基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统的制作方法

本实用新型属于集装箱状态监控技术领域，具体涉及一种基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统。

背景技术：

随着经济的发展，货运运输业的发展水平也随之提高。对于运输的安全问题也越来越受到重视，尤其是危险品的运输安全直接影响到人民的生命安全，因此，危险品集装箱的运输安全成为社会各界关注的焦点。

针对危险品集装箱进行安全监测，目前已经有相关的技术，但都存在一些缺陷和不足，以下进行简要描述：

专利公告号为CN202870585U的专利，公开一种基于RFID射频识别电子门封的集装箱运输管理系统，该系统可以实现对集装箱开关门状态进行监测，从而可监测到运输途中集装箱是否被非法打开；类似的，如CN202282033U基于RFID技术的集装箱物流信息系统，CN202711293U一种集装箱RFID电子封识，CN102044103A一种基于RFID电子封条的集装箱管理系统和方法，CN101482935A-用于集装箱电子封条的有源RFID射频识别标签及其阅读器，以上各个专利申请，都是采用RFID技术实现对集装箱箱门是否在途被打开所进行的监测。

但是，仅仅监测集装箱是否非法打开，所监测的状态参数过于少，目前已远远无法满足人们对危险货物集装箱状态监测的需求。如何更为全面的、有效的对集装箱状态进行监测，进而保证危险货物安全运输，是目前需要迫切解决的事情。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统，包 括箱内传感器监测节点、箱门监测节点、本地监测终端和远程监控平台；

所述箱内传感器监测节点与所述箱门监测节点的一端无线通信连接；所述箱门监测节点的另一端与所述本地监测终端的一端无线通信连接；所述本地监测终端的另一端与所述远程监控平台通信连接。

优选的，所述箱内传感器监测节点包括：箱内节点主控芯片、至少一个箱内状态参数采集传感器、箱内节点供电电源以及箱内节点无线通信装置；所述箱内节点主控芯片分别与所述箱内状态参数采集传感器、所述箱内节点供电电源以及所述箱内节点无线通信装置连接。

优选的，所述箱内状态参数采集传感器包括至少一个数字传感器和/或至少一个模拟传感器；所述数字传感器通过SPI总线与所述箱内主控芯片连接；所述模拟传感器通过AD转换器后，与所述箱内主控芯片连接。

优选的，所述箱内状态参数采集传感器包括：温湿度传感器、加速度传感器、压力传感器和气体传感器；

所述箱内节点无线通信装置为射频RF发送装置。

优选的，所述箱内传感器监测节点具有壳体；在所述壳体中内置磁铁，所述箱内传感器监测节点通过所述磁铁吸附在集装箱内壁。

优选的，所述箱门监测节点包括：箱门主控芯片、霍尔传感器、射频RF接收装置、ZIGBEE无线发送装置以及箱门节点供电电源；

所述箱门主控芯片分别与所述霍尔传感器、所述射频RF接收装置、所述ZIGBEE无线发送装置以及所述箱门节点供电电源连接。

优选的，所述本地监测终端包括：监测终端主控芯片、ZIGBEE无线接收装置、北斗定位装置、远程通信装置、显示装置以及监测终端供电电源；

所述监测终端主控芯片分别与所述ZIGBEE无线接收装置、所述北斗定位装置、所述远程通信装置、所述显示装置以及所述监测终端供电电源连接。

优选的，所述远程通信装置为GPRS通信装置或3G通信装置。

优选的，所述本地监测终端还包括本地报警装置；所述本地报警装置与所述监测终端主控芯片连接。

本实用新型提供的基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统具有以 下优点：

(1)本实用新型实现了对危险货物集装箱内部状态(温湿度、加速度、倾角、压力、气体浓度等)、集装箱开关门状态及集装箱位置的远程自动监测和报警，从而实现了危险货物集装箱在运输途中(集卡运输、铁路运输、船舶运输)和港口堆存等物流环节中，真正意义上的24小时在线监控服务，保证危险货物集装箱的安全运输和堆存。

