基于物聯(lián)網(wǎng)的化工園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)建設(shè)

戎亞芳，李成昕，劉甲軍，管恩升

（正元地球物理信息技術(shù)有限公司）

1 引言

隨著我國(guó)化學(xué)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)代化工園區(qū)逐漸成為推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的重要支撐。現(xiàn)階段我國(guó)化工園區(qū)的管理方式過(guò)于粗放，信息化水平較低，缺乏遠(yuǎn)程、集中控制方式，管理被動(dòng)，無(wú)法根據(jù)園區(qū)內(nèi)各類情況調(diào)整管理策略，管理內(nèi)容大多局限于安全、環(huán)境等方面[1]。智慧化工園區(qū)可利用新一代信息技術(shù)，全面整合園區(qū)內(nèi)外資源，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施、公共管理、公共服務(wù)等多區(qū)域系統(tǒng)之間的無(wú)縫連接與協(xié)同聯(lián)動(dòng)。

2 建設(shè)內(nèi)容

園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)以可視化的形式實(shí)時(shí)展示供水、排水、窨井、園林、環(huán)衛(wèi)等各類物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，管理維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施中各類物聯(lián)感知設(shè)備，在超出正常值范圍或者設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)給予警報(bào)，以便及時(shí)作出應(yīng)急對(duì)策，為相關(guān)業(yè)務(wù)管理部門(mén)的決策分析提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支持，滿足新形勢(shì)下基礎(chǔ)設(shè)施精細(xì)化管理的需求。基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)集成地下管線管理、環(huán)衛(wèi)設(shè)施管理、園林綠化管理、窨井安全管理等功能模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)維護(hù)人員、技術(shù)支持人員和維護(hù)主管之間的高效協(xié)作，確保事件處理流程、日常巡檢流程和維護(hù)保養(yǎng)流程的規(guī)范合理，系統(tǒng)運(yùn)行主界面如圖1所示。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)架構(gòu)

化工園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)由感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層及展示層等六層架構(gòu)組成，其總體架構(gòu)如圖2所示。通過(guò)感知層獲取實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)傳輸層把傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心管理。在數(shù)據(jù)層打造數(shù)據(jù)接入與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，并提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析與挖掘應(yīng)用。利用物聯(lián)網(wǎng)感知信息管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)共享與交換服務(wù)系統(tǒng)，共同組建基礎(chǔ)支撐平臺(tái)層，提供統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理服務(wù)，同時(shí)提供權(quán)限管理、資源分配等功能。并通過(guò)平臺(tái)層為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)支撐。根據(jù)具體業(yè)務(wù)需要，在應(yīng)用層建立地下管線管理、環(huán)衛(wèi)設(shè)施管理、園林綠化管理、窨井安全管理及基礎(chǔ)設(shè)施巡檢養(yǎng)護(hù)等專項(xiàng)應(yīng)用，并提供手機(jī)、電腦、監(jiān)控大屏等多種展示用途。

圖1 化工園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.2 物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

化工園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)涉及多類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)的管理，包括自建設(shè)備、接入設(shè)備等，物聯(lián)網(wǎng)感知信息管理系統(tǒng)將多種接入手段整合起來(lái)，提供多協(xié)議的適配，統(tǒng)一接入網(wǎng)絡(luò)。它可滿足局部區(qū)域短距離通信的接入需求，實(shí)現(xiàn)與公共網(wǎng)絡(luò)的連接，同時(shí)完成轉(zhuǎn)發(fā)、控制、信令交換和編解碼等功能[2]。終端管理、安全認(rèn)證等功能保證了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的質(zhì)量和安全，網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代扮演著非常重要的角色，可以實(shí)現(xiàn)感知延伸網(wǎng)絡(luò)與接入網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

3.3 專項(xiàng)應(yīng)用

3.3.1 地下管線管理

在園區(qū)排水管線的主要部位建設(shè)水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用投入式水位計(jì)對(duì)園區(qū)排水管線水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在園區(qū)供水管線的主要部位建設(shè)流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)、壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)RTU采集系統(tǒng)，利用4G網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至地下管線管理系統(tǒng)。同時(shí)，基于GIS技術(shù)疊加地下管線普查數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)控終端、數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)接收及數(shù)據(jù)展示的一體化管理。利用該模塊可實(shí)現(xiàn)地圖上監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置標(biāo)注、管線流量壓力、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄、設(shè)備情況等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示及監(jiān)測(cè)預(yù)警等功能。

