劉宇翔LIU Yu-xiang
(四川華油集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610000)
城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化管理是我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的關(guān)鍵標(biāo)志,因此,探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與城鎮(zhèn)燃?xì)獾挠袡C(jī)融合發(fā)展,不僅能夠有效提供城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾淼男始凹夹g(shù)水平,而且也能給人們生產(chǎn)生活用氣提供更大的便利及保障,更是燃?xì)庑袠I(yè)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。
物聯(lián)網(wǎng),顧名思義就是物與物通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián),同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)也有著兩層含義:第一層含義物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的,并基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)延伸及擴(kuò)展;第二層含義通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的用戶端可以實(shí)現(xiàn)任何物品和物品間的信息交換和通信,即物物相息。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要是利用智能感知、識(shí)別技術(shù)和普適計(jì)算等通信感知技術(shù)融合到不同的網(wǎng)絡(luò)中,并通過(guò)射頻識(shí)別、GPS、紅外線感應(yīng)和激光掃描等實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤及監(jiān)管等功能,從而形成一個(gè)全新閉合的網(wǎng)絡(luò)[2]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)圖見(jiàn)圖1 所示。
圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)示意圖
對(duì)物聯(lián)網(wǎng)而言,其關(guān)鍵技術(shù)主要包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)及射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(RFID),下面就其一一展開(kāi)分析。
1.2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)
傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于是物聯(lián)網(wǎng)信息感知的關(guān)鍵部分,它不僅可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各種信息感知問(wèn)題進(jìn)行妥善處理,而且也可以通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)建立相應(yīng)的局部網(wǎng)絡(luò),并有效感知和協(xié)同處理特定區(qū)域內(nèi)的信息(比如電流、聲音、濕度、電壓及振動(dòng)等),以此來(lái)有效監(jiān)測(cè)及管理目標(biāo)區(qū)域環(huán)境[3]。
1.2.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)
物聯(lián)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)主要由局域網(wǎng)絡(luò)及廣域網(wǎng)絡(luò)組成,并且能夠通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)及傳感器等來(lái)實(shí)對(duì)所需信息進(jìn)行收集、監(jiān)測(cè)及分析等,再通過(guò)特定的網(wǎng)絡(luò)連接方式實(shí)現(xiàn)和廣域網(wǎng)絡(luò)的通信及連接。
1.2.3 射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(RFID)
對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言,其主要是通過(guò)射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)來(lái)識(shí)別和獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息,同時(shí)也可以利用雙向通信實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別及系統(tǒng)采集對(duì)象信息及屬性信息。此外,射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(RFID)也可以根據(jù)場(chǎng)景的不同而具有不同的功能,比如自動(dòng)發(fā)出警報(bào)、數(shù)據(jù)抄送及遠(yuǎn)程監(jiān)控等,從而有效提高了物品管理的信息化、自動(dòng)化及網(wǎng)絡(luò)化水平[4]。
在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾碇校瑸榱诉_(dá)到理想的效果,應(yīng)立足于當(dāng)?shù)厝細(xì)獍l(fā)展的實(shí)際情況來(lái)引入和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),并從軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程無(wú)線抄表四個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮出其最大化的效用,保證城鎮(zhèn)燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)安全優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)。
