基于船联网的水路危险货物运输应急信息系统原型设计

摘要: 从江苏省内河水路危险货物运输安全监管的实际需求出发，基于船联网技术，开展水路危险货物运输应急系统原型设计研究。在对原型系统进行需求分析及确立设计目标和原则的基础上，提出了基于船联网的水路危险货物运输应急信息管理系统原型架构，探讨了实现系统原型的关键技术。该系统原型设计具有先进性、开放性和可扩展性等特点，将为江苏省水路危险货物运输事故应急信息管理系统建设提供一条可行的途径。

关键词: 船联网 危险货物 水路运输 应急信息系统

应急处置随着我国水运经济的迅猛发展，具有运量大、能耗低、污染小等特点的水路危险货物运输在品种和数量上逐年增多，为推动国民经济的健康快速发展起到了积极的推动作用。然而，水路危险货物运输事故也随之增加，其危害程度远大于公路危险货物运输事故。目前，我国内河危险货物运输事故应急处置的理论和实践表明：该系统缺乏前瞻性、系统性和实用性，从而导致应急处置方法不尽合理、应急救援效率不高。因此，必须寻求更为有效的水路危险货物运输应急管理技术。

船联网技术是结合建设平安、畅通的智能化内河水路运输的需求，有效地利用物联网技术以及现代通信技术，实现内河船舶的身份自动识别、实时监控等功能的智能化航运信息服务体系。利用船联网技术，可以对水路危险货物事故迅速做出预警预测和应急处置，在第一时间反馈给海事监管人员和相关应急人员，以便进行正确有效的处理，保障人民生命和国家财产的安全，最大限度地降低因水路危险货物运输事故而造成的危害。因此，开展基于船联网技术的应急处置信息系统原型设计研究，对于进一步提升目前水路危险货物运输事故的应急处置能力具有十分重大的现实意义。

系统原型需求、目标、原则

1、系统需求分析

目前危险货物运输事故应急管理系统的信息采集手段不能全面、及时、动态地掌握航道的运行状态，内河航运的信息服务内容不丰富，信息服务方式不灵活，缺乏对运输从业人员提供针对性的智能信息服务。而船联网技术将以船舶自动身份识别为纽带，通过实时数据传输、数据交换和业务协同为水路危险货物运输的信息管理提供更好的服务，保障水路危险货物运输安全、高效、环保地运行。

为危险品船舶量身定制个性化信息服务，可以通过RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）电子标签采集航道基础设施数据，进行船舶身份的自动识别，利用航道沿岸、船闸、海事签证点、港口码头等位置的岸基设备监察航道实时运行状况，船载网智能终端还需重点研究RFID技术与传统AIS兼容等问题，对于危险品船舶的智能船载终端的安装，需结合RFID标签和温度、压力、湿度等传感器采集各种危险品货物状态信息，实现多传感器的技术融合。当危险品船舶在岸基设备的信号覆盖范围内时，可以采用RFID技术获得根据实时状况定制的个性化服务信息；如果不在信号覆盖范围，可通过GPRS/3G直接向中心发送信息服务请求并得到相应的回应；如果发生了地震、大范围停电等紧急状况时，也可利用北斗卫星进行通信，其不受地面通信网络的影响并且可以覆盖任何区域。

2、设计目标

在现有监管设施设备基础上，采用分步实施的方式，整合与挖掘江苏省水路交通信息资源，充分利用船联网技术服务于危险品船舶的安全运输，以期构建一个较为完善的内河水路危险货物运输安全监管与应急信息管理系统。

系统原型设计一方面将涵盖应急管理的全过程，包括安全检测、事故预警、应急响应、应急处置等，良好的应急管理系统不但要求能够及时发现事故和险情，还要求能够快速、准确地做出决策；另一方面将优化应急管理流程，根据对应急管理工作流程的分析结果，对流程进行规范和优化，使应急信息系统和安全监管与应急管理业务紧密结合，从而提高应急管理工作的效率和水平。

3、设计原则

结合江苏省内河现有的信息管理系统，以先进性、开放性、可扩展性为原则，建立基于船联网的水路危险货物运输应急信息管理系统原型。其中，先进性原则是指系统原型设计把握计算机技术、通信技术、网络技术、传感技术发展的最新方向，构建先进的体系结构，保证系统原型设计的支撑平台具有稳定性、安全性、实用性等良好的性能；开放性原则是指进行交换和共享的信息随着船联网技术的不断发展，可以与各个功能系统配合工作，保证系统能够高效地运作；可扩展性原则是指系统原型设计将采用模块化设计思路，应用面向对象的系统设计方法和技术，确保整个系统原型的设计、维护、更新等能够及时满足用户的要求。

