[01343681]基于北斗系统的主动式集装箱监测基础技术研究

1. 项目研究背景 随着世界经济全球一体化的步伐进一步加快,集装箱运输以其具有装卸效率高、运输价格低、货损货差小等优点已逐渐成为世界各国所公认的重要货运手段。然而在集装箱运输日益发展的同时,其安全性也引起了港口与航运界的密切关注,尤其体现在危险品运输、冷藏货物运输、军用物资运输、集装箱偷盗和集装箱偷渡等方面。如何采用先进的技术手段对集装箱运输全过程进行实时动态监测,对确保集装箱运输的安全性和有效性有着十分重要的意义,因此迫切需要研究开发集安全监控、调度指挥、协调运营等功能于一体的主动式集装箱监测技术,从而提高集装箱的使用效率和运输的安全性,提升集装箱物流的服务水平,有效防止偷渡、走私及恐怖活动等事件的发生,促进交通运输业更好更快发展。 本项目旨在对集装箱主动式监测系统进行研究,特别是危险品、军队物资集装箱的全程主动监测,解决监测系统中的关键技术问题,构建一个监测原型系统,为应用开发奠定技术基础,从而让集装箱相关各方能随时监测集装箱当前的状态并能对集装箱运输进行调度。 2. 项目研究内容 本项目将集装箱脱离载运工具作为一个独立的运输实体,研究集装箱从运输起点开始,到运输终点的全程无缝监测技术。另外考虑到我国北斗系统发展迅速,本项目充分利用北斗系统集定位、通信于一体的特点,研究基于北斗系统的主动式集装箱监测系统,为集装箱运输提供安全保障。针对项目研究目的,研究内容包括如下： （1）北斗系统在集装箱运输监测应用的可行性分析 （2）应用北斗系统的集装箱监控终端网络技术研究 （3）组建基于北斗系统集装箱主动式监测网络方案 3. 项目研究关键技术 根据 本项目研究内容,充分利用现有相关的研究成果,总结出 本项目研究关键技术包括如下： （1）提出了基于北斗系统的主动式集装箱监测系统原型方案。 （2）设计了北斗系统与无线传感器相结合的集装箱监测终端硬件系统和软件系统方案,并予以编程实现。 （3）对集装箱监测中心的软件功能、平台方案选择进行了研究,利用ArcGIS设计了监测中心软件。 （4）实现了集装箱监测完整通信链路,包括：多集装箱下的状态相关自适应的通信算法、北斗系统卫星通信链路、北斗服务运营网络通信、监测中心服务访问。 （5）利用无线传感器进行集装箱精确定位,包括集装箱无线传感器网络节点定位实现,集装箱无线传感器网络节点定位技术实验。 （6）集装箱危险品运输风险预警模型与仿真：非平稳状态下危险品在途状态指标的预报,建立模型、预报和预警实验。 4. 主要技术成果 本项目取得的主要技术成果有： （1）提出了一个基于北斗系统的集装箱主动式监测原型系统：通过分析集装箱监测的研究现状,结合我国北斗导航通信系统,将多种定位方式、多种通信方式进行比较分析,提出基于北斗系统的集装箱主动式监测原型系统,再考虑到集装箱被遮挡无法进行卫星通信问题,使用无线传感器网络将多个集装箱终端连在一起,以代理通信的方式完成信息的发送。 （2）应用北斗系统的集装箱监测终端的设计与实现：采用STM32W108无线传感器模块,结合各种集装箱信息采集模块,使用uCOS-II嵌入式操作系统,在IAR Embedded Workbench IDE环境下编程,完成集装箱监测终端对集装箱各种信号的采集以及无线传感器网络组网;另外,通过串口与北斗终端相连,完成定位和通信申请。 （3）基于北斗系统的集装箱监测中心的设计与实现：使用C#开发语言,采用SQL Server 2005为系统数据库,选用ArcGIS Engine为地图显示平台,并结合北斗运营服务中心提供的北斗定位和通信数据服务,实现了集装箱位置跟踪、状态监测显示、历史轨迹查询、自动报警等功能。系统能帮助集装箱调度中心快速掌握集装箱的位置信息和状态信息。 （4）利用无线传感器对集装箱进行精确定位：在集装箱堆场或船舶甲板上,由已知位置的集装箱监测终端、工作人员手持终端组成的无线传感器网络,采用RSSI测距方式对一个未知位置的集装箱进行精确定位,以帮助现场应急处理人员迅速找到该集装箱以处理该集装箱的险情报警。 （5）集装箱危险品运输风险预警模型：将时间序列分析应用到船舶危险品运输安全预警中,用时间序列的方法研究样本数据之间的相互关系,并用ARIMA方法对呈上升趋势的CO浓度进行建模、分析、预报。实验证明,模型拟合良好,预报值合理可靠。说明时间序列分析在危险品在途状态的短期分析中效果显著,进而可以为实现船舶危险品运输的安全预警提供重要的依据。