专利名称：一种危化品运输智能罐箱运行状态监测方法
技术领域：
本发明属于远程监控技术领域，具体的说是一种危化品运输智能罐箱运行状态监测方法 ，由信号预处理模块和运行状态判决模块组成，实现对危化品运输智能罐箱的运行状态进行 实时远程智能监测。
背景技术：
危化品行业已经成为我国国民经济快速发展中一个重要的产业，在国民经济中发挥着越 来越重要的作用。由于危化品行业自身的特殊性，对其有效的监管尤其运输过程中的监管方 法是相关政府部门、企业和科研单位关心的问题，危化品运输智能罐箱也应运而生。这种危 化品运输智能罐箱上安装了气压变送器、液位变送器、气体变送器、门开关、以及GPS定位 系统等电子装置，通过GPRS系统将这些电子装置采集的气压、液位、气体浓度、门开关、速 度和位置等信号传送到远程监控中心。远程监控中心一般采用阈值比较法来判断危化品运输 智能罐箱的危险状态，其实现原理为根据经验数据分别确定各物理量的比较阈值，当危化 品运输智能罐箱上的某电子装置实际测得数据超过相应物理量的设定阈值则发出相应的危险 报警。但是，危化品运输智能罐箱所处的运行状态复杂，包括空载、充装、满载、卸料状态 ，并且静止和运动情况下某些电子装置的信号也有较大差异，实际使用中，在不同运行状态 下的危险报警机制和危险程度都有所不同。例如，正常卸料过程中液位变送器给出的液位信 号必然超过报警阈值，但此时不应报警；运输过程中液位变送器给出的液位信号超过报警阈 值则可能是发生了泄漏事故，必须立即报警。实际上，危化品运输智能罐箱有严格的运行管 理机制，因此其状态转化有确定的运行逻辑。基于危化品运输智能罐箱自身的运行逻辑，联 合危化品运输智能罐箱的气压、液位、气体浓度、门开关、速度和位置等多种信号，通过多 传感器信息融合的方法区分危化品运输智能罐箱的运行状态，在此基础上针对不同的运行状 态设计相应的报警机制，才能有效的实现对危化品运输智能罐箱状态的实时远程智能监测。
有限状态机(FSM)，是一个特殊的有向图，它包含一些节点和连接节点的有向弧。每一 条弧上都带有从一个节点进入下一个节点的条件。鉴于有限状态机的灵活性，因此可以在危 化品运输智能罐箱运行状态的监测中使用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，根据危化品运输智能罐箱(以下简称为智能罐 箱)有确定的运行逻辑的特点，提出一种智能罐箱运行状态监测方法。该方法应用在智能罐 箱远程监控中心，能够实时智能监测智能罐箱的运行状态，在此基础上针对不同的状态设计 相应的信号后处理机制和报警机制，可实现对危化品运输危险状况的快速反应。
本发明提出的一种智能罐箱运行状态监测方法，包括信号预处理模块和运行状态判决模 块。具体步骤如下
步骤l:预先根据智能罐箱的运行逻辑建立有限状态机，确定有限状态机中的节点以及 节点之间的转换关系。
步骤2:当远程监控中心接收到智能罐箱的特征信号，如气压、液位、门开关、速度等 信号时，进入如下步骤
(l)信号首先送入信号预处理模块，信号预处理模块根据信号性质不同，对各种信 号进行滤波和特征信息提取，构成反映各信号幅度和变化趋势的特征向量，作为运行状态判 决模块的输入。
(2)运行状态判决模块的每个节点对应智能罐箱的一种运行状态，由信号预处理模块得 到的特征向量触发有限状态机的节点转换，确定当前所处的节点从而判定智能罐箱的当前运 行状态
A、 确定起始状态标志当远程监控中心首次接到新加入的智能罐箱信号、或者远程监 控中心中已有智能罐箱的数据接收超时、或者远程监控中心将已有智能罐箱的状态复位，以 上三种情况的任一情况发生时，属于未确定智能罐箱起始状态并进入步骤B，否则属于已确 定智能罐箱起始状态并进入步骤C。
B、 未确定智能罐箱起始状态，判断智能罐箱起始状态根据特征向量判断有限状态机 的当前节点，该节点对应智能罐箱所处的初始状态。同时建立智能罐箱初始状态已经确定标志。