要想城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾砉ぷ髂軌虺浞謱?shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo),并長(zhǎng)久不衰,就需要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求,對(duì)燃?xì)夤艿赖膶?shí)際特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行綜合化分析,再通過(guò)專(zhuān)業(yè)化管理人才加強(qiáng)內(nèi)部資源管理及優(yōu)化,從而有效提高燃?xì)夤?yīng)的質(zhì)量,保障人們可以正常安穩(wěn)的進(jìn)行生產(chǎn)及生活。基于此,城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾碇幸欢ㄒ浞种匾暫妥龊密浖到y(tǒng)的設(shè)計(jì),優(yōu)化人機(jī)互動(dòng),即在操作簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)上,優(yōu)化信息輸入及信息處理等功能,比如,通過(guò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化GPRS 通信模塊,及時(shí)接收和處理相關(guān)的閥門(mén)開(kāi)關(guān)信息,并反映到操作界面,使管理人員能清楚掌握閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。同時(shí),也能通過(guò)GPRS 通信模塊信息傳到終端系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能及效果[5]。
城鎮(zhèn)燃?xì)鈱?shí)際管理工作中,管理人員通常都是通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)控制無(wú)形通信系統(tǒng)的和全面收集所需的數(shù)據(jù)信息。而傳感節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙收發(fā)系統(tǒng)則是主要通過(guò)GPRS無(wú)線通信模塊來(lái)進(jìn)行雙向通信的。因此,在對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)庥布到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,可選擇星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樾切屯負(fù)浣Y(jié)構(gòu)在發(fā)生故障的時(shí)候,不僅不會(huì)給整體系統(tǒng)安全運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響,而且還可以預(yù)防各部件間發(fā)生干擾[6]。
在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾砉ぷ髦?,為了確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能充分發(fā)揮其作用,相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),考量和分析城鎮(zhèn)燃?xì)庀到y(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的流量及壓力等情況,設(shè)計(jì)合理的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夤艿篱y門(mén)的全方位、實(shí)時(shí)化監(jiān)控。同時(shí),設(shè)計(jì)人員也應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)考察清楚燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)情況,通過(guò)溫度表、計(jì)量表及壓力表等優(yōu)化和完善遠(yuǎn)程監(jiān)控終端系統(tǒng),有效提高城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾淼膶?shí)效性[7]。
通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸燃?xì)獗恚芾砣藛T可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表,有效降低了相應(yīng)的運(yùn)維成本,實(shí)現(xiàn)了燃?xì)獾淖詣?dòng)化控制目標(biāo),同時(shí),燃?xì)庥脩粢部梢赃M(jìn)行自主購(gòu)氣,有效提高了燃?xì)夤芾淼男始八健R虼?,城?zhèn)燃?xì)夤?yīng)單位,應(yīng)積極推動(dòng)燃?xì)獗頁(yè)Q新,把用戶端舊的IC 燃?xì)獗碛杏?jì)劃的換成遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸燃?xì)獗?,再利用無(wú)線路由器構(gòu)建出無(wú)線抄表網(wǎng)絡(luò),再通過(guò)GPRS 集中器將燃?xì)馄髽I(yè)與區(qū)域無(wú)線抄表網(wǎng)絡(luò)連接到一起,從而優(yōu)化抄表工作效率及質(zhì)量。另外,遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)也應(yīng)跟附近銀行系統(tǒng)相連接,以便用戶繳費(fèi)購(gòu)氣[8]。
某市預(yù)構(gòu)建一套完善的智能城市燃?xì)馐痉断到y(tǒng),且該項(xiàng)目也是物聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)應(yīng)用項(xiàng)目。該項(xiàng)目建設(shè)的主要是在自動(dòng)采集、智能應(yīng)用和可靠傳輸?shù)鹊脑瓌t上,實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集及傳輸,并把收集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總到一起進(jìn)行集中化處理,再結(jié)合業(yè)務(wù)需要進(jìn)行加工應(yīng)用到實(shí)際工作中。該項(xiàng)目建設(shè)的主要目標(biāo)就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)應(yīng)用到燃?xì)鈽I(yè)務(wù)管理體系中,對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)及設(shè)備等進(jìn)行智能化及遠(yuǎn)程化監(jiān)控,在保障燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行及用戶用氣安全的基礎(chǔ)上,有效預(yù)防和降低燃?xì)獗?、爆炸和泄露等安全事故發(fā)生,最終推動(dòng)該市燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動(dòng)化發(fā)展,進(jìn)一步優(yōu)化燃?xì)赓Y源的合理利用率。
