一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理系统和方法与流程

本发明仓储物流技术领域，具体涉及一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理系统和方法。

背景技术：

我国经济快速稳定发展，对化工产品的需求量也随之猛增，这对于与之相关的危险品存储及运输行业来说有着巨大市场机遇，同时也面临着极其严峻的挑战，传统的仓储管理以及运输管理模式已经不能够满足现代化工企业的需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理系统和方法，主要解决目前针对危险化工原料仓储，物流的管理配套设施不完善，设备智能化程度低，信息反馈速度缓慢，危险发生后处理速度和方式不科学等问题，提出了基于物联网的危险化工原料仓储及运输监控管理系统，并创新地融入智能传感器技术、智能安防技术、北斗导航定位技术、4G宽带无线传输技术、GIS系统和WEB数据库等，扩大了物联网技术的在危险化工原料仓储运输乃至整个智能物流领域的应用，改变了目前物联网在危险化工原料仓储运输管理的运行模式，对物联网产业的发展具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理系统，包括仓储信息监测系统、数据信息传输、信息管理系统、危险事故预处理系统，仓储信息监测系统连接数据信息传输，数据信息传输连接信息管理系统，信息管理系统连接危险事故预处理系统；

所述的仓储信息监测系统用于对危险化工原料仓储环境及危险品自身的监测，采用单片机STM32完成，通过外部加载高灵敏度传感器、RFID射频读写器实现对环境及自身的监测；

所述的数据信息传输采用S3C2440、MT7620芯片完成，可实现不同的数据传输方式，分为有线宽带、无线4G(向下兼容3G)以及WiFi网络实现对数据的传输，最后是通过北斗定位实现对危险品的实时跟踪，确定其位置并将数据上传；

所述的信息管理系统依靠计算机和服务器的数据处理、显示、管理对仓储信息监测系统、数据信息传输上传的信息进行管理，包括4G无线网络数据，WiFi无线网络数据，有线网络数据，北斗定位实时信息，音视频监控图像信息等；

所述的危险事故预处理系统基于仓储信息监测系统、数据信息传输、信息管理系统由信息管理中心在发现仓储，物流可能或者正在发生危险的情况下，及时出动机器人进行危害原因的遏制或者正在发生危害现场的应急处理。

所述的仓储信息监测系统包括MCU、单片机、端口、传感器，RFID阅读器、摄像头，单片机一端口连接MCU，另一端通过端口连接RFID阅读器、传感器、摄像头，MCU连接有线、无线、WiFi网络及北斗定位，所述的传感器包括温湿度传感器、有害气体检测传感器、红外传感器、烟雾传感器、振动传感器、压力传感器等，其中温湿度传感器用来监测环境温湿度以判断危险品是否适合存储，有害气体检测传感器用来监测环境内是否存在有害气体泄露，红外传感器监测来往人员及有生命物体做到人员监控同事配合视频进行针对性监控，烟雾传感器预防火灾等危险性环境特征，振动传感器和压力传感器判断危险品是否倾斜泄漏。

所述的传感器通过不同端口与单片机相通信，所述的端口可采用GPIO，USB，ZigBee，UART，Bluetooth，并可以在此基础上扩展更多所需传感器和传输方式。

所述的RFID阅读器通过固定式或者便携式射频读写器与电子标签的识别包括对所述危险品标签信息，保管员信息，驾驶员，押运人员的信息读取。

所述的数据信息传输中有线方式通过配备RJ45网口及相关电路实现，WiFi通过MT7620芯片功能电路加高增益天线实现，无线4G网络通过S3C2440功能电路配备MINI PCI-E接口加载多种无线模块ME3760/MC909等，实现全网多制式兼容。

所述的北斗定位实时信息通过北斗导航芯片UM220-3-N实现，包括北斗授时，定位，测速，测高，可以实现危险品仓储和运输过程的实时定位监测。

所述的一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理系统，其特征在于，所述音视频监控图像信息通过将高清网络摄像头安装于仓库，运输车辆等位置对环境进行可视化监测，摄像头信息通过有线或者无线的方式上传至流媒体服务器供信息管理平台调取。

