达标预警监控平台

达标预警监控平台（精选四篇）

达标预警监控平台 篇1

1 达标预警监控平台

1.1 达标预警监控平台实施背景

根据中国石化炼化企业ERP系统应用达标考评的要求, 中石化总部每个月都要检查管道储运分公司ERP系统各个模块的业务应用规范性。为了更好地规范供应业务人员的操作, 根据中石化ERP系统应用达标考评的要求, 物资供应部门每个月都有专人进行MRO模块业务操作的考核, 查看物料主数据维护是否正确, 是否关闭上月原料采购订单等等[3]。专人进行MRO模块业务操作的考核从一定程度上解决了业务操作的不规范性, 但也存在着检查范围大, 效率低等问题。

为了更好的提高ERP系统MRO模块的业务应用质量, 管道储运分公司依据中国石化总部达标监控检查要求, 通过技术开发的功能来实现达标监控检查要求, 进一步规范业务操作, 提升系统应用水平。

1.2 达标预警监控平台实施方案

管道储运分公司在与中石化总部进行充分沟通的基础上, 了解了中石化总部达标监控检查MRO模块的考核标准。根据考核标准, 对监控平台的功能和流程进行设计开发, 从而实现对前端业务的责任提醒, 管理部门的定时监控, 进一步完善了预警机制。

达标预警监控平台的开发以中石化总部MRO模块考核标准的要求为蓝图, 例如:预留、采购申请、采购订单、MRP运行等数据的定时抽取, SD所监控的销售订单、销售发货单。并在此基础上, 根据权限控制对相应业务责任人员进行清理提示并集成清理工具, 以达到过期或不符合规范的数据可以及时进行后续处理或核销的目的。也使得管理部门能够更为精确的对相应单据进行统一查询和考核的应对。

1.2.1 达标预警监控平台功能设计

MRO达标预警监控平台的总体设计思路是:交叉事务代码检查控制报表的使用权限, 预警监控平台对登录弹出权限、管理者查询权限、核销权限和反冲权限等进行适当的控制。

物资供应业务用户可以分两种方式登陆达标预警监控平台。一种方式为:业务用户登陆ERP系统时直接显示预警提示, 业务用户通过SAP收件箱查看未达标的明细数据和财务的反冲通知, 或者直接查看未达标的明细数据, 通过查看业务用户可根据自己的实际情况, 选择是否对未达标的明细数据进行核销。若需要核销, 则转入核销界面进行核销操作。若无需核销, 则自行退出达标预警监控平台, 执行其他操作。另一种方式为:业务用户登陆ERP系统后, 对预警监控平台进行访问, 在预警监控平台查询该业务用户是否存在未达标的明细数据或单据反冲的请求, 若存在未达标的明细数据, 根据实际需要选择是否对未达标的明细数据进行核销。若存在单据反冲的请求, 则业务用户可自行发送工作流邮件给财务相关部门。

物资供应管理用户也可通过两种方式进行预警监控的操作。第一种方式为:管理用户登录ERP系统时, 有邮件进行相关预警提示。根据预警提示, 管理用户进入SAP收件箱, 处理业务用户发送的反冲请求, 处理完毕后, 系统自动发送工作流邮件通知业务用户。第二种方式为:管理用户登录ERP系统执行后台操作, 通过后台进行抽数作业, 即抽取未达标的数据明细。根据业务的实际情况, 对未达标的明细数据执行自动核销, 或者通过系统自动发送工作流邮件, 提醒各业务用户。

1.2.2 达标预警监控平台的取数功能

达标预警监控平台的取数功能, 为一天两次 (中午12点和凌晨0点) , 通过ERP系统的后台操作, 运行带有变式的事务代码ZPREALARM_BG, 通过ERP系统组织结构所对应的取数预留类, 进行相关的取数, 例如:需求日期+删除标识+完成交货标识;采购申请类:工厂+请求日期+删除标识+已结算标识;采购订单类:工厂+采购组织+公司代码+删除标识+完全交货标识+交货日期;供应商评估:总部统一未评估逻辑;销售订单类:销售组织+工厂+拒绝标识+需求日期等。

2 达标预警监控平台对物资供应模块 (MRO) 的影响

通过达标预警监控平台地实施, 可以实现设计可配置和可扩充的框架, 方便管道储运分公司对中石化总部指标变动的调整;也可进行MRO模块总部达标监控指标全范围监测;在达标预警监控平台中集成清理工具, 为业务人员提供后续操作的功能;扩充用户登录预警指标数量。达标预警监控平台通过事前预防和事后监控方式的结合, 实现了对MRO模块达标考核的监控, 提升了物资供应的管理水平。

