1 背景
1.1 基本情况
CNG气瓶是特殊的移动式压力容器。随着社会经济的快速发展和工业化规模的扩大，气瓶在我国的使用越来越广泛，形成了一个十分庞大而复杂的使用群体网络。据有关部门估计，目前某省会城市共有CNG气瓶充装站60家，气瓶总数达到30万余只。
1.2 存在问题
传统经验是根据气瓶永久性钢印对气瓶建立档案进行监管，充装站对气瓶进行充装前检查并核对档案，人工登记充装记录，对到检验期的气瓶送气瓶检验机构定期检验，检验合格的气瓶由检验机构出具检验合格报告。
这种管理方式存在许多难以解决的问题：
(一)识别全靠人工，效率低下，管理量大，从事安全监察工作人员相对其要监察的气瓶远远不能实现全部的气瓶有效监察，加之在监管过程中，由于气瓶流动性大，使用环境恶劣，钢印易磨损和被履盖等，监察人员检查每只气瓶的时间比较长，所以只能以抽查的形式进行检查，被监察到的气瓶比例不高。
(二)钢印易被造假，而且假的钢印不容易识别。在以往的监察过程中就发现有的充装站擅自改变气瓶的充装标志和检验标志的情形。
(三)气瓶的使用寿命无法科学统计。气瓶的使用寿命是以充装次数进行设计的，现有的管理模式无法统计气瓶的充装次数，从而无法按充装次数来确定气瓶的使用寿命，只能以气瓶检验来判定是否能继续使用，这种方法针对性较差。
(四)钢印容易磨损，造成钢印无法识别，使监管、充装检验都非常困难。
(五)不能实现监察、充装、检验数据的动态管理，易出现监管盲区和死角。充装过期气瓶、报废和非自有产权气瓶，假冒气瓶安装合格和气瓶使用登记证，充装站不按规定进行充装前后检查，充装记录不真实等现象屡禁不止。
由于CNG气瓶量大面广，流动性强，安全监管难度大，稍有不慎，就会酿成群死群伤的重特大事故，安全形势异常严峻，所以遏制气瓶事故多发的势头，解决目前存在的问题，创新气瓶安全监管手段已成为当务之急，必须改变过去的管理模式，走一条科学合理、高效可靠、全面动态的CNG气瓶安全监管新路径。
1.3 解决办法
鉴于气瓶安全使用的严峻形势，国务院、国家质检总局先后颁布了《特种设备安全监察条例》、《气瓶安全监察规定》和《气瓶安全监察规程》等法律法规，对气瓶管理的各个环节进行了严格的规定。
从目前气瓶安全监管存在的问题分析，气瓶安全事故屡禁不止的主要原因在于动态监管手段落后，而气瓶电子标签动态监管系统就是解决监管手段落后难题的有效办法。气瓶电子标签动态监管系统是利用目前国际先进的了RFID技术对气瓶进行标识和管理，结合微电子技术、计算机技术、网络技术和自动控制技术，在每只气瓶上安装一枚电子标签，赋予每只气瓶唯一的“电子身份证”，将气瓶信息、充装信息、检验信息、使用信息和监察信息固化于电子标签中，“一瓶一证”，“一瓶一档”，有据可查，对气瓶进行动态追踪管理和控制。
各地的成功经验已经证明，实施气瓶动态监管有利于规范气瓶管理，有效控制“问题气瓶”的流传，遏制气瓶使用环节的安全隐患;有利于摸清监管底数，使安全监察部门“心中有数”，安全监管“有的放矢”;有利于规范充装行为，遏制违规充装;有利于延伸监管触角，使气瓶安装、注册、充装、检验、报废等环节形成动态监管闭环。
通过系统建设，使不合格或存在安全隐患的CNG气瓶无法进行充装，从而大大降低事故发生的可能性。本系统将充装站点也纳入管理范畴，在控制CNG气瓶充装的同时，也对站点进行安全性及工作状态监控，在更大范围上降低安全事故的发生，从而使CNG燃料得以更广泛更安全的使用与推广。
2 建设目标
建设目标有以下六个方面：
(一)建立动态监管管理平台，将气瓶电子标签管理系统建成一个面向政府监管部门(能源、质检、工商、安监、公安、交委)与事业单位(清洁汽车产业协会、特种设备安全管理协会、特种设备检验院)和气瓶管理单位(气瓶改装企业、气瓶充装企业、气瓶检验机构)、气瓶使用企业和金融支付机构(城市一卡通)联网的全市统一的CNG气瓶安全公共服务平台，最终实现“车、瓶、气、人、场站、设备”的统一监管。
(二)为全市每个CNG气瓶配发一枚身份证(电子标签),将电子标签、气瓶、车辆绑定在一起;建立车辆、气瓶完整信息及全生命过程档案信息，记录其改装、充装、检验、复装、监检、报废等过程每笔记录。
