馬鈞隆 孟祥印 張鈞哲

1(西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 四川 成都 610031)2(成都瑞特數(shù)字科技有限責(zé)任公司 四川 成都 610046)

0 引 言

隨著我國燃?xì)庑袠I(yè)的快速發(fā)展，燃?xì)庖呀?jīng)成為了社會使用最廣泛的能源之一，根據(jù)2018年中國石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院發(fā)布的《中國能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》顯示，我國2018天然氣消費量達(dá)到2 770億立方米，其中城市燃?xì)庹继烊粴饪傁M量的39%，遍布城市的燃?xì)夤芫W(wǎng)也成為了城市的生命線之一。

隨著GIS技術(shù)的飛速發(fā)展，以地理信息技術(shù)GIS系統(tǒng)為支撐，結(jié)合前沿網(wǎng)絡(luò)信息科技，將燃?xì)庑袠I(yè)的生產(chǎn)運營、輸配、安全等方面與信息化管理技術(shù)相結(jié)合，推動燃?xì)庑袠I(yè)信息化、自動化管理。解決燃?xì)庑袠I(yè)對供氣各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，供控制中心及有關(guān)部門分析和決策取用，從而提高燃?xì)庑袠I(yè)運行效率，保證燃?xì)夤赓|(zhì)量與穩(wěn)定性，滿足我國日益增加的用氣量需求。

1 燃?xì)夤芫W(wǎng)4S系統(tǒng)設(shè)計

燃?xì)夤芫W(wǎng)4S系統(tǒng)主要利用3S(GIS，GPS，RS)技術(shù)，整合SCADA系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，同時結(jié)合燃?xì)夤緦θ細(xì)庑袠I(yè)的生產(chǎn)運營的需求，實現(xiàn)對生產(chǎn)運營等一些列相關(guān)信息的共享與發(fā)布，實現(xiàn)對燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示、分析等功能，實現(xiàn)對在外工作人員的狀態(tài)實時掌控、全局合理調(diào)度、提高巡檢效率，輔助燃?xì)廨斔偷暮侠硇?，輔助管理層及時準(zhǔn)確地作出決策，提高災(zāi)害事故發(fā)生時的反應(yīng)能力，提高燃?xì)馐鹿蕬?yīng)急動員能力，降低災(zāi)害發(fā)生率，降低事故災(zāi)害發(fā)生后的損失。

1.1 架構(gòu)設(shè)計

為實現(xiàn)上述功能，采用面向服務(wù)架構(gòu)SOA，遵循軟件開發(fā)規(guī)范，設(shè)計了燃?xì)夤芫W(wǎng)4S系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。整個系統(tǒng)共分為5層。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1) 前端UI層：此層為系統(tǒng)操作人員提供良好的人機(jī)交互界面。系統(tǒng)的管理決策者可以通過該層把握整個業(yè)務(wù)的運行狀態(tài)。該層是系統(tǒng)人機(jī)交互、數(shù)據(jù)傳輸與顯示的重要途徑，也是系統(tǒng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，包含移動端、PC端兩部分。

2) 展示層：用戶通過其地址訪問到響應(yīng)頁面，將請求進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，解決提交信息時的跨域問題。

3) 中間層：用于用戶權(quán)限的校驗，接口參數(shù)校驗以及接口的轉(zhuǎn)發(fā)，使接口地址統(tǒng)一。包括nodejs中間層和GIS服務(wù)。

4) 邏輯層：數(shù)據(jù)的存取以及數(shù)據(jù)的處理，包括業(yè)務(wù)服務(wù)、nodejs后端服務(wù)、軌跡存儲服務(wù)、文件存儲服務(wù)以及地圖服務(wù)。

5) 數(shù)據(jù)層：用于存儲系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括：生產(chǎn)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、實時采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)等。包括業(yè)務(wù)MS SQL、MongoDB、Postgre、地圖MS SQL。

1.2 功能設(shè)計

燃?xì)夤艿赖倪\行關(guān)乎公共財產(chǎn)安全，系統(tǒng)功能的設(shè)計需要以實時監(jiān)控燃?xì)夤艿垒斉?、控制管理人員調(diào)度、實現(xiàn)燃?xì)夤芫W(wǎng)信息化管理系統(tǒng)統(tǒng)一化管理等為目標(biāo)。燃?xì)夤芫W(wǎng)4S系統(tǒng)第一級功能模塊設(shè)計如圖2所示。

圖2 燃?xì)夤芫W(wǎng)4S系統(tǒng)功能樹

1.2.1GIS子系統(tǒng)