事前预防:通过创建校验规则或系统程序增强的方式, 例如:禁止删除销售订单和销售发货单;采购订单必须通过采购申请来创建;投资收益核算中正确填列客户;专项应付款正确核算到期日;正确使用合并事务类型;正确维护收入、销售成本的获利能力段;正确维护在建工程资产主数据中的WBS元素;递延收益科目字段状态组“文本”字段必输;资产分类与资产类别对应关系;合并事务类型的有效性检查等。通过这些系统程序的增强, 在业务发生的时候系统就进行检查, 如果不符合检查要求, 就不允许保存业务操作结果, 从而避免了不规范业务的产生。

3 事后监控

参照中石化总部的检查方法, 查询出不符合规范的业务数据, 例如:检查月结后的成本账期是否仅为当期期间;检查不需用的“功能范围”下是否有数据;检查月结后物料帐期是否已取消“允许上一期间记账”;检查客户主数据的帐户组、往来单位属性、贸易伙伴、事业部属性、现金管理组是否正确;检查客户往来账款是否及时进行清账处理;检查供应商往来账款是否及时进行清账处理;检查系统内新增物资供应商 (内部单位除外) 是否通过供应商电子档案管理系统或者MDM系统下载;检查在ERP系统中通过工单形成的修理费和成本中心上发生的修理费用是否一致;检查在维修结束且物料移动、外委服务收货完成后, 是否及时对工单进行技术性关闭;每月对财务完成结算及发票校验后工单进行业务性完成;检查技术完成的工单关联通知单;是否及时对通知单进行了关闭操作;检查到账通知单是否每日及时处理等。并以报表的方式方便快捷的展现出来, 以便随时发现不规范业务的情况, 及时进行整改。

达标预警监控平台的实施, 在规避一些不规范业务发生的同时, 也可以及时发现不规范业务。两方面结合起来, 更好的提升了物资供应管理模块 (MRO) 在中石化达标考核中的合格率, 也更好地规范了业务人员的业务操作。

摘要：为了更好的提高ERP系统MRO模块的业务应用质量, 管道储运分公司依据中国石化总部达标监控检查要求, 通过技术开发的手段实现达标监控检查要求, 对业务操作进一步规范, 提升ERP系统应用水平。从达标预警监控平台的功能设计和达标预警监控平台的取数方式两个角度, 讲述了达标预警监控平台如何通过事前预防和事后监控方式, 在规避一些不规范业务发生的同时, 及时发现不规范的操作业务, 从而实现对MRO模块达标考核的监控, 提升物资供应管理水平。

关键词：ERP,MRO,达标预警监控平台,功能设计,取数方式

参考文献

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[3]孙钦平.海信集团ERP系统的开发与应用——物料管理模块的实施[D].山东大学, 2005.

[4]黄平.ERP在重庆日报报业集团的开发和运用[J].新闻研究导刊, 2011.

[5]胡月.基于SAP R/3的项目管理系统的设计与实现[D].东北大学, 2009.

变电站预警联动监控平台的设计 篇2

随着电力行业的不断发展, 电力部门所辖变电站/所逐步向无人值守方向发展, 提高了经济效益和管理水平;目前视频监控己开始应用于变电站/所的监控, 传统的“四遥”扩展为“五遥”, 即增加了“遥视”功能。但是, 现有电力监控系统存在诸多问题, 如视频监控与电力监控 (SCADA) 相互独立, 电力系统与其他辅助模块、设备或系统互相独立, 信息无法共享, 自动化水平较低, 报警信息单一, 特别是对电网消费侧用电设备的保护不够, 业已成为智能电网亟需解决的问题。本文针对无人值守变电站/所存在的问题, 在监控平台基础上, 设计了变电站辅助专家控制系统 (以下简称辅控系统) , 实现了变电站的预警和联动保护功能, 提高了电网供电品质及用电设备的安全保障。

2预警联动监控平台的系统结构

辅控系统集成了计算机、网络通信、数字编解码、模式识别、红外线、离子感烟等技术, 通过各种探测器收集变电站的环境信息及设备运行工况, 实现预警联动保护功能, 自动判断、评估突发状况的紧迫性及危险性, 按照预案自动处理, 并把信息上传调度中心;在发生严重影响电力设备正常运行的状况时, 启动应急预处理程序, 同时向调度中心和相关用户告警, 传送现场图像、声音及其他信息, 并给出处理建议, 供调度人员和相关用户参考。

预警联动监控平台主要由中心服务器、联动服务器、前置服务器、各类远程采集/控制终端组成, 采用分布式架构 (如图1所示) 。中心服务器提供了各子系统的统一调控平台, 以达到资源共享的目的, 并对各子系统进行统一管理、认证和授权, 保证系统的安全性。

