物聯(lián)網(wǎng)防溺水手表GPS定位系統(tǒng)的研究*

趙 晨 云曉燕 由江岫 武傳勝 馬詩晴

（遼寧科技大學(xué)大學(xué) 遼寧鞍山 114000）

物聯(lián)網(wǎng)防溺水手表GPS定位系統(tǒng)的研究*

趙 晨 云曉燕 由江岫 武傳勝 馬詩晴

（遼寧科技大學(xué)大學(xué) 遼寧鞍山 114000）

介紹了 GIS防真系統(tǒng)及其在油氣管道泄漏災(zāi)害事故模擬中的應(yīng)用，應(yīng)用該系統(tǒng)可以實現(xiàn)科學(xué)、高效地對管道泄漏事故進(jìn)行應(yīng)急救援，減少事故對人的傷害和對環(huán)境的破壞，把經(jīng)濟(jì)損失降到最小。

石油天然氣 長輸管道 泄漏 GIS

油氣輸送管道具有重疊覆蓋、空間關(guān)系復(fù)雜以及安全性要求高等特點，因此，油氣輸送管道的管理必須緊密結(jié)合管道生產(chǎn)經(jīng)營實際，及時獲取所需要的管理信息并進(jìn)行處理。運用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)可以動態(tài)跟蹤管道運行的整個過程，獲得反映管道運行動態(tài)的參數(shù)，為此，筆者在油氣管道信息管理中引入GIS相關(guān)技術(shù)，探討了將 GIS技術(shù)應(yīng)用到油氣管道泄漏事故的模擬中，以便科學(xué)、高效地應(yīng)對油氣管道泄漏事故，降低其對人們的傷害并減少經(jīng)濟(jì)損失為目標(biāo)，開發(fā)研制了基于 GIS的防溺水手表災(zāi)害仿真系統(tǒng)，分析了管線泄漏檢測與定位方法，結(jié)合邊界條件，確定了輸油管道發(fā)生泄漏后果的模擬算法。[1]

一、GIS簡介

地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機(jī)軟、硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析和顯示的計算機(jī)系統(tǒng)。它采用地理模型分析方法，適時提供多種空間地理信息，輔助相關(guān)的地理研究和地理決策 。由于GIS可將地理空間模型化并存儲在計算機(jī)中，因此它還具有對研究對象進(jìn)行描述、模擬和預(yù)測的功能。相對于常規(guī)意義上的信息系統(tǒng)，GIS具有空間分析能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)來源廣泛、工作方式直觀形象等特點，在對空間數(shù)據(jù)的查詢和分析功能要求較高的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。[2]

二、油氣輸送管道泄漏的檢測與定位

1. 泄漏檢測方法

目前，已有的管道泄漏檢測方法大體上可分為基于硬件和基于軟件兩大類。基于硬件的檢測方法主要依靠人工分段巡視或者使用各種輔助硬件儀器，對管壁和管道周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測以實現(xiàn)泄漏檢測?；谲浖姆椒ㄖ饕峭ㄟ^采集實時數(shù)據(jù)，利用流量和壓力變化、動態(tài)模型等，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的計算和分析確認(rèn)泄漏情況，包括流量平衡法、壓力差法、模型法以及基于信號處理的方法等。一個高效可靠的管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有：靈敏性、定位精度、響應(yīng)時間、誤報率、評估能力、適應(yīng)能力、有效性、維護(hù)要求、費用等。[3]

2. 檢測及定位原理

管道發(fā)生泄漏時，泄漏點處壓力下降，泄漏點兩側(cè)的流體因壓差向泄漏點處補(bǔ)充，這一過程依次向上、下游傳遞，相當(dāng)于泄漏點處產(chǎn)生了以一定速度傳播的負(fù)壓力波。根據(jù)泄漏所產(chǎn)生的瞬態(tài)壓力波傳播到上、下游的時間差和管內(nèi)壓力波的速度以及首末站的距離可以通過計算出泄漏點的位置。

