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Lianhong叮,Juntao一帆Chen Li, ”监控危险货物集装箱堆场使用互联网的东西”,科学的规划, 卷。2016年, 文章的ID5083074, 12 页面, 2016年。 https://doi.org/10.1155/2016/5083074
监控危险货物集装箱堆场使用互联网的东西
文摘
物联网(物联网)的网络对象,一直被视为未来全球信息产业革命后,互联网。随着物联网,许多聪明的应用程序可以实现或改进。本文提出的框架使用物联网技术在集装箱堆场危险品管理。该框架包括三层:感知层、传输层和应用程序层。它提供了一个基础设施的管理和数据的分析和利用。根据危险货物的特点,框架可以提高预测的集装箱信息,容器的大门和出口管理,环境参数监控和消防。为了验证我们的方法,开发一个原型系统,显示了良好的性能。与我们的方法,安全运行危险货物集装箱堆场可以完成。
1。介绍
物联网(物联网)是一个新兴的全球互联网信息架构促进商品和服务的交换在全球供应链网络1]。物联网自动识别中心于1999年第一次被提出(2]。物联网的概念被广泛接受后ITU在2005年发布的一份报告(3]。物联网的发展社区鼓励了无线传感器和致动器网络的快速发展,识别标签如条形码和RFID(无线射频识别),和电子原型平台如Arduino [4]。
物联网技术已经在各个领域的广泛采用,如智能交通和环保。随着世界经济一体化的加速,集装箱运输已成为世界贸易最重要的运输方式。集装箱堆场是集装箱存储缓冲区链一个港口在整个操作。集装箱堆场的高效、安全运行将增加港口的相对能力,从而提高港口的运行效率。关于安全的重要性,集装箱堆场通常分为两个区域:一般商品的存储区域和存储区域的危险货物。
危险货物的物流系统主要包括两个部分:运输和存储。目前,危险货物主要是通过海上运输或公路。运输过程的安全预防措施和保险政策相当成熟。因此,在运输危险货物可以保护好。因此,管理和控制在存储过程中,特别是在集装箱堆场,应该更加关注。
大部分的严重事故是造成危险的材料。一个巨大的爆炸发生在一个集装箱堆场由一个叫瑞海国际物流有限公司的物流公司在天津有限公司2015年8月12日,中国。天津爆炸是一系列爆炸,造成一百多人死亡,数百人受伤(5]。瑞海处理危险化学品在天津的港口。除了大量的氰化钠和电石800吨硝酸铵和硝酸钾的500吨爆炸地点(6]。消防部门的一位发言人证实,消防队员使用了水在打击初始火,这可能导致水被喷在电石,释放高度动荡的天然气乙炔。这可能引爆了硝酸铵(7]。这次事故的直接原因是硝基在由于高温容器自发燃烧和爆炸。这带来了燃烧的邻硝基和其他危险化学品的容器和硝酸铵爆炸导致和其他危险化学品堆放在院子里(8]。
为了避免类似的事故,危险材料的监控集装箱堆场应更加关注。显然,物联网监测系统是一个好的解决方案。本文提出了一个框架来管理危险货物集装箱堆场。物联网的支持下,框架可以帮助运营商获得的信息不同的危险材料,如消防知识和温度限制。当紧急情况发生时,该系统可以为消防员提供相关信息。它将帮助消防队员使用正确的方法来处理突发事件,如燃烧或爆炸。在无线传感器网络的帮助下,这个系统还可以为相关人员提供适当的管理策略通过温度监测。这些策略是根据当前温度和存储生成的规则危险材料。类似的方向可以根据环境湿度等参数和有限公司2浓度。
2。物联网