3预警联动监控平台的关键技术

3.1视频组播与网络质量保证技术

传统的IP视频监控系统的工作模式是:在系统中设置一个媒体转发服务器, 在网络客户端请求某摄像机视频时, 由媒体转发服务器以点对点单播方式 (如图2所示) 把相应的视音频流转发给该客户端;多客户请求某一特定摄像机视频时, 媒体转发服务器需逐一为请求客户端分发视音频流。当某变电站摄像机所辖范围内出现异常状况时, 将瞬间形成多客户端同时查看某路摄像机视频的需求;如果并发的查询过多, 采用单播模式的系统势必遭遇媒体转发服务器的大量资源被占用、网络负担剧增, 从而影响变电站网络上其他数据的传送。

预警联动监控平台采用图3所示的IP组播技术转发视音频流, 系统中的每一台智能IP网络摄像机 (自带编码器, 以下简称网络摄像机) 均为组播源, 监控图像通过RJ45接口接入位于变电站的网络交换机。组播分发时, 网络摄像机只需发送一路实时视频流到网络上, 视频流在尽可能远的分叉路口才进行复制和分发——无论有多少个目标地址, 在整个网络的任何一条链路上只传送一路媒体流的数据包。在这种数据分发方式下, 一旦网络交换机发现客户端调看实时视频图像的请求, 立即在离该客户端最近的节点把实时数据流复制并转发至该客户端;如果网络中没有任何客户端请求视频, 则不进行转发。因此, 得以在组播中大幅节省网络带宽, 减少了整个变电站电力网络的带宽与负载, 也减少了网络拥塞的发生。

变电站监控视频直接接入电力网络, 因此网络中既有电网监控数据, 也有视音频流数据。客户端查看视音频的实时性要求较高, 这就要求电力网络拥有足够的带宽, 另一方面也需要引入Qo S (网络质量保证) 技术来满足各种业务的不同服务要求。在视频监控系统中, 网络摄像机在生成的视音频流中设置Qo S标记 (1~3级) , 根据Qo S优先级的不同提供不同级别的转发服务。在变电站的视频流和电力数据流共用电力网络带宽的情况下, Qo S机制使得网络信息的传输更加稳定、可靠, 带宽得到充分有效的利用。

视频监控采用H.264 (有时也称为MPEG-4 Part10/AVC) 视频压缩技术, 图像分辨率可达到704×576。在不影响图像质量的情况下, 与采用Motion JPEG和MPEG-4Part 2标准相比, 采用H.264编码可使录像文件的大小减少50%以上。对录像文件进行大比例压缩带来的直接好处是:能够显著减少变电站监控中心的数据存储空间开销, 节省变电站电力系统网络的带宽。

3.2 SCADA与视频预警联动的集成

建立无人值守变电站/所的安全监控体系, 需将监视系统、环境监控系统、防盗系统、消防系统、报警系统和远程控制系统有机结合, 从而提高无人值守变电站/所的监控便利性和设备的安全保障。

(1) 视频接入

前端视频采集装置主要是网络摄像机。由于网络摄像机自带编码、压缩功能, 现场可不使用硬盘录像机或安装采集卡, 只须把视频接入变电站现场的网络交换机即可。如图4所示。

视频监控采用了组播及Qo S技术, 可以保证后台监控画面的流畅性、联动的实时性、控制的可靠性。

(2) SCADA与视频监控的集成

视频监控与SCADA系统可安装于同一台计算机上, 也可安装在不同的计算机上, 通过监控平台集成。

(3) SCADA与视频预警联动的集成

辅控系统中接入的安全警卫、火灾报警、采暖通风、环境安全监控等子系统或模块, 通过SCADA系统的前置通信管理机 (以下简称前置机) 接入, 消除了传统的硬盘录像机或监控主机接入开关量、模拟量信号的局限性;其他设备也可方便地通过前置机扩展规约模块接入。预警联动监控平台则由辅控系统与监控平台集成。

3.3预警联动技术

预警联动监控平台与传统监控平台相比最大的区别就是建立了预警联动机制, 能够对所有监控子系统进行统一监控与管理, 判断、评估突发状况的紧迫性及危险性, 自动启动事故处理程序, 向调度中心和相关用户告警、传送现场信息, 并支持调度人员和相关用户作出最终决策。系统在原有监控平台上引入Python脚本, 建立了一套灵活的系统联动机制, 支持客户根据现场需求修改联动规则, 以适应多变的联动业务场景。