所述的一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理系统，其特征在于，所述的危险事故预处理系统（4）采用机器人系统，具有机械臂的车辆，其加载摄像头和传感器，可以实现对现场环境的拍摄和环境实时监测以及危害源的预处理和现场应急处理，采用MT7620芯片和STM32F103系列单片机构建平台，MT7620芯片网络接口连接高清摄像头，射频接口连接射频驱动模块，定位接口连接短距离精确定位模块，高增益天线，STM32F103单片机平台舵机驱动接口连接舵机控制模块，传感器接口连接温湿度传感器、9类危险气体传感器、压力传感器、姿态传感器、红外传感器、有害气体传感器、震动传感器和烟雾传感器，电源管理接口连接电源管理模块，H桥电机驱动接口连接L298H桥驱动模块，UART接口连接姿态传感器模块。

一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理方法，包括以下步骤：

1）信息采集和标识，采用电子标签技术对危险化工原料进行唯一标示，在仓库的进货口，危险品货物外包装或者托盘上加装电子标签，对于气态或者液态储罐可在罐体标签（特殊易燃防爆需求可只对运输车辆标签），也可以将标签嵌入证件内用于人员身份识别，将固定式RFID阅读器安装在仓库出入口、仓库内、运输车上实现远距离标签扫描（用于出入库、装卸车管理），并更新库存信息，发货时，RFID阅读器可自动更新库存信息并实现对货物的实时追踪，确保对危险物品的安全存储，借助运输车辆上设置的固定式RFID阅读器（或移动式RFID阅读器），即可准确地了解货物的位置与完备性；

2）仓储安防管理阶段，在库房外部、门禁、库房内部以及其他重要部位设置安装枪机或者球机，完成设防区域视频监控及告警，可根据需要对监控区域视频进行存储以便查询，通过智能视频检测技术中的周界检测、区域检测和动态监测等技术对异常情况迅速反应、拍照取证或报警，同时将报警信息传回中心监控管理平台；

3）闭环流通阶段，确保危险物品的运输安全，危险品在运途中，借助运输车辆上设置的固定RFID阅读器（或者手持式RFID阅读器）、北斗卫星定位系统和4G宽带无线传输系统，行驶的路线会在监控系统的电子地图上时实显示，即可准确地了解货物的位置与完备性，对危险化工原料读写的状态信息会实时上传至实时信息管理系统，这样超速、超重、偏离路线都可以告警，从而达到监控管理的目的；

4）可在运输车辆上加装对危险化工原料的温湿度、有害气体、压力、振动、倾斜角度、泄漏等传感器以及摄像头，对运输车辆驾驶室运输仓内进行动态或静态图像回传，在将要发生危险情况时，对驾驶室进行报警或通过4G公网可将其信息传至监控中心及时报警，预防事故的发生。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果是可以建立起一整套监控调度平台，完成危险化工原料从入存储仓库到使用厂家的整个物流链条的安全可靠的实时监控和管理，实现了危险化工原料信息全程追溯，运输车辆全程监控，运输、仓储系统信息统一整合，系统自动实时报警，从而保障危险化学品的安全仓储及运输。

附图说明

图1为本发明的工作流程框。

图2为本发明的系统信息采集系统原理框图。

图3为本发明的信息管理系统示意图。

图4为本发明的危险事故预处理系统原理框图。

图1中，1为仓储信息监测系统；2为数据信息传输；3为信息管理系统；4为危险事故预处理系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步叙述。

如图1所示，一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理系统，包括仓储信息监测系统1、数据信息传输2、信息管理系统3、危险事故预处理系统4，仓储信息监测系统1连接数据信息传输2，数据信息传输2连接信息管理系统3，信息管理系统3连接危险事故预处理系统4；

所述的仓储信息监测系统1用于对危险化工原料仓储环境及危险品自身的监测，采用单片机STM32完成，通过外部加载高灵敏度传感器、RFID射频读写器实现对环境及自身的监测；

所述的数据信息传输2采用S3C2440、MT7620芯片完成，可实现不同的数据传输方式，分为有线宽带、无线4G(向下兼容3G)以及WiFi网络实现对数据的传输，最后是通过北斗定位实现对危险品的实时跟踪，确定其位置并将数据上传；

