田振川 冀 翼 朱雅文

〔1.中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕〔2.商丘市華云防雷工程技術有限公司，河南商丘476000〕

一、引言

棉花是紡織加工的重要原料，在全球貿(mào)易和社會消費中占有重要的地位［1］。為確保棉花種植者的利益和棉花產(chǎn)業(yè)的安全，國家相繼出臺了棉花“臨時收儲”和“目標價格補貼”等政策。然而，在倉庫存儲過程中存在棉花發(fā)生陰燃和明燃等安全隱患，如果巡視檢查不到位，這些隱患得不到及時處理極易引發(fā)重大火災事故，將給國家和相關企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。

CO氣體是棉花陰燃和明燃的主要釋放氣體［2］，當其濃度變化速率達到一定閾值時及時處理，可避免重大火災事故的發(fā)生。中國棉花儲備庫現(xiàn)階段缺少對CO氣體數(shù)據(jù)變化實時監(jiān)控、安全巡視檢查管理和庫內(nèi)遠程視頻監(jiān)控的系統(tǒng)工具。通過項目實施，可使分布在全國的近200家國家儲備庫實現(xiàn)實時、高效和規(guī)范化的管理，提高火災事故預防信息化管理水平。同時，棉倉安全管理系統(tǒng)可協(xié)助國家棉花儲備庫管理部門對儲備庫管理數(shù)據(jù)進行集中采集、共享和管理。

二、系統(tǒng)需求分析

氣體探測器和監(jiān)測報警控制器實現(xiàn)庫內(nèi)CO氣體數(shù)據(jù)的實時采集并上傳至服務器，通過濃度數(shù)據(jù)分析變化速率進行安全信息預警，獲取安全巡視記錄、事故上報信息記錄和庫內(nèi)視頻信息，實現(xiàn)遠程安全監(jiān)控管理。主要具體功能如下。

（一）基礎信息管理

主要涉及儲備庫、倉庫和工作人員等信息采集，并在巡視檢查和事故上報操作過程中提交儲備庫、倉庫、人員信息和相關工作內(nèi)容信息。通過掃描儲備庫或倉庫二維碼可獲取其相關信息。

（二）采集硬件信息管理

氣體采集數(shù)據(jù)上傳服務器時，同時上傳探測器及報警控制器的物理地址和編號，并通過系統(tǒng)設置探測器或監(jiān)測報警器物理地址、編號、名稱、所屬儲備庫、所屬倉庫、啟用時間等基本信息實現(xiàn)與采集傳數(shù)據(jù)的關聯(lián)，也可通過掃描探測器或報警器二維碼獲取相關設置信息。

（三）監(jiān)測信息管理

氣體探測器實時采集CO氣體濃度并將采集數(shù)據(jù)、時間和硬件地址等信息傳輸?shù)奖O(jiān)測報警器，監(jiān)測報警器將采集數(shù)據(jù)進行處理分析后經(jīng)無線發(fā)送模塊發(fā)送并保存到服務器數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行分析和處理，同時進行安全信息預警和報警。

（四）巡視信息管理

巡視人員進行安全檢查時，通過棉倉安全管理系統(tǒng)對所檢查儲備庫、巡視倉庫、巡視人員姓名、時間、庫內(nèi)狀況等信息進行上報，并可對巡視檢查結(jié)果進行審核和定期檢查。

（五）庫內(nèi)視頻監(jiān)控

庫內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實時記錄下庫內(nèi)的視頻影像，當發(fā)生倉庫安全事件時可以回看視頻記錄，同時進行影像資料的備份和存儲。

（六）事故上報管理

儲備庫相關事故上報，包括棉花的陰燃、燃燒等火災情況，支持圖片、文檔等格式。事故上報后按規(guī)章流程進行各環(huán)節(jié)批示處置，并對整個事故過程情況進行總結(jié)，對典型事故編輯成案例，對圖片、視頻、工作文檔等進行歸檔管理。