該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目共包括三方面內(nèi)容:①該燃?xì)忭?xiàng)目的輸氣管道建設(shè)長(zhǎng)度大約2.3km,重點(diǎn)要做好防第三方外力破壞監(jiān)測(cè);②該項(xiàng)目中設(shè)有用于燃?xì)夤艿榔茡p泄漏監(jiān)測(cè)的地下密閉空間共計(jì)60 個(gè);③構(gòu)建用戶端的燃?xì)庑孤?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng),并通過(guò)控制閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程控制切斷氣源。該燃?xì)忭?xiàng)目應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。
由圖2 可知,該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)是在業(yè)務(wù)層(即圖中的最上層)進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總,然后再實(shí)施數(shù)據(jù)展示、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和業(yè)務(wù)管理等工作;中間的網(wǎng)絡(luò)層主要是負(fù)責(zé)完成相關(guān)系統(tǒng)屬性及信息的承載及傳輸,且該網(wǎng)絡(luò)層中不僅設(shè)有專(zhuān)用的VPN 電信網(wǎng)絡(luò),而且設(shè)有專(zhuān)用的移動(dòng)APN 網(wǎng)絡(luò),同時(shí)也可以支持無(wú)線GPRS;采集層中,既能通過(guò)486 總線方式利用RTU 來(lái)集中采集及匯總現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息,也能夠利用前置機(jī)通過(guò)對(duì)串口的方式來(lái)采集數(shù)據(jù)信息。
圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
3.2.1 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要是通過(guò)在人機(jī)界面的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)內(nèi)輸入相關(guān)信息,利用STM32 處理器對(duì)燃?xì)獾拈y門(mén)開(kāi)關(guān)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),并GPRS 通信模塊收集和傳輸信息信號(hào)到用戶終端管理系統(tǒng)中,然后可以在人機(jī)界面中顯示出所要查看的閥門(mén)開(kāi)關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)。比如,該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)可以在監(jiān)測(cè)到某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生泄漏情況之后,第一時(shí)間發(fā)送報(bào)警信號(hào)給監(jiān)控管理人員。即這個(gè)過(guò)程中是通過(guò)傳感器檢測(cè)到的信息經(jīng)無(wú)線通信模塊傳輸?shù)絊TM32處理器中,同時(shí)也會(huì)發(fā)送相關(guān)信息到用戶手機(jī)終端系統(tǒng)中,這時(shí)燃?xì)獗O(jiān)控管理人員只要通過(guò)人機(jī)操作界面把發(fā)生泄漏的燃?xì)忾y門(mén)遠(yuǎn)程關(guān)掉,并通知安排搶險(xiǎn)隊(duì)第一時(shí)間搶修,用最短的時(shí)間解決燃?xì)庑孤┦鹿省?/p>
在燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的初始化階段,建立了完善的接收傳感器接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),并請(qǐng)求入網(wǎng),同時(shí)通過(guò)STM32 對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),若監(jiān)測(cè)到有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)超出其閥值,便通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)管理系統(tǒng)中。這樣工作人員便可以通過(guò)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)嚴(yán)格監(jiān)管燃?xì)夤芫W(wǎng),再通過(guò)輸出信號(hào)對(duì)城鎮(zhèn)范圍內(nèi)的所有燃?xì)夤艿篱y門(mén)進(jìn)行全程控制。
3.2.2 硬件設(shè)計(jì)中無(wú)線通信系統(tǒng)
該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)中的硬件通信模塊主要是通過(guò)GPRS 無(wú)線通信系統(tǒng)把各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳到網(wǎng)絡(luò)中。同時(shí),也可以通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)上自帶的藍(lán)牙收發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與GPRS 無(wú)線通信模塊的雙向通信。另外,該案例燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,其傳感器節(jié)點(diǎn)選擇使用的是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這樣可以最大化的確保整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)再某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)也不會(huì)受到較大的影響,也能夠避免傳感器節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)互相干擾等。