三、仿真系統(tǒng)設(shè)計

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

防溺水手表災(zāi)害仿真系統(tǒng)作為原有地理信息系統(tǒng)平臺的功能擴(kuò)充，系統(tǒng)的Con fi g、代碼實現(xiàn)方法和界面風(fēng)格都沿襲了原有系統(tǒng)的集成，對本系統(tǒng)的功能目標(biāo)、工作流程、組織結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)等分析確定后，按照總體設(shè)計組織結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)采用Dreamweaver設(shè)計用戶瀏覽界面，為用戶提供直觀和簡潔的操作，以Microsoft.NET Framework SDK為開發(fā)框架，以ArcServer9.2+Microsoft Visual Studio 2005構(gòu)成開發(fā)平臺，采用C＃、JavaScript、ASP.NET等多種開發(fā)語言作為開發(fā)工具進(jìn)行各個模塊的編寫。用ArcMAP準(zhǔn)備圖形資料，將ArcSEVER作為地圖應(yīng)用服務(wù)器，將管道地圖圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分別存儲，為系統(tǒng)提供調(diào)用、處理輸油管線及泄漏區(qū)域等圖形資料。系統(tǒng)采用三層（B/S）結(jié)構(gòu)，其中大部分功能在服務(wù)器端運行并由服務(wù)器端完成與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的通信，客戶端通過瀏覽器收集用戶請求信息、傳送請求信息到服務(wù)器端以及負(fù)責(zé)顯示從服務(wù)器端返回的結(jié)果。系統(tǒng)的其他功能服務(wù)都是通過 服務(wù)器實現(xiàn)與后端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互。

2. 系統(tǒng)工作流程

在管道發(fā)生泄漏后，通過負(fù)壓波的計算得到泄漏點后，通過匹配數(shù)據(jù)庫中管道長度的網(wǎng)格，確定管道泄漏點在地圖中的坐標(biāo)值，在地圖中用鼠標(biāo)點擊該坐標(biāo)點，然后在彈出的頁面中輸入管道內(nèi)、外的各個參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值模擬計算，快速顯示典型土壤泄漏點的地形狀況，模擬發(fā)生泄漏后的油流面積，顯示隨著時間變化泄漏區(qū)域所影響的范圍、管道全線的壓力變化、管道泄漏點的壓力變化以及管道全線的流量變化等各個曲線值，為管理人員制定應(yīng)急救援預(yù)案提供參考。根據(jù)一定時間后的泄漏區(qū)域變化，管理人員可及時修改救援方案。

結(jié)語

長距離輸油管道為油氣產(chǎn)品的輸送和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了便利，但其輸送的介質(zhì)大多具有易燃，易爆及易泄漏的性質(zhì)，導(dǎo)致長輸管道在使用一段時間以后經(jīng)常會發(fā)生泄漏事故，造成環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失。針對長輸管道易發(fā)生泄漏事故，應(yīng)用本介紹的基于GIS的防溺水手表災(zāi)害仿真系統(tǒng)模擬油氣管道泄漏災(zāi)害事故，可以提高管線安全管理的信息化水平和事故發(fā)生后的模擬能力，為應(yīng)急預(yù)案的制定提供決策支持，使油氣管道泄漏事故發(fā)生后的應(yīng)急救援更加科學(xué)、高效，減少人身傷害、環(huán)境破壞和經(jīng)濟(jì)損失。[4]

[1] 馮耀榮.當(dāng)前國際油氣管道工業(yè)的發(fā)展動向[J]．油氣儲運，2001，20(7) :1-4.

[2] 俞樹榮.楊慧來.長輸管道的模糊可靠度研究[J].石油化工設(shè)備，2009，38（1）：30-33.

[3] 譚磊.樊建春. 油氣管道導(dǎo)波檢測儀激勵信號源研制[J].石油化工設(shè)備，2009，38（2）：12-14.

[4]俞樹榮.楊慧來.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的長輸管道故障樹分析[J].石油化工設(shè)備，2009，38（2）：47-50.

*遼寧科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目:201710146000023