章 需求分析
1.1行业市场简要分析
油罐车的运输状况难以实时掌握,在一定程度上制约了企业经营效益的提高。燃油产品的安全运输在石油运输企业管理中一直是倍受关注的问题,在燃油产品的运输中,盗窃、抢劫以及员工的不规范行为给企业带来了不同程度的损失,而普通的计算机系统管理的信息化已经不能解决这个问题,拥有一套可对燃油运输车辆进行实时监控的移动定位系统成为石油运输企业管理中不可或缺的辅助手段。3G/GPS技术的不断进步和发展给石油运输行业的储运管理提供了新的方式,通过GPS技术,可以快速、准确、实时地确定空间位置的三维坐标,极大地缩短了信息源的更新周期。GPS监控系统的应用将会更大程度地降低成本,对石油运输企业优化资源配置、提高市场竞争力,将会起到积极的促进作用。
油罐汽车进出油口开关监控记录仪,俗称“电子签封”(电子阀门),是专门针对石油运输企业成品油配送过程而开发的一套电子监控管理系统(英文缩写ELS),它与GPS车辆监控系统的集成可有效监控油罐车运输配送作业整个过程,从而规范和监督油品装卸工作各个环节的操作行为,防止违规操作,为运输企业承运信誉提供科学的依据。
油罐汽车电子铅封监管系统,实时监测各进、出油口的开、关状态,并利用GPS车载终端以CDMA/GPRS方式,通过公众网将上述信息传入监管中心,对油罐汽车油口工作状态进行实时监控。
油罐汽车GPS与电子铅封监管系统的完美结合,大大提高了石油运输企业的运营工作效率和安全管理水平。
第二章 整体解决方案
油罐车辆担负着从油库到加油站等地的油品运输任务,由于其移动的特性,增加了管理的难度。如何保证油罐汽车安全、经济运行,是摆在管理者面前的难题。
电子技术的飞速发展,在手段上为解决上述难题提供了可能。油罐车辆卫星定位及电子铅封监管系统,利用先进的全球卫星定位技术实时跟踪油罐汽车位置,电子铅封(两项专利技术产品)实时监测各进、出油口的开、关状态,通过GSM短信方式将上述信息传到监管中心,对油罐汽车进行管理,提高调度指挥效率,有效的防止了中途卸油和“跑私活”等不正常现象,使了油罐汽车的更加安全、经济运行。
2.1设计目标
通过对石油油罐车辆的仔细研究,确定以下设计目标:
2.1.1遏制偷油
对运输过程中普遍存在的偷油问题将GPS监控系统和电子铅封系统有效结合,实时对油罐汽车油口工作状态进行监控。油罐车辆上安装了GPS终端、数据采集器、电子铅封探头等电子铅封设备,电子铅封探头安装在油罐车的进出油口部位,有效配合油口的开关操作,触发信息,并把该信息通过数据线传送给驾驶室内的数据采集器,数据采集器利用GPS终端通过CDMA/GPRS将状态信息传送到监控中心,对油罐汽车油气口工作状态进行全天实时监控。GPS监控系统和电子铅封技术的结合,大大提高了石油、液化气等危险品运输企业的运营工作效率和安全管理水平。
2.1.2安全报警
对于所有入网的车辆,一旦遇到警情,司机只要按下报警开关,5秒钟左右中心系统就可以收到报警信息,同时中心收到车台自动抓拍的图像并自动启动车内声音监听,迅速了解油灌车内的动静,及时通知各相关部门及时联动处理。另外,当行驶过程中遇到险情或发生交通事故、车辆故障等情况下,可通过车载终端的报警按钮向监控中心求救。
2.1.3实时监控
建立一套对油灌车进行实时监控调度,统一管理的系统显得尤为重要。GPS及无线通信网络的发展使得利用高科技全面监控油灌车得以实现,能在电子地图上清晰、实时地了解车辆所在位置、显示车辆的速度、以及图象监控等信息,让管理者随时掌控油灌车辆的当前动态。
2.1.4严控超速
油灌运输车辆一般都有限速行驶的规定,并且运输中不能随意停车。监控中心可以预先设定限制速度,当车辆的行驶速度超过或者小于规定的阈值时,将自动发出报警信息。以便监控中心采取措施,提醒驾驶员注意速度或者要求驾驶员汇报情况。
2.1.5违规路线