物联网是一个小说范式,在现代无线通信的场景迅速取得进展。物联网的基本思想是普遍存在在我们周围的各种事物或对象。物联网涉及很多技术,包括体系结构、传感器/标识、编码、传输、数据处理、网络,发现(9]。标准、可靠性和鲁棒性也是物联网发展的关键问题。
应用程序需求的变化和技术的发展,物联网的概念进一步开发(10,11]。不同的物联网定义从不同的角度提出了诸如CASAGRAS [12],CERP-IoT [13,14),和智能行星(15]。Thiesse等人发现解决方案基于RIFD技术或EPC机制(16]。布罗尔等人提出了普遍服务交互的事情(17)和巴斯克斯等人展示了移动服务和智能对象之间的集成解决方案(18]。大多数研究集中于特定的应用程序或特殊功能(19)如安全(20.,21),数据挖掘模型22),和网络管理23为物联网)。未来互联网大会一直由欧洲委员会支持的根本和系统化的创新在欧洲实现未来网络(24]。
2.1。物联网的体系结构
作为物联网的代表计划早些时候,EPC(电子产品代码)系统是一个视觉世界,所有物理对象可以通过RFID应答器连接通过一个全球独一无二的EPC代码由RFID标签(25]。网络自动识别是麻省理工学院提出的自动识别中心的体系结构。其目标是由传感装置连接所有对象(如射频识别和条形码)和互联网。相应的体系结构包括物理标记(如磁条编码,条形码,二维代码,和RFID)、读者(如磁条读卡器、条形码阅读器,二维代码阅读器,以及RFID阅读器),网络(互联网或局域网),对象名称服务,PML(物理标记语言)服务器(26]。日本也提出了物联网原型,uID物联网。它通过射频识别或条形码识别现实世界的实体,决定等上下文信息从网络环境参数传感器,和调整根据获得的数据信息服务。网络自动识别和uID物联网的区别是uID物联网收集环境参数等上下文信息(27]。
2.2。物联网技术
物联网有几个不同的实现方法,如射频识别、GPS、激光传感器、红外传感器和其他设备。在这个网络中,事情可以相互作用,而人的参与。事实上,物联网的目的是实现之间的自动识别和信息共享的东西通过互联网(或商品)。其他相关技术包括网络、数据库和中间件。
射频识别是一种流行的方法实现物联网。物联网可以利用RFID无线通信建立网络的东西(28]。RFID使事情”说话。“RFID标签存储规则和信息29日]。有一个中心系统收集的数据通过无线网络的事情。识别对象和股票基于开放平台的信息。事情可以由中心管理系统。
无线传感器网络是另一个关键技术。不同种类的传感器可以采集环境参数根据应用程序的需求。一般来说,这些参数通过GPRS等无线网络。GPS技术和室内定位技术通常采用物联网。
3所示。危险货物的简报
危险货物物品或物质可能导致风险健康、安全、财产、或公共环境。
3.1。危险货物的分类和识别
国际海事危险货物(IMDG)代码被开发作为一个统一的国际海上危险货物运输的代码覆盖等重要的包装、集装箱运输,和积载,特定的分离不相容的物质。根据IMDG危险货物分为不同的类的代码。一般规定为每一个类或部门。个人危险货物危险货物清单,列出与类和任何特定的需求。
一般来说,危险货物分为9类。每个类由一个数字表示,如“类1。“九类危险货物如下:1级,炸药;类2、压缩气体和液化气体;3班,易燃液体;第4类易燃固体;类5、氧化性物质和有机过氧化物;类6,毒性和传染性物质;类7,放射性物质;类8,腐蚀产物; and class 9, miscellaneous dangerous substances.