Iron Python和.Net框架集无缝集成, 由Python Engine脚本引擎实现脚本动态加载和运行, 完成脚本和宿主语言的交互, 达到流程控制的目的。

使用该平台可轻松实现系统联动。例如, 当红外探测器的信号发生变化时, 信号通过前置机上传至SCADA系统, 由Iron Python脚本判断信号量状态, 并根据预定义的联动规则判断是否需要联动、如何联动;如符合联动规则, 则通过调用通用函数库中的接口函数实现声、光报警并启动视频监控软件, 把该信号量对应的摄像机编号、联动控制信息传至视频监控软件, 由视频监控软件根据已定义的预置点转动云台、驱动镜头对焦、启动临时录像 (可配) 、定时关闭监控/录像 (可配) 、上传重要图片等。又如, 当子系统或模块上传的数据产生突变时, 由Iron Python脚本根据联动规则判断是否需要联动, 如符合联动规则, 则通过Iron Python将视频软件启动, 并把该模拟量数据对应的摄像机编号及联动控制信息发送至视频监控软件, 由视频监控软件做相应操作。在实现各种联动的同时, 系统也可通过短信服务器把现场告警信息发送给变电站相关领导或负责人, 以便了其解最新信息。该联动流程如图5所示。

图5对应的实例代码如下:

(1) 宿主程序如下:

(2) 公共流程控制函数库如下:

(3) Iron Python脚本如下:

“Python Engine script Engine=new Python Engine () ”语句用于创建DLR (动态语言运行时) 运行环境, 通过“Script Scope”构建执行上下文, 其中保存了环境及全局变量, 宿主 (Host) 通过创建不同的Script Scope来提供多个数据隔离的执行上下文。

“script Engine.Default Modu l e.Globals["Event Id"]=m_Event Id”语句采用Script Scope在Host和“Script Runtime”间传递数据, 提供Host与DLR对象成员的互操作接口。“script Engine.Execute (txt Script.Text) ”语句编译并执行动态脚本。脚本引擎将源代码编译成“Compiled Code”, 这样多次执行就无需重复编译, 可提高软件整体执行性能。通用函数库是外设控制通用接口, 主要包括视频操作 (Video Act) 、短信操作 (Send Sms) 、门禁操作 (Access Control Act) 、安防操作 (Security Act) 等接口——通过这些接口可实现系统对外设的基本控制。Iron Python脚本是真正实现联动逻辑的环节, 通过Script Scope达到和宿主程序共享数据的目的, 加以业务逻辑判断, 调用通用函数库操作对象实现业务联动机制。本系统联动控制部分采用了该脚本进行特效处理, 使系统完全实现了定制, 并且接口丰富, 应对能力极强。

4结束语

变电站实现智能化远程监控管理后, 应用状态检测技术, 通过监测、预警和控制三种手段, 可第一时间发现设备缺陷, 减少停电损失;凭借安全警卫技术、图像监控技术、环境监控及门禁系统相结合, 实现防盗、防灾害;通过照明、采暖、通风的自动控制, 节约能源, 维护设备安全, 从而解决变电站安全运营的“在控”、“可控”等问题, 符合国家电网公司“两型一化”和“全寿命周期”的指导思想, 是落实科学发展观、推进电网发展建设的一项重要举措, 存在广泛的应用价值。

参考文献

[1]张海霞.一种新型控制技术——PCC在水电站中的应用.武汉科技学院学报, 2005 (8)

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达标预警监控平台 篇3

煤矿瓦斯事故一直是煤炭行业各类事故中发生最频繁、造成后果最严重的事故。平煤股份八矿为煤与瓦斯突出矿井, 设计年生产能力300万吨。随着矿井的延伸, 瓦斯含量、瓦斯压力越来越大, 给矿井的安全生产带来严重威胁, 如何对井下瓦斯异常值进行及时预警, 有效避免瓦斯超限事故, 保证矿井的安全生产, 成为摆在八矿一通三防管理人员面前的一道难题。

八矿预防瓦斯超限事故的主要手段是通过井下人工瓦斯检查和安全监控系统。当井下发生瓦斯超限时, 由通风调度逐级汇报给各级管理人员, 采取措施进行瓦斯排放。逐级汇报制度不能快速的将瓦斯异常信息及时反应给各级管理部门, 如何将瓦斯异常信息快速准确地送达相关管理人员是瓦斯预警管理的一项重要任务。在这种情况下, 建立瓦斯监控预警信息发布平台为新型的煤矿安生产监督和管理模式提供了一种现代化手段。

1 监测系统概况

平煤股份八矿安全监控系统, 使用的是北京瑞赛公司生产的KJ2000N安全监控系统, 该系统采用大型工业光纤环网传输介质, 能够双向大容量传输监测监控数据, 在光纤环网某点造成损坏、断裂时, 监测监控数据能够逆向通讯传输。监测机房由一主、一备两台服务器采集正常上传数据并读取, 三台终端机供工作人员实时监视操作, 另由一主、一备两台上传机实时将数据传输到集团公司。