为了加强油灌运输车辆的管理,一般要求车辆行驶在限定路线、特定区域活动,并且运输途中不能随意停车。监控中心可能预先设定限制的路线及行驶区域范围,一旦油灌车辆驶出限定的范围,监控中心将自动发出相应报警信息,并转换成语音及文本信息及时提醒司机注意等信息。中心可以根据实际情况采取措施。
2.1.6轨迹回放
一旦油灌运输车出现意外事故,利用GPS车载能够在时间赶到事故发生现场,减少事故带来损失的最低损失。通过行业GPS车载终端能够进行轨迹回放功能,了解到车辆在过去某段时间行驶的轨迹信息点,这些信息能为事故查询、责任鉴定等提供有力的证据。
2.1.7扩展功能
系统设计有多个扩展接口,方便进行扩展。根据需要系统可以把数据送到交通台、公安局、运管处等相关部门,实现资源共享。
系统采用模块化设计,可以方便兼容其他厂家终端,提供公平竞争的机会。
2.1.8报表统计
系统具有数据统计分析功能,辅助事故分析,事故情况有据可查。监控中心可通过对车辆历史数据的统计分析,得到相应报表。如统计驾驶员驾驶时间、驾驶任务完成情况、违规次数、事故次数等,从而制定出切实可行的高效的油罐车行车方案;同时可对油罐车的运行和消耗进行数据统计,从而做到科学的管理和监控,节约开支,提高油罐车的行车效率和安全性,使油罐车更好地完成任务。
2.1.9分级管理
本系统可以在管理公司总部建立一个总监控中心,同时可以在异地的分公司或客户处建立不同的分监控中心;总中心控制所有的车辆,每个分中心只能监控到自已被分配的车辆;实现数据信息共享,多级异地联网协同监控管理。
2.3系统总体架构
2.3.1系统构成
油罐汽车卫星定位及电子铅封监管系统主要由全球卫星定位系统和电子铅封系统构成,通过CDMA/GPRS网络实现实时无线传递油罐汽车位置和油口状态信息。
全球卫星定位系统以互联网为骨架,将监控中心、远程监控终端、数据服务器、无线移动通讯网、GPS车载终端有机地结合在一起,以互联网服务器为核心实现分布式多级监控,具有“经济、实用、性能价格比高、可伸缩性强”的优点。
电子铅封部分采用先进的信息钮(TM)数码自动识别技术和现场单总线技术,专门为油罐汽车设计,对每个进、出油口进行编号,通过数据采集器实时采集其开、关状态信号,通过卫星定位车载装置上的GSM通讯模块,与汽车地理位置信息一同无线传输到监控中心,实时显示各油罐汽车进、出油口的开、关状态,并可对一些违规操作报警。
电子铅封采用信息钮(TM)对各进、出进行唯一编号,1,000,000,000个不重复,各油口地址具有唯一性。从结构上,针对油罐汽车特点专门设计,在油口的盖、帽和门等可动部件上,安装无源数码信息钮,只有数据采集器采集到对应的数码信息时,才能确定数据有效,同时做到防爆、防水、防油、抗震要求。如果采用微动开关、磁性开关或光电开关等检测油口状态,将有可能通过短路等方式作弊,违归操作。
电子铅封可重复使用,从长远看,比传统铅封更加经济。
油罐车辆属于危险品特种车辆,要求“0区本质安全型防爆”,在产品的设计中,从电路设计到探头材料的选择,充分考虑安全因素,经过多次实验、修改,电子铅封已或本质安全防爆合格证。使系统适应油罐车辆运行中的全天候特殊环境要求。
2.3.2系统网络结构
系统网络采用多级体系结构,即:总公司总控中心、各分公司分控中心及专控中心等、以及各GPS车载终端和电子铅封设备。其中总控中心是整个系统的总控制中心;各分公司分控中心是根据系统要求建设的各地市或车队控制中心,可管理自己分控入网的车辆;各用户终端工作站是针对车辆数目较少,不必建设分控中心的单位可以通过建设终端操作平台,直接接入总控中心或分控中心;车辆是安装车载设备的移动台,与中心系统通讯完成系统功能。
全国所有的移动台都是通过CDMA/GPRS网络与总控中心通信,,为提高系统可靠性利用短消息作为数据通到备份。通讯系统采用GPRS/CDMA网络。系统的所有数据都是通过总控中心接收、处理和分发,系统与移动网络的唯一接口位于总控制中心,这样可以节约系统建设成本,有利于系统统一管理。整个系统与CDMA/GPRS网络的接口只有一个,也就是说只有一条专线用来做系统发收,相对于各分中心分别接入当地网络的数据处理方式大大节约系统成本。