一些类,类1、2、4、5和6中,分为部门。部门由两个数字表示。第一个数字标识类数,第二个标识类中的变化。例如,氧化剂类5、一级,读作“5.1分。“课程编号的顺序是为了方便,并不意味着(即相对程度的危险。类1并不一定比类2或3)更危险。
3.2。引入危险货物监管
有不同的要求,不同的危险材料。交通部(DOT)指定的标准在49 cfr:标题49-Transportation代码的联邦法规,有害物质法规(HMR),为确定被认为是危险的交通工具。有害物质的定义名称包含在49 cfr173和点有害物质表49 cfr172.101航运所需提供的描述。在这里,几个规则被认为是在我们的监控系统:(1)在高温期间(每年6月20日至9月10日)从早上10点到下午4点。禁止运输部门2.2,3.1,3.2,4.2,4.3和5.1。(2)在高温季节,当温度超过30摄氏度,喷洒的危险货物集装箱应该每2小时喷一次。(3)根据397年JT - 2007:处理危险货物集装箱港口的安全规则,类1、2和7应该直接取消。(4)不同种类的危险货物应堆放在不同的地区。他们中的一些人应该保持在一定的距离。给出了详细的需求表1。数字和符号表1有关以下条款:(我)1,远离:有效隔离,使不相容的材料不能交互事件的危险事故,但是这可能是在同一个车厢或持有或甲板上提供的最低水平分离3米(10英尺)垂直投影。(2)2,分开:在不同的隔间或持有当装放在甲板上。如果干预甲板抗火和液体,(即垂直分离。在不同的隔间)是可以接受的,相当于这个隔离。“平台”的积载,这种隔离意味着分离距离的水平至少6米(20英尺)。(3)3,由一个完整的隔间或持有:垂直或水平的分离。如果中间甲板不耐火和液体,然后只有纵向分离(即。,由一个干预完成舱或持有)是可以接受的。“平台”的积载,这种隔离意味着分离的距离至少12 m(39英尺)水平。相同的距离必须应用如果一个包存放“甲板上”和其他上层舱一分之一。(iv)4、纵向分离的干预完成舱或持有:垂直分离并不能达到这个要求。包之间的“甲板下”和一个“甲板上,”一个最小距离24米(79英尺)包括纵向必须维护一个完整的隔间。“平台”的积载,这种隔离意味着分离的距离至少24米(79英尺)纵向。(v)⨉隔离,如果有的话,显示在表中详细的材料。(vi) 1,种族隔离在不同的类(炸药)材料是由兼容性表。
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4所示。使用物联网监测系统危险货物
4.1。需求分析
考虑到规定危险材料中引入部分3.2,监控系统应具有以下功能:(1)集装箱信息预测。所有者可以注意到院子,提前到达容器的信息通过网络或其他渠道。这种信息可以集装箱号码,到达时间,源和目标,和其他相关信息。管理系统可以根据信息工作计划。(2)门和出口管理。如图1在集装箱堆场的入口和出口,读者设备可以通过RFID标签的容器和容器信息上传系统数据库的相关信息。管理系统自动记录的大门信息或出口信息和实时更新数据库。(3)环境参数监控。这可以实现温度传感器安装在集装箱堆场。此外,如果传感器部署在容器内,容器的内部环境参数可以被监控。不同的危险材料有不同的点火点和爆炸极限。传感器内部容器使特定的上下文感知信息对不同危险材料成为可能。在某种程度上,这个函数依赖于无线传感器网络的部署。它将在部分4所示。6。(4)消防辅助函数。灭火方法不同的危险材料可能是不同的。例如,如果有一个火的叠氮化钠,可以使用水、泡沫、二氧化碳但是砂压力不能使用。为了得到正确的消防知识对不同危险材料,两种情况应该讨论。首先,如果容器上的RFID标签仍然工作,消防队员可以得到主要的危险货物包装容器的信息,包括关于消防的建议,直接握住阅读器。第二,如果标签已被摧毁,火灾警报仍然可以间接通过容器的位置信息。细节将在部分4所示。5。
4.2。系统架构