监测机房图形监测系统由5行3列超窄边46寸液晶屏拼接而成, 在全矿井通风系统图上, 动态显示矿井主扇、局扇开停、巷道风流方向、采掘工作面的瓦斯、温度、风速等数据, 使用不同颜色提示断线、高控等信息, 方便监测机房值班人员查看井下瓦斯情况。

该系统运行以来, 经过多次的调试、优化, 运行稳定、数据准确可靠。在瓦斯达到断电值时, 能够在第一时间切断被控区域内所有非本质安全型电源, 保障了矿井的生产安全。

2 设计思路

安全监控系统结构平台分为信息层、传输层和设备层三层结构。其中, 信息层为矿地面局域网, 传输层光纤环网, 设备层采用FSK交换机和CAN交换机两种方式。由系统厂家提供监测系统通讯协议和接口, 与矿进行合作, 将监测信息共享到矿信息平台。

设计时考虑到现在手机的普及率, 通过GSM网络发送短信到手机, 造价低廉, 方便实用。该平台在矿井安全监控系统稳定运行的基础上, 直接采集公司上传机共享文件夹内实时数据源, 然后将瓦斯实时数据进行过滤存储, 对采集的高值瓦斯数据按条件、分类处理, 对达到报警值的报警数据通过短信发布到相关管理人员的手机上。管理人员使用公司联网监控系统, 在联网的计算机上查看井下各类传感器的实时数据和曲线, 进行原因分析, 并针对异常原因, 采取针对性措施, 避免瓦斯超限事故的发生。

3 报警短信设计和发送范围

3.1 报警短信内容

包括:工程地点、瓦斯传感器位置、瓦斯浓度、报警时间。

3.2 接收用户表

用户表中的信息包括用户编号、用户姓名、手机号码、用户级别、接收范围等内容。

3.3 短信报警级别

短信报警级别的配置包含两方面的内容:级别数和每一级别对应的瓦斯浓度值。级别数定义了终端用户共分为几个级别, 每一级别对应的瓦斯浓度值定义了当瓦斯浓度达到何值的时候开始给该级别用户发送报警信息。将瓦斯报警级别数定义为0.65%、0.75%、0.85%及以上, 当井下工程地点瓦斯浓度达到0.65%时, 发送短信给该工程地点施工单位队长、业务科室负责人;当瓦斯浓度达到0.75%时, 发送短信给该工程地点施工单位队长、业务科室负责人、相关战线领导;当瓦斯浓度达到0.85及以上时发送短信给该工程地点施工单位队长、业务科室负责人、相关战线领导、矿长、矿党委书记。

3.4 发送自定义信息

为了满足通用性, 报警平台除对瓦斯数据进行自动报警之外, 还为管理员提供了发送自定义短消息的接口。该功能可以群发短消息, 用来报告紧急情况、发布重要通知以及一些规章制度。

4 监控系统数据提取模块

该模块将联网上传机的原始瓦斯数据转化为系统标准数据。具体功能如下:该功能将瓦斯监控系统上传机的数据从数据文件中读取出来, 并将原始瓦斯监控系统数据经过处理, 更新到数据库实时数据表中, 更新周期与监控系统的巡检周期一致。根据需要编写了专用的读取数据软件, 该软件负责将上传机数据文件夹中名为“实时数据.txt”中符合设置瓦斯浓度的记录提取出来, 并存储到同目录下的record.txt中, 如果“实时数据.txt”中没有符合条件的记录, 则Record.txt为空文件。

5 瓦斯报警数据检测

5.1 检测瓦斯报警、生成报警信息

当井下某一工程地点的瓦斯浓度超过预先定义的报警值时, 检测模块会收到瓦斯数据报警事件。收到事件之后, 检测模块负责根据数据库中实时数据表、发送范围表及用户表来生成报警信息并发送。

5.2 检测警报升级、生成报警升级信息

根据数据库报警级别表的定义, 当检测模块发现某一报警记录的瓦斯浓度值已经超过下一级别时, 将生成瓦斯报警升级信息, 并根据用户表中的级别给相关级别的用户群发送报警升级信息。

6 报警平台管理和权限设置

web管理部分采用B/S结构, 管理员可以通过web浏览器来对平台进行配置和管理, 例如配置权限设置、管理用户表、发送自定义信息、更改报警值等。只有超级管理员才能够使用权限设置功能, 负责管理普通管理员信息, 主要操作有:添加新的普通管理员, 设置新管理员用户名、密码等验证身份时需要的信息, 为新管理员指定权限。