(2)与现有技术方案相比，具有低功耗、监控周期长、可靠性强、实时性高和可重复应用的优点，适用于集装箱在各类运输过程中的有效全面的监控。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统的整体布局示意图；

图2为本实用新型提供的箱内传感器监测节点的原理框图；

图3为本实用新型提供的集装箱箱门监测节点的原理框图；

图4为本实用新型提供的本地监测终端的原理框图；

其中：

1-远程监控平台；2-本地监测终端；3-箱门监测节点；4-传感器监测节点；5-集装箱。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实用新型的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统，包 括箱内传感器监测节点、箱门监测节点、本地监测终端和远程监控平台；

参考图1，为集装箱安全监测系统的布局示意图，箱内传感器监测节点与箱门监测节点的一端无线通信连接；箱门监测节点的另一端与本地监测终端的一端无线通信连接；本地监测终端的另一端与远程监控平台通信连接。

本实用新型将有效的弥补现有监测技术的不足，通过在危险品集装箱箱内放置多个箱内传感器监测节点，对箱内的所有状态进行全面实时监测，监测的状态可以包括但不限于以下信息：温湿度、加速度、震动、倾角、压力、泄漏、气体浓度等，同时结合本地监测终端的北斗定位系统实现对危险货物集装箱的准确、高精度定位，本实用新型具有集装箱状态监测全面、无需布线、简单实用、可靠性强等特点，从而保证危险货物集装箱的可视化安全运输。

下面对集装箱安全监测系统的各个组成部分分别详细介绍：

(一)箱内传感器监测节点

参考图2，为箱内传感器监测节点的电路设计原理框架图；箱内传感器监测节点包括：箱内节点主控芯片、至少一个箱内状态参数采集传感器、箱内节点供电电源以及箱内节点无线通信装置；箱内节点主控芯片分别与箱内状态参数采集传感器、箱内节点供电电源以及箱内节点无线通信装置连接。

实际应用中，箱内节点主控芯片采用ARM7微处理器芯片；箱内状态参数采集传感器包括至少一个数字传感器和/或至少一个模拟传感器；数字传感器通过SPI总线与箱内主控芯片连接；模拟传感器通过AD转换器后，与箱内主控芯片连接。

箱内状态参数采集传感器的选型根据监测对象的不同进行更换，常用传感器包括：温湿度传感器、加速度传感器、压力传感器和气体传感器等，均可接入到箱内节点主控芯片。

箱内节点无线通信装置优选采用射频RF发送装置。箱内节点主控芯片将各个箱内状态参数采集传感器采集到的箱内状态信息通过轮询的方式，通过射频RF(433Mhz)装置发送给箱门监测节点。

另外，为方便安装布置箱内传感器监测节点，箱内传感器监测节点具有壳体；在壳体中内置磁铁，箱内传感器监测节点通过磁铁吸附在集装箱内壁任何 需要监测的位置。

由此可见，箱内传感器监测节点具有以下特点：

(1)能够与数字量和模拟量的传感器结合，对箱内环境进行全面有效的监测；

(2)通过安装磁铁，使箱内传感器监测节点能够吸附在箱内壁的任何地方，具有易安装的优点；

(3)多个箱内传感器监测节点进行数据传输时相互不会干扰，功耗低，能持续工作半年以上。

(二)箱门监测节点

参考图3，为箱门监测节点的电路设计原理框架图；箱门监测节点包括：箱门主控芯片、霍尔传感器、射频RF接收装置、ZIGBEE无线发送装置以及箱门节点供电电源；箱门主控芯片分别与霍尔传感器、射频RF接收装置、ZIGBEE无线发送装置以及箱门节点供电电源连接。

实际应用中，箱门主控芯片采用ARM7微处理器芯片，霍尔传感器用于感知箱门的开关状态，其原理为：当箱门打开后，霍尔传感器根据磁通量变化，就可以判断出箱门的状态。

箱门监测节点采用双频通信，射频RF接收装置(433Mhz)用于接收箱内传感器监测节点射频RF(433Mhz)发送的箱内状态信息；而ZIGBEE无线发送装置用于将箱门监测节点的监测数据发送到本地监测终端；其中，所发送的监测数据包括：箱门开关信息和箱内传感器采集到的箱内状态信息等。