所述的信息管理系统3依靠计算机和服务器的数据处理、显示、管理对仓储信息监测系统、数据信息传输上传的信息进行管理，包括无线4G（向下兼容3G）无线网络数据，WiFi无线网络数据，有线网络数据，北斗定位实时信息，音视频监控图像信息；

所述的危险事故预处理系统4基于仓储信息监测系统、数据信息传输、信息管理系统由信息管理中心在发现仓储，物流可能或者正在发生危险的情况下，及时出动机器人进行危害原因的遏制或者正在发生危害现场的应急处理。

所述的仓储信息监测系统1包括传输控制MCU、数据采集单片机、端口、传感器，RFID阅读器、摄像头，数据采集单片机一端口连接传输控制MCU，另一端通过端口连接RFID阅读器、传感器、摄像头，传输控制MCU连接有线、无线、WiFi网络及北斗导航定位，所述的传感器包括温湿度传感器、有害气体检测传感器、红外传感器、烟雾传感器、振动传感器、压力传感器等，其中温湿度传感器用来监测环境温湿度以判断危险品是否适合存储，有害气体检测传感器用来监测环境内是否存在有害气体泄露，红外传感器监测来往人员及有生命物体做到人员监控同时配合视频进行针对性监控，烟雾传感器预防火灾等危险性环境特征，振动传感器和压力传感器判断危险品是否倾斜泄漏。

所述得传感器通过不同端口与单片机相通信，所述的端口可采用GPIO，USB，ZigBee，UART，Bluetooth，并可以在此基础上扩展更多所需传感器和传输方式。

所述的RFID阅读器通过固定式或者便携式射频读写器与电子标签的识别包括对所述危险品标签信息，保管员信息，驾驶员，押运人员的信息读取。

所述的数据信息传输2中有线方式通过配备RJ45网口及相关电路实现，WiFi通过MT7620芯片功能电路加高增益天线实现，无线4G网络通过S3C2440功能电路配备MINI PCI-E接口加载多种无线模块ME3760/MC909等，实现全网多制式兼容。

如图2所示，MCU为自主研发基于三星公司的ARM 处理器S3C2440和MTK公司的处理器MT7620嵌入式平台，在系统中该平台上设置有MINI PCI-E接口用来连接4G模块实现全网多制式公共无线网络数据传输业务，同时该平台设有有线网口RJ45、功能电路及增益天线进行宽带有线，WiFi无线数据传输业务，另外该平台上使用和芯星通的UM220-3-N芯片作为北斗导航模块来完成对仓储地点，车辆的定位和对车辆的路径跟踪，图中所示单片机使用ST公司的STM32F103ZET6，其主要作为传感器采集数据处理器，其外围通过引出的GPIO、USB、串口等扩展出ZigBee、Bluetooth功能模块、RFID射频阅读器和各种不同功能的传感器。使用中单片机作为仓储和车辆监测终端采集现场环境数据，ARM嵌入式平台作为数据传输通道完成数据上传业务。在数量上一台嵌入式平台可以作为多台单片机终端的数传通道。