（七）移動端APP

開發(fā)手機APP和移動終端APP，主要實現(xiàn)巡視安全檢查、事故上報和處置等信息提交功能，并可進行信息查詢和巡視公告查看等。

三、微服務架構(gòu)介紹

微服務架構(gòu)是當前互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)非常熱門的一種架構(gòu)模式［3］，核心思想是將一個整體、復雜的功能應用劃分為多個小型服務，同時保證功能的完整。每個服務只注重自己的功能，被封裝為一個獨立的應用程序，一個服務實例即為一個進程，服務之間的通信實為進程間的交互。服務可交由團隊或個人進行獨立開發(fā)，不受開發(fā)技術限制，只需要確保每個微服務提供API服務，實現(xiàn)服務之間的通信。同時由于小模塊化，因此后續(xù)可采用新的技術進行升級和替換；從部署的角度，每個服務可以獨立部署，不需考慮協(xié)調(diào)服務部署時對其他服務的影響。

在項目中，采用基于.NET Core框架進行開發(fā)［4］，其開發(fā)程序可分別針對手機、PC端或其它移動終端系統(tǒng)進行發(fā)布和運行，同時可在Windows和Linux操作系統(tǒng)上統(tǒng)一部署。

四、系統(tǒng)架構(gòu)設計

系統(tǒng)主要采用微服務架構(gòu)和三層軟件編程架構(gòu)思想。其中，整體架構(gòu)設計方面采用微服務架構(gòu)思想將整個系統(tǒng)分成兩層，并將系統(tǒng)功能模塊拆分成盡可能細的服務；在編程實現(xiàn)方面根據(jù)功能需求分為界面交互層（表示層）、業(yè)務處理層（業(yè)務邏輯層）和數(shù)據(jù)操作層（數(shù)據(jù)訪問層），三層之間通過網(wǎng)絡對外提供接口服務。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 棉倉安全管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

（一）系統(tǒng)微服務架構(gòu)設計

棉倉安全管理系統(tǒng)的第一層是將系統(tǒng)拆分成基礎信息管理、氣體監(jiān)控管理、巡視管理、視頻監(jiān)控和安全事故管理五個功能應用，并封裝成五個獨立的一級系統(tǒng)，一級系統(tǒng)之間不存在功能層面上的依賴。

系統(tǒng)第二層是根據(jù)五個功能應用進行綜合分析、抽象出各種不同的服務，且每一種服務只對某種特定資源進行操作，該服務被稱為二級子系統(tǒng)。每個一級子系統(tǒng)拆分的二級系統(tǒng)在功能層面上相互依賴，可以獨立部署和向外界提供服務。同時，很多二級系統(tǒng)可在不同應用中復用，也可在以后的擴展功能中重用［5］。

（二）系統(tǒng)三層架構(gòu)設計

系統(tǒng)三層編程架構(gòu)中的界面交互層（表示層）主要負責基礎信息管理、氣體監(jiān)控管理、巡視管理、事故管理和視頻監(jiān)控五大功能應用與用戶之間進行交互的前端頁面；業(yè)務處理層（業(yè)務邏輯層）主要實現(xiàn)五大功能應用拆分成不同服務內(nèi)部對資源進行業(yè)務邏輯操作和邏輯計算；數(shù)據(jù)操作層（數(shù)據(jù)訪問層）主要實現(xiàn)對基礎信息、氣體采集信息、巡視信息和事故信息等數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫操作和庫內(nèi)視頻文件的讀寫操作。

五、功能模塊設計

棉倉安全管理系統(tǒng)具備對儲備庫基礎信息、CO氣體探測器或監(jiān)測報警器基礎信息、巡視信息、工作人員信息、事故信息進行集中收集、管理和整合功能，從而幫助建立信息完整、內(nèi)容豐富的棉倉管理資料。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 詳細功能結(jié)構(gòu)圖