GIS系統(tǒng)是特別重要的空間信息系統(tǒng)，可以在計算機(jī)軟硬件、數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)等支持下對地理空間相關(guān)技術(shù)進(jìn)行采集、存儲、查詢、分析、顯示等。本次設(shè)計燃?xì)夤芫W(wǎng)GIS子系統(tǒng)囊括眾多燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)，其中包含管網(wǎng)圖形、管線、閥門等重點設(shè)施和用戶情況等資料數(shù)據(jù)，提供地圖操作、報表查詢、管網(wǎng)運行動態(tài)實時展示、在外作業(yè)人員狀態(tài)實時展示、爆管分析、上下游分析等多種功能。

1.2.2SCADA子系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)是對分布距離遠(yuǎn)、生產(chǎn)單位分散的生產(chǎn)系統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制系統(tǒng)，是集傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)于一體的綜合性遠(yuǎn)程集成控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場實際需求調(diào)研，在SCADA系統(tǒng)原有功能基礎(chǔ)上設(shè)計SCADA子系統(tǒng)的功能為燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制、數(shù)據(jù)的管理分析、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控監(jiān)控、工藝報警等功能。SCADA子系統(tǒng)功能設(shè)計如圖3所示。

圖3 SCADA子系統(tǒng)功能樹

1.2.3巡檢子系統(tǒng)

通過GPS定位系統(tǒng)，結(jié)合高德地圖確定作業(yè)員相關(guān)位置信息，然后通過移動網(wǎng)絡(luò)將巡線現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)端調(diào)度中心。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對巡線人員位置的實時監(jiān)控，同時能夠讓調(diào)度中心與在外作業(yè)員進(jìn)行即時通信，以便調(diào)度中心掌握作業(yè)員作業(yè)情況并對作業(yè)員進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度與業(yè)績考核。作業(yè)員使用移動端APP可通過消息模塊與任務(wù)模塊獲取作業(yè)信息，通過地圖模塊快速前往任務(wù)指定區(qū)域，通過簽到模塊實現(xiàn)異地登錄等。巡檢子系統(tǒng)功能設(shè)計如圖4所示。

圖4 巡檢子系統(tǒng)功能樹

1.2.4系統(tǒng)管理子系統(tǒng)

系統(tǒng)管理子系統(tǒng)主要內(nèi)容包括部門機(jī)構(gòu)的建立和維護(hù)、人員信息的記錄和查詢以及登錄賬戶的權(quán)限管理，并結(jié)合GIS技術(shù)等信息化技術(shù)達(dá)到對巡檢人員作業(yè)軌跡記錄的管理。系統(tǒng)管理子系統(tǒng)功能設(shè)計如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)管理子系統(tǒng)功能樹

2 核心業(yè)務(wù)

該系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)大體可以分為兩部分，第一部分為調(diào)度中心人員對燃?xì)夤芫W(wǎng)各項數(shù)據(jù)的監(jiān)控，該部分業(yè)務(wù)主要涉及數(shù)據(jù)的收集、存儲、處理、展示。第二部分主要為巡檢業(yè)務(wù)，最為復(fù)雜。巡檢業(yè)務(wù)包含調(diào)度中心與巡檢員兩大角色，涉及Web端、服務(wù)端、移動端三大平臺。

以巡檢業(yè)務(wù)邏輯流程為例，巡檢業(yè)務(wù)邏輯流程圖如圖6所示。

圖6 巡線業(yè)務(wù)邏輯流程圖

(1) 管理員通過PC端向作業(yè)員發(fā)布任務(wù)，作業(yè)員通過移動端接受巡線任務(wù)，并按照移動端指示對任務(wù)內(nèi)需要巡檢的管線與其余設(shè)施進(jìn)行巡查。

(2) 作業(yè)員在巡查過程中通過移動端將位置數(shù)據(jù)、照片等現(xiàn)場數(shù)據(jù)返回至PC端。

(3) 如果管線及其余設(shè)施存在異常，管理員則再次通過PC端向維修維護(hù)人員發(fā)送維修維護(hù)任務(wù)。

(4) 維護(hù)維修人員前往異?，F(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)與維修操作，同時上報PC端。管理員根據(jù)回復(fù)信息確定是否派其他維修維護(hù)人員或者完結(jié)任務(wù)并作出評價。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

