航空油料應急儲備管理與調(diào)度系統(tǒng)研究

文/胡代忠

航空油料應急儲備調(diào)度是復雜系統(tǒng)工程，點多面廣，涉及到油料儲存、運輸、接收、發(fā)出等多個環(huán)節(jié)。任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤和漏洞，均會造成油料資源浪費和流失[1]。當某一保障區(qū)域發(fā)生突發(fā)事件，需從周邊地區(qū)對油料儲備進行調(diào)度時，若無法獲取準確的油料儲備實時數(shù)據(jù)，僅依據(jù)儲備單位原上報未更新數(shù)據(jù)來進行調(diào)度，難于從全局上把握，將可能造成某一區(qū)域發(fā)生突發(fā)事件而影響其它區(qū)域正常油料保障的狀況，甚至嚴重影響油料供應和經(jīng)濟運行安全，致使突發(fā)事件失控[2]。

當自然災害、公共突發(fā)事件、大型群體事件、恐怖襲擊發(fā)生時，傳統(tǒng)航空油料應急儲備調(diào)度模式已難于滿足油料應急調(diào)度需要求，快速響應油料保障能力亟待提高。應用現(xiàn)代管理與決策理念和先進技術，對航空油料應急儲備管理與調(diào)度系統(tǒng)進行研究勢在必行。

該系統(tǒng)的研究，應整體籌劃，嚴密論證，確定系統(tǒng)建設方向和目標，找準切入點，構建完整、層次清晰的系統(tǒng)總體架構。通過網(wǎng)絡實現(xiàn)油料運輸量、儲備量、收發(fā)量等遠程數(shù)據(jù)采集，對油料調(diào)度實施遠程實時監(jiān)控，有效且實時地掌握航空油料儲備精確數(shù)據(jù)，優(yōu)化配置油料資源，調(diào)整應急儲備規(guī)模和結(jié)構，提高應急儲備調(diào)度效率。

1.系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)總體架構由業(yè)務應用層、應用支撐層、數(shù)據(jù)支撐層和技術支撐層構成，如圖1所示。業(yè)務應用層主要包括油料應急儲備管理子系統(tǒng)和航空油料應急儲備調(diào)度子系統(tǒng)。應用支撐層包括數(shù)據(jù)采集、查詢、統(tǒng)計、挖掘、集成及數(shù)據(jù)安全等數(shù)據(jù)處理模塊，還包括用戶認證、權限管理、運行日志模塊、系統(tǒng)維護等模塊。數(shù)據(jù)支撐層包括應急儲備數(shù)據(jù)（如實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫）和用于支持調(diào)度方案生成方法（如模型庫、規(guī)則庫、案例庫和預案庫）[3~4]。技術支撐層包括各種用于支撐應急儲備調(diào)度方案生成的技術，如數(shù)據(jù)融合、模糊理論、證據(jù)理論等，還包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡、微粒群等人工智能方法[5~6]。

系統(tǒng)整體物理結(jié)構由數(shù)據(jù)控制中心、數(shù)據(jù)采集、應急儲備管理、應急儲備調(diào)度等子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)控制中心是數(shù)據(jù)集成平臺，為強化系統(tǒng)高效運算、海量存儲穩(wěn)定性，除提供應用服務器外，還應提供備份服務器等安全穩(wěn)定的存儲設備。配置核心交換機，實現(xiàn)骨干網(wǎng)的路由和信息轉(zhuǎn)發(fā)功能；設置接入交換機，為各終端安全接入提供硬件接口。

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)集成技術，實現(xiàn)油料應急儲備單位的基礎數(shù)據(jù)采集和標準化，按一定時間間隔自動收集數(shù)據(jù)，并存儲至中心數(shù)據(jù)庫。

應急儲備管理子系統(tǒng)用于對各儲備油庫實施實時監(jiān)控，實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心綜合數(shù)據(jù)庫的交互，完成數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計和儲備量預測等功能。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)置儲備量預測模型，當現(xiàn)有儲備量低于預測值達到某一程度時，系統(tǒng)發(fā)出警報?；趯v史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)預測模型，計算下一年度的儲備量預測值，為應急儲備方案制定提供數(shù)據(jù)支持。

應急儲備調(diào)度子系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)，通過與其綜合數(shù)據(jù)庫交互訪問，對現(xiàn)有儲備量、位置、應急保障點、需求量等信息實現(xiàn)實時監(jiān)控。使用應急儲備調(diào)度模型，根據(jù)突發(fā)事件應急保障需求，生成應急儲備調(diào)度初步方案。從應急調(diào)度預案庫中查找出與之相匹配的預備方案。將初步方案與預備方案作比較，進行二次修訂，生成最終調(diào)度方案，并下發(fā)相關單位。在系統(tǒng)上對油料應急調(diào)度態(tài)勢進行實時展示，動態(tài)監(jiān)控應急調(diào)度執(zhí)行狀況。該子系統(tǒng)主要功能包括應急調(diào)度態(tài)勢顯示、實時數(shù)據(jù)查詢、調(diào)度方案生成、儲備油庫監(jiān)控、應急點監(jiān)控以及運油車監(jiān)控等。

