1.引言

特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场（厂）内专用机动车辆。特种设备作为国民经济建设的重要基础设备和人们生活的重要基础设施，具有数量大、涉及环节多、工作环境复杂等特点，为特种设备安全管理带来了一定难度。

根据特种设备安全管理应用需要，研究特种设备安全物联网体系架构及具体应用方案，为特种设备安全管理提供技术手段支撑。

2.特种设备安全物联网体系架构

特种设备安全管理物联网体系构划分为物理层、感知层、网络层、应用层和用户层，如图1所示。

图1  特种设备安全物联网体系架构

物理层是特种设备安全物联网智能识别与管控的物理实体，可分为机电类（电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施等）与承压类（气瓶、压力管道、锅炉等）特种设备两大类别。

感知层主要基于RFID技术实现对特种设备的标识与感知。其中：特种设备专用RFID电子标签实现对特种设备的唯一标识，并存储与特种设备对应的基础信息，如设备编号、注册登记信息、检验信息等；特种设备专用RFID读写设备实现对特种设备电子标签的读写操作，对特种设备生产、使用、检验等环节关键信息的自动识别与采集。感知层采用的RFID技术应具有较高的安全防护等级，满足特种设备在多种复杂条件下的应用需求。

网络层是实现信息上传下达的数据通信手段，包括Internet、无线网络、移动通信网及其他网络形式。

应用层依托基于RFID技术的特种设备安全监控系统，并纳入特种设备公共信息服务平台进行统一管理，实现对特种设备生产、使用、检验、安全监管等环节的动态跟踪、智能管控。

用户层通过访问特种设备安全物联网信息服务的人机交互界面——特种设备公共信息服务平台，获取相关信息服务。用户层主要用户包括特种设备生产单位、使用单位、检验机构、安全监管部门等。

3.特种设备安全物联网应用解决方案

目前，工业气瓶、车用气瓶、电梯等特种设备领域已有物联网感知RFID技术的应用，形成了特种设备安全物联网的雏形。本文以车用气瓶为例，阐述特种设备安全物联网应用解决方案。

3.1技术方案

车用气瓶属于高压容器，所盛介质天然气易燃、易爆，充装、储存、运输、使用等过程环境复杂、环节多、易出事故。特别是由于非法改装、非法充装等问题，车用气瓶使用存在一定的安全隐患，对城市公共安全造成危害。

基于特种设备安全物联网体系架构，研究车用气瓶安全管理的具体应用方案，如图2所示。

图2  基于RFID的车用气瓶安全管理应用方案技术架构

物理层主要是应用于出租车、公交车、部分私家车上的车用气瓶。

感知层关键技术包括车用气瓶用RFID电子标签、车用气瓶专用RFID读写器技术。车用气瓶用RFID电子标签可工作于-15℃～50℃范围内，读写距离大于2厘米，标签接到指令后做出一次响应所需时间应不大于1s，并具有数据加密算法，防止标签内数据篡改等非法操作；车用气瓶专用RFID读写器具有防爆等高安全防护等级，满足车用气瓶加气站防爆安全要求，是车用气瓶充装、检验等环节信息采集、验证气瓶合法性的重要工具。

网络层关键技术包括无线通信技术、Internet技术等。无线通信技术采用433MHz无线频率进行通信，是车用气瓶专用RFID读写器与加气机之间的通信方式。

应用层关键技术主要包括Web Service、XML、SQL Server数据库、C# 、asp.net等技术，是实现车用气瓶安全管理功能的支撑研发技术。应用层可控制加气机实现自动充装，并可实现对车用气瓶改装、充装、检验、监管等信息化管理。

用户层的车用气瓶改装企业、充装企业、检验机构、安全监管部门等，利用Internet网络实现对应用层的访问，实现对车用气瓶基于物联网技术的智能管控。

3.2应用现状

目前上述解决方案已在山东省内17地市的车用气瓶领域成功应用，具有先进合理、使用经济、稳定可靠等诸多特点。通过应用，超期未检气瓶、报废气瓶、违规安装的气瓶等安全隐患得到了控制，有效保障了车用气瓶安全。

4.小结

特种设备以每年20%的速度增长，与经济社会发展的关系日益密切，据统计，以特种设备为主要生产设备的行业的主营收入约占GDP的64.13％。因而特种设备的安全管理日益重要，但由于涉及生产（包括设计、制造、安装、改造、维修）、使用、检验、安全监管等多个环节，管理难度较大。

物联网通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

本文研究提出了特种设备安全物联网体系架构，及车用气瓶安全管理的实际应用解决方案，将车用气瓶改造、充装、使用、检验、监管等环节纳入统一的、智能化的管理体系，使车用气瓶在流转过程中均能得到有效的安全验证，实现对车用气瓶精准、高效管理，保障了车用气瓶安全。

物联网技术在车用气瓶安全管理上的成功应用表明：物联网技术是实现特种设备安全管理的有效支撑技术，有利于保障特种设备安全，服务国家经济发展和社会生活。