加油站綜合監(jiān)控平臺(tái)

王維民，楊麗欣

(1. 中國石化銷售有限公司，北京 100728；2. 中國石化銷售有限公司 天津石油分公司，天津 300100)

成品油銷售企業(yè)需要管理多個(gè)加油站，以中國石化省級(jí)成品油銷售企業(yè)為例，平均每個(gè)企業(yè)管理1 002個(gè)加油站[1]。隨著加油站管理成本不斷增加及外界安全環(huán)保監(jiān)管日趨嚴(yán)格，傳統(tǒng)單站管理模式越來越難以為繼，管理模式逐步從單站管理向自動(dòng)化、信息化、智能化管理轉(zhuǎn)變。

隨著液位儀、加油卡、視頻監(jiān)控、油氣回收等設(shè)備及系統(tǒng)持續(xù)深化應(yīng)用，基于單項(xiàng)業(yè)務(wù)的信息系統(tǒng)不斷增加，加油站基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)不斷增多，一方面要求加油站員工操作多種信息系統(tǒng)，增加了員工的額外勞動(dòng)，另一方面也形成了“信息孤島”，不利于全局掌握加油站的運(yùn)行情況。

如何在網(wǎng)絡(luò)化管理模式下充分挖掘設(shè)備及系統(tǒng)潛能，挖掘現(xiàn)有歷史數(shù)據(jù)潛能，消除“信息孤島”，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)加油站可控管理和有效調(diào)度，做好對加油站“進(jìn)、銷、存”的管理和HSE管理，成為成品油銷售企業(yè)精細(xì)化管理亟待解決的問題。

1 體系架構(gòu)及功能實(shí)現(xiàn)

針對加油站業(yè)務(wù)發(fā)展及管理需求，采用模塊化設(shè)計(jì)，構(gòu)建了基于“數(shù)據(jù)平臺(tái)、業(yè)務(wù)邏輯及實(shí)現(xiàn)、用戶界面”三層架構(gòu)的加油站綜合監(jiān)控平臺(tái)，如圖1所示，這種分層組態(tài)式軟件體系結(jié)構(gòu)，可有效支持加油站業(yè)務(wù)流程和管理需求的持續(xù)改進(jìn)。

加油站綜合監(jiān)控平臺(tái)整合液位儀、加油機(jī)管控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、油氣回收、零售管理等工業(yè)設(shè)備或信息系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，采用“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)”的模式，實(shí)現(xiàn)運(yùn)儲(chǔ)銷管理、庫存管理、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控及智能分析、油氣回收監(jiān)控、安全管理及預(yù)警等功能。

1.1 運(yùn)儲(chǔ)銷管理

主要通過對加油機(jī)管控系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總分析，實(shí)現(xiàn)進(jìn)油數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、銷售數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、區(qū)域銷售統(tǒng)計(jì)、油品類型銷售同比環(huán)比、片區(qū)銷售同比環(huán)比、超期存儲(chǔ)警示等功能。一定時(shí)間段內(nèi)銷售情況比較如圖2所示。

圖1 加油站綜合監(jiān)控平臺(tái)體系架構(gòu)示意

圖2 加油站油品銷售同比環(huán)比

1.2 庫存管理

液位儀通過實(shí)時(shí)被動(dòng)上傳機(jī)制，遠(yuǎn)程發(fā)送、獲取罐存指令，液位儀應(yīng)答并將此時(shí)的罐存信息上傳至管理平臺(tái)。實(shí)時(shí)顯示加油站罐存、液位高度、水位高度、溫度、油品等信息。

當(dāng)加油站某種油品庫存處于低位時(shí)，自動(dòng)將缺貨信號(hào)傳遞至物流配送部門，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)貨功能。

1.3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

按照視頻監(jiān)控相關(guān)規(guī)范[2-3]要求，提供歷史錄像資料的遠(yuǎn)程回查功能，支持常規(guī)的按時(shí)間段查詢、報(bào)警事件錄像查詢，均可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控加油站現(xiàn)場視頻，包括加油區(qū)、卸油口和財(cái)務(wù)室及收銀臺(tái)等特定場景。

管理部門通過管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻的預(yù)覽，從而提高了監(jiān)察效率，節(jié)省了人力成本和交通成本。通過對加油站進(jìn)油環(huán)節(jié)、油站建設(shè)、改造施工現(xiàn)場全過程的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)加油站現(xiàn)場管理遠(yuǎn)程可視監(jiān)控，促進(jìn)現(xiàn)場管理規(guī)范和員工服務(wù)水平全面提升。