圖1 系統(tǒng)總體架構示意圖

2 數(shù)據(jù)控制中心

數(shù)據(jù)控制中心是系統(tǒng)中樞，主要由數(shù)據(jù)管理平臺、網(wǎng)絡傳輸平臺、數(shù)據(jù)應用平臺和輔助平臺等組成。網(wǎng)絡傳輸平臺包括交換機、防火墻及用于規(guī)劃整體傳輸模式的硬件等。數(shù)據(jù)應用平臺包括各應用子系統(tǒng)服務器及存儲部件；輔助平臺包括操作員所使用的終端電腦及外設設備等。數(shù)據(jù)控制中心具有數(shù)據(jù)存儲與讀取及時性、準確性、完整性、安全性和可靠性等性能。數(shù)據(jù)控制中心所存儲的數(shù)據(jù)可為制定調(diào)度等方案提供決策依據(jù)[7]。

按瀏覽器/服務器結(jié)構設置數(shù)據(jù)控制中心。操作系統(tǒng)采用Windows，局域網(wǎng)采用1000Mbps高速以太網(wǎng)。冗余配置服務器、局域網(wǎng)，操作員工作站、部門領導工作站等以節(jié)點接入局域網(wǎng)，共享服務器資源。采用分布式結(jié)構，按功能將服務器分開設置，降低單個服務器負荷。設置核心交換機，實現(xiàn)應急儲備骨干網(wǎng)的路由和信息轉(zhuǎn)發(fā)功能。配置接入交換機，確保各終端安全接入。數(shù)據(jù)控制中心硬件主要有應用服務器、WEB服務器和通信服務器等。

（1）應用服務器

應用服務器是數(shù)據(jù)控制中心的核心部件，它包括實時數(shù)據(jù)服務器和歷史數(shù)據(jù)服務器等。采用雙機及雙網(wǎng)卡熱互備的分布式結(jié)構配置服務器，運行標準數(shù)據(jù)庫軟件（ORACLE或SQL），提供開放軟件接口和標準物理接口。

實時數(shù)據(jù)服務器用于處理、存儲、管理由儲油單位所采集上傳的實時數(shù)據(jù)。自動恢復通信中斷期間的趨勢數(shù)據(jù)，以確保2臺數(shù)據(jù)服務器任何時候數(shù)據(jù)的一致性、完整性。歷史數(shù)據(jù)庫服務器主要用于油料應急儲備歷史數(shù)據(jù)的存儲與管理，為網(wǎng)絡中的其它服務器和工作站提供數(shù)據(jù)服務。為確保數(shù)據(jù)控制中心運行穩(wěn)定性，設置應用服務器和備份服務器，為數(shù)據(jù)管理提供安全穩(wěn)定的存儲設備。備份服務器采用異地備份模式，對油料應急儲備實時和歷史數(shù)據(jù)的遠程備份，提高數(shù)據(jù)庫容錯性和可靠性，實現(xiàn)較高災難恢復保護級別。當數(shù)據(jù)服務器的數(shù)據(jù)發(fā)生丟失或損壞時，以便迅速從備份服務器還原恢復數(shù)據(jù)。

（2）WEB服務器

Web服務器是各個子系統(tǒng)與辦公網(wǎng)之間的銜接服務器。GPS系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將油料應急儲備有關信息寫入Web服務器，并對其實時更新。Web服務器在辦公網(wǎng)絡中以網(wǎng)站形式出現(xiàn)，它既為辦公網(wǎng)上各職能部門提供油料應急儲備信息，又避免與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)或GPS系統(tǒng)以及其他無直接關系的計算機直接訪問系統(tǒng)服務器。

（3）通信服務器

通訊服務器中運行通信管理軟件，完成與業(yè)務網(wǎng)絡各儲單位的PLC/RTU的通信鏈接、協(xié)議轉(zhuǎn)換、通信系統(tǒng)的監(jiān)視及管理、網(wǎng)絡監(jiān)視及管理、通信通道故障時主備信道的自動切換等任務。

3.數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信等功能。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要用于從各儲油單位中心數(shù)據(jù)庫或從底層傳感器獲取系統(tǒng)所需的各類數(shù)據(jù)。以油庫為例，主要包括油庫名稱、油罐編號、品名、油高、油溫、密度等數(shù)據(jù)項。數(shù)據(jù)通信鏈路負責數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與控制調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成結(jié)構如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成結(jié)構

