基于J2EE技術(shù)的石油管道安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

戚云鵬

關(guān)鍵詞：J2EE技術(shù)；管道安全；管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)；MVC結(jié)構(gòu)；Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）08-0043-03

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，石油管道公司對(duì)于石油管道的安全性管理效果顯著提升，有效地降低了事故的發(fā)生率、運(yùn)營(yíng)成本，但是雖然部分石油管道公司擁有自己的管道安全管理系統(tǒng)，但是缺少專業(yè)的安全管理軟件系統(tǒng)，雖然例如OA系統(tǒng)、EAM系統(tǒng)等能夠被應(yīng)用于管道安全管理系統(tǒng)中[1]，但是僅能滿足部分的石油管道安全管理的需求，并且這類系統(tǒng)多采用C/S模式[2]，該模式的系統(tǒng)在使用時(shí)存在客戶端較為臃腫、操作煩瑣等弊端，基于此，設(shè)計(jì)了一套采用B/S模式、通用于石油管道公司、基于J2EE技術(shù)的石油管道安全管理系統(tǒng)。

1 安全管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是服務(wù)于管道業(yè)務(wù)，因此應(yīng)以管道業(yè)務(wù)為導(dǎo)向設(shè)計(jì)功能。管道安全管理系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)基于管道數(shù)據(jù)，而且管道數(shù)據(jù)為管道業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，所以管道安全管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)應(yīng)以數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、交換、分析和處理為基礎(chǔ)，而為實(shí)現(xiàn)J2EE技術(shù)應(yīng)用于管道安全管理系統(tǒng)的構(gòu)建中，體現(xiàn)出J2EE技術(shù)的可伸縮性、靈活性以及易維護(hù)性，將系統(tǒng)的功能模塊化設(shè)計(jì)，采用功能模塊集成安全管理系統(tǒng)，是安全管理系統(tǒng)構(gòu)建的重點(diǎn)內(nèi)容。因此，結(jié)合石油管道公司的管理方式以及安全管理系統(tǒng)的需求，安全管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

根據(jù)系統(tǒng)的需求，系統(tǒng)的功能基于各種模塊實(shí)現(xiàn)包括系統(tǒng)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、安全性分析評(píng)價(jià)模塊以及知識(shí)庫(kù)模塊，通過(guò)對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置和通過(guò)權(quán)限進(jìn)行管理從而實(shí)現(xiàn)對(duì)石油管道安全進(jìn)行管理。這四大模塊是各自子模塊的集合，其中系統(tǒng)設(shè)置模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整和設(shè)置，包含權(quán)限設(shè)置子模塊、模塊設(shè)置子模塊、公司設(shè)置子模塊等。而數(shù)據(jù)管理模塊則通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入子模塊、數(shù)據(jù)查詢子模塊、數(shù)據(jù)修改子模塊等實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理。安全性分析評(píng)價(jià)模塊和知識(shí)庫(kù)模塊是該套系統(tǒng)的基礎(chǔ)，知識(shí)庫(kù)模塊通過(guò)評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)子模塊、案例分析子模塊、標(biāo)準(zhǔn)查詢子模塊為安全性分析評(píng)價(jià)模塊提供標(biāo)準(zhǔn)和案例的支持，并根據(jù)分析評(píng)價(jià)的結(jié)果為管理人員提供對(duì)應(yīng)的參考建議，安全性分析模塊則是通過(guò)其下的管道腐蝕子模塊、高后果區(qū)分級(jí)子模塊等作為分析的數(shù)據(jù)來(lái)源，利用評(píng)價(jià)計(jì)算子模塊、數(shù)據(jù)整合及處理子模塊等實(shí)現(xiàn)石油管道安全性計(jì)算、分析和評(píng)價(jià)。

