基于RFID技术的瓶装液化石油气物流监管系统

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液化石油气作为一种清洁高效的能源，已成为居民家庭生活、餐饮企业、单位食堂的主要燃料。2009年以来，北京市液化石油气爆燃事故多发，且事故责任追溯难度极大，暴露出包括液化石油气供应企业、餐饮经营单位重利益、轻安全，使用不合格或超期服役钢瓶，供应和使用掺混二甲醚的低价不合格气等重大安全隐患的行为；同时也暴露出政府相关部门所采用的传统监管方式在效率、实时性、可靠性、便捷性上都不符合现在的管理要求，不能实现对液化石油气供应和使用的全过程监管，且在事故发生后，也没有有效的技术手段实现责任的可追溯性，很难落实责任。

物联网技术的出现，为实现液化石油气钢瓶、充装企业、运输车辆和操作人员等对象的自动识别与跟踪，实现液化石油气钢瓶的注册、充装、存储、销售、检验、报废等流程的分布式监控，提供了有效的工具和手段，从而能够弥补传统监管方式在效率、实时性、可靠性、便捷性以及事故责任的可追溯性等方面的不足。因此，在液化石油气物流监管中，引入物联网相关的先进技术，实现对液化石油气物流过程的跟踪管理，督促供、用气双方落实安全生产责任，是一种值得推广应用的管理新模式。所以，全面梳理以业务流程为主导的各管理环节并相互联动形成管理链，以及选择可靠的物联网技术产品和完成系统平台设计，对实现系统使用后达到预期管理目标是至关重要的。

一、物联网技术及其在液化石油气行业的应用现状

（一）物联网技术

物联网是指通过射频识别装置、传感器、红外感应器、全球定位系统(GPS)装置、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连接起来，进行信息采集、处理、交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监测、管理和控制的一种网络系统，是在互联网基础上的延伸和扩展。

随着物联网技术的发展，在各领域的应用也日渐展开。特别是条码技术和射频识别技术在身份识别和物流跟踪等方面应用得越来越成熟。

1.条码

条码是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。条码标签可以制作在普通纸张、不干胶材料、塑料、陶瓷等材料上，适应各种不同的应用环境。

条码包括：一维条码和二维条码。

一维条码：在一个方向（普通是程度方向）表达信息，而在垂直方向不表达任何信息。特点是数据容量较小，最多30个字符左右，一般只能包含字母和数字；条形码尺寸相对较大（空间应用率较低），且遭到损坏后便不能阅读。一维条码广泛应用于商品和物流管理等场合。

二维条码：在程度和垂直方向的二维空间存储信息的条形码。跟一维条码相比，二维条码容量大；可以存储文字、字母、数字等信息；具备防伪功能；识别速度较一维条码低；二维条码适合应用在一次性写入信息场合，比如身份证件、火车票证等。

2.射频识别技术（RFID）

射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，是一种非接触式自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。应答器即是常说的电子标签。电子标签的种类很多，通常根据其工作频率、供电方式等的不同，有不同的分类方式。

（1）供电方式分类

无源标签：在标签内没有电池，数据传输时需要从外界获取能量。在通常状况下标签处于无源状态，当进入阅读器的有效范围内时，标签能从阅读器发出的能量场中获取其工作所需的能量，从而完成跟阅读器的信息传送。

有源标签：在标签内装有电池，标签工作的电源完全由其内部的电池供给，同时电池的能量供应也部分地转换为电子标签与阅读器通信所需的射频能量。

（2）工作频率分类

低频：工作频率范围为30kHz - 300kHz，典型的工作频率为125kHz、133kHz。低频标签一般为无源标签，阅读距离较短。主要应用在畜牧业养殖跟踪等方面。

中高频或成为高频：工作频率一般为3MHz-30MHz。典型工作频率为13.56MHz。高频标签一般也采用无源方式为主，阅读距离一般比较近。主要应用在电子车票、身份证件等方面。

超高频：工作频率为433MHz、860MHz到960MHz之间，超高频系统通过电场来传输能量。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要应用在供应链、航空包裹的管理等方面。

微波：常用的工作频率为2.45GHz、5.8GHz等。微波射频标签可分为有源标签与无源标签。多半为有源标签。阅读距离一般大于1m，最大可达10m以上。主要应用在移动车辆识别（ETC）等。

（二）国内液化石油气行业物联网技术应用现状

2005年8月17日，国家质量监督检验检疫总局、国家安全生产监督管理总局和国家环境保护总局联合颁发了《关于开展危险化学品气瓶安全专项检查整治工作的通知》（国质检特联函〔2005〕658号），要求气瓶充装单位切实落实各项安全管理制度，鼓励采用电子标签等信息化手段对气瓶实施安全管理。

2006年至2009年间，上海市基于高频的射频识别技术实现了对300万个液化气气瓶和100万个危险化学品气瓶的身份标识，建成了一个基于高频电子标签的全市危险化学品气瓶安全监察信息服务平台，实现对全市危险化学品气瓶充装、检验、配送和使用的动态安全管理。

