淺談CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車安全監(jiān)管系統(tǒng)平臺的開發(fā)與應(yīng)用
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論文導(dǎo)讀：根據(jù)系統(tǒng)的整體設(shè)計思路，我們采用基于Microsoft.NET的SOA分布式技術(shù)架構(gòu)，通過WPF、WCF、WF網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)，結(jié)合嵌入式計算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)、電子簽名技術(shù)、RFID電子標(biāo)簽技術(shù)（自主研發(fā)的RFID電子標(biāo)簽和專用的RFID讀寫器）、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、無線傳感技術(shù)、移動開發(fā)技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)、太陽能應(yīng)用技術(shù)，將各種終端數(shù)據(jù)、文件、消息實時進(jìn)行交換，保證各相關(guān)單位相關(guān)信息的同步，實現(xiàn)對相關(guān)車輛的電子監(jiān)管。《CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車安全監(jiān)管系統(tǒng)平臺》具有相關(guān)企業(yè)投入成本低、可以在終端直接有效地控制加氣站的加氣機的加氣行為，杜絕車輛氣瓶過期充裝、報廢充裝、套牌充裝、不做安全檢查充裝，CNG雙燃料汽車(氣瓶)安裝單位、銷售單位、檢驗單位、加氣站相關(guān)單位的車輛及氣瓶數(shù)據(jù)自動實時同步，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和有效。國內(nèi)關(guān)于CNG雙燃料汽車基于發(fā)改委、安監(jiān)、公安、交通、質(zhì)監(jiān)、公用事業(yè)6大行政監(jiān)管部門角度、多部門協(xié)同監(jiān)管基于結(jié)合嵌入式計算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、SOA分布式信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)、電子簽名技術(shù)、RFID電子標(biāo)簽技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、移動開發(fā)技術(shù)和無線傳感網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)管系統(tǒng)國內(nèi)尚未見報道。
關(guān)鍵詞：壓縮天然氣，RFID電子標(biāo)簽，無線傳感網(wǎng)技術(shù)
1、背景及意義
壓縮天然氣(CompressedNatural Gas,簡稱CNG)是天然氣加壓并以氣態(tài)儲存在容器中，主要成分為甲烷（CH4）。它與燃用汽油相比具有儲運量小、安全性高、抗暴性能好等優(yōu)點。CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車具有很好的環(huán)保效果，使用CNG替代汽油作為汽車燃料，可使CO排放量減少97%，CH化合物減少72%，NO化合物減少39%，CO2減少24%，SO2減少90%，噪音減少40%。而且CNG不含鉛、苯等制癌的有毒物質(zhì)。CNG(壓縮天然氣)作為汽油替代燃料在我國經(jīng)歷多年的試驗、示范后，現(xiàn)已進(jìn)入較大范圍和規(guī)模的推廣應(yīng)用階段，取得了顯著的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益，CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車的應(yīng)用目前正朝著更廣泛、更成熟和更深入的方向推進(jìn)。目前江蘇CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車已經(jīng)將近10萬輛。隨著“川氣東輸”和“西氣東輸二期工程”的順利實施，CNG汽車的發(fā)展勢頭還將更為迅猛。為確保CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車得到正確安全使用，杜絕事故的發(fā)生，解決相關(guān)監(jiān)管部門在日常安全監(jiān)管的技術(shù)難題，建立《CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車安全監(jiān)管系統(tǒng)平臺》。該平臺填補了國內(nèi)CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車安全監(jiān)管技術(shù)的空白，屬于電子信息產(chǎn)業(yè)中軟件新技術(shù)領(lǐng)域，是傳感網(wǎng)在社會安全領(lǐng)域的典型應(yīng)用，獲得多項自主知識產(chǎn)權(quán)。