为了支持上述功能,我们提出以下使用物联网监控系统的架构。建筑由三层组成,如图2。第一层是感知层。感知层的任务是识别物理对象和收集环境如湿度和位置。这一层包括RFID标签,射频识别阅读器,传感器、GPS接收器,握住终端。第二层是传输层。它通过互联网传输信息、局域网或无线网络如GPRS。对象解析服务器和危险货物集装箱堆场监控服务器构成第三层。第三层可以被看作一个应用程序层。独特的对象解析服务器标识实体代码和发现相关的监控服务对象。集装箱堆场监控服务器给特定的上下文感知信息基于对象解析服务器所提供的资料和服务规则数据库的引用。
独特的标签只记录一个独特的代码。所有的信息对象和位置是由对象解析服务器和集装箱堆场监视服务器。通过将独特的代码和信息,用户可以很容易地获得最新的信息在一个实体,更新这些信息,并获得相关实体,实体的信息。
在图的数字2显示的顺序信息处理:①获得独特的代码集装箱在集装箱RFID标签的RFID阅读器(握住终端或读者在入口)或握住终端位置信息的容器的GPS。在这一步中,环境湿度和温度等容器收集通过传感器和无线网络。②对象解析服务器检索对象通过独特的识别代码的上下文信息和监控服务相关的对象。在这里,服务对象和数据库记录相关信息。这类信息包括类代码的危险材料容器,交通规则,ID相关的监控服务。③当集装箱堆场监控服务器接收监控服务ID,它发送上下文感知的信息对象(如容器或危险货物)回到运营商通过握住终端。环境敏感信息的详细信息存储在数据库的服务规则。
4.3。集装箱堆场布局和槽数的编码方法
图3显示的总体布局为危险货物集装箱堆场。不同的块排列的行和列。每一块的特点是两个数字和一个字母。两个数字显示的顺序在院子里一块从西方到东方。信中指定块的顺序从南到北。按照规定在危险货物运输的建议,不同种类的危险货物应堆放在不同的块(30.]。
图4是一个典型的布局容器储存设施,在海港码头、铁路联运码头,或内陆存储终端。它说明了三维特征的存储位置在集装箱堆场。每个立方体代表一个容器存储位置,称为槽,容器可以驻留的地方。插槽数量用于惟一地标识每个槽容器储存设施。图4显示了一个典型的槽数,它使用诸如湾,行,层块编号后。湾值和连续值用来唯一地标识一个容器存储位置在一块的行星地位。每个湾有一个容器的宽度的长度和每一行一个容器的宽度的深度。容器还可以堆叠在彼此之上,和容器存储位置的高度是由一个层的值。
在图4,显示了高度和容器细胞二线的位置(块01,月桂01,行F)是惟一确定的(块01,湾01,行F层2)。所以,01 a01f2插槽数量。这样一个cell-naming公约允许快速和容易识别的存储位置的容器以及许多其他类型的库存。其他还可以使用命名约定,他们都反映一致性在表示三维存储单元的存储设施的位置。
4.4。门和出口操作
如图5,每个容器拥有一个惟一的编号写在它的RFID标签。装箱号遵循ISO 6346(1995):货运集装箱编码识别和标记。它提供了一个系统,一般申请货运集装箱信息的识别和表示。它指定与强制性标志目视判读和识别系统可选特性的自动识别和电子数据交换和数据编码系统容器大小和类型。一节中介绍的类数3.1存储在标签。
集装箱堆场配套设施包括跨运车、岸吊、轮胎龙门式堆垛机,叉车(或堆垛机)。危险货物集装箱的存储高度一般不超过2层之间应保持安全距离不同类型的危险货物集装箱(30.]。这些规定使轮胎龙门堆垛机无法充分发挥自己的优势。同时,防爆转换为轮胎龙门堆垛机是昂贵的。货运集装箱叉车是更适合危险货物集装箱堆场。
如图1,RFID读/写头安装在容器的入口和出口的院子。叉车时,携带一个容器,穿过入口,读/写头从容器上的标签读取信息并更新相关信息在数据库对象和服务。也执行类似的操作叉车时通过出口。
电子标签射频识别系统可以主动或被动根据它是否有一个内置的电源。无源RFID标签用于应用程序,如访问控制、文件跟踪,供应链管理,智能标签。较低的价格使许多企业采用被动RFID系统经济。采用被动标签在我们的系统。
