一种基于加氢站车辆气瓶追溯的安全监管平台研究

秦江君 曾章龙 杨君 刘兵

（厚普智慧物联科技有限公司 四川省成都市 611731）

中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，明确了我国实现碳达峰碳中和的时间表、路线图；国务院印发《2030 年前碳达峰行动方案》。力争2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择，是构建人类命运共同体的庄严承诺。H2 一种理想的能源时代。氢能时代是以天然气作为过渡能源，向氢能时代逐步发展。氢能将是人类社会远期主要的、绝对清洁的能源。H2 汽车也会迅猛增长，气瓶数量随之增多。气瓶作为国家严格监管的特种设备之一，对它的生产、使用、充装和检验，政府监管部门早已制定了一系列的相关法规、政策，但是由于各个省市地方政府政策不统一，检验站、质监局、改装厂等各部门之间数据不互通，缺乏统一监管，容易形成管理混乱的局面。而且需要抽调出大量资金、人员进行管理，增加政府、企业的生产成本。经调研，多个地方质监局、企业等为了高效管理、降低成本，迫切需要增加或者拓展钢瓶监管系统，以适应当前互联网的发展趋势下的降本增效。厚普智慧物联科技有限公司作为厚普股份全资子公司，集成了厚普最强大的软硬件开发技术团队，承接建设车用气瓶充装信息追溯平台势在必行。

1 系统总体设计

加氢站车辆气瓶追溯的安全监管平台主要由权限管理子系统、数据管理子系统、综合查询分析子系统、数据通信系统、加注站标签管理系统、标签管理系统、移动客户端APP 和手持无线数据采集器、中继器、发卡器组成。系统基于Spring+SpringMVC+SpringBoot 为核心的敏捷开发系统架构，数据库采用MySQL，包含站端和中心数据库，优势在于免费开源、可移植性高、安装简单小巧、可以处理拥有上千万条记录的大型数据、相对其他大型数据库调试、管理、优化简单；上层数据访问、业务逻辑以及展现层采用SpringMVC 的标准结构，结构稳定，拓展方便，技术成熟、可控；Redis、EhCache 处理缓存，加快系统访问速度，shiro 和CAS 控制权限架构，Log4j 处理操作日志；APP 分微信公众号及轻量化小程序版本、Android、IOS 版本。微信公众号与小程序采用H5 模式开发嵌入，实现轻量级快速开发，具有稳定性强、移植行强、易维护、跨平台的优势。Android 采用原生开发；IOS 采用混合模式开发；APP 集成百度地图SDK。进入APP 可以在首页看到当前的车辆、气瓶情况、检验报告、下次年检时间，点击地图上的站点标点可以查看当前站点的消费记录等，击地图上的部门标点可以查看办理时间、业务功能，以及智能定位，导航实现快速到达。系统架构如图1 所示。

图1：系统架构图

2 平台端WEB管理系统设计

本系统分为4 个子系统：权限管理子系统、数据管理子系统、综合查询分析子系统、数据通信系统（服务端）。

2.1 权限管理子系统

研发内容含有登录权限认证、用户管理、新增角色、删除角色、新增用户、编辑用户、密码重置功能模块的处理。权限认证基于Shiro 框架中的拦截器功能。通过拦截器功能实现用户、权限和角色的应用。角色，权限，两个拦截器同时确定是否能访问。

2.2 数据管理子系统

主要研发内容有车辆管理、企业信息管理、政府监管部门信息管理、站点管理、气瓶管理、审核管理、气瓶定检管理等核心功能。

企业信息管理：燃气公司提供公司名称、地址、联系方式、联系人员息等相关资料备案，并由平台运维人员录入系统保存，方便后期该机构相关资料的查询。平台机构资料登记模块为运维人员提供录入、修改、查询相关操作功能。