C、 已确定智能罐箱起始状态，判断智能罐箱的当前状态根据前一时刻有限状态机的 节点以及当前时刻的特征向量，按照步骤l中确定的有限状态机节点转换关系，得到当前时 刻有限状态机的节点，该节点对应智能罐箱当前时刻的运行状态。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1是本发明智能罐箱运行状态监测方法，智能罐箱状态转换图2是本发明的确定智能罐箱起始状态流程图。
具体实施例方式
以下结合附图并通过实例对本发明提出的一种智能罐箱运行状态监测方法进行详细说明 。本例中，以LNG智能罐箱为例，该智能罐箱安装了气压变送器、液位变送器、气体变送器 、门开关、以及GPS定位系统五种电子装置，通过GPRS系统将这些电子装置采集的气压、液 位、气体浓度、门开关和速度信号传送到远程监控中心。
如图1所示根据LNG智能罐箱的运行逻辑，建立的有限状态机的节点如下
Sl空载运动；
S2空载静止；
S3空载査看；
S4装液过程；
S5满载运动；
S6满载静止；
S7满载査看；
S8卸液过程。
如图一所示，根据LNG智能罐箱的运行逻辑建立的有限状态机的节点转换关系如下 当前节点是S1空载运动，当无速度、门关条件发生时，转换到S2空载静止节点。 当前节点是S1空载运动，当无速度、门开条件发生时，转换到S3空载査看节点。 当前节点是S2空载静止，当有速度、门关条件发生时，转换到S1空载运动节点。 当前节点是S2空载静止，当门开条件发生时，转换到S3空载査看节点。 当前节点是S3空载査看节点，当门关条件发生时，转换到S2空载静止节点。 当前节点是S3空载査看节点，当压力下降趋势、液位上升趋势条件发生时，转换到S4装 液过程节点。
当前节点是S4装液过程节点，当有速度、门关条件发生时，转换到S5满载运动节点。 当前节点是S4装液过程节点，当无速度、门关条件发生时，转换到S6满载静止节点。 当前节点是S5满载运动节点，当无速度、门关条件发生时，转换到S6满载静止节点。 当前节点是S5满载运动节点，当无速度、门开条件发生时，转换到S7满载査看节点。
5当前节点是S6满载静止节点，当门开条件发生时，转换到S7满载査看节点。 当前节点是S6满载静止节点，当有速度、门关条件发生时，转换到S5满载运动节点。 当前节点是S7满载査看节点，当门关条件发生时，转换到S6满载静止节点。 当前节点是S7满载査看节点，当压力上升趋势、液位下降趋势条件发生时，转换到S8卸 液过程节点。
当前节点是S8卸液过程节点，当有速度、门关条件发生时，转换到S1空载运动节点。 当前节点是S8卸液过程节点，当无速度、门关条件发生时，转换到S2空载静止节点。 当远程监控中心接收到智能罐箱的气压、液位、门开关、速度等信号，信号预处理模块 对信号进行处理，根据信号性质不同，对各种信号进行滤波和特征信息提取，构成反映各信 号幅度和变化趋势的特征向量。将门开关信号的门开、门关信号进行二值化处理(例如0， 1 两个值)。速度信号易受环境和测试手段的影响，采用加权平均法平滑处理。液位信号受环 境影响较大，采用卡尔曼滤波方法进行平滑处理。将气压信号按时间进行差分，得到气压变 化趋势。将液位信号按时间进行差分，得到液位变化趋势。将经过处理的气压信号、液位信 号、门开关信号、速度信号、气压变化趋势和液位变化趋势构成特征向量，作为运行状态判 决模块的输入。
运行状态判决模块根据特征向量判定智能罐箱的运行状态。
(I) 确定起始状态标志当远程监控中心首次接到新加入的智能罐箱信号、或者远程监 控中心中已有智能罐箱的数据接收超时、或者远程监控中心将已有智能罐箱的状态复位，以 上三种情况的任一情况发生时，属于未确定智能罐箱起始状态并进入步骤(II )，否则属于 已确定智能罐箱起始状态并进入步骤(III)。