由此可见，箱门监测节点具有以下特点：

(1)通过霍尔传感器监测集装箱的开关门状态，具有集装箱开关门状态监测准确的优点；

(2)采用双芯片双频工作模式，RF射频接收装置用于接收箱内传感器节点发送的传感器数据，ZIGBEE无线发送装置用于将监测数据传输到本地监测终端，具有通信效果率的优点。

另外，箱门监测节点具有自组网功能，当多个集装箱堆叠到一起时，由于通信信号的影响，如果某个箱门监测节点无法直接将数据发送到本地监测终端 时，该箱门监测节点可以通过其他集装箱的箱门监测节点进行跳频传输，中继发送到本地监测终端，保证数据上传的实时有效性。

(三)本地监测终端

参考图4，为本地监测终端的电路设计原理框架图；本地监测终端包括：监测终端主控芯片、ZIGBEE无线接收装置、北斗定位装置、远程通信装置、显示装置以及监测终端供电电源；监测终端主控芯片分别与ZIGBEE无线接收装置、北斗定位装置、远程通信装置、显示装置以及监测终端供电电源连接。

实际应用中，北斗定位装置用于对集装箱当前位置进行定位；ZIGBEE无线接收装置用于接收来自于箱门监测节点发送的集装箱箱内状态信息、箱门开关信息及箱号信息；远程通信装置可采用GPRS/3G通信装置，用于将监测到的箱内状态信息、开关门信息及北斗定位信息远程发送到远程监控平台；显示装置可采用液晶屏，用于本地显示集装箱状态监控信息，包括：箱号、箱门开关信息、箱内状态信息和位置信息等。

本地监测终端还可以设置有本地报警装置；本地报警装置与监测终端主控芯片连接。当监控到集装箱状态异常时，进行本地报警，进而采取紧急措施，防止危险的发生。

由此可见，本地监测终端具有以下特点：

(1)配置有北斗定位装置和远程通信装置，精度在5米以内，实现了集装箱位置的定位；

(2)能够接收多个危险货物集装箱箱门监测节点发送的集装箱信息，并在液晶屏上进行实时显示，方便进行本地监测。

(四)远程监控平台

远程监控平台基于B/S模式，能够通过电子地图实时显示监测到的集装箱状态信息、开关门信息及位置信息，同时可实现集装箱状态报警、实时跟踪等功能。用户只需要登录远程监控平台就可以对危险货物集装箱的货物状态进行远程实时在线跟踪。

本实用新型提供的基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统，一种工作过程描述如下：

(1)箱内传感器监测节点对箱内的环境状态进行多点采集，并通过射频RF发送装置将采集到的箱内状态发送到箱门监测节点；

(2)箱门监测节点监测到集装箱的开关门信息，接收箱内传感器监测节点发送的箱内状态信息，然后，将监测到的开关门信息与箱内状态信息通过ZIGBEE无线发送装置发送到本地监测终端；

(3)本地监测终端配置有北斗定位装置，能够接收到箱门监测节点发送的箱内状态信息和开关门信息，然后，通过液晶屏在本地显示箱内状态信息、开关门信息和位置，实现对危险品集装箱的本地监测；同时，本地监测终端配置有远程通信装置，可以将集装箱内部状态信息、开关门信息及自身的位置信息发送到远程监控平台，实现危险品集装箱的远程监控。

下面采用两个实施例分别详细介绍集装箱安全监测系统在公路运输和船舶运输这两种具体使用场景的应用，需要强调的是，其他运输如铁路运输及堆场堆存等均可参照下面实施例进行，实现对危险货物集装箱状态的实时在线监控。