采用領(lǐng)域模型驅(qū)動的方法和自頂向下的思路進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計。分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)，根據(jù)職責(zé)定義對象，確保與職責(zé)相關(guān)的數(shù)據(jù)項被定義在一個對象之內(nèi)，并且一個對象有且只有一項職責(zé)。

以巡檢業(yè)務(wù)為例，數(shù)據(jù)庫以Worker作業(yè)人員表為基本表。根據(jù)對象職責(zé)分析可知，一個作業(yè)人員屬于一個部門，一個作業(yè)人員對應(yīng)多次簽到、一個作業(yè)人員可以同時進(jìn)行多個任務(wù)、一個任務(wù)內(nèi)可以存在多個設(shè)備點、一個設(shè)備點可以屬于多項任務(wù)等。

以巡線業(yè)務(wù)為例，數(shù)據(jù)庫表間關(guān)系如圖7所示。

圖7 巡檢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫表關(guān)系圖

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

(1) GIS子系統(tǒng) GIS子系統(tǒng)主要將燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)以地理信息管網(wǎng)分布圖方式展示。GIS子系統(tǒng)實現(xiàn)了對地圖的放大、縮小、平移、測量、表、標(biāo)繪、底圖切換等功能；實現(xiàn)了對燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)的添加、編輯、刪除、導(dǎo)出等功能；實現(xiàn)了屬性查詢、空間查詢、查詢結(jié)果統(tǒng)計等查詢功能；實現(xiàn)了聯(lián)通分析、爆管分析、上游分析、下游分析等分析功能；實現(xiàn)了SCADA設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、實時顯示作業(yè)員位置等功能。對燃?xì)庑袠I(yè)實現(xiàn)對燃?xì)夤芫W(wǎng)的動態(tài)管理，快速響應(yīng)燃?xì)馐鹿实刃枨筇峁┝肆己玫募夹g(shù)支持。GIS子系統(tǒng)運行界面如圖8所示。

圖8 GIS界面

(2) SCADA子系統(tǒng) SCADA子系統(tǒng)實現(xiàn)了對燃?xì)廨斉涔艿赖臏囟?、流量、壓力等技術(shù)參數(shù)的統(tǒng)計與顯示，是燃?xì)?S系統(tǒng)的核心模塊之一。本4S系統(tǒng)將燃?xì)馄髽I(yè)下屬設(shè)備設(shè)施分為場站、工業(yè)大用戶、其余設(shè)施點進(jìn)行分類監(jiān)控，并實現(xiàn)了對技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的實時統(tǒng)計與管理，通過科學(xué)的分析手段實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的收集和分析，形成數(shù)據(jù)報表，為燃?xì)夤芫W(wǎng)的輸配調(diào)度、故障分析、輔助決策提供科學(xué)的手段。場站監(jiān)控、工藝報警界面如圖9、圖10所示。

圖9 場站監(jiān)控

圖10 工藝報警界

(3) 巡檢子系統(tǒng) 巡檢子系統(tǒng)分為移動端App與PC端，采用GPS、GIS等功能，運用實時推送等技術(shù)對設(shè)備巡檢工作進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)一的管理。巡檢員使用移動端App在外進(jìn)行巡檢工作，業(yè)務(wù)管理員使用PC安排巡檢任務(wù)事項和管理巡檢信息，部門管理人員使用PC觀察巡檢進(jìn)度以及巡檢員的工作情況。創(chuàng)建巡檢任務(wù)界面、APP作業(yè)界面如圖11、圖12所示。

圖11 創(chuàng)建巡檢任務(wù)

圖12 APP作業(yè)界面

5 結(jié) 語

本文設(shè)計的燃?xì)夤芫W(wǎng)4S平臺包括GIS子系統(tǒng)、SCADA子系統(tǒng)、巡檢子系統(tǒng)與系統(tǒng)管理子系統(tǒng)，囊括了管網(wǎng)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、移動巡檢、GIS地理信息分析與展示、人員調(diào)度等多方面的功能，深入整合燃?xì)馄髽I(yè)管理運維需求，有效滿足燃?xì)庑袠I(yè)對信息化、自動化建設(shè)的需求，同時在本系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)中充分考慮平臺的可擴(kuò)展性，使其成為能夠不斷修改完善的系統(tǒng)，以應(yīng)對未來的需求與挑戰(zhàn)。

下一步，我們將進(jìn)一步探索數(shù)據(jù)分析方式和數(shù)據(jù)可視化的多樣性，進(jìn)一步規(guī)范化數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)的潛在價值，并進(jìn)一步擴(kuò)展平臺的應(yīng)用場景，完善平臺的功能。