2、系統(tǒng)總體設(shè)計思路
《CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車安全監(jiān)管系統(tǒng)平臺》包括CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車使用安全動態(tài)監(jiān)管軟件、CNG(車用壓縮天然氣)雙燃料汽車氣瓶安全監(jiān)管軟件、CNG(車用壓縮天然氣)雙燃料汽車氣瓶安裝質(zhì)量監(jiān)管軟件、CNG(車用壓縮天然氣)雙燃料汽車銷售網(wǎng)上登錄軟件、CNG(車用壓縮天然氣)雙燃料汽車氣瓶充裝安全監(jiān)管軟件、CNG(車用壓縮天然氣)雙燃料汽車氣瓶定期檢驗軟件、CNG車用氣瓶安裝監(jiān)督檢驗軟件、CNG雙燃料公交車安全管理軟件、特種設(shè)備安全使用標(biāo)準(zhǔn)化管理軟件和CNG汽車加氣安全智能傳感識別系統(tǒng)共計10個系統(tǒng)，應(yīng)用范圍包括CNG氣瓶安裝單位、CNG氣瓶檢驗單位、CNG雙燃料汽車銷售單位、CNG加氣站、公交公司、出租汽車公司、汽車駕陪學(xué)校7大類相關(guān)使用單位和發(fā)改委、安監(jiān)、交通、公安、質(zhì)監(jiān)、公用事業(yè)6大職能監(jiān)管部門。系統(tǒng)整體應(yīng)用模式設(shè)計如圖2-1：
圖2-1 系統(tǒng)整體應(yīng)用模式
根據(jù)目前全國CNG雙燃料汽車應(yīng)用行業(yè)的實際運作流程，CNG雙燃料汽車銷售、安裝維保單位負(fù)責(zé)汽車登記、用戶檔案、CNG氣瓶錄入維護(hù)工作，并協(xié)助CNG雙燃料汽車使用單位向相關(guān)監(jiān)管部門申請氣瓶使用登記、汽車變更備案、安裝出廠備案，相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過監(jiān)察部門借助互聯(lián)網(wǎng)自動傳輸?shù)綑z驗單位、汽車4S店、加氣站、監(jiān)督檢驗單位，同時其余各監(jiān)察部門會自動接收到相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)上自動公示。加氣站通過讀取每輛CNG雙燃料汽車的電子登記證進(jìn)行安全檢查，自動判定車輛是否允許充裝。檢驗單位、維保4S店、安裝維保通過監(jiān)察平臺數(shù)據(jù)，完成CNG雙燃料汽車氣瓶的定期檢驗和維護(hù)保養(yǎng)，確保CNG雙燃料汽車的安全使用。建立一個完善的、全方位的CNG雙燃料汽車監(jiān)管平臺。加氣站應(yīng)用場景如圖2-2：
圖2-2 加氣站應(yīng)用場景
3、系統(tǒng)技術(shù)方案
根據(jù)系統(tǒng)的整體設(shè)計思路，我們采用基于Microsoft .NET的SOA分布式技術(shù)架構(gòu)，通過WPF、WCF、WF網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)，結(jié)合嵌入式計算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)、電子簽名技術(shù)、RFID電子標(biāo)簽技術(shù)（自主研發(fā)的RFID電子標(biāo)簽和專用的RFID讀寫器）、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、無線傳感技術(shù)、移動開發(fā)技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)、太陽能應(yīng)用技術(shù)，將各種終端數(shù)據(jù)、文件、消息實時進(jìn)行交換，保證各相關(guān)單位相關(guān)信息的同步，實現(xiàn)對相關(guān)車輛的電子監(jiān)管。
圖3-1 系統(tǒng)技術(shù)方案
4、實施效果：
《CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車安全監(jiān)管系統(tǒng)平臺》具有相關(guān)企業(yè)投入成本低、可以在終端直接有效地控制加氣站的加氣機的加氣行為，杜絕車輛氣瓶過期充裝、報廢充裝、套牌充裝、不做安全檢查充裝，CNG雙燃料汽車(氣瓶)安裝單位、銷售單位、檢驗單位、加氣站相關(guān)單位的車輛及氣瓶數(shù)據(jù)自動實時同步，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和有效。本系統(tǒng)平臺與目前市場上的主流加氣機和加氣系統(tǒng)技術(shù)完善對接，具有確保安全監(jiān)察指令有效執(zhí)行的特點。
�。�1）CNG氣瓶安裝維保單位
完善了車用氣瓶安裝質(zhì)量體系，實現(xiàn)安裝單位對安裝工作的安全性能、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性負(fù)責(zé)，通過安裝關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)的掌控，實現(xiàn)對車用氣瓶安裝過程的可追溯性，規(guī)范了汽車CNG氣瓶安裝技術(shù)檔案標(biāo)準(zhǔn)化管理，真正落實了安全責(zé)任體系，提高了操作人員的規(guī)范化水平，通過無線傳感技術(shù)建立了遠(yuǎn)程實時維保體系。
�。�2）CNG雙燃料汽車銷售單位
通過注冊登記手續(xù)，嚴(yán)格控制了氣瓶的安裝、登記手續(xù)，避免了CNG新車銷售監(jiān)管的空白，規(guī)范了雙燃料汽車銷售安全檔案的標(biāo)準(zhǔn)化管理，提高了操作人員的規(guī)范化水平；規(guī)范了雙燃料汽車氣瓶生產(chǎn)、安裝、監(jiān)檢、銷售的責(zé)任體系。
�。�3）CNG氣瓶安裝監(jiān)檢單位
完善了車用氣瓶安裝監(jiān)檢質(zhì)量體系，通過與CNG車用氣瓶安裝單位、監(jiān)管單位數(shù)據(jù)實時同步，降低了監(jiān)檢人員的工作量，得以騰出時間完善現(xiàn)場確認(rèn)工作，為CNG車用氣瓶的注冊登記提供了完善的數(shù)據(jù)保障。
（4）CNG氣瓶定期檢驗單位
完善了車用氣瓶檢驗許可證后企業(yè)設(shè)備情況、人員情況、資源情況的實時準(zhǔn)確的證后監(jiān)管，實現(xiàn)了檢驗方案的備案，完善了檢驗單位的檢驗質(zhì)量體系，檢驗單位通過軟件實時掌握了轄區(qū)內(nèi)注冊登記的氣瓶車輛數(shù)據(jù)，通過監(jiān)察平臺實現(xiàn)了定檢催檢、報廢破壞處理、檢驗情況網(wǎng)上通報，確實氣瓶安全預(yù)警機制的完善。規(guī)范了汽車安全檔案的標(biāo)準(zhǔn)化管理，落實了安全責(zé)任體系，提高了操作人員的標(biāo)準(zhǔn)化水平，監(jiān)察單位可以實時了解本地區(qū)CNG汽車、氣瓶的安全情況。通過無線傳感技術(shù)建立了遠(yuǎn)程實時維保體系。
（5）CNG加氣站
完善了車用氣瓶充裝許可證后企業(yè)設(shè)備情況、人員情況的實時準(zhǔn)確的證后監(jiān)管，完善了氣瓶充裝單位的質(zhì)量體系；實現(xiàn)了氣瓶充裝單位氣體的質(zhì)量、計量情況社會公示，完善服務(wù)體系；實現(xiàn)了充裝前自動充裝前檢查，形成充裝前檢查臺帳，大大降低了安全檢查員的工作量；直接控制了IC加氣系統(tǒng)，杜絕了人為的非法充裝，落實了安全責(zé)任體系；通過無線傳感網(wǎng)進(jìn)行車輛自動識別，保證了安全預(yù)警的實現(xiàn)；軟件自動后臺運行無需人工參與，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程電子監(jiān)管。
�。�6）CNG公交車公司
完善了公交公司車用氣瓶使用檔案臺帳，并保證了與安裝單位、檢驗單位、加氣站、監(jiān)管單位的數(shù)據(jù)同步，解決了日常管理數(shù)據(jù)重復(fù)錄入的困難；根據(jù)公交公司CNG車輛集中且危險性大、社會影響力大的特點，加強重點監(jiān)管，完善的日常管理功能完全滿足企業(yè)管理的需要；實現(xiàn)了CNG氣瓶的安全預(yù)警機制，包括安裝、檢驗、充裝、事故處理、過戶移裝、操作培訓(xùn)、日常維護(hù)等；實時了解本單位車輛充裝和安全檢查情況。
�。�7）CNG雙燃料汽車使用單位（出租公司、駕校等）
完善了車用氣瓶使用單位用氣瓶檔案臺帳，并保證了與安裝維保單位、監(jiān)檢單位、檢驗單位、充裝單位、監(jiān)管單位的數(shù)據(jù)同步，解決了使用單位日常管理數(shù)據(jù)錄入的困難；根據(jù)出租公司、駕校CNG車輛集中且危險性大、社會影響力大的特點，完善的日常管理功能完全滿足企業(yè)管理的需要；實現(xiàn)了CNG氣瓶的安全預(yù)警機制，包括安裝、檢驗、充裝、事故處理、過戶移裝、操作培訓(xùn)、日常維護(hù)等。論文發(fā)表。