(三)改造充装站的售气机，充装人员用手持机对标签信息进行读写、并对充装枪进行控制，对符合条件的气瓶打开加气枪充装，不合格气瓶加气枪不能打开，并显示不合格原因，从而实现对气瓶安全充装的动态管理。
(四)系统可以跟踪非法的充装，并根据规则自动或手动设置黑名单，杜绝不合法气瓶的充装。
(五)提供不同使用单位的查询统计功能，为政府部门、充装企业提供决策分析，气源分配，人员分配提供有力的科学依据。
(六)采用城市一卡通进行金融支付功能，符合政府倡导的一卡多用功能，而且方便用户充值，保证企业的资金安全。通过利用一卡通的充值网络，减少政府、企业投资，减少用户购卡费用。
3 方案概述
3.1 系统综述
运用射频识别技术(本方案采用高频13.56MHz RFID)、数据加密技术、大型数据库技术、防爆技术和嵌入式操作系统技术，研发的全新的气瓶动态安全监管系统。系统对气瓶使用的全生命周期的各个环节进行实时动态监管，对气瓶安全充装全过程进行智能控制和信息处理，解决了传统人为监管手段的不足，为安全监管部门提供了全新的技术手段，有助于保障人民生命财产安全和社会的和谐稳定。电子标签、无线手持识别设备、智能控制器、智能传输器、以市为单位的数据中心等硬件和监控系统、相关管理系统等软件构成了整个系统。系统兼具CNG流量、气压管理、金融支付等功能，在不对充装站现有设施进行较大改动的情况下，即可安装和应用。
3.2 系统构架
3.2.1 系统体系图
3.2.2 干系人图
3.2.3 系统拓扑图
3.2.4 业务流程图
3.3 系统功能
3.3.1 实施单位——CNG气瓶改装厂
改装气瓶信息录入：根据司机提供的《行驶证》、《身份证》等证件，在改装合格后，在市质监局或监管部门授权单位监督下，由改装责任人将改装的车辆信息(如车牌号码、发动机号和车架号)、气瓶安装单位、改装人员等相关信息及所改装的气瓶信息如气瓶参数等录入并上传到数据中心保存。该信息作为检验机构监督检验、注册、发放电子标签的原始数据。
对气瓶安装单位，系统提供数据查询、统计等功能，如统计出本气瓶安装单位某一时段内改装的车辆数量、复装的气瓶量、改装人员某一时段的工作量以及改装和复装的气瓶类型等数据。
3.3.2 实施单位——CNG充装站
一、安全充装管理
充装站充气前，充装人员首先应通过手持识别终端扫描气瓶电子标签读取相关信息并逐项比对自动分析这些信息，如判断该气瓶是否合法、是否在有效检验周期内等，如果合法，自动启动加气机的充装功能，自动记录该次充装数据，通过无线传输技术传输到智能传器，智能传输器自动上传到数据中心，即时完成充装记录自动记录和上传，最终使非法气瓶不能得到充装。
对于外地车辆，可采用外地车标签进行加气，并将车辆车牌号、发动机号、车架号等信息录入手持机，上传监管系统;同时，提醒车主在一定期限内到相关检验机构加装电子标签，否则逾期不予再次加气。
在车辆充装时能对离检验周期30天内的气瓶自动通过手持识别终端发出提示，如显示：“离检验时间还有24天”，提醒车主及时将气瓶送检。对到期未检气瓶将不予充装，迫使其进行检验，有效提高气瓶的定检率和充装安全性。
控制流量和压力，在流量超出气瓶登记的容积情况下自动断气，控制非法加瓶的情况发生。对于超压充装的情况进行报警。
系统具有联网与离线情况下都能充装的能力，离线模式下，手持机可存储至少15天内数据信息，智能传输器可存储至少1年内数据信息。
二、多种金融支付方式
(1)一卡通支付
对持有城市一卡通卡的用户，可以直接在充装站上的手持机进行刷卡消费，充装站与城市通卡有限公司结算。
(2)银行终端支付
用户可以选择银行支付终端进行金融支付。
(3)记账支付功能
当公交车在自有产权的充装站充装时，可以实现电子记账支付。
当签约客户在指定的充装站充装时，可以实现电子记账支付。
三、作业人员管理
落实作业人员责任，杜绝无资质人员操作加气机，对取得作业证的人员发放工作人员卡或其它等效方式，实行识别后才能操作加气机，每条充装记录责任落实到每个人。在方便站内进行人员管理的同时也方便监管部门监管作业人员。
