据报道，截至 2013年9月底，中国石化所属加油站总数量为3万多座。但是加油站和油气库的管理不够规范，人为因素较多；采用机械签封罐车油箱，极易仿制和作弊，驾驶员私自卸油现象时有发生。据郑州市公安局报道，某公司油罐车司机在偏僻野地，将汽油私自卖给面包车司机，据其交代：“一车油大约1万升，放出来一、二百升不太明显，一般不容易被发现”。据统计，由于操作人员或司机忘记关闭油箱阀门、漏油造成的事故超过了34%。

油罐车活动在人口密集的大中城市，为防止卸油及事故的发生，中石化福建森美公司在其246部油罐车上安装3G视频监控系统；中石化上海分公司对管辖的三个油库、570多座加油站进行改造，130辆油罐车将先后换装电子智能锁。这些措施，都有助于油罐车的安全防范和杜绝盗油事件的发生。

城市油气储运的可视化管理系统将对行驶途中和进出油气库的油罐车以及油气库的管道和阀门实现可视化管理，及时发现和防止重大安全事故和卸油现象的发生。该系统属于石油物联网的基础设施之一。这个系统不仅对在途和进出油气库的油气罐车进行跟踪和可视化管理，而且还对油气库的阀门和管道健康状态进行可视化管理。

城市油气储运可视化管理系统组成和工作原理

系统的组成和工作原理 

城市油气储运的可视化管理系统（简称该系统）采用RFID、VFID、GPS、电子地图、车辆检测及信息综合比对等物联网技术，由门禁系统、电子智能锁、电子地磅、电子标签、通信网络和管理中心组成，见图1。

图1   油气物流的可视化管理系统的组成

信息管理中心是本系统的核心和指挥、管理、监视中心，它由服务器、工作站（含管理、通信、GIS和卡管工作站）、操作计算机、交换机、显示屏、硬盘录像机、控制键盘、光端机和打印机等，见图2。它完成数据和图像信息存储、处理、控制和显示；可对油罐车、油气管道和阀门进行全程跟踪监控和可视化管理。

图2  管理中心实景示意图

通信网络是该系统内外信息交换的桥梁，它包括内部专用网络和公用通信网络（如2G/3G/4G、宽带、移动和卫星通信网等），这些通信网络遵循各自的协议；内部网络由连接电/光缆及其接线端口、无线短程通信模块（WiFi或蓝牙）等组成。

电子标签管理站的组成和工作原理

电子标签管理站（或称卡管系统）配置有读写器、发卡工作站、交换机、打印机等，见图3。

专用读写器和卡管工作站的首要任务是将油气罐车信息数字化。油气罐车的信息很多，可选其最主要的内容进行数字化，例如，油气罐车的车牌号、车主姓名及其正面图像、身份证号、车辆自重、车架号、车身颜色等。建立车辆的基础信息表，按规定的编码方法，进行数字化。

电子标签在安装前，通过专用读写器，将它的ID号与油气罐车（或智能电子锁，或阀门管道）的车牌号（锁号或编号），一起写入卡管工作站，同时将这些数据信息传到智能车道控制器和管理中心服务器数据库中，它们被称为电子标签的“静态数据信息”。

利用电子标签ID号和防拆技术，实现电子标签的ID号与油气罐车相关信息的唯一对应关系，这种唯一对应关系是综合识别及其比对的依据。

电子标签管理站还完成电子标签的制卡、信息写入、修改、更新和淘汰、发卡、装卡、验卡、挂失、回收和注销等“全生命”过程的跟踪管理。

门禁系统的组成和工作原理

油（气）库进出口设有门禁系统，它采用射频识别（RFID）和视频识别（VFID）及其比对过滤技术，由RFID系统和VFID系统、电动栏杆、语音提示、LED显示、红绿灯、电子地磅、车辆检测等组成。

RFID系统由RFID读写器及其天线、电子标签等组成，见图4。

VFID系统由摄像机及嵌入其中数据信号处理（DSP）模块组成；RFID系统和VFID系统共用同一个智能车道控制器。天线和摄像机安装在车道的支架上，电子标签安装在油气罐车前挡风玻璃内侧。

电子标签的存储器的容量可达1024bit，其中有96bit存有识别地址（ID）号，出厂前已被锁死，不可更改，全世界唯一；电子标签安装后不可拆卸，一拆即坏；读写器对电子标签的识别距离大于12米。

当油气罐车进入RFID系统作用范围时，电子标签收到读写器发来的“询问信号”，并将其部分能量整流为直流，作为其电源，同时将ID号调制在“询问信号”上，作为“应答信号”回传给读写器，完成两者之间的信息交换。读写器从“应答信号”中解调出ID号，送到智能车道控制器；通过ID号解出油气罐车的号牌信息，被称为“动态数据信息”；它通过通信网络传到管理中心，管理中心将这些信息与“静态数据信息”进行比对。

VFID系统的摄像机采集油气罐车的图像信息，通过DSP模块的视频识别（VFID）软件，从图像中提取油气罐车的号牌信息，传输至智能车道控制器，利用嵌入在智能车道控制器中的比对过滤软件，将RFID系统和VFID系统分别识别的号牌信息进行比对，如果两者一致，智能车道控制器将发出“放行”指令，电动栏杆抬起，车通过；如果不一致，智能车道控制器发出警报信息，等待工作人员前来处理。