7 平台管理和维护

监测机房值班人员负责瓦斯监控信息短信实时发布平台的正常运行, 出现问题及时向队值班领导汇报, 队值班领导负责安排人员处理, 保证平台的正常运行。

8 瓦斯异常原因分析与防范措施制定

施工单位负责人和通风管理人员在接收到瓦斯异常报警信息后, 要及时通过公司的联网监控系统, 查看井下的实时瓦斯数据曲线, 分析瓦斯异常原因, 并制定防范措施告知施工单位值班人员。施工单位值班人员将瓦斯异常原因和制定的防范措施在班前会上进行通报, 当班跟班人员负责井下落实防范措施, 避免发生瓦斯超限事故。

9 实施效果

瓦斯监控信息短信实时发布平台通过编制的能读取监测系统数据库的专用软件, 将瓦斯异常信息通过GSM网络分级向相关管理人员自动发送, 使各级管理人员能够及时了解井下瓦斯异常信息。具有操作简单、技术可靠的特点, 完善了瓦斯预警系统, 强化了瓦斯管理工作, 为矿井安全生产提供了保障, 提高了矿井的瓦斯超限应急预警能力, 有效的避免了瓦斯超限事故。

参考文献

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[2]付华, 杨宝霖, 高迎惠.基于多传感器信息融合的矿井提升机监测系统[J].辽宁工程技术大学学报 (自然科学版) , 2001 (01) .

达标预警监控平台 篇4

(1) 数据整合度不足

GPS信息主要是车辆的常规信息和定位信息, 还存在着与其他类别的信息无法互联互通、无法有效监管的问题。工作人员往往是在一个系统查找一辆车的危运信息, 手动记下后, 再打开另一GPS系统手动输入该车辆标识, 查看该车的GPS车辆定位信息。随着科技的发展, 危运货车、班线客车、旅游客车等营运车辆已逐渐将安装卫星定位系统作为一项安全措施。如何充分利用单车卫星定位系统的技术手段, 实现跨企业、跨区域、数据信息更完备的大范围危险品道路运输动态监管, 还是一项新的科题。

(2) 车载终端程度状态数据采集能力不强

危运车辆的车载终端与一般车辆监控的车载终端有很大不同, 因危运车辆存在巨大安全隐患的特点, 应该具有实时状态数据采集作用。危运车辆不同于其它一般车辆, 它的车载终端不仅要监控车辆的常规定位信息, 还要实时的采集车辆及危险品的状态信息 (速度、走向、温度、压强等) , 以及对这些状态信息实时动态地监控与评估, 预警可能发生的危险状况。

(3) 应急预警与指挥控制的智能化不足

危运车辆因其易燃、易爆、毒害、辐射等特点, 一旦其发生突发事件, 后果将非常危急, 科学、快速指挥处置必须有完善的指挥信息系统作为支撑。危险品运输应急指挥信息系统, 可将各危运生产企业的危险品种类、性质、应急措施、应急队伍、应急设备、相关医院、应急报告、应急通讯等信息全面整理, 并且信息化, 电子地图化。在突发事件发生时, 可迅速启运响应, 并提供全面、科学的技术支持, 切实提高危运应急指挥水平。

3S技术就是将遥感技术 (RS) 、地理信息系统 (GIS) 和全球定位系统 (GPS) 紧密结合的一体化技术, “3S”一体化技术的不断进步和发展, 使其具有广阔的应用前景。以RS、GIS、GPS为基础, 将这三种独立技术中的有关部分和计算机技术、通讯技术有机集成起来, 可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新[3,4]。在近二十年, 3S技术迅速崛起与发展, 为智能交通系统的发展提供了强有力的支持。

本文基于3S技术, 设计出了一个集危运车辆定位、危运状态信息实时采集与动态监控、危运应急预警与指挥控制于一体, 具有高度感知能力的危运智能监控和预警系统, 有效整合危运车辆常规数据、实时危运状态数据、GPS车辆定位数据、应急预警与控制信息等数据, 实现对危运全过程中车辆、人员、环境及危险品状态等情况的全面掌握, 动态实时监控、应急预警与指挥控制, 最大程度地减少危运事故及其危害, 有效的提高危运管理水平和工作效率。

1 系统总体设计

1.1 系统部署架构

在危运车辆智能监控和预警系统中, 使用GPS技术完成危运车辆的定位功能, 获取诸如经纬度、朝向等位置数据。车辆终端使用传感器技术采集当前车辆及危运品的状态数据, 比如车速、危运品温度、湿度、压强等。使用GIS技术车辆定位的图形显示和导航[5,6], 可提供以电子地图为基础的直观图形化人机界面, 并且在矢量电子地图中, 用户能够任意地缩小、放大地图并进行地图漫游, 能够查询地理实体, 可规划路径, 选择最短路径, 准确实时显示所查车辆的位置, 跟踪车辆的行驶路线。