3.3.2 環(huán)衛(wèi)設(shè)施管理

該模塊立足于園區(qū)環(huán)衛(wèi)設(shè)施管理的需要，利用RFID設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備，基于環(huán)衛(wèi)普查數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)衛(wèi)垃圾中轉(zhuǎn)站分類管理。環(huán)衛(wèi)設(shè)施GIS管理實(shí)現(xiàn)了垃圾中轉(zhuǎn)站、公廁、垃圾等GIS一張圖展示、標(biāo)注及關(guān)聯(lián)等服務(wù)。設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)管理實(shí)現(xiàn)了環(huán)衛(wèi)設(shè)施數(shù)據(jù)按區(qū)域、類型、權(quán)屬及街道等不同方式的匯總統(tǒng)計(jì)。設(shè)施日常狀態(tài)管理實(shí)現(xiàn)了園區(qū)重點(diǎn)環(huán)衛(wèi)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控及處置監(jiān)管。

3.3.3 園林綠化管理

通過(guò)在園區(qū)綠化帶布設(shè)智能監(jiān)管點(diǎn)，對(duì)園區(qū)的公園綠地、附屬綠地、生產(chǎn)綠地、防護(hù)綠地、其他綠地及古樹(shù)名木等綠化信息關(guān)鍵參數(shù)，如空氣溫濕度、土壤溫濕度等實(shí)時(shí)在線采集，通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)中心。園林綠化管理模塊根據(jù)上傳的檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新顯示內(nèi)容，并對(duì)超過(guò)設(shè)定閾值數(shù)據(jù)予以報(bào)警。系統(tǒng)建立了包括樹(shù)木編號(hào)、樹(shù)木名稱、所屬科目、種植時(shí)間、管理科室、習(xí)性、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)介、位置描述等基本信息的古木名樹(shù)信息電子檔案，可對(duì)古木名樹(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、定位、編輯等維護(hù)性操作。

3.3.4 窨井安全管理

園區(qū)從井蓋監(jiān)測(cè)和井內(nèi)易燃有毒氣體監(jiān)測(cè)兩方面進(jìn)行窨井安全管理。在園區(qū)主干道路上雨、污水井蓋布置井蓋觸發(fā)器，以道路交匯口為地理核心設(shè)置基站，與附近多個(gè)井蓋觸發(fā)器構(gòu)成子域無(wú)線傳感網(wǎng)，集控器隨時(shí)獲取各井蓋狀態(tài)信息，推送到數(shù)據(jù)中心。在園區(qū)污水地下管道窨井內(nèi)安裝氣體在線檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將被監(jiān)測(cè)氣體濃度信息、設(shè)備門(mén)打開(kāi)等信息上傳至數(shù)據(jù)中心。當(dāng)發(fā)現(xiàn)井蓋或氣體安全隱患時(shí)，窨井安全管理系統(tǒng)會(huì)在5s內(nèi)以聲音和動(dòng)畫(huà)的方式發(fā)出報(bào)警，把該報(bào)警信息智能推送到相關(guān)巡檢責(zé)任人員手機(jī)上，并在地圖上精確定位隱患位置，如圖3所示。

3.3.5 基礎(chǔ)設(shè)施巡檢管理

該模塊由任務(wù)管理中心及巡檢養(yǎng)護(hù)移動(dòng)端兩部分組成。管理人員通過(guò)任務(wù)管理中心的巡檢任務(wù)派發(fā)、案件管理、事件處理跟蹤、巡檢人員管理等功能項(xiàng)可將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題以案件的形式上報(bào)、派單、施工、處理。養(yǎng)護(hù)人員通過(guò)巡檢養(yǎng)護(hù)移動(dòng)端進(jìn)行任務(wù)跟蹤、案件上報(bào)、問(wèn)題處理、軌跡回放、人員管理等。

圖3 窨井安全管理子系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

化工園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨部門(mén)在線實(shí)時(shí)監(jiān)管。各種無(wú)線或有線的長(zhǎng)距離或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，在內(nèi)網(wǎng)（Intranet）、專網(wǎng)（Extranet）、和互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制[3]，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、遠(yuǎn)程控制、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工園區(qū)“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營(yíng)”一體化管理。