单位可选择安装监控调度终端软件通过互联网接入总控中心管理单位车辆。这样只需要一台PC机,降低系统建设成本。
系统网络结构如下图所示。
系统网络结构图
2.3.3系统总控中心结构
总控中心结构图如下:
1) 系统总控中心功能
总控中心是整个系统的控制中心,总控中心可以控制本系统中任何中心注册的车辆,可以控制各分控中心的权限等。总控中心提供整个系统唯一对外的通信接口(通信服务器),CDMA/GPRS接入网关等。总控中心拥有整个系统唯一的数据中心,统一管理整个系统的注册车辆。
总控中心从功能上划分,可以划分为4个主要组成部分:通信系统、数据库管理子系统、终端操作平台、客户接入系统,另外,此系统已经包括了对图像拍照功能。通信服务器负责整个系统与车载设备的通信,直接与车载终端通过GPRS/CDMA使用TCP/IP进行通信。
系统短信接入采用比较成熟的技术,即通过专线直接接入短信中心,控制中心的短信前置机与短信中心的短信网关进行通信,进行数据收发。
只要系统具备一个互联网IP地址即可,目前整个GPRS/CDMA网络支持从GPRS/CDMA终端与互联网的通信,此种方式接入比较简单。
数据库管理部分是系统数据库的核心管理部分,并负责总控制中心整个系统的接入和维护。
客户端和互联网接入部分是总控制中心对子级控制中心的唯一接口,分控中心通过互联网网关转发到总控制中心的数据,这样把总控制中心内网的设备与分控等其它系统设备有效的隔离,保证了总控制中心运行的稳定性。
总控中心中通信子系统、数据库管理子系统与分控/互联网接入部分的设备建议设在专用机房内,与操作平台分开,设专人管理。终端平台可设在监控大厅内,可完成系统日常的一般车载设备管理和监控控制操作。
2)各分控中心
该系统采用四层网络结构。包括总控中心、分控(专控)中心、一级用户中心、二级用户中心。上级中心有控制自己对应的下级中心的车辆的权限。其网络结构如下图:
图上系统监控中心网络结构图
总控中心是整个系统的控制中心,可以控制本系统中任何中心注册的车辆,可以控制各分公司分控中心的权限等。总控中心提供整个系统唯一对外的通信接口(通信网关),连接短消息服务中心,CDMA/GPRS接入网关等。总控中心拥有整个系统唯一的数据中心,统一管理整个系统的注册车辆,管理系统之间的漫游车辆。
分控中心由网管服务器、分控交换机、网管终端、监控终端组成。其中网管服务器是分控系统数据保存和管理的平台,分控中心交换机是分控和总控中心之间业务数据交换的软件。网管终端是分控中心车辆注册和管理的平台。监控终端是分控中心监控、控制车辆的GIS操作界面。分控中心可根据需要接入用户中心,用户分中心可以控制所属用户分组的车辆,对其进行监控、调度、发布信息等控制。分控中心的权限控制在总控中心,总控中心可以控制其可监控的车辆数目、车牌号和连接权限。接入分控中心的监控终端的权限由分控中心控制。
分控中心在权限上略低于总控中心,监控总中心可以控制入网的所有车辆,分控中心只能控制所属分控中心的车辆。在系统管理方面分控中心是对其分控设备和权限进行管理。
用户中心适用于单位用户,可以组建成自己集团内部的虚拟网络,该中心主要设备是监控终端。用户中心可以分为两级建设,一级用户中心可以管辖256个二级用户中心。一级用户中心和二级用户中心物理结构可以上一样的,但是一级用户中心的权限比二级用户中心大。一级用户中心可以操作二级用户中心的注册车辆。如对于一个单位车辆,共计500辆,可在总公司建设一个一级用户中心,而总公司下面有一些分公司,各分公司可以监控其中的部分车辆,这样以及用户中心可根据下面分公司的实际情况再划分二级用户中心,二级用户中心的权限由一级中心控制。
2.4系统分控/用户中心
2.4.1各分控中心