3.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)
為保障該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋,對(duì)該市有線網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的場(chǎng)地及燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)其壓力、流量和溫度等運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。具體來(lái)說(shuō),就是在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)場(chǎng)地安裝遠(yuǎn)程傳輸終端設(shè)備,再通過(guò)一些技術(shù)手段把計(jì)量表、壓力表和溫度表等設(shè)備中的原始數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)竭h(yuǎn)程傳輸終端設(shè)備內(nèi),經(jīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后,再通過(guò)GPRS 無(wú)線通信系統(tǒng)把處理后的數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務(wù)器中,再經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)一步把數(shù)據(jù)傳送給各級(jí)調(diào)控中心等具有SCADA 系統(tǒng)服務(wù)器的監(jiān)控站點(diǎn),最終后臺(tái)管理人員可以通過(guò)監(jiān)控界面上顯示處理的數(shù)據(jù)了解和掌握燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí),遠(yuǎn)程閥門(mén)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻系統(tǒng)也都是采用的和上述相近的方式構(gòu)建完成的,即通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線傳輸相結(jié)合實(shí)現(xiàn)各級(jí)站點(diǎn)之間的信息傳輸。
3.2.4 遠(yuǎn)程無(wú)線抄表
為進(jìn)一步提高該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)水平,便將用戶端的舊IC 燃?xì)獗頁(yè)Q成了遠(yuǎn)程無(wú)線抄表燃?xì)獗?,這樣既能有效緩解用戶排隊(duì)買(mǎi)氣的壓力,也能使燃?xì)夤镜倪\(yùn)行成本得到合理化的降低。具體來(lái)說(shuō),燃?xì)夤就ㄟ^(guò)調(diào)查分析管轄區(qū)域內(nèi)燃?xì)獗淼氖褂们闆r,制定更換計(jì)劃,有計(jì)劃、有步驟的把用戶端的舊燃?xì)獗頁(yè)Q成無(wú)線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?,并利用無(wú)線路由器建立完善的無(wú)線抄表網(wǎng)絡(luò),有效覆蓋該市的各大小區(qū)域,在通過(guò)GPRS 集中器把各居住區(qū)域的無(wú)線抄表網(wǎng)絡(luò)接入到燃?xì)夤窘⒌臄?shù)據(jù)中心中,再通過(guò)各營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)和數(shù)據(jù)中心相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)燃?xì)鈽I(yè)務(wù)的辦理及查詢等功能,同時(shí),燃?xì)鈹?shù)據(jù)中心也與建行、工行等系統(tǒng)進(jìn)行了有效連接,從而可以在網(wǎng)上繳費(fèi)購(gòu)氣,緩解了排隊(duì)購(gòu)氣的壓力,也實(shí)現(xiàn)燃?xì)馐召M(fèi)的網(wǎng)絡(luò)化及現(xiàn)代化。這樣做有著諸多好處及深遠(yuǎn)意義,主要集中在以下幾個(gè)方面:①可以進(jìn)一步完善對(duì)燃?xì)庥脩舯淼谋O(jiān)控及管理,且不再受地域和時(shí)間限制,能夠隨時(shí)隨地的了解用戶燃?xì)獗淼倪\(yùn)行情況;②相對(duì)比于以前用的IC 燃?xì)獗韥?lái)說(shuō),能夠有效防止和解決偷氣及長(zhǎng)通表等問(wèn)題,有效保障了燃?xì)夤炯坝脩舻睦妫虎墼撨h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)收費(fèi),大大簡(jiǎn)化了繳費(fèi)購(gòu)氣流程,用戶不用再到燃?xì)鉅I(yíng)業(yè)廳去排隊(duì)購(gòu)氣,既方便了用戶生產(chǎn)生活用氣購(gòu)氣,也大大改善了燃?xì)鉅I(yíng)業(yè)廳的人員聚集擁擠的現(xiàn)象,同時(shí)也合理降低了燃?xì)夤镜倪\(yùn)行成本;④通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)既能遠(yuǎn)程自動(dòng)抄收用戶燃?xì)獗淼挠嘘P(guān)信息,也能進(jìn)行智能化的分析及統(tǒng)計(jì),從而有效提高燃?xì)夤竟芾砉ぷ鞯男始百|(zhì)量。
綜上所述,隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展步伐加快,作為基礎(chǔ)設(shè)施的燃?xì)夤艿拦ぷ饕苍诓粩鄶U(kuò)建,燃?xì)夤艿赖拈L(zhǎng)度及燃?xì)庥脩魯?shù)量日益增多,傳統(tǒng)的燃?xì)夤芾砟J皆絹?lái)越無(wú)法滿足現(xiàn)代燃?xì)獾陌l(fā)展了。因此,燃?xì)夤巾槕?yīng)時(shí)代發(fā)展,積極應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建完善的燃?xì)夤芾砭W(wǎng)絡(luò),提高燃?xì)夤芾砉ぷ魉降耐瑫r(shí),也能最大化的保障燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)高效、安全的供應(yīng),為城鎮(zhèn)居民提供更加優(yōu)質(zhì)的燃?xì)夥?wù),進(jìn)而為城鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展提供動(dòng)力和保障。