车辆管理：此功能模块为机构配置使用，由机构人员录入相关车辆、车主、气瓶等相关配置信息，提供录入、修改、查询相关操作功能。

气瓶管理：此功能模块为机构人员使用，实现气瓶的新增、修改、录入、审核等操作功能。

站点管理：站点信息由机构运维人员录入提供相关的站点名称、枪号配置、地址、联系人、联系方式等信息自行进行添加功能，并提供录入、修改、查询相关操作功能。

气瓶定检管理：根据最近到期的气瓶下次检验日期，定期对车辆进行定检，定检分两类：

（1）定检合格：可选择是否报废电子标签，定检合格后将会生成定检合格单（定检时气瓶类型不同所对应的定检界面也将不同）；

（2）气瓶报废：气瓶报废后，所绑定的电子标签将会随之报废，并生成气瓶判废单；车辆报废气瓶后需要重新添加车辆详情中规定的气瓶个数，在“车辆气瓶定检信息录入”中添加注瓶后，即会生成定检合格单。

2.3 综合查询分析子系统

研发内容有车辆信息查询、外地车记录查询、气瓶信息查询、标签查询、黑标签查询、充装记录查询、定检记录查询、图形化统计分析等功能。

2.4 数据通信系统（服务端）

研发内容为加注站数据采集、数据传输、加氢机通讯、数据中转功能。系统支持平台消息推送、支持UDPTCPHTTPATMQ 传输协议、也可实现私有协议扩展、系统采用无连接的传输协议UDP 协议。

3 站点管理系统设计

本系统主要包括：数据通信系统、加注站标签管理系统、标签管理系统软件、手持无线数据采集器4 个子系统。

3.1 数据通信系统（客户端）

研发内容为加注站数据采集、数据传输、加氢机通讯、数据中转功能。系统支持UDPTCPHTTPATMQ 传输协议、也可实现私有协议扩展，系统默认采用无连接的传输协议UDP 协议。

特点：

（1）脚本编译器；

（2）网络通讯技术；

（3）支持多数据库连接；

（4）支持负载均衡；

（5）存储转发；

（6）点对点连接。

3.2 加注站标签管理系统

研发内容主要是与中继器进行数据交互、与原有加注站管理系统进行协议对接，交互标签信息与气瓶加注记录、外地车加注管理等功能。

3.3 标签管理系统软件

标签管理系统软件主要完成车辆气瓶完成审核的信息进行相关标签的发放、气瓶定检标签信息更新、标签挂失、标签发卡中间件等功能研究。

3.4 手持无线数据采集器

手持无线数据采集器主要研究功能有读取标签信息、输入气瓶检测情况、输入加注枪号、上传标签验证信息、接收加氢机启动状态等核心功能。

特点：它集成了RFID 读写、PSAM 卡读写、CPU 技术、液晶显示、I/O 输入输出、无线数传输等先进技术，其中自主研发的操作系统，保证了产品性能更加稳定强劲。该产品整机采用工业级设计，其环境适应能力较强，具有开发环境便利，小巧时尚、性能稳定、操作简便等特点，手持机通过配置以控制加注站的任何一条加注枪，实现安全、高效、便捷充装。

技术指标如表1 所示。

表1：技术指标

手持机结构图如图2 所示。

图2：手持机结构图

手持机功能说明：主菜单中有“扫描”、“设置”、“时间”、“历时”、“信息”、“测试”、“帮助”、“待机”、“关机”九个子菜单。通过方向键可选择相应的菜单，点击“确认键”可进入相应菜单。若超过背光亮度时长，系统将进入睡眠状态以降低功耗。背光时长可以在设置界面进行设置。界面顶部有当前时间和电池电量进度显示。

