危险货物集装箱温度监控系统设计

黄诚 张水华 徐建华 杨振

集装箱装运危险货物能在一定程度上降低危险货物货损率;但由于危险货物具有易燃、易爆、腐蚀、放射等特性，危险货物集装箱作业面临巨大潜在风险。影响危险货物集装箱堆场安全的因素有很多，其中最主要的是温度。温度是反映危险货物集装箱内部情况的重要指标，建立危险货物集装箱温度监控系统十分必要。危险货物集装箱分为冷藏箱和非冷藏箱，本文研究的是冷藏箱温度监控系统。用数据挖掘技术分析数据库中的温度值，可以推算出危险货物温度变化的安全范围，同时还可以进行故障诊断，减少对电压、电流、压缩机工作状态等次要指标的监测，简化系统数据信息，从而缩短系统对堆场危险货物集装箱的轮巡周期，提高监控效能。

1 危险货物集装箱温度监控现状

目前，大多数集装箱码头仍采用传统的人工抄录温度的方式来监控危险货物集装箱温度，该人工监控模式存在以下缺点。

（1）管理流程繁杂。在危险货物集装箱卸船前，作业人员检查制冷温度和箱体状况，若发现异常情况，立即向操作室汇报;集装箱进入堆场前接通电源，堆存期间设双人24 h值班，每隔2 h巡检一次，并且须将集装箱温度等数据信息输入操作系统。

（2）监控周期长。码头堆场面积大，危险货物集装箱数量多，人工抄录集装箱温度信息耗时长且工作量大。

（3）人工成本高。由于作业人员巡检抄录危险货物集装箱温度耗时太长，需要安排专人从事此项工作，从而产生高昂的人工成本。

（4）实时性差。人工抄录危险货物集装箱温度信息的实时性差，若不能及时发现并处理异常集装箱，可能导致安全事故。

（5）安全隐患大。人工监控模式使得作业人员需要长时间在有插座的堆场中行走，存在较大的安全隐患。

在人工监控模式下，为了保证码头危险货物集装箱堆场的安全，需要强化危险货物集装箱监控，尤其是对集装箱内部温度进行24 h监测，以便及时发现存在异常情况的集装箱并报警。

2 危险货物集装箱温度监控系统设计

2.1 系统功能

危险货物集装箱温度监控系统需要实现以下功能：24 h实时监控堆场内危险货物集装箱的温度;确保传输数据信息的准确性、稳定性和可靠性;符合码头生产作业需求，能与码头操作系统无缝集成。

2.2 系统优势

（1）开放的软件结构和数据库使得码头操作系统可以调取、记录、处理其需要的信息，弥补了码头在危险货物集装箱温度监控方面的缺口。

（2）在自动化码头管理中，系统信息的数字化记录具有可靠性和可追溯性。

（3）系统采用自动录入数据信息与手动录入数据信息相结合的方式，使得危险货物集装箱堆场监控覆盖率达到100%。

（4）系统利用全球定位技术限定作业人员操作范围，可以隐藏集裝箱的设定温度，从而大大提高数据信息的可靠性。

（5）集卡上的移动监控信息可以快速编入堆场监控系统。

（6）系统符合新老码头生产作业需求，能与码头原有的操作系统无缝集成。

2.3 系统架构

针对码头集装箱装卸作业的特点，设计危险货物集装箱温度监控系统，系统主体架构。危险货物集装箱温度监控系统由温度采集设备、采集服务器、数据存储服务器和数据呈现系统构成。温度采集卡实时监测集装箱温度数据;采集服务器系统轮巡温度采集卡，并通过集装箱的串行接口和4G网络将采集到的数据存入数据库，传输的信息包括集装箱的送风温度、回风温度、箱号以及堆场位置等;软件系统调取数据库信息并以网页、手机终端、三维虚拟现实监控系统等方式呈现，呈现内容包含集装箱的设定温度（数据库中原有数据）、送风温度、箱号、堆场位置、数据更新时间和报警时间等。温度采集卡选用防爆外壳，采用STM32单片机、RS232芯片以及LORA无线通信模块。单个温度采集设备可接入2个集装箱，安装简单，可由堆场使用的220 V电源直接供电。