（8）CNG汽車監(jiān)管單位
質(zhì)監(jiān)部門通過本平臺完成了車用氣瓶的注冊登記工作；省級質(zhì)監(jiān)部門可以實時掌握全省各市車用氣瓶的注冊登記、檢驗、充裝情況、本地區(qū)的燃?xì)廪k、安監(jiān)局通過本軟件可以實時監(jiān)控各加氣站的氣源、充裝情況；本地區(qū)交通運管、公安車管所可以通過本軟件實時掌握本地區(qū)雙燃料汽車的日常使用、維護(hù)、檢驗情況。
�。�9）CNG氣瓶監(jiān)檢單位
通過3G移動監(jiān)檢設(shè)備完成遠(yuǎn)程監(jiān)檢任務(wù)，降低監(jiān)檢員的工作量。手寫簽名杜絕仿冒想象的出現(xiàn)。便于降低安裝單位的現(xiàn)場監(jiān)檢的壓力。
5、技術(shù)創(chuàng)新點
隨著國內(nèi)天然氣市場的逐步擴大和CNG加氣站數(shù)量大規(guī)模的增加，為方便加氣站的管理，燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)一般都開發(fā)了IC加氣系統(tǒng)，在一定程度上提高了加氣速度和服務(wù)水平，提高了公司的管理水平，但該系統(tǒng)只能作為企業(yè)內(nèi)部經(jīng)營管理用，而不能代替政府部門的社會公共安全監(jiān)管。國內(nèi)關(guān)于CNG雙燃料汽車基于發(fā)改委、安監(jiān)、公安、交通、質(zhì)監(jiān)、公用事業(yè)6大行政監(jiān)管部門角度、多部門協(xié)同監(jiān)管基于結(jié)合嵌入式計算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、SOA分布式信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)、電子簽名技術(shù)、RFID電子標(biāo)簽技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、移動開發(fā)技術(shù)和無線傳感網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)管系統(tǒng)國內(nèi)尚未見報道。
本系統(tǒng)平臺具有多項技術(shù)創(chuàng)新點，首次解決了RFID行業(yè)中普遍存在的封裝工藝的難題，使用專用柔性RFID電子標(biāo)簽，在RFID電子標(biāo)簽的設(shè)計、封裝、應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性上，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，開創(chuàng)了特種設(shè)備、危險化學(xué)品專用電子標(biāo)簽的先河。同時在考慮了加氣站的實際應(yīng)用要求和汽車CNG燃燒系統(tǒng)的特點，采用無線傳感網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行100米左右車輛的遠(yuǎn)程識別和運行參數(shù)采集，從CNG汽車安全的各危險源進(jìn)行了全面控制，確保了基于RFID、無線傳感網(wǎng)、太陽能供電新技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)電子監(jiān)管的實現(xiàn)，在同類研究中填補了國內(nèi)CNG雙燃料汽車監(jiān)管領(lǐng)域的技術(shù)空白，解決了監(jiān)管中操作困難和其他關(guān)鍵技術(shù)，處于國內(nèi)領(lǐng)先。對該行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步必將起到推動作用。
�。�1）氣瓶使用登記證書專用柔性RFID電子標(biāo)簽
該RFID電子標(biāo)簽解決國內(nèi)封裝外形尺寸技術(shù)難題，首家達(dá)到40mm×15mm封裝尺寸，同時該尺寸下讀寫距離可達(dá)到10mm；獨特的防撕防偽柔性封裝方式，使RFID一經(jīng)粘貼到證書上，便不可撕下，否則電路自毀；為達(dá)到二代居民身份證具有的更高安全等級，采用ISO 14443 Type A/B通訊協(xié)議。
�。�2）氣瓶專用RFID電子標(biāo)簽