可以用于各种频段RFID系统,如低频(125 KHz, 135 KHz),高频(13.56兆赫),超高频率(400 MHz - 960 MHz),和微观波(2.45 GHz)。根据传输距离和速度的要求,433 MHz、916 MHz, 2.45 GHz通常用于容器管理。在中国,433 MHz可以通过无线电业余爱好者使用。与此同时,860 MHz - 960 MHz是乐队在中国属于GSM。因此,无线电信号的频率为2.45 GHz是用于我们的系统。
4.5。消防辅助基于GPS信息
介绍了在节4所示。1,有两种方法可以提供正确的消防知识根据消防队员危险材料的类型。消防队员可以通过握住终端扫描射频识别标签的容器,容器的惟一代码是传播对象解析服务器的传输层。对象由独特的代码解析服务器标识容器和提取相关信息。代码信息包括联合国(UN)的危险货物存储在容器和监控服务ID标签消防知识的查询服务。信息提交到集装箱堆场监控服务器。监控服务器查询服务规则数据库据联合国代码和监控服务ID。然后,消防知识发送回消防员通过握住终端监控服务器。
如果容器上的标签被摧毁,消防员可以报告的插槽对象的位置信息解析服务器握住的GPS功能的终端。服务器对象解析推导出槽数量首先根据位置信息。进一步明确了集装箱堆放在那个位置。其余的过程与第一种方法相同。
第二种方法的关键问题的方法推导出槽数量根据位置信息。关于每个槽的位置信息保存在对象和服务数据库。结果,我们可以得到一个容器的位置范围由槽数查询和获得插槽数位置查询。当容器储存槽,容器独特的代码和槽之间的债券数量是建立并记录在数据库对象和服务。因此,我们可以得到关于危险货物的信息在一个容器通过集装箱数量或槽数。
在这里,我们只讨论关闭容器。当我们想要获得某一集装箱的信息,我们不能把把柄终端到容器中。终端只能靠近容器。如图5,有三个条件容器和握住终端之间的关系:(1)终端的高度大于2层。按照规定在危险货物运输的建议,对危险货物集装箱高度不超过2层(30.]。条件(1.1),容器槽号01 a03f02标识。情况(1.2),因为没有在二级容器,01 a01f01插槽数量。(2)终端的水平坐标的范围。容器与槽01 a04a01指定数量。(3)第三情况下,距离终端与槽号01 a02c02容器,01 a03b02,分别和01 a02b01计算。假设距离槽01 a02c02最短;槽01 a02c02数量将被指定。
开放美国提供的GPS的偏差小于10米。研究人员和制造商经常改善GPS差分算法的精度。载波相位差分GPS的应用可以在厘米精度带来决议。最常见的容器的外形尺寸,40 gp, 12192×2438×2591 (mm)。所以,解决GPS增强差分算法可以满足集装箱堆场的位置要求。
4.6。环境参数监测和控制
表2说明了危险货物分类由危险性质。根据危险货物的分类中引入部分3.1和表2,我们可以发现,爆炸和火焰的主要危险是危险货物。同时,有很多种危险材料的危险爆炸和炎症。因此,我们强调爆炸的监测和炎症在集装箱堆场危险材料。一般来说,爆炸和火焰需要三个要素:可燃性、氧化剂、温度(点火来源)。在极端情况下,容器的温度可能达到50摄氏度或70摄氏度。所以温度是关键问题在这三个元素。
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正如之前所讨论的,温度监测和控制对危险货物很重要。这可以实现无线传感器网络的支持。为了得到实时温度,温度传感器应该安装。安装温度传感器有两种模式:一个温度传感器安装在每个容器或多个温度传感器安装在不同的地方在集装箱堆场。第一种方法需要修改容器。它需要大量的传感器。这种方法具有明显的优势。容器持有不同种类的危险货物可以监控,分别根据特定的温度需求。这种方法可以增强履行的控制湿度和有限公司2浓度在危险货物集装箱。为了减少传感器的数量和简化安装过程,复合传感器可以采集温度信息,湿度和有限公司2浓度。