四、数据管理
实现充装站管理人员对充装人员考勤数据和充装数据等的统计分析，如站内充装工作人员某时段工作量、某时段充装车辆数、每只气瓶充装情况等信息进行统计和查询。对资格证即将到期的充装人员进行提醒以便及时办理相关手续。
3.3.3 实施单位——CNG气瓶检验站
一、检验管理
检验前能通过检验终端核对所检气瓶的合法性，拒绝非法气瓶的检验。系统通过录入检验数据上传到数据中心，更新气瓶下次检验时间，只有检验后的气瓶才能更改下次检验时间，同时提供打印检验合格证等功能。
实现气瓶每次检验数据、电子标签数据的可追溯性。
二、电子标签发放
检验站或其它监管部门授权的单位为经过气瓶安装单位、检验机构、监管部门注册登记的合法气瓶发放电子标签并进行写入下次检验日期、充装次数、车牌号、对应车型等车辆、气瓶信息。
三、数据管理
检验机构可进行相关的查询统计工作。通过检验站管理系统，可查询所辖区域的CNG气瓶信息，如某一时段应检气瓶数量，以及每只气瓶对应的车辆牌号、发动机号、车架号、车辆所属单位和车主姓名及联系方式等。
3.3.4 政府部门系统
系统为不同部门提供不同的功能和信息。
能源办：
(1)远程设置不同类型车辆加气时段;
(2)根据天然气资源供需状况，远程控制不同改装厂可改装的车辆数量;
(3)根据数据中心信息，负责CNG改装车合格证的登记和发放;
(4)通过决策分析系统，为新建站选址提供决策依据。
质监：
(1)核实车辆气瓶相关数据，授权相关企业发放使用登记证，发放电子标签;
(2)利用CNG气瓶巡查系统，对CNG汽车改装质量和CNG气瓶充装进行检查;
(3)监管站上的特种设备和相关作业人员。
工商：
(1)利用系统登记信息，可对CNG汽车改装企业进行工商登记手续、经营范围等检查;
(2)打击无证改装等违法行为。
安监：
(1)发布清洁汽车方面的安全信息
(2)查询各充装站、清洁汽车和气瓶的相关信息
(3)统计分析相关数据;
(4)实现对CNG改装汽车、CNG加气站和CNG改装的综合监管。
公安：
(1)对CNG车辆注册登记和备案;
(3)查看改装信息，核对证件、车辆车牌号、发动机号和车架号，核对电子标签，完成年审，并将数据录入CNG监管系统;
(3)针对二手车辆，将车牌号、发动机号、车架号等信息变更录入CNG监管系统，上传数据中心;
(4)应用系统的查询功能，掌握被盗CNG汽车去向，设置黑名单，在全省范围及相邻省份使其无法加气;另外，通过及时报警系统，跟踪正在加气的被盗车辆，迅速对犯罪人员进行定位和实施抓捕。
交委：
(1)对营运CNG车辆管理;
(2)系统可自动分析涉嫌非法营运车辆的信息，为交通执法人员打击黑车提供线索。
通卡：
(1)发卡，充值;
(2)小额电子钱包;
(3)清算金融支付结算业务。
3.3.5 事业单位系统
各事业单位(清洁汽车产业协会、特种设备安全管理协会、特种设备检验院)可以统计本单位所要的数据报表。
如清洁汽车产业协会可以生成相关统计报表，为产业发展提供科学依据;特种设备安全管理协会在配发充装人员工作证的同时，生成相关数据报表;特种设备检验院利用系统实现监督检验院的气瓶检验，统计气瓶的检验数据等。
3.3.6 数据中心
一、存储功能
数据中心存储全市所有数据，包括各分系统上传的数据，同时为各种程序提供各种数据服务。接收充装站、检验站、气瓶安装单位上传的数据，同时为这几个系统提供数据服务，包括查询、更改数据等。
二、管理功能
发放管理标签(充装人员授权标签、设置标签、外地车标签等)，并在数据中心备案，对标签进行黑名单设置;
管理系统的基础数据。包括地区代码、设备信息，场所信息，人员信息、气瓶类型等;
系统用户和权限管理。为不同的用户分配不同的功能权限和数据权限;
查看系统日志及运行情况;
能跟踪非法电子标签,发布、查阅监管信息。制订各种管理规则;设置各种系统参数。
三、监管功能
监管气瓶安全充装;通过图表等方式及时反映充装站的状态，包括每个充装站、每台售气机、每支加气枪、每个工作人员、每辆车的充装情况。具体如下：