实施例一：

本实施例以危险货物集装箱应用于公路运输过程为例，其他运输如铁路运输及堆场堆存等均可参照本实例，实现对危险货物集装箱状态的实时在线监控。

(1)在危险货物装入集装箱后，在集装箱的内壁采用吸附方式安装箱内传感器监测节点，其中，可根据危险货物在箱内的位置情况，灵活选择箱内传感器监测节点的布置数量和布置位置；同时，根据运输的危险货物货类确定传感器的种类，本场景中，可选择温湿度传感器、加速度传感器、烟雾传感器、气体传感器等多个传感器。

(2)在安装完箱内传感器监测节点后，关闭集装箱箱门，安装箱门监测节点，进行集装箱施封操作。此时箱内传感器监测节点与箱门监测节点将会组成一个无线网络，箱内安装的多个传感器监测节点将所监测到的箱内状态信息按照轮寻的方式，发送到箱门监测节点中存储。

(3)当危险货物集装箱装到集卡车进行公路运输时，在集卡车的驾驶室放置本地监测终端，本地监测终端通过车内供电。

箱门监测节点将和本地监测终端自动连接，形成ZIGBEE网络，箱门监测节 点将存储的箱内状态信息和集装箱开关门状态发送到本地监测终端，本地监测终端能够实时显示危险货物集装箱箱内状态情况，便于本地监测。

另外，当本地监测终端监测到有危险货物集装箱的状态信息后，通过内置的3G/GPRS模块，将监测到的集装箱箱内状态信息、集装箱开关门状态和自身的北斗定位信息，发送到远程监控平台。

(4)基于GIS的远程监控平台，能够实时显示危险货物集装箱的位置、集装箱箱内状态信息和集装箱开关门状态。

GIS的远程监控平台设置相关的状态参数阀值，当危险货物集装箱箱内状态超过设定阀值或者有非法开门动作后，远程监控平台将会自动报警，通知运输承运人和政府监管部门。货主、政府监管部门等，也可以通过登录该平台对某个危险货物状态进行查询。

实施例二：

本实施例以危险货物集装箱应用于船舶运输过程为例，其他运输如铁路运输及堆场堆存等均可参照本实例，实现对危险货物集装箱状态的实时在线监控。

当危险货物集装箱通过船舶运输时，本地监测终端将被放置在集装箱船舶驾驶室，危险货物集装箱可能放置在离船舶驾驶室较远的位置或其被其他集装箱积压堆叠，因此，箱门监测节点无法直接将采集到的集装箱状态信息发送到本地监测终端，由于箱门监测节点具有自适应组网功能，集装箱上的箱门监测节点之间将会组成一个无线自适应网络，通过跳传方式，将箱门监测节点的数据逐层传递出来，最后通过距离本地监测终端最近的箱门监测节点，将危险货物集装箱的监测数据发送给本地监测终端。危险货物集装箱在堆场堆叠过程中，也是采用箱门监测节点具有自适应组网功能，通过跳频方式，将集装箱监测状态发送到本地监测终端，从而解决了集装箱在堆叠情况下的监测数据传输问题。

本实用新型提供的基于北斗定位和卫星通信的集装箱安全监测系统具有以下优点：

(1)本实用新型实现了对危险货物集装箱内部状态(温湿度、加速度、倾角、压力、气体浓度等)、集装箱开关门状态及集装箱位置的远程自动监测和报警，从而实现了危险货物集装箱在运输途中(集卡运输、铁路运输、船舶运输) 和港口堆存等物流环节中，真正意义上的24小时在线监控服务，保证危险货物集装箱的安全运输和堆存。

(2)与现有技术方案相比，具有低功耗、监控周期长、可靠性强、实时性高和可重复应用的优点，适用于集装箱在各类运输过程中的有效全面的监控。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本实用新型及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本实用新型的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本实用新型的公开内容将容易理解，根据本实用新型可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。同时，采用专利的监测方法，监测对象不只限于对危险货物集装箱的监测，还可用于对冷藏集装箱的监测、高附加值货物集装箱及罐箱等集装箱的监测应用。