2008年开始，北京市液化石油气公司着手开展钢瓶唯一身份标识应用研究工作。北京市液化石油气公司采用一维陶瓷条码对其自有钢瓶进行了管理。截至2009年底，市液化石油气公司已经为70万个15kg钢瓶和5000多个50kg钢瓶安装了陶瓷条码，实现了对钢瓶的动态监管。

除北京、上海外，重庆、杭州等地也都陆续开展了旨在通过电子标签技术加强危险化学品和液化石油气气瓶监管的研究和实践工作。

（三）基于rfid技术的瓶装液化石油气物流监管信息系统设计思路

先前的物流系统选择一维陶瓷条码产品，主要是考虑条码成本低、耐高温（钢瓶检验高温焚烧后仍可使用），比较适合在液化石油气钢瓶管理中使用。但也发现存在只能一对一近距离扫描，且条码损坏后无法修复等问题。同时，在自动化程度较高的转盘充装和整车运输等环节增加了人工扫码环节，增加了成本，降低了效率。

这两年，随着RFID技术特别是超高频RFID技术的发展，伴随着RFID电子标签的大量使用，标签本身的生产成本大幅度降低。基于超高频 RFID存储和群扫功能的优势，将其用于液化石油气钢瓶管理成为最优。跟陶瓷条码相比，超高频RFID除兼有陶瓷条码原有功能外，还具有存储信息、防伪、实现远距离批量扫描等优势。

所以在系统方案设计中，考虑钢瓶在液化石油气供应和使用各环节中的载体作用，建立以钢瓶运行轨迹为链的物流监管系统。电子标签方面选用无源超高频RFID电子标签，工作频率在860MHz－960MHz，标签内没有电源，只有在阅读器的有效电磁场范围内，才获取能量，比较适合危险源管理；超高频电子标签具有读写距离远、数据传输速率快、可批量读取、识读率高，满足液化石油气钢瓶批量识读的要求。

二、瓶装液化石油气物流监管系统技术思路

（一）瓶装液化石油气物流过程

液化石油气由出产地输送到用户的整个过程如图1所示。虚线中部分为瓶装液化石油气流通过程。

液化气钢瓶物流过程主要由“登记注册、充装、运输、销售、检验、报废”几个环节组成，主要涉及液化气充装单位、运输单位、销售单位、用户和检验单位等。其中充装单位居于流转过程的中心位置，与物流过程的其它单位都有联系，并负责钢瓶的登记注册、充装、定期送检和直接销售等工作，部分充装单位还会直接从事钢瓶运输。

（二）总体技术方案

液化石油气钢瓶物流管理系统将先进的物联网技术包括身份感知技术、位置感知技术、计算机通信技术、网络技术、计算机软件技术等，与信息和现代管理等技术相结合，基于对瓶装液化石油气供应系统管理的综合管理平台，利用构建的数据中心和运营商无线传输网络完成对钢瓶基本信息、充装信息、运输信息、销售信息、检验信息和监督管理等信息的采集，从而对瓶装液化气物流工程中的各方关心的数据信息进行统计分析和相关的管理。

1.系统总体架构设计（如图2）

（1）感知层

本系统通过固定于液化石油气运输车辆、钢瓶上以及给操作人员的超高频无源RFID金属电子标签实现感知对象的识别功能。在各环节配备各类阅读器，实现对瓶装液化石油气物流的智能监管。

（2）网络层/监控层

系统中，RFID手持读写设备和GPS设备采用电信运营商提供的无线数据传输网络进行数据的传输。在各个供应站点采用有线的方式接入到互联网中，和综合管理平台对接。

（3）管理层

数据通过网络层物理上到达数据中心，由数据中心提供的软硬件系统进行数据的统计和分析。

数据通过进行综合的分析和统计，在应用层为用户提供综合展现和服务。系统的各级用户都可以通过该系统进行访问。

2.数据采集

液化石油气钢瓶物流管理系统通过物联网技术手段主要管理以下各个环节的信息采集：液化石油气钢瓶登记备案、钢瓶充装环节、钢瓶运输环节、钢瓶销售环节、钢瓶回收环节、钢瓶检验环节、监督环节，以达到对液化石油气钢瓶运行安全的追踪、监督和管理（见图3）。

3.身份标识管理

为进行上述环节的管理，首先需要对液化石油气钢瓶流转环节涉及的相关人员和设备进行身份管理，包括液化石油气钢瓶、液化石油气钢瓶运输车、车辆司机、押运员、液化气充装员、液化气用户。为钢瓶和运输车发电子标签，为人员配发工作卡，为用户配发用户卡。