(1)通过本系统即可完成对每只车用气瓶全生命周期的实时动态监管。
(2)可通过数据中心实时监控各地充装站的工作情况，可以细化到每一台售气机、每一把加气枪、每一支正在充装的气瓶、每一辆正在充装的车辆和每一个正在进行充装操作的工作人员，实现真正意义上的动态监管。
(3)安全监察人员可根据监管工作要求，通过手持巡查终端检查车载CNG气瓶，获取相关数据，及时发现不合格气瓶，有效消除安全隐患。
四、统计报表功能
根据各个政府部门、充装企业、使用客户的需要，可生成各种查询、统计及决策报表，能以图表类型，如柱状图、饼状图等方式表现出来。
五、智能服务功能
通过远程设置各个系统的参数，如私家车加气时段的设置，可以远程设置马上生效达到高效科学管理的效果。
通过数据挖掘，统计分析，以达到科学调配CNG资源，包括气源的分配，新建CNG站的布点等提供科学依据。
六、政务服务功能
系统的一部分功能可以设置在政务大厅，如CNG气瓶资料的审核，使用登记证的办理等，可通过接口在政务大厅实现，即可方便车主办理也提高政府的行政效能。
3.3.7 充装企业
对于拥有多个充装站的企业，可以通过登录账户对所属的充装站进行统一管理。
此系统中可以实现充装站的所有软件功能外，还可以通过数据挖掘，统计分析，以达到科学调配公司资源功能。
3.3.8 气瓶大户
具有大量气瓶的企业，如公交公司、驾校等，系统提供更为丰富的气瓶管理功能，如周转瓶、报废瓶的管理。
同时为与这些公司签订了协议的充装站实行记账消费和结算功能。
3.3.9 对外服务
提供用户(司机)查询车辆、气瓶信息;查询本人所属车辆充装记录;
提供用户查看相关充装站、检验站、气瓶安装单位信息;
提供用户查看相关政策的监管信息;
提供用户查看金融支付记录;
附加功能：能提供各种增值服务接口(如邮件短信、通知车主气瓶检验)。
4 系统主要产品及技术参数
4.1 手持设备
多种通讯方式，一个串口(最高速率115200bps)、一个无线接口(最大发射功率10dBm，频率433MHz，最高速率250000bps，天线内置)或GPRS通讯(防爆场合无此配件);
国家一二级汉字字库，支持汉字输入;
240*320宽温彩色液晶，两级背光，亮度可调节;
≥640*480摄像头;
20键人机工程学键盘，汽车级寿命;
支持符合ISO14443A、ISO14443B、ISO15693标准的电子标签读写操作;
支持“一卡通”金融支付功能;
支持一个SAM卡;
≥1800mAH大容量聚合物锂电池;
microSD卡存储设备，至少1G;
0.5W扬声器、支持WAV原声格式音频文件;
LED手电筒;
维修、维护方便;
程序在线升级，无需打开机壳;
采用防爆设计;
工业级性能、控制可靠、抗干扰性能强，工作温度范围宽(-20℃ — +55℃);
工作电压范围：3.6—4.2V DC;
最大工作电流：200mA;
防爆等级：ExibIIAT3;
通过防爆：ExibIIAT3认证。
4.2 智能控制器
工作电压：AC220V±20% 50Hz
通讯接口：IEEE802.3，高速串口，433MHz无线传输
工作温度：-20℃ — +55℃
平均无故障工作时间：≥2000h
防爆等级：ExdibIIAT3。
4.3 智能传输器
工作电压：AC220V±20% 50Hz
通讯接口：IEEE802.3，4个USB HOST接口，3个RS232接口，433MHz无线传输
存储：SD卡容量≥1G
SDRAM：64M
FLASH：16M
工作温度：-20℃ — +55℃
平均无故障工作时间：≥2000h
4.4 台式读写器
能读写符合ISO15693、ISO14443A/B 的电子标签
单块读写操作：≤500ms
工作温度：-10℃ — + 55℃
存储温度：-20℃ — + 70℃
抗静电：8KV空气放电和4KV接触放电
电磁兼容标准：GB/T17626.3-1998
功耗电流：<100mA
4.5 电子标签
ISO 15693，具有防金属反射功能和防拆卸功能，可以粘贴到金属气瓶上不影响读写，撕毁失效。