目前國內(nèi)氣瓶用RFID電子標(biāo)簽大多為卡片式，采用了標(biāo)準(zhǔn)方式封裝，使用安全等級較低的ISO 15693協(xié)議，在系統(tǒng)應(yīng)用中受到很大局限。與其相比本系統(tǒng)解決了其普遍存在的封裝工藝的某些關(guān)鍵技術(shù)，采用了獨特的水滴形工業(yè)級封裝工藝，可以適應(yīng)氣瓶的各種應(yīng)用環(huán)境(高低溫、酸堿、防水）,基于與二代居民身份證相同安全等級的ISO 14443 Type A通訊協(xié)議，采用一次性防偽懸掛式固定方式，保證了氣瓶RFID的安全和施工應(yīng)用的便利。在設(shè)計、封裝、應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性上在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，開創(chuàng)了特種設(shè)備、�；穼Ｓ秒娮訕�(biāo)簽的先河。論文發(fā)表。
（3）、加氣站專用RFID電子標(biāo)簽讀寫器
國內(nèi)目前加氣站RFID電子標(biāo)簽識讀多為采用10M網(wǎng)絡(luò)工業(yè)控制器，通過讀取RFID電子標(biāo)簽的卡號與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果控制加氣槍動作，每個加氣站需要增加設(shè)備投入十幾萬到二十幾萬。為了滿足安全監(jiān)管要求而增加了企業(yè)的經(jīng)營成本。
與其相比本系統(tǒng)采用10/100M網(wǎng)絡(luò)方式連接的讀寫器，提供了液晶顯示和完整鍵盤數(shù)據(jù)，具有的語音功能，完成系統(tǒng)的交互錄入及可以進(jìn)行個性化的語音應(yīng)用。同時獨具特色采用加氣站專用RFID電子標(biāo)簽讀寫器，對RFID內(nèi)存儲的信息實現(xiàn)穩(wěn)定、高效讀寫。將加氣站的投入成本降到現(xiàn)在的幾千元，大大降低了企業(yè)的經(jīng)營成本。
�。�4）、基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)的車輛遠(yuǎn)程識別體系
在充分考慮了加氣站防爆應(yīng)用要求，采用無線傳感技術(shù)控制汽車燃?xì)怆娔X，實時監(jiān)控車輛燃?xì)膺\行的各項參數(shù)（壓力、溫度等），保證氣瓶過期、報廢時的安全預(yù)警與提示，通過無線傳感網(wǎng)，形成基于加氣站載體的遠(yuǎn)程車輛維保體系，獨立太陽能不間斷供電設(shè)計，做到了節(jié)能環(huán)保。
�。�5）、基于SOA的分布式電子監(jiān)管體系
采用Microsoft .NET的SOA架構(gòu)下，充分解決海量數(shù)據(jù)與系統(tǒng)性能運行效率之間的矛盾，確保了基于發(fā)改委、安監(jiān)、公安、交通、質(zhì)監(jiān)、公用事業(yè)6大行政監(jiān)管部門之間的數(shù)據(jù)交換安全、高效、可靠和穩(wěn)定，做到了一套數(shù)據(jù)中心聯(lián)合監(jiān)管。
6、社會效益及前景展望
《CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車安全監(jiān)管系統(tǒng)平臺》充分考慮華東地區(qū)車用CNG的應(yīng)用現(xiàn)狀，體系完善，產(chǎn)品成熟，目前已經(jīng)在江蘇省無錫市、南京市、鹽城市得到了推廣應(yīng)用，正在逐步向省內(nèi)其他城市和安徽、浙江等天然氣資源相對充足的城市推開。并取得了一定的社會效益：通過項目的實施，形成CNG汽車在監(jiān)管中的相關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)范；監(jiān)察單位通過軟件的通知功能，下發(fā)相關(guān)通知和文件，既保證監(jiān)察指令的有效傳達(dá)，又大量節(jié)約了行政部門相關(guān)成本；通過軟件技術(shù)，將相關(guān)管理技術(shù)規(guī)范通過軟件的形式進(jìn)行傳達(dá)，保證相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的更新與使用，降低了相關(guān)單位的學(xué)習(xí)成本，體現(xiàn)了電子監(jiān)管的法律內(nèi)涵；通過嚴(yán)格的監(jiān)管體系，杜絕了非法充裝，最大程度保障了乘客、司機的人身、財產(chǎn)安全。論文發(fā)表。相信在“低碳經(jīng)濟(jì)”時代，《CNG(壓縮天然氣)雙燃料汽車安全監(jiān)管系統(tǒng)平臺》會有更廣闊的前景。
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