开机：长按红色“开机键”2S，实现开机。注：确保电池仓内拨码开关“4”在“ON”位置，1 在“OFF”位置。

关机：在主菜单，通过方向键选中“关机”菜单，按“确认键”会弹出关机警告界面，然后按“确认键”实现关机。

待机：进入主界面后，通过方向键选中“待机”菜单，再点击“确认键”会进入待机状态，按（除了确认键）任意键会再次唤醒手持机。

时间：进入时间界面显示当前日期、时间和星期信息，按确认键提示输入密码，密码正确后才可修改日期。请勿随意更改日期信息，以免影响正常工作。

历史：进入历史界面后可以查看到当前扫描的历史记录信息。左右键可以卓条依次查看历史记录。按下“确认”键将打开历史记录选项菜单有：清楚历史记录、历史记录数量、当前查询记录号。

信息：进入信息界面后可以查看到当前系统的版本号、设备型号、电池电压等信息。

测试：测试界面作为厂家维护使用，需要密码才能进入。

帮助：进入帮助界面会显示手持机的简单操作方法及一些帮助信息。

扫描：用于对汽车钢瓶电子标签的扫描，扫描合格以后方可对钢瓶进行加注。

（1）使用快捷键进入扫描状态。使用快捷键扫描启动事先设定好枪号的两条加注枪。

①按手持机侧面“快捷左键”或“快捷右键”进入扫描状态。此时屏幕会提示当前扫描的枪号，右上角LED 指示灯开始闪烁，表示正在扫描。

②将手持机扫描区域靠近电子标签等待屏幕显示扫描信息，信息显示后拿开手持机。此时手持机会提示如下信息：标签类型、车牌号码、年检日期、气瓶个数、气瓶总容量、登记证号、气瓶编号、扫描时间等。

③屏幕下方会提示“读卡成功”后的一些标签状态信息，如：标签类型、车牌号码、年检日期和扫描时间等。若有故障将提示：钢瓶过期、钢瓶即将到期、数据存储状态等。确认扫描结果及枪号是否正确并检查气瓶外观是否完好，车辆信息是否匹配。如果所有信息均正确则可点击“确认键”启动加氢机，取消则点击“返回键”。

④如果数据上传失败，手持机将提示上传失败原因，如果在按OK 键将重新上传数据。

（2）手动输入枪号扫描。通过方向键选中扫描菜单后，按OK 键进入扫描界面，此时需要手动输入扫描枪号，枪号输入完成后按OK 键开始扫描，或等待1.5S 手持机将自动开始扫描。

（3）按数字键扫描。在主界面按下数字键1～9，手持机将开始扫描标签并启动，扫描完成后按OK 键开始启动相应枪号的加氢机。

4 移动客户端APP

移动客户端APP(微信公众号)主要研发内容有登录注册、个人中心、站点信息、个人消费查询、气瓶查询、报告查询、地图标点、定位、搜索、导航等核心功能。

5 技术创新

（1）部署方式更优：不需要购买任何硬件，刚开始只需要简单注册即可，企业无需再配备IT 方面的专业技术人员，同时又能得到最新的技术应用，满足质监局、企业等对钢瓶监管的需求。

（2）成本更低：只以相对低廉的“月费”方式投资，不用一次性投资到位，不占用过多的营运资金，从而缓解政府部门、企业资金不足的压力；不用考虑成本折旧问题，并能及时获得最新硬件平台及最佳解决方案。

（3）维护和管理更便捷：由于采取租用的方式来进行业务管理，不需要专门的维护和管理人员，也不需要为维护和管理人员支付额外费用。

6 结束语

加氢站车辆气瓶追溯的安全监管平台的目的解决当前省市质监局、企业使用的电子标签系统数据不共享的问题，不仅解决管理本地气瓶的生产、使用、充装、检验的业务需求，而且创新性的改变当前系统的部署方式，不需购买硬件，不占用过多的营运资金、不考虑折旧，不需要专门的维护和管理人员，最终达到大幅降低质监局、企业的管理成本，而且完美兼容不同的电子标签系统。使用车舒心、加氢安全、用能环保的悦乐用车生活。