(II) 未确定智能罐箱起始状态，判断智能罐箱起始状态根据特征向量判断有限状态机 的当前节点，如图2所示，其中S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6、 S7、 S8对应于图l中的有限状态机 节点S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6、 S7、 S8。判断智能罐箱起始状态包括如下步骤
Tl、根据特征向量中的速度，如果无速度则执行步骤T2，否则执行步骤T7。
T2、根据特征向量中的门开关，如果门开，则执行步骤T3，否则执行步骤T4。
T3、根据特征向量中的液位变化趋势，如果是升液趋势则执行步骤T5，否则执行步骤T6
T4、根据特征向量中的液位信号，如果是空载液位则智能罐箱起始状态为空载静止(S2)，否则智能罐箱起始状态为满载静止(S6)。
T5、根据特征向量中的液位变化趋势，如果是升液趋势则智能罐箱起始状态为装液过程 (S4)，否则智能罐箱起始状态为卸液过程(S8)。
T6、根据特征向量中的液位信号，如果是空载液位则智能罐箱起始状态为空载査看(S3 )，否则智能罐箱起始状态为满载査看(S7)。
T7、根据特征向量中的液位信号，如果是空载液位则智能罐箱起始状态为空载运动(Sl )，否则智能罐箱起始状态为满载运动(S5)。
完成以上步骤，建立智能罐箱"起始状态已经确定"标志。
(III)已确定智能罐箱起始状态，判断智能罐箱的当前状态根据前一时刻有限状态机的 节点以及当前时刻的特征向量，按照前述的有限状态机节点转换关系，得到当前时刻有限状 态机的节点，该节点对应智能罐箱当前时刻的运行状态。
权利要求
1.一种危化品运输智能罐箱运行状态监测方法，其特征在于该智能罐箱运行状态监测方法，包括信号预处理模块和运行状态判决模块；具体步骤如下步骤1预先根据智能罐箱的运行逻辑建立有限状态机，确定有限状态机中的节点以及节点之间的转换关系；步骤2当远程监控中心接收到智能罐箱的特征信号时，进入如下步骤(1)信号首先送入信号预处理模块，信号预处理模块根据信号性质不同，对各种信号进行滤波和特征信息提取，构成反映各信号幅度和变化趋势的特征向量，作为运行状态判决模块的输入；(2)运行状态判决模块的每个节点对应智能罐箱的一种运行状态，由信号预处理模块得到的特征向量触发有限状态机的节点转换，确定当前所处的节点从而判定智能罐箱的当前运行状态A、确定起始状态标志当远程监控中心首次接到新加入的智能罐箱信号、或者远程监控中心中已有智能罐箱的数据接收超时、或者远程监控中心将已有智能罐箱的状态复位，以上三种情况的任一情况发生时，属于未确定智能罐箱起始状态并进入步骤B，否则属于已确定智能罐箱起始状态并进入步骤C；B、未确定智能罐箱起始状态，判断智能罐箱起始状态根据特征向量判断有限状态机的当前节点，该节点对应智能罐箱所处的初始状态；同时建立智能罐箱初始状态已经确定标志；C、已确定智能罐箱起始状态，判断智能罐箱的当前状态根据前一时刻有限状态机的节点以及当前时刻的特征向量，按照步骤1中确定的有限状态机节点转换关系，得到当前时刻有限状态机的节点，该节点对应智能罐箱当前时刻的运行状态。
全文摘要
一种危化品运输智能罐箱运行状态监测方法属于远程监控技术领域。公开了一种用于危化品运输智能罐箱运行状态的监测方法。它由信号预处理模块和运行状态判决模块组成。信号预处理模块包括信号的滤波和特征信息提取，运行状态判决模块采用有限状态机的方法对特征信息进行融合，从而判定危化品的运行状态。在此基础上针对不同的状态设计相应的信号后处理机制和报警机制，可实现对危化品运输危险状况的快速反应。
文档编号G07C11/00GK101615313SQ20091030465
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者隽 余, 唐祯安, 崔远慧, 毅 陈, 魏广芬, 黄正兴 申请人:大连理工大学