所述的北斗定位实时信息通过北斗导航芯片UM220-3-N实现，包括北斗授时、定位、测速、测高，可以实现危险品仓储和运输过程的实时定位监测。

所述音视频监控图像信息通过将高清网络摄像头安装于仓库，运输车辆等位置对环境进行可视化监测，摄像头信息通过有线或者无线的方式上传至流媒体服务器供信息管理平台调取。

如图3所示，信息管理系统的架构，该平台安装在各级调度中心控制软件系统，可以是一台或者多台计算机，一台或多台服务器，其上通过自主研发的软件系统实现对对库房和运输车辆的货物存储和运输状态进行监控和管理。该软件融合SSH三大框架技术Spring Web MVC、Spring、Hibernate，同时使用JSP与HTML开发WEB页面，结合JQuery及相关JS插件实现数据的调度和逻辑的展现，充分利用CSS控制样式，使页面效果更加精美易控。以上技术在系统软件设计中的运用，实现了硬件对内存空间和处理器进程资源的最优化动态分配，完成B/S架构服务器在云端对每一台物联网接入设备数据实时接收、处理、存储和指令派发功能等，对访问用户进行鉴权、编辑以及用户关联设备历史数据、实时数据的存储与人性化展示和实时指令的派发响应。采用分布式云检索技术和前端设备的多种定位方案，完成电子地图的显示，平台实时接收前端设备的工作状态以及相应的服务请求，为每个前端设备提供各自独有的、可自定义的服务。通过综合管理平台通信接口协议，规定数据传输格式，整合前端多种传感器数据，实现前端设备视频、音频及其他数据信息的实时上传和快速存储，采用主成分分析和数据拟合处理算法，按照不同需求，快速定制多种情况下的响应方案和预备方案。

所述的危险事故预处理系统4采用机器人系统，具有机械臂的车辆，其加载摄像头和传感器，可以实现对现场环境的拍摄和环境实时监测以及危害源的预处理和现场应急处理，采用MT7620嵌入式系统和STM32F103系列单片机构建平台，MT7620嵌入式系统连接高清摄像头，射频接口连接高增益天线，定位接口连接短距离精确定位模块，完成WiFi接入和传输。STM32F103舵机驱动接口连接舵机控制模块，传感器接口连接温湿度传感器、9类危险气体传感器、压力传感器、姿态传感器、红外传感器、震动传感器和烟雾传感器，电源管理接口连接电源管理模块，H桥电机驱动接口连接L298H桥驱动模块，UART接口连接姿态传感器模块，操作系统内核添加驱动模块，解决机器人通过WiFi和应急管理中心的通讯与数据上传，在此基础上，通过软件设置射频芯片的输出功率，可定制无线控制距离。机器人主控平台，在原有基础上添加机械臂驱动模块和高清实时视频驱动模块。定义串口驱动协议，通过STM32平台控制舵机驱动板，从而精确控制机械臂6个自由度的运动轨迹，使机器人可以进行精确位置采样。以流控方式进行视频编解码，为机器人超视距远程控制提供实时、高清可视化图像。

一种基于物联网的危险化工原料物流仓储管理方法，包括以下步骤：

1）信息采集和标识，采用电子标签技术对危险化工原料进行唯一标示，在仓库的进货口，危险品货物外包装或者托盘上加装电子标签，对于气态或者液态储罐可在罐体标签（特殊易燃防爆需求可只对运输车辆标签），也可以将标签嵌入证件内用于人员身份识别，将固定式RFID阅读器安装在仓库出入口、仓库内、运输车上实现远距离标签扫描（用于出入库、装卸车管理），并更新库存信息，发货时，RFID阅读器可自动更新库存信息并实现对货物的实时追踪，确保对危险物品的安全存储，借助运输车辆上设置的固定式RFID阅读器（或移动式RFID阅读器），即可准确地了解货物的位置与完备性；

2）仓储安防管理阶段，在库房外部、门禁、库房内部以及其他重要部位设置安装枪机或者球机，完成设防区域视频监控及告警，可根据需要对监控区域视频进行存储以便查询，通过智能视频检测技术中的周界检测、区域检测和动态监测等技术对异常情况迅速反应、拍照取证或报警，同时将报警信息传回中心监控管理平台；

3）闭环流通阶段，确保危险物品的运输安全，危险品在运输途中，借助运输车辆上设置的固定RFID阅读器（或者手持式RFID阅读器）、北斗卫星定位系统和4G宽带无线传输系统，行驶的路线会在监控系统的电子地图上时实显示，即可准确地了解货物的位置与完备性，对危险化工原料读写的状态信息会实时上传至实时信息管理系统，这样超速、超重、偏离路线都可以告警，从而达到监控管理的目的；

4）可在运输车辆上加装对危险化工原料的温湿度、压力、振动、倾斜角度、泄漏等传感器以及摄像头，对运输车辆驾驶室运输仓内进行动态或静态图像回传，在将要发生危险情况时，对驾驶室进行报警或通过4G公网可将其信息传至监控中心及时报警，预防事故的发生。