各分控中心主要由监控客户端组成。分控中心可根据需要接入用户中心,用户分中心可以控制所属用户分组的车辆,对其进行监控、调度、发布信息等控制。分控中心的权限控制在总控中心,总控中心可以控制其可监控的车辆数目、车牌号和连接权限。接入分控中心的监控终端的权限由分控中心控制。
分控中心在权限上略低于总控中心,总控中心可以控制入网的所有车辆,分控中心只能控制所属分控中心的车辆。在系统管理方面分控中心是对其分控设备和权限进行管理。
2.5核心基础软件的选择
2.5.1操作系统选择
数据库服务器和各种处理服务器选择Windows 2003 server操作系统,监控调度终端、网管终端等操作终端选用的是形象直观、操作方便、广为流行的Windows XP操作系统。
2.5.2数据库选择
数据处理与网管服务器等选用Microsoft SQL Server 2005作为主数据库。该数据库支持分布式管理、数据同步、数据仓库等技术,能够多线程同步存取记录,业界得到广泛应用。
2.5.3 GIS软件选择
实现具有GPS定位功能的监控终端必须采用桌面地图化软件,这点无需论述。在桌面地图化领域,国内外都有不少产品,但MapInfo公司产品独占鳌头,其在世界范围市场占有率达到50%左右。
选用MapInfo公司的领衔产品MapInfo MapX 4.5作为地图开发构件,该软件是通用ActiveX控件,支持各种开发语言,功能强大。
2.6系统可靠措施
系统的可靠性是本系统的生命,是系统建设中最为重要的一个因素,系统的可靠性措施主要包括以下几方面:
1)本系统中公司自产的硬件设备,都采用单片微处理器,中大规模集成电路,专
用集成电路,减少了元器件的种类和数量,提高了本系统的可靠性。
2)软件采用层次化、模块化结构设计方法,各模块之间调用准则是上层调用下层,
下层不能调用上层,各模块具有唯一的入口和尽可能少的出口,有效地保证了
系统能够正确完成预定功能,提高系统的稳定性和可靠性,有利于提高产品的
质量,也有利于产品的维护和升级。
2) 设备的生产严格按照管理各种设备的设计图纸,严格要求上岗操作人员的素
质,生产环境以及生产秩序等,使本系统的设备质量得到保证。
3) 采用了先进的相位平滑伪距差分技术进行向后差分,使系统定位精度提高到5~10米以内,也克服了GSM系统无前向广播信道从而无法进行常规前向差分的困难,有效地提高了本系统的定位可靠性。
4) 采用先进的纠错编码技术,保证报警信息的无误传输。
5)移动终端采用了“黑匣子”及轨迹推算技术,一方面可对汽车事故或报警前的各种GPS信息进行记录,供事后调查、取证及分析之用;另一方面可对汽车的运行轨迹进行存储及推算,克服了常规的车辆越界报警所需的大数据量传输的困难,提高了系统报警质量,保证了系统的可靠性。
6)车载终端进行了抗震设计,使车载终端具有良好的抗震能力,提高了车载终端的稳定性和可靠性。
7)各设备进行了抗干扰的设计,使系统的抗干扰能力明显加强,使系统正常工作的环境得到拓宽,有效地提高了系统的可靠性。车载终端通过公安部安全与警用电子产品质量检测中心的外壳压力试验、外壳冲击强度试验、电压变化试验、高/低温性能试验、恒定湿热试验、振动试验、冲击试验、抗射频干扰能力检验以及静电放电敏感度试验等严格检测,符合车载报警设备的相关标准。
2.7系统安全措施
2.7.1防止非法入网
系统采用设备认证、用户认证、授权等方式防止非法用户入网。系统中每一接入设备都有网管服务器分配的单一设备ID号及密码,每位对系统设备进行任何操作的操作员都有其唯一的操作员ID号及密码。对每个设备和每位操作员可以进行何种操作都有权限规定。这就能够防止非法设备接入该系统,也能防止非法操作员对该系统进行操作和合法操作员进行越权操作。
2.8.2安全分级的用户管理
系统总控中心具有对所有入网用户操作的权力;各分控中心具有本中心内所有入网用户操作的权力;各分组(即用户中心)只具有对本组入网用户操作的权力。根据入网车辆的类型不同和实际运营的需要,各中心可以根据车辆类型、特定车队(或分组)、某一入网用户进行操作,