1.4 油氣回收在線檢測

按照文獻(xiàn)[4]要求，年銷售汽油量大于8 000 t的加油站和臭氧濃度超標(biāo)城市、年銷售汽油量大于5 000 t的加油站完成油氣回收改造的同時(shí)應(yīng)安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，為不形成“信息孤島”，應(yīng)將在線監(jiān)測系統(tǒng)融入綜合監(jiān)控平臺(tái)。

按照標(biāo)準(zhǔn)將油氣回收氣液比檢測、密閉性及液阻檢測納入綜合監(jiān)控平臺(tái)[5]。油氣回收在線檢測示意如圖3所示。

圖3 油氣回收在線檢測示意

1.5 自動(dòng)預(yù)警管理

根據(jù)液位儀、管控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等設(shè)備系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合加油站運(yùn)營和管理的需求，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)多維度比對，開發(fā)自動(dòng)預(yù)警功能，并將預(yù)警信息自動(dòng)傳遞至相關(guān)管理部門，使得各種預(yù)警及時(shí)處理。主要預(yù)警功能見表1所列。

表1 主要預(yù)警內(nèi)容

2 關(guān)鍵技術(shù)

加油站綜合監(jiān)控平臺(tái)集成了液位儀、加油卡、視頻監(jiān)控與智能分析、油氣回收在線監(jiān)測、零售管理、物流配送等系統(tǒng)，涉及的數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析技術(shù)較多，下面對監(jiān)控平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)做簡要介紹。

2.1 多路實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)平臺(tái)是整個(gè)綜合監(jiān)控平臺(tái)的核心，提供了上層業(yè)務(wù)應(yīng)用組件所需的各種數(shù)據(jù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有來自液位儀、油氣回收流量計(jì)等工業(yè)儀表信號(hào)，也有來自數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，還有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻流，所以準(zhǔn)確穩(wěn)定地獲取數(shù)據(jù)成為監(jiān)控平臺(tái)的核心。

對于液位儀、流量計(jì)、視頻等信號(hào)，通過多通道實(shí)時(shí)智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)獲取加油站運(yùn)營數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 多通道實(shí)時(shí)智能數(shù)據(jù)采集器

智能數(shù)據(jù)采集器可采集12路RS-485信號(hào)，12路視頻信號(hào)可有效滿足系統(tǒng)當(dāng)前液位儀、流量計(jì)、視頻監(jiān)控信號(hào)需求和日后擴(kuò)容需求。

2.2 埋地油罐容積表在線標(biāo)定

埋地油罐容積表是加油站進(jìn)行庫存管理和計(jì)量交接的重要依據(jù)，其準(zhǔn)確性直接決定加油站的計(jì)量管理水平，因而需要對油罐容積表進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定。傳統(tǒng)油罐標(biāo)定主要采用手工方法或半自動(dòng)方法，使用定量進(jìn)油或定量出油，獲取油罐體積變化和液位儀高度之間對應(yīng)關(guān)系，生成容積表，此類方法需人工干預(yù)，而且標(biāo)定過程中易揮發(fā)性的油品容易造成安全環(huán)保事故。

假設(shè)埋地油罐為標(biāo)準(zhǔn)圓柱形且水平安裝，未填充防爆阻隔材料，油罐長度為L，半徑為R，初始液面高度為h，罐內(nèi)油品體積為V，通過加油機(jī)付油體積為dV，則油罐液位下降高度為dh，當(dāng)dh比較小時(shí)，油罐液位變化dh與加油機(jī)付油量dV之間的關(guān)系，可用微分方程表示[6]：

(1)

但實(shí)際中，由于油罐封頭類型、罐體變形、罐體傾斜、內(nèi)部水雜質(zhì)沉積等因素干擾，式(1)并不能完全適用，且該微分方程無解析解。綜合監(jiān)控平臺(tái)使用分段多項(xiàng)式模擬加油站埋地油罐容積表：

Vs(h)=anh3+bnh2+cpn+dn(n=1，…，N)

(2)