部分核心模塊功能說明如下：

（一）倉庫信息管理

主要實現(xiàn)倉庫相關信息的添加和設置，包括倉庫名稱、倉庫編碼、備注等信息。

（二）探測器管理

主要實現(xiàn)CO氣體探測器地址、名稱、所屬倉庫、所屬倉庫位置等基本信息的設置，通過報警控制器上傳的采集數(shù)據(jù)，快速定位所在倉庫。

（三）氣體監(jiān)控管理

通過氣體探測采集的濃度數(shù)據(jù)，實時分析CO濃度變化情況匯總，實時掌握倉庫火災安全狀況。

（四）氣體記錄管理

對氣體探測器采集的數(shù)據(jù)進行保留，可隨時對探測器數(shù)據(jù)進行歷史查詢，判斷探測器是否正常工作。

（五）氣體預警管理

對氣體濃度變化閾值進行設置。氣體濃度超過閾值時，系統(tǒng)進行預警或報警并提示報警所在倉庫的位置。

（六）巡視管理

倉庫進行正常安全檢查時，需將巡視人信息、巡視倉庫、巡視時間和是否有事故進行上報，方便監(jiān)督巡視制度實施。

（七）安全事故管理

當出現(xiàn)安全事故時，需對事件發(fā)生起因、時間、過程、結(jié)果等信息進行上報，上報信息包括圖片和總結(jié)文檔等。

六、系統(tǒng)實現(xiàn)

（一）氣體信息采集

根據(jù)氣體探測器監(jiān)測范圍和倉庫空間范圍對CO氣體探測器和氣體監(jiān)測報警器進行合理部署、安裝。其中，CO氣體探測器實現(xiàn)CO氣體信號的采集并將信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號對外輸出；氣體監(jiān)測報警控制器主機內(nèi)嵌入微處理器和配備有無線傳輸模塊，該控制器同時具有豐富的軟件功能，完成探測器數(shù)字信號采集和數(shù)據(jù)的實時計算并將計算結(jié)果通過無線發(fā)送到指定遠程服務器。

（二）倉庫視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)采集

倉庫視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)通過庫內(nèi)安裝的光纖上傳到視頻文件系統(tǒng)服務器上，棉倉安全管理中心系統(tǒng)通過接口可從視頻監(jiān)控系統(tǒng)上調(diào)取監(jiān)控錄像。針對可能存在的部分廠庫沒有安裝光纖，無法進行實時視頻傳輸?shù)那闆r，可事先完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接口開發(fā)工作，后續(xù)倉庫光纖網(wǎng)絡安裝后再將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l服務器上，最后通過接口獲取視頻數(shù)據(jù)。

（三）系統(tǒng)開發(fā)技術實現(xiàn)

系統(tǒng)主要采用ASP.NET Core和AngularJS技術進行開發(fā)，其中.NET Core是一個全新的跨平臺開源框架［6］，基于該框架開發(fā)的Web應用可部署在云上和服務器上；AngularJS用于系統(tǒng)前端開發(fā)，并與HTML和CSS技術進行完美結(jié)合，構(gòu)建功能強大的交互式應用。

（四）移動端實現(xiàn)

移動端采用基于.Net的移動開發(fā)平臺Smobiler，該平臺是一種跨平臺的解決方案，開發(fā)應用程序可在Android和IOS兩個平臺進行運行，避免針對Android和IOS分別進行開發(fā)，縮短了開發(fā)時間，降低了研發(fā)成本。

SQL Lite作為移動端的本地數(shù)據(jù)庫，可將一些基本設置信息進行保存，在網(wǎng)絡不暢通時將上傳數(shù)據(jù)暫存到本地，待網(wǎng)絡連通時再進行上傳。

同時，移動應用需使用攝像頭權(quán)限，通過掃描二維碼獲取倉庫基本信息或相關信息，巡視或事故上報管理可通過移動系統(tǒng)將提交信息上傳到服務器。

七、結(jié)語

棉倉安全管理系統(tǒng)實現(xiàn)CO氣體濃度數(shù)據(jù)采集頻率為10次/min并實時上傳到服務器數(shù)據(jù)庫，通過系統(tǒng)查看驗證，采集數(shù)據(jù)準確、完整、可靠。主管部門通過訪問棉倉安全管理系統(tǒng)查看倉庫內(nèi)CO氣體數(shù)據(jù)濃度變化、巡視工作記錄和庫內(nèi)實時監(jiān)控，對儲備庫管理工作可以做下一步指導。

本系統(tǒng)為國家儲備庫主管部門和各地儲備庫分公司進行安全管理提供了一種方便的途徑，對預防火災事故提供了可行的解決方案，改變了火災發(fā)生后進行追責的工作方式，使儲備庫安全管理工作更加有效、及時和針對性。同時，系統(tǒng)采用微服務架構(gòu)方便新業(yè)務和新服務的擴展，提高了系統(tǒng)的擴展性、穩(wěn)定性和健壯性。