系统原型总体设计

在对江苏省内河危险货物应急管理和信息资源需求分析的基础上，提出水路危险货物运输应急信息系统原型，该系统原型包括业务管理、船联网技术、应急处置、指挥调度、应急辅助决策、应急评估、演练培训和系统管理与维护等模块，系统原型总体框架如图1所示。

图1 系统原型总体框架

业务管理模块。业务管理模块包含危险货物运输申报、日常监管、海事检查与评价、信息统计与上报等，完成海事日常业务的管理，完成船舶、船员、危险情源等信息采集。

船联网技术。应用GPS、GIS、RFID、AIS、CCTV等船联网关键技术，实时监控危险货物状态、运输环境、危险品船舶运行状态，在GIS平台上进行GPS船舶定位，同时监控船舶间的位置、速度，并实时预警。

应急处置模块。应急处置模块包括应急处置中需要的各种资源、信息、方法和程序，具体涵盖了危险货物特性、应急处置方法和程序、应急物资、应急人员、应急预案、相关法律法规等。

指挥调度模块。指挥调度模块包括应急指挥所需的语音通信系统、现场视频图像监控系统和必须的网络传输系统。

应急辅助决策模块。应急辅助决策模块包括事故模拟仿真、事故发展态势的虚拟现实技术、基于人工智能决策的案例分析、专家系统、最优疏散策略等辅助决策功能和手段。

应急评估模块。应急评估模块包括应急能力评估、应急总结分析，并形成案例库。

演练培训模块。演练培训模块包括应急演练的制定、通过事故模拟和虚拟现实的应急预案演练（包含应急处置、模拟调度等内容）、应急知识培训等。

系统管理与维护模块。包括系统用户管理、应急案例、预案、物资、人员更新等。

系统原型关键技术

1、系统分层设计

基于SOA（Service-Oriented Architecture，面向服务的体系结构）技术，基于船联网的水路危险货物运输事故应急信息管理系统原型可以分为五层体系结构，其分层设计如图2所示。水路危险货物运输事故应急信息管理系统原型分层架构体系为：基础支持层、应用支撑层、信息资源层、应用层和用户层。

图2 系统原型分层架构

基础支持层。基础支持层包括应急信息管理系统的基础硬件设施，是应急信息管理系统的基础，主要包括应急通信系统、计算机网络系统、危险货物状态、船舶状态、RFID、CCTV、GPS、GIS等各类传感器。

应用支撑层。应用支撑层是应急信息管理系统的技术支撑平台，主要包括网络管理平台、GIS平台、数据库平台等。

信息资源层。信息资源层包括各种途径采集的信息及信息的融合，提供安全监管信息、地理信息、危险货物状态信息、船舶信息、应急资源信息、模型数据信息、应急预案信息、法律法规信息、案例知识信息等。

应用层。应用层包括危险货物业务管理系统、海事检查与评价、接警出警、监控与预警、应急辅助决策、指挥调度、应急评估和演练培训等。

用户层。用户层主要实现信息的发布、信息采集（报警）、信息的接收，支持计算机网络用户、电话用户、手机用户、大屏幕用户等。

2、船联网技术

随着国家物联网的迅速发展，本着先进性、安全性、可靠性、可扩充性等原则，充分利用物联网的关键技术和现代通信技术，立足于“顶层设计”原则，建立基于RFID、卫星定位和AIS技术的船联网。RFID具有无线通信能力，利用RFID等先进的科技信息化监管手段，通过非接触的方式即可基本掌握危险品船舶的动态情况，RFID技术可实现危险品船舶自动识别和感知功能，实现进出港口的自动报港以及对航区航路选择不正确、不合理的危险品船舶能够自动发出纠正建议和指令等。AIS与之不同，属传统的甚高频的船舶标示功能设备，若克服RFID和AIS兼容等问题，即可建立智能化船载终端。另外，利用北斗GPS双模接收机实现危险货物运输船只的定位和通信，可以克服无地面通信网络时船只与监管中心的通信问题。

（作者单位：南京理工大学)

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