该系统独到之处是，采用了RFID和VFID及其比对过滤技术，不论车上是否装有电子标签，都能完成对车的自动识别。

手持终端的组成和工作原理

图5  手持终端

手持终端是一套便携式信息采集、处理平台，它包括RFID读写模块、条表码识别模块、摄像头及其VFID号牌识别模块、紫蜂（ZIGBEE）短程通信模块或WiFi模块、2G/3G/4G通信模块、GPS模块、键盘、显示屏，见图5。手持终端用于智能锁、管道和阀门安全检测。

RFID读写模块完成对油气罐车（或智能锁）上的电子标签数据信息的采集和识别，车上电子标签的ID号对应其车牌号；智能锁内的电子标签的ID号对应其锁号。

条码识别器完成对条码（包括司机驾驶证的条码）数据信息的采集和识别。

摄像头及其VFID号牌识别模块完成对油气罐车的号牌信息的采集和识别。

ZIGBEE短程通信模块的工作频率为2450MHZ，作用距离20米—1公里，由锂电池供电，为节电，ZIGBEE平时处于睡眠状态；手持终端的ZIGBEE模块完成与智能锁、管道和阀门安全检测的信息交换。

需解决的技术问题

该系统所采用的技术和设备大多是比较成熟的，完全可以实现。但是也采用了部分关键技术，包括专利技术，其中部分处于国内先进水平。

综合比对技术——防止舞弊现象的发生

如果油罐车不法司机与油气库工作人员串通舞弊，实际装油量超过发油单的量，或是伪冒罐车进库加油。本技术就是为了抑制这种现象的。
       •称重比对
       门禁分系统利用电子地磅，采集进出门禁的油罐车的重量信息（包括载油罐的卡车和油罐的自重及加油后的总重），并与油罐车装油清单比对，防止舞弊现象的发生。
      •“车签唯一对应”
利用电子标签ID号的唯一性、数据加密和防拆技术，将油罐车的车牌号与电子标签的ID号捆绑在一起，实现油罐车与电子标签唯一对应的关系，即“车签唯一对应”。这是油罐车防伪的基础。
      •RFID和VFID信息的比对过滤

利用RFID读写器采集和识别油罐车号牌的数据信息；通过摄像机DSP模块及其VFID软件，采集和识别油气罐车的图像信息，提取号牌信息；将两种信息送入智能车道控制器，利用嵌入在智能车道控制器中的比对过滤软件，进行比对，滤除干扰，去伪存真。

通过以上三种综合比对技术，防止舞弊现象的发生。

电子智能锁防盗

电子智能锁内置有GPS模块、无线通信模块、2G/3G/4G通信模块，每个电子智能锁都有全系统唯一加密的电子锁号。电子智能锁通过2G/3G/4G通信模块和GPS模块，与管理中心进行信息交换。管理员按预先规定的行驶路线、行驶时间以及信息回传间隔，对电子智能锁进行设置；信息管理中心通过GPS、GIS，实时跟踪、监控、显示油气罐车的行驶路线，如果偏离、超时或擅自开锁，电子智能锁都会报警。

油气罐车到达目的地后，管理员利用手持终端，通过无线通信模块读取电子智能锁信息，与预存的相关信息（包括预置的GPS行驶路线）进行比对；如果相符，手持终端中的无线通信模块给电子智能锁的微控制器发出开锁信号，打开电子关锁；否则，不能打开关锁，并发出报警。

阀门和油气管道健康的监测

压电陶瓷(PZT)传感器的体积小、重量轻、成本较低，可粘贴在油气管道和阀门的表面，每个PZT传感器都有一个唯一的ID号；传感器与ZIGBEE模块相连，构成一个检测点，传感器的ID号存入ZIGBEE模块微控制器的存储器并被加密；PZT传感器采集阀门和油气管道的实时健康数据信息，定期（或按指令）存入ZIGBEE模块微控制器的存储器的用户区。

油库工作人员携带手持终端，到每一个检测点进行信息采集。当手持终端进入ZIGBEE模块的作用范围时，与传感器集成一体的ZIGBEE模块被叫醒，并与手持终端进行信息交换，ZIGBEE模块将阀门（或油气管道）的ID号和健康数据信息调制在射频信号上，作为“应答信号”，返回给手持终端；手持终端从“应答信号”中解调出“编号”和健康数据信息，存入智能控制器并进行处理。

手持终端的摄像头同时采集阀门和油气管道及其周边的图像信息。
手持终端所采集的数据和图像信息、GPS位置信息，通过2G/3G/4G通信模块，传到管理站和管理中心，与阀门和油气管道的健康状态的历史信息进行比对；根据比对结果，向各管理站和相关工作人员下达相关操作指令。

参考文献：
 [1]黄鹏，杨云志，李元忠等. “物联网”推动RFID技术和通信网络的发展”[J].电讯技术，2010,50（3）：85-88.
 [2]周永，杨云志，李元忠，朱宏“利用RFID和VFID技术实现卡车和集装箱自动识别管理系统” [J].电讯技术,2014,54（4）：379-384.
 [3]马勇,朱宏,杨云志等.“射频识别技术在军事物流领域的应用”[J].电讯技术,2008,48(9):119-122.
 [4]李元忠，杨波，叶飞,韩宁“物联网关键技术在综合保税物流园区管理中的应用——自动识别管理系统简介”《物流技术》(装备版)2011年第12期.
 [5]王书海，张静，刘艳明，陈书旺带有GPRS 数据传输的石油管道检测系统设计”《河北科技大学学报》第３１卷第２期，2010年4月.

（作者单位：李元忠  朱宏  李朗  蔡宗联/四川新源现代智能科技有限公司；林睿南/中国石油大学）

2016年《中国自动识别技术》第2期总第59期