式中：Vs(h)——對應(yīng)的庫存容積，N——分段數(shù)，an，bn，cn，dn——需要求取的分段多項(xiàng)式參數(shù)。

通過綜合監(jiān)控平臺(tái)大量獲取每次加油體積量dVs(h)和對應(yīng)的油罐液位h及液位下降高度dh，形成多組(dVs(h)/dh，h)，然后通過Levenberg-Marquardt回歸擬合算法[7]得到dVs(h)/dh與液位高度h的關(guān)系式：

dVs(h)/dh=ah2+bh+c

(3)

式中：a，b，c——要擬合的參數(shù)。

最后通過解式(3)得到埋地油罐的罐容表，即在不同高度h下的體積Vs(h)。

由于液位儀測量的一致性，測量液位高度變化dh的精確度要比手工測量高得多，目前可達(dá)0.01 mm，而加油機(jī)流量計(jì)一般為0.2級(jí)，經(jīng)文獻(xiàn)[6]采用蒙特卡羅模擬驗(yàn)證，在儀表精度滿足需求的條件下，生成的罐容表滿足不超過±0.3%的最大誤差要求。中國石化天津石油分公司在44座埋地油罐現(xiàn)場試驗(yàn)，采用罐表機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)容器的方法與自動(dòng)標(biāo)定方法進(jìn)行了驗(yàn)證，43個(gè)罐容積表完全符合3‰誤差的要求[8]，1個(gè)罐容積表中1處數(shù)據(jù)偏差為3.2‰，理論試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)均表明該方法切實(shí)有效。

通過油罐自動(dòng)標(biāo)定技術(shù)，無需對加油站暫停營業(yè)，大幅降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率和本質(zhì)安全環(huán)保水平。

2.3 智能視頻監(jiān)控技術(shù)

目前每個(gè)加油站平均9～12路視頻監(jiān)控信號(hào)，完全依靠人工觀察，多個(gè)加油站錄像無法實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控。

根據(jù)智能視頻技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，采用基于背景差[9]方法對加油站卸油區(qū)域、加油區(qū)域等重點(diǎn)部位視頻進(jìn)行智能監(jiān)控和分析。利用加油站攝像機(jī)采集到的視頻圖像，進(jìn)行背景建模、目標(biāo)檢測、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)分類等方法，從視頻中獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的各種特征，并對視頻中發(fā)生的各種異常事件進(jìn)行自動(dòng)檢測及報(bào)警。視頻智能分析流程如圖5所示。

圖5 智能視頻監(jiān)控流程示意

通過智能視頻監(jiān)控的應(yīng)用，有效提升了系統(tǒng)的主動(dòng)防御能力，把安全管理提升到全天候預(yù)警監(jiān)控的新水平。

3 總結(jié)與展望

針對成品油銷售企業(yè)加油站管理面臨的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于數(shù)據(jù)平臺(tái)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，該平臺(tái)不僅能夠有效解決加油站現(xiàn)有管理難題，而且能夠支持加油站業(yè)務(wù)流程持續(xù)改進(jìn)帶來的軟件功能更新。

加油站綜合監(jiān)控分析平臺(tái)整合了液位儀、視頻監(jiān)控、油氣回收等工業(yè)儀表數(shù)據(jù)和零售管理、加油機(jī)管控等系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，采用“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)”的模式，直觀展示了加油站運(yùn)行狀態(tài)，提升了成品油銷售企業(yè)進(jìn)銷存管理、庫存管理、HSE管理等各方面工作效率，有效促進(jìn)了“工業(yè)化、信息化、商業(yè)化”的融合。

隨著加油站經(jīng)營業(yè)務(wù)的不斷拓展，例如非油品銷售、洗車、電商平臺(tái)終端配送等業(yè)務(wù)模式的發(fā)展，加油站業(yè)務(wù)需求和管理需求不斷創(chuàng)新，加油站綜合監(jiān)控平臺(tái)將不斷隨之完善。綜合監(jiān)控平臺(tái)涉及多個(gè)加油站，各加油站地理位置分散、硬件基礎(chǔ)條件不一、網(wǎng)絡(luò)連接模式不同，業(yè)務(wù)經(jīng)營也不盡相同，綜合監(jiān)控平臺(tái)如何適應(yīng)各類場景成為重要課題。隨著云技術(shù)的深入應(yīng)用，加油站的各種信息基礎(chǔ)設(shè)施將不斷減少，有望徹底解決多系統(tǒng)并存的情況，進(jìn)一步提高工作效率。

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