒng)的已有成果。

8.1.1檢測信息反饋系統(tǒng)

(1)設計思路

本項目研究的信息監(jiān)測反饋系統(tǒng),主要由傳輸終端、網(wǎng)絡通信和數(shù)據(jù)中心三部分組成。

? 傳輸終端從監(jiān)測器設備中接收到的數(shù)據(jù)打包,可以在手機APP上實時查看貨物信息,同時可以傳送到控制模塊經(jīng)過分析、處理后,通過內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議GPRS模塊接入GPRS網(wǎng)絡,將車輛上的貨物的實時信息和車況信息傳送到數(shù)據(jù)中心進行對應顯示、儲存管理。團隊設計的監(jiān)測器是以單片機STC89C51為核心的恒溫箱監(jiān)測器?;灸K包括:CPU控制模塊、溫濕度模塊、時鐘模塊、光強測量模塊、4*4矩陣鍵盤控制制模塊、Wi-Fi模塊和GPRS模塊。如圖8-1為監(jiān)測器的實物圖,圖8-2為監(jiān)測器的細節(jié)圖。8-3為該監(jiān)測器的設計電路圖。

 

8-1  監(jiān)測器實物圖        8-2  監(jiān)測器細節(jié)圖

 

圖8-3  監(jiān)測器設計電路

? 數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)資源的集中,它主要功能是接收處理終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行集中管理,并對歷史數(shù)據(jù)可以隨時下載,及時了解各個貨車情況。通過登錄平臺及時獲取機車作業(yè)數(shù)據(jù),從而為后續(xù)工作提供依據(jù)。

? 當數(shù)據(jù)中心和終端傳輸設備進行有效通信時,數(shù)據(jù)中心則利用HTTP協(xié)議和云服務平臺對數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)分類以及對數(shù)據(jù)儲存的有效管理。當處理器接收到數(shù)據(jù)時傳送到GPRS網(wǎng)絡上,與數(shù)據(jù)中心形成通訊鏈路,隨時接收傳輸終端設備發(fā)送的數(shù)據(jù),能夠分別在顯示功能模塊和數(shù)據(jù)管理模塊上實時準確的存儲在平臺上,冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架如圖8-4所示。

 

圖8-4  冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架圖

(2)監(jiān)測信息反饋系統(tǒng)的相關技術組成

監(jiān)測器終端可放置于運輸車輛內(nèi),也可以當至在倉庫內(nèi)用于實時顯示保溫箱內(nèi)各模塊采集到的參數(shù)信息,各保溫箱的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理器處理后通過GPRS網(wǎng)絡傳送至監(jiān)控中心進行監(jiān)控管理。其中用到的關鍵技術包括GPS導航定位技術、RFID射頻識別技術、GPRS無線通訊技術、溫度檢測技術等。在對各模塊基本功能與原理的研究基礎上,針對車載終端專門用到的技術,擴展了硬件電路的設計,最終通過嵌入式開發(fā)技術、傳感器技術和互聯(lián)網(wǎng)通訊技術完成了終端的設計。

終端完成的功能包括溫濕度數(shù)據(jù)采集與顯示、GPS經(jīng)緯度、海拔、時間信息采集與顯示、RFID射頻識別模塊讀寫貨物數(shù)量信息、信息發(fā)送至監(jiān)控中心服務器或用戶移動設備終端。

2. 已具備的條件,尚缺少的條件及解決方法

8.2.1已具備的條件

(1)項目組成員熟悉本項目研究涉及到的相關設備的使用,為本項目的開展奠定了堅實基礎。申請項目依托長沙理工大學省級眾創(chuàng)空間基地、物流實驗室以及湖南省多個研究平臺基地。

(2)2018年12月,項目組的《河鮮生----冷鏈物流運輸信息系統(tǒng)》獲小谷圍校級一等獎,完成了運輸實時監(jiān)控系統(tǒng)的初步設計,其中包括溫濕度數(shù)據(jù)、GPS信息、時間信息采集與顯示,信息發(fā)送至遠程服務器。

(3)確定金屬鈉運輸過程的監(jiān)控參數(shù)及傳感器子模塊的選用。

8.2.2尚缺少的條件及解決方法

(1)車載終端軟件和遠程中心軟件的研發(fā)與完善需要較強的專業(yè)知識,項目組成員將進行相關知識的學習與培訓。

(2)數(shù)據(jù)通過CDMA模塊發(fā)送給遠程監(jiān)控中心這一過程尚缺乏足夠的實驗數(shù)據(jù),項目組后期將通過大量實驗確保其傳輸?shù)姆€(wěn)定性與準確性。

(3)項目組成員缺乏危險品道路運輸?shù)膶崙?zhàn)經(jīng)驗,計劃利用課余時間前往相關企業(yè)進行學習交流,以保證后期的實驗更科學合理且貼合實際。

(4)考慮到人員安全,實驗中金屬鈉的用量控制值尚待確定,且所選道路運線要盡量貼合實際危險品運輸?shù)那闆r。

三、 經(jīng)費預算

開支科目                    

預算經(jīng)費

(元)

主要用途

階段下達經(jīng)費計劃(元)

前半階段

后半階段

預算經(jīng)費總額

20000

 

12800

7200

1. 業(yè)務費

5600

 

2800

2800

1)計算、分析、測試費

1800

用于軟件測試報告的費用, 項目中軟件必須的算法、程序等的分析費。

900

900

2)能源動力費

100

在實驗室完成相關實驗必須耗費的水電費等。

50

50

3)會議、差旅費

500

人員培訓、對外學習交流以及相關會議費用。

250

250

4)文獻檢索費

200

國內(nèi)外相關文件的檢索費用。

100

100

5)論文出版費

3000

用于項目中后期論文出版發(fā)表的費用,預計發(fā)表論文3篇。

1500

1500

2. 儀器設備購置費

9000

用于購置各種傳感器模塊及硬件設備,運輸車輛租用費等。

6500

2500

3. 實驗裝置試制費

4000

系統(tǒng)在測試過程中,進行小試、中試所發(fā)生的人工、物料、檢驗、制造、管理等項費用。

2800

1200

4. 材料費

1400

用于數(shù)據(jù)資料的復印、打印、制圖材料打印等

700

700

學校批準經(jīng)費

20000

 

 

 

四、 指導教師意見

危險品物流的安全問題是目前物流領域研究的熱點問題之一。實現(xiàn)危險品物流的在途實時監(jiān)控,是危險品運輸亟待解決的關鍵問題。該項目的選題具有積極的實踐意義和理論探索價值。

項目的研究目標明確,提出的關鍵內(nèi)容的解決方案合理、可行。項目團隊具有較強的科研創(chuàng)新能力,前期的研究成果厚重,可以支撐項目后期的順利進展,因此同意指導。

導師(簽章):

年  月   日

五、 院系大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃專家組意見 

 

推薦校級項目

 

 

                                     

專家組組長(簽章):

年  月   日

六、 學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃專家組意見

 

推薦省級項目

 

                                    

 

 

負責人(簽章):

年  月   日

七、 大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃領導小組審批意見

 

同意

 

                                    

 

負責人(簽章):

年  月   日

 

 

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