先生是最重要的监测节点。第一模式,监控节点安装在容器中。因为容器本身对无线信号有很强的屏蔽作用,我们在容器的外表面固定天线门。树网络是采用我们的系统。如图6,监控系统由无线传感器网络和计算机监控中心。除了传感器,有两个其他类型的监测无线传感器网络中的节点。协调器节点负责网络之间的通信和计算机监控中心。它是路线的分配节点传输数据和传感器网络的覆盖区域扩大。监控节点(传感器)收集相关的数据,如温度和湿度,在容器里面。
对于第二种方法,温度传感器只部署在集装箱堆场,所以户外温度可以通过低成本监控。监控系统还可以给一些上下文感知的信息。例如,当室外温度超过30摄氏度时,它会注意到运营商喷雾危险货物集装箱每2小时。
5。原型系统
来验证我们的方法的影响,开发一个原型系统。图7显示了原型系统的主页。主要功能包括大门和出口管理、温度监控、消防辅助功能,实现信息查询。
温度监控功能实现的原型系统的示例环境参数监测。如图8每小时,室外温度收集。在任何时候,温度可以浏览表格格式或温度曲线。如果室外温度大于或等于30摄氏度,温度曲线对应的点是用黄色画。右边的图8列出了喷雾的提醒信息。提醒信息后给出规则中引入部分3每2小时更新一次。插槽数量的容器应喷上市。
图9公司从Sensirion SHT11智能传感器。它收集容器的温度和湿度。它测量温度并在分辨率为0.01度同样精度和分辨率的措施相对湿度在0.03%3.5%的准确率。的工作温度范围SHT11来自−40 + 125°C。此2线串行接口和内部电压调整允许容易和快速的系统集成31日]。如果电化学传感器用来监测气体浓度一氧化氮和硫化氢等,A / D模块应该设计传感器的模拟信号转换为数字信号。
之前介绍过的,正确的消防知识可以通过RFID标签在容器或容器的位置信息。图10显示了消防信息得到位置信息通过用户终端基于GPS功能。左边的图的一部分10位置信息,容器的插槽数量根据位置信息,识别和灭火原理的危险货物集装箱识别。
n mea 0183是一个结合电气为GPS接收器之间的通信和数据规范。它被定义和控制的国家海洋电子协会。n mea 0183支持的波特率为4800个基点,和n mea - 0183的所有消息ASCII码。每个消息以美元符号($)开始,结束于一个回车和换行符(< CR > <如果>)。
常用的信息包括GPGGA(全球定位系统修复数据),GPGSA卫星(GPS计划和活动),GPGSV (GPS卫星视图),GPRMC(推荐最低特定DPS /传输数据速度),GPVTG(跟踪好,地面),和GPGLL(地理位置,纬度/经度)。GPGGA消息可以给我们提供信息,如时间和位置和修复相关数据。“GPGGA 123519美元,4807.038 N, 01131.000, E, 1, 08年,,545.4 0.9米,46.9米,,47“GPGGA消息。是列在表每个字段的含义3。
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正确的图的一部分10列出了有关危险货物的详细信息在相应的容器。信息包括名称、分子式、化学文摘号,联合国编号,类型的风险,预防和灭火的方法。它会帮助人们完全了解危险货物信息在特定的容器。
6。结论和未来的工作
本文提出了一个框架,用于危险货物集装箱堆场使用物联网,监测环境参数,并提供消防服务。它可以减少火灾和爆炸的危险。当发生火灾或爆炸,消防员可以适合消防通过消防服务的方向。开发一个原型系统。主要功能的方法,如门和出口管理、温度监测、信息查询、和消防辅助完成。
在未来,我们将关注的存储分配策略研究危险货物集装箱堆场。分配策略必须满足法规在危险货物运输的建议首先[30.]。我们将完成系统的部署和带来的益处进行定量研究系统在我们的未来的工作。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
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