此外，还需要为检验站、充装场站及其工作人员、政府监督管理人员配发相应的管理设备。

充装场站：建设充装控制系统，可以识别钢瓶电子标签，并根据钢瓶的充装进行控制。

押运员：手持PDA，进行装车扫描和销售的扫描。

检验站：手持PDA，进行检验过程中信息记录和电子标签的发放。

政府监督管理人员：配发手持PDA，在日常监督中对液化石油气钢瓶进行抽检和执法检查、对液化石油气用户卡抽检。

综合信息管理平台：系统前端各个环节采集的信息通过有线和无线的网络系统统一发送到信息管理平台，实现钢瓶充装使用、定期检验和安全管理的全过程远程监测和管理。

（三）关键节点管理

1、液化石油气钢瓶电子标签安装

液化石油气钢瓶在完成登记备案后，给钢瓶安装电子标签，记录钢瓶的基本信息，包括：钢瓶登记注册代码、钢瓶产品出厂编号、钢瓶出厂日期、钢瓶型号（容积）等基本信息。

该环节应由专门的机构负责对电子标签进行初始化信息的写入，以确保信息的真实性、正确性和有效性，从而降低充装单位出现隐瞒情况、造假或修改信息等情况的可能性，保证电子标签初始信息的可信度。

2.钢瓶充装环节

在充装环节，充装控制系统首先验证钢瓶的身份信息，包括钢瓶是否在有效的使用年限内、有效的检验期内、钢瓶的产权信息；通过验证后，才可以进行充装。充装完成后系统自动将充装重量、充装员、充装时间、充装场站等信息记入钢瓶电子标签内。根据充装管理规定，充装站只能灌装本企业自有钢瓶或者托管至本企业的钢瓶。但实际上存在充装企业充装其他企业的不合格或超期未检验钢瓶的现象，一旦发生钢瓶泄漏，安全事故责任很难说清。通过电子标签技术对充装系统进行改造，将能够实现对充装行为的控制，从而避免出现混淆充装的情况。

该环节的控制将杜绝钢瓶混淆充装和充装非法钢瓶的现象，从源头上督促充装单位落实钢瓶安全管理和用户安全服务责任。

3.钢瓶运输环节

在钢瓶运输装车时，利用手持设备在钢瓶电子标签内记录运载钢瓶的车牌号和时间信息。同时在运输车标签上写入车辆所载钢瓶的信息和时间，如果与车载GPS联动，还可以实现对运输钢瓶车辆路线、去向进行监控。

4.钢瓶销售环节

销售人员用手持设备将钢瓶号和液化石油气用户的信息绑定。

5.钢瓶回收环节

工作人员用手持设备将判断钢瓶的产权信息，产权匹配后，将液化石油用户和钢瓶的信息绑定去除，并回收钢瓶。

6.钢瓶检验环节

钢瓶送至检验站时，检验人员用手持设备扫描钢瓶电子标签，得出钢瓶送检清单；检验结束后，检验人员用手持设备将钢瓶的基本信息写入钢瓶电子标签。

7.监督环节

政府监督人员定期或不定期对充装场站充装的钢瓶和液化石油气用户使用的钢瓶进行抽查或执法，发现不合规钢瓶，及时留存证据。

通过对上述环节的管理，可以实现钢瓶的有序管理；实现钢瓶的充装控制，只有合规钢瓶才能够进行充装，有效防止混淆充装和超装；实现钢瓶运输路线的监测；实现钢瓶物流过程的跟踪；实现政府监督的实时和自动化。最终可以实现瓶装液化石油气全流程监管和事故可追溯的功能。

四、总结和展望

按照上述方案建设市级瓶装液化石油气物流系统，可以为政府各部门、供应单位、检验单位提供一个安全管理的信息化交互技术平台，实现对钢瓶档案、运输、销售的自动化全过程管理，使充装单位、检验单位、使用单位和政府监管部门相互联系和沟通更便捷，大大提高安全监管工作的效率和质量。同时,该系统也可以为液化石油气用户提供一个安全验证和查询平台，向液化石油气用户提供用气安全信息。

该系统在完成主要功能的同时，还可以为供应单位的生产管理提供技术支持，实现对钢瓶充装、运输、销售、用户服务等环节在线实时调度管理和生产数据统计分析，整体提高企业生产效率和服务水平。

系统基于物联网RFID电子标签技术，形成用户、充装单位、检验单位和政府监管部门安全管理的协同机制，钢瓶流转的各个环节的信息全部被及时、有效、正确地采集和记录，并且都可以进行事后的追溯与检查；该系统将为液化石油气市场搭建一个公平和合法竞争的信息化平台，使得违规企业的任何不良行为都可以得到有效的监控和处罚，守法和诚实经营的企业建立良好的信用，从而使市场秩序逐步良性发展。

本系统的实施和推广将更加有利于公平竞争和诚实信用的市场经济秩序的建立，也能够很好地体现政府职能的转变，提高政府对企业的监督管理与服务水平。

瓶装液化石油气物流监管系统对于提高液化石油气行业政府安全监管和企业管理服务水平具有里程碑式的意义，必将引领液化石油气行业政府监管方式的未来。

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