2.4 系统监控流程

危险货物集装箱温度监控系统流程。

（1）集卡司机进入堆场卸下危险货物集装箱后，连接集装箱串行接口和温度采集设备。

（2）危险货物集装箱数据信息通过4G网络和LORA模块自动传输至数据库，系统从数据库调取集装箱温度信息。

（3）对于无法远程监控的危险货物集装箱，系统采取故障实时报警模式，将其相关信息发送至作业人员的手机终端、操作室及中控室。通信协议不统一、串行接口损坏或没有串行接口、数据传输线长度不够等均可能导致无法实现危险货物集装箱远程监控。

（4）作业人员根据远程监控系统显示的箱号和位置信息找到异常危险货物集装箱，现场抄录温度数据并发送至远程监控系统。系统利用全球定位系统技术对作业人员录入信息的位置进行监控：作业人员必须在异常集装箱附近的一定范围内录入信息，否则系统报错并无法传输有效信息至数据库。数据库储存不同危险货物集装箱的设定温度，作业人员的手机终端软件界面上不显示设定温度;若作业人员手动录入的温度数据与设定温度相差较大，则系统报错且无法传输有效信息至数据库。

2.5 系统通信方式

（1）串行接口 常见的通信方式有电力载波、四芯监测和串行接口等，其中：电力载波通过冷藏箱插头的输电电缆传输数据，受电网干扰大，稳定性差;四芯监测方式无法准确传输集装箱温度数据信息，达不到智能监控的要求;串行接口（RS-232-C）是冷藏箱压缩机组的基本配置，可通过该接口下载查询集装箱温度等信息，其特点是通信线路简单且成本低，可实现集装箱温度与机组数据的稳定传输，特别适用于远距离通信。通过比较以上3种通信方式可见，串行接口通信方式最为稳定可靠，并具有监控效率高、传输距离远的优点，可满足自动化码头需求。

（2） LORA无线数据传输模块 危险货物集装箱温度监控系统采用“串行接口+无线数据传输”的方式实时监控集装箱温度。无线数据传输可有效解决集装箱码头电缆布局困难，降低经济成本和人工管理成本。无线数据传输可使用Wi-Fi、Zigbee和LORA等技术。Wi-Fi技术传输数据速率高，但其功耗高，可靠性低，受信号干扰大;Zigbee技术具有功耗低、可靠性高、抗干扰性强等优点，但具有成本较高、穿透性差等缺点;LORA技术是由美国Semtech公司推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，在同样的功耗条件下其比其他无线方式传输距离更远（比传统无线射频通信距离远3～5倍），具有远距离、低功耗、多节点、低成本等优点。

2.6 故障实时报警机制

对于当前温度异常的集装箱或者没有数据传输至远程监控系统的异常集装箱，系统采取故障实时报警机制。报警方式如下：系统向作业人员手机终端发出报警提醒信息，提醒作业人员前往现场检查异常集装箱;作业人员通过手动录入方式将正确信息传送至远程监控系统，并备注异常原因;若一段时间后该集装箱仍处于异常状态，则系统向操作室发出报警提醒;若操作室仍未处理该集装箱，则系统向中控室发出报警提醒，由中控室及时处理异常集装箱。

3 结束语

本文设计的危险货物集装箱温度监控系统能够对危险货物集装箱温度实施24 h不间断监控，采取自动与手动传输数据信息相结合的方式，实现对危险货物集装箱温度100%的监控覆盖率。该系统能够确保监控信息传输的准确性、稳定性和可靠性，从而有效提高码头对危险货物集装箱的监控效能，在现代物流过程监控中拥有广泛的应用前景。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2019-01-15）