1.2 系统功能概要设计

系统主要由车载终端、监控中心子系统、应急预警与指挥控制子系统组成。

车载终端不仅能采集当前车辆及危运品的状态数据, 而且能够完成车辆与监控中心的定位信息、状态信息、控制信息等数据的传输与交互。

监控中心子系统是全系统的核心, 要实时对车辆发送的数据进行接收、处理、显示、监控, 同时也包含对历史信息的处理和使用。

应急预警与指挥控制子系统包含应急预警、救援指挥、调度、路径规划及导航等功能, 集中了预警类别、应急措施、应急队伍、应急设备、应急预案等来自于环保、公安等多来源的危运相关的业务数据。系统的组成结构如图1所示。

2 车载终端的设计

车载终端主要功能是一方面接收GPS定位信息, 采集运输车辆及危运品的各类状态数据;另一方面发送车辆的位置信息和状态数据到服务器和监控管理中心, 同时接收服务器和监控管理中心的控制信息, 并实现对车辆的控制。

车载终端由数据采集模块、GPS接收模块、GPRS通信模块组成。

数据采集模块:传感器采集运输车辆及危运品的各类状态数据, 如车辆行使速度和方向、车厢内外温湿度环境参数、危运品的状态、车辆碰撞检测等。信号传输到车载终端控制器, 经过处理在液晶显示器上进行实时动态的显示, 对不正常状态给出提示和报警。

GPS接收模块:由两部分 (GPS天线、GPS数据处理模块) 组成, 接收GPS卫星发送的卫星报文, 进行计算处理, 解算出当前GPS天线所在地理位置, 当前载体的速度、方向以及整个系统的标准时间。

GPRS通信模块:负责车辆与监控中心的相互通信, 发送车辆的位置信息和状态数据到服务器和监控管理中心, 同时接收服务器和监控管理中心的控制指令和调度信息。

3 监控中心子系统的设计

3.1 监控中心子系统功能构成

该子系统主要包含基本信息配置模块和监控模块。基本信息配置模块中主要解决了基本信息的添加、修改、删除和查询问题。监控模块主要是对危运车辆反馈回来的信息进行接收、处理以及在可视化界面上的显示。

(1) 基本信息配置模块

基本信息配置主要是对危运车辆、危运货品、危运人员等基本信息的增删查改功能。

在人员配置功能中, 依据人员不同的角色设置人员的不同类别和详细的数据项组成, 人员类别决定系统使用权限, 可为监控工作人员、危运车辆驾驶员、系统管理员、决策人员。在危运货品配置信息中, 首先配置货物基本信息, 如名称、外观等;接着配置该货物的危险特性即要检测的项目及其检测标准, 如温度、压强为危险检测项 (温度安全区间在0e~80e, 警戒区间在70e~90e, 危险区间在90e~110e) 。危运车辆配置信息主要包含车辆的标识、类型、最大承载能力、所属公司等, 车辆类型包括油罐车、危险化学品车、槽罐车等, 最大承载能力是描述车辆的承载重量, 如3吨或8吨[7,8]。

(2) 监控模块的基本功能

监控模块有两个重要功能, 即时信息处理和历史信息处理功能, 以及在这2个功能之中对危运车辆、危运货品、危运人员等基本信息查询与显示。即时信息处理由车辆位置 (经纬度、走向) 、运载危险品的各项指标值的实时监控的图形化显示, 而历史信息处理是上述即时信息总和及相关的查询与显示操作。该模块的功能如图2所示。

3.2 监控功能的实现步骤

监控功能的实现步骤主要有: (1) 数据获取:通过网络编程的方式获取反馈回来的数据; (2) 数据分析:主要是协议的分析, 提取有效信息; (3) 数据显示并且入库, 可实现形象化的数据显示功能 (监控主界面如图3所示) :窗口中显示有电子地图, 且电子地图上可根据实时传递来的数据显示车辆的位置或车辆的行驶轨迹, 还可方便的对地图进行放大和缩小。

上面步骤中的一个难点是对收到的GPS数据进行处理的过程, 在实现中按如下流程:接收GPS数据, 进行验证、分割 (主要用substring () 函数) 等处理, 执行完毕后, 车辆的数据信息保存到了数据库里, 而在监控平台中也可以实时的显示出来。

4 应急预警与指挥控制子系统的详细设计

4.1 功能构成

应急预警与指挥控制子系统包含应急预警、救援指挥、调度、路径规划及导航等功能。预警是分析即时状态信息预测与警告可能的异常或接收车辆的异常信息进行预警;救援指挥是根据发生异常的相关信息, 判断危险级别与类型, 并进一步找到应急预案, 发出救援指挥命令;调度是依据监控中的异常求解救援路径人员安排最优化的问题, 从而保证在突发事件发生时, 可迅速启运响应, 并提供全面、科学的技术支持, 切实提高危运应急指挥水平。