根據(jù)不同的數(shù)據(jù)通信鏈路和數(shù)據(jù)采集源，采用兩種讀取方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，一是專線接入和底層傳感器數(shù)據(jù)讀取方式；二是虛擬專網(wǎng)傳輸和數(shù)據(jù)文件讀取方式。

針對油料應急儲備數(shù)據(jù)實時性、安全性要求高，采集數(shù)據(jù)點多的應用環(huán)境，使用數(shù)據(jù)采集方式I（專線接入和底層傳感器數(shù)據(jù)讀取）。專線接入方式數(shù)據(jù)安全性高，實時性好。底層傳感器數(shù)據(jù)讀取方式能滿足數(shù)據(jù)實時性要求，有效保證數(shù)據(jù)真實性和完整性。

中心采用APN專線，所有點采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心，通過2MAPN專線接入GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器間采用私有固定IP地址實現(xiàn)廣域連接。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶進入。在內(nèi)部建立DHCP服務器，為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務器平臺間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中泄漏。采用防火墻進行隔離，進行IP地址和端口過濾。采用底層傳感器讀取方式采集數(shù)據(jù)。在采集數(shù)據(jù)點安裝相應傳感器，使用傳感器網(wǎng)絡，對油庫/加油站進行儲油業(yè)務底層的數(shù)據(jù)采集和處理。

數(shù)據(jù)采集方式II（虛擬專網(wǎng)傳輸和數(shù)據(jù)文件讀?。樘摂M專網(wǎng)接入方式。業(yè)務數(shù)據(jù)庫讀取方式可滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求。采用虛擬專網(wǎng)接入方式VPN。中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接?？蛻魴C通過VPN方式接入，采用動態(tài)VPN解決方案，成本低，且滿足系統(tǒng)安全性要求?？刂茦I(yè)務數(shù)據(jù)庫讀寫權限，保證數(shù)據(jù)真實性和完整性。

為了確保用戶在VPN網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)的安全性，采用動態(tài)口令牌和USBKey兩種身份認證技術實現(xiàn)對用戶合法身份驗證。對各儲備油庫或規(guī)模較大的油庫建設罐區(qū)自動測量系統(tǒng)。根據(jù)不同業(yè)務處理流程，這些傳感檢測數(shù)據(jù)保存在各油庫本地數(shù)據(jù)庫中，并按上級要求，部分上傳存儲至總部的中心數(shù)據(jù)庫中。例如，油庫數(shù)據(jù)采集項目主要包括油罐編號、油品名、油高、油溫、油品密度等。根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求，以一定頻率（如每天、每周或每月等）對所采集的數(shù)據(jù)進行更新，從而滿足上級管理部門對應急儲備點儲量變化的監(jiān)控要求。

采用數(shù)據(jù)庫直接讀取方式和文件傳遞兩種方式來實現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫讀取儲備數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫直接讀取方式涉及到對數(shù)據(jù)庫中表、視圖等處理操作，為了保證基礎數(shù)據(jù)完整性和一致性，不對外部訪問用戶提供直接讀取權限。

使用文件傳遞方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，即是由相應的數(shù)據(jù)采集單位，根據(jù)相應規(guī)范生成標準化數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件存儲在各數(shù)據(jù)采集點的本地文件系統(tǒng)中，由系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊讀取該數(shù)據(jù)文件后，將所需數(shù)據(jù)按照規(guī)范通信協(xié)議封裝后，發(fā)送至系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫服務器。解析所接收到的數(shù)據(jù)后，導入中心數(shù)據(jù)庫，完成對系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫的更新。該數(shù)據(jù)采集方式因數(shù)據(jù)源是各下級單位的業(yè)務數(shù)據(jù)庫所生成的數(shù)據(jù)文件，操作模式易于被其接受，具有較好靈活性、安全性及數(shù)據(jù)完整性，一致性也可保證。例如，不具備上網(wǎng)環(huán)境的小型油庫或加油站，由其業(yè)務人員人工填報系統(tǒng)所需各項基礎數(shù)據(jù)，按規(guī)定頻率提交電子表格文件至系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心即可。

4.結(jié)束語

航空油料應急儲備管理與調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)，應從航空油料應急儲備實時數(shù)據(jù)源頭消除因“信息不對稱”所造成的應急條件下航空油料資源配置與調(diào)度缺少科學依據(jù)的問題，從而實現(xiàn)根據(jù)突發(fā)事件和油料儲備狀況，動態(tài)進行應急調(diào)度，加強航空油料應急儲備快速響應和保障能力。

[1]周慶忠．油料勤務[M]．北京：國防出版社，2008．

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[5]周慶忠，曾慧娥．基于多智能體的裝備動態(tài)優(yōu)化調(diào)撥系統(tǒng)研究[J]．機械工程學報，2005，41（2）：97～101．

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