应急调度主要是事故后救援车辆的最佳安排与救援路径最优选择, 是该子系统设计和实现的难点, 下面主要阐述利用线性规划、A*算法实现了对危运车辆的基本调度安排和最优路径的选择。

4.2 基于A*双向启发式算法的最优路径求解

线性规划是运筹学中研究道路运输问题的理论和算法, 结合实际问题建立线性规划模型的目标函数和相应的一组线性约束条件, 它的一个可行解就是满足这组约束条件的一组决策变量的值, 所有可行解组成的集合就是线性规划的可行解集 (可行域) , 其中使目标函数得最小值 (或最大值) 的可行解为线性规划的最优解[9,10]。

最短路径求解是指在一个带权图中设法从两个指定结点间的多条路径中, 找到一条各边权值的和最小的路径。其数学模型是, 将交通道路网络拓扑结构记为赋权有向图G= (N, A) 。其中, 结点N={i|, 0<=i<=结点总数}, 弧集A={a|a= (i, j) :i, j∈N}, 弧数m=|A|, 对任意弧度a= (i, j) , 定义ci, j为路段代价 (距离、行驶时间、行驶费用等) , 满足ci, j>0。对交通道路网络G中任意路径P= (a1, a2, …, ai-1, ai) , 路径长度C (P) =ca1+ca2+…+cai, 为路径所经过的所有路段的弧长之和。

因此, 最优路径问题的线性规划模型是, 在赋权有向图G (N, A) 中, 找出节点集合N中任意两个结点i到j的一条路径P, 使得道路代价 最小, 其中, x (i, j) 为决策变量。

目标函数为: , 约束条件为:

目前主要的最短路径求解算法有Dijstar算法、Floyd、启发式A*算法, 本文将使用启发式策略和双向搜索策略相结合的A*双向启发式算法。

双向搜索是从原点到目标点的正向搜索过程和从目标点向原点的逆向搜索过程———两个搜索过程同时进行, 其关键在于终止条件和切换条件的设定。A*双向启发式算法是结合启发式信息和双向搜索技术的一种快速搜索算法, 正向启发式A*算法和逆向启发A*算法叠加进行, 正向过程启发算法的启发函数基于目标结点计算, 而逆向过程启发式函数则基于原结点计算, 均采用曼哈顿 (Manhattan) 距离:manhat Dist (A, B) =2×π×r× (|xa-xb|+|yayb|) ÷360, 其中, r为地球半径, 常量。

最好的状况是, 正向搜索和逆向搜索在原结点和目标结点的几何中心相遇, 可减少一半的搜索空间, 但因原结点和目标结点所处路网密度、通达程度等不同, 搜索不在中间点相遇, 甚至可能导致双向启发算法的搜索结点为单向启发搜索的两倍。因此, 双向启发式搜索算法的关键点是使双向搜索在搜索区域中间部分相遇而结束, 本文采用“迭代式最佳节点替换法”。

改进方法是改进前向和后向搜索简单的交替切换, 具体步骤如下:

(1) 先前向搜索, 得到一个前向最佳结点; (2) 接着后向搜索, 以上次前向最佳结点为目标结点, 同时求出一个后向最佳结点; (3) 再前向搜索, 以上次后向最佳结点为目标结点, 同时求出一个前向最佳结点; (4) 第 (2) 步和第 (3) 步反复迭代, 直至相遇退出。

前向搜索和后向搜索间的切换取决于搜索空间最佳结点的启发式估价函数, 若前向搜索中基于目标结点的当前结点的估价函数小于后向搜索基于原结点的当前结点的估价函数, 则前向搜索中更偏向于中间区域, 接着进行后向搜索, 反之, 就进行后向搜索, 以此来能保证前向和后向搜索在中间区域相遇, 进一步提高搜索效率。

5 结束语

本系统通过计算机网络实现对不同单位的危运车辆远程管理, 能够在线对危运车辆实施动态定位、监控、跟踪、轨迹回溯、调度、管理等功能。在实现系统安全可控的基础上, 尽量采用标准规范和传输协议, 使其具有可扩展性。基于智慧3S技术的危运车辆智能监控系统, 对于危险品道路运输车辆的高效管理提供了必要的手段和工具。

参考文献

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[2]冯学智.3S技术与集成[M].北京:商务印书馆, 2012.

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[4]张军.3S技术基础[M].北京:清华出版社, 2013.

[5]张渭军, 王华.城市道路最短路径的Djkstra算法优化[J].长安大学学报:自然科学版, 2005, 25 (6) :63-65.

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[9]姚学恒.基于“3S”的实时交通信息系统关键技术研究[D].长沙:中南大学2011.