1.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

安全管理系統(tǒng)基于J2EE開(kāi)放平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建，采用分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將整個(gè)管理系統(tǒng)分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務(wù)層以及表現(xiàn)層。其中基礎(chǔ)層為數(shù)據(jù)庫(kù)，包含管道安全管理過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量較為龐大，因此采用Oracle系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理形成Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。而數(shù)據(jù)處理層的作用為通過(guò)訪問(wèn)基礎(chǔ)層，獲取、處理有關(guān)數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)處理層與基礎(chǔ)層的訪問(wèn)采用Hibernate框架對(duì)基礎(chǔ)層的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行映射的模式。業(yè)務(wù)層則是通過(guò)Spring框架實(shí)現(xiàn)邏輯控制，通過(guò)DAO（Data Access Object） 接口將業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)處理層進(jìn)行連接，搭建訪問(wèn)通道[3]。J2EE技術(shù)應(yīng)用的主要體現(xiàn)及途徑是基于表現(xiàn)層的技術(shù)，表現(xiàn)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示以及指令的輸入，因此表現(xiàn)層通過(guò)JSP+JQuery技術(shù)構(gòu)建。通過(guò)應(yīng)用JSP+JQuery技術(shù)、結(jié)合開(kāi)源框架Spring、Hibernate，實(shí)現(xiàn)了基于J2EE技術(shù)的石油管道安全管理系統(tǒng)的維修、拓展靈活的要求。

2 關(guān)鍵技術(shù)解決方案

2.1 采用MVC框架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能

MVC框架是廣泛應(yīng)用于“可交互式”應(yīng)用程序的一種體系結(jié)構(gòu)[4]，其中M 為模型（Model） 、V 為視圖（View） 、C為控制（Controller） ，通過(guò)三者的結(jié)合形成了“模型?視圖?控制”型的體系結(jié)構(gòu)。安全管道系統(tǒng)在功能的實(shí)現(xiàn)中采用MVC框架結(jié)構(gòu)，首先在系統(tǒng)啟動(dòng)后，由用戶在用戶層進(jìn)行輸入，系統(tǒng)將輸入消息發(fā)送至控制器，然后由控制器進(jìn)行封裝，然后再將指令和數(shù)據(jù)封裝類傳遞給模型，模型通過(guò)Service封裝類、調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)DAO層封裝類等完成業(yè)務(wù)邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)視圖的控制，然后由視圖為用戶提供反饋，最后用戶根據(jù)獲得的反饋決定是否進(jìn)行下一步操作，通過(guò)閉環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

由上節(jié)1.1可知，數(shù)據(jù)是石油管道安全管理的基礎(chǔ)，因此數(shù)據(jù)庫(kù)是安全管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其主要作用是將管道管理中的大量數(shù)據(jù)采用相對(duì)簡(jiǎn)便的方式進(jìn)行記錄。因此本系統(tǒng)使用Oracle作為數(shù)據(jù)的后臺(tái)管理系統(tǒng)，采用PL/SQL Developer實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編輯、糾正、測(cè)試、查詢等操作，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的需求不同，將數(shù)據(jù)分為4類，分別為管道數(shù)據(jù)的在線數(shù)據(jù)、沿線數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)以及核心數(shù)據(jù)，實(shí)體關(guān)系圖（E-R） 如圖3所示。

4 類數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)表的形式存在，在滿足基礎(chǔ)業(yè)務(wù)邏輯的使用需求外，在表格設(shè)計(jì)時(shí)增添版本號(hào)、公司編號(hào)，版本號(hào)起到在數(shù)據(jù)導(dǎo)入、更新時(shí)保留歷史數(shù)據(jù)的作用，公司編號(hào)起到當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)被不同公司使用時(shí)不被混淆、便于修改、利于復(fù)用等作用。核心數(shù)據(jù)主要是描述管道的基本情況，為管道的安全性評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上的支持，包括但不限于管道本體的里程、類型、運(yùn)行狀態(tài)等信息還包含閘閥信息以及保護(hù)措施信息，例如陰保電源類型和電壓、閘閥類型及運(yùn)行狀態(tài)等。沿線數(shù)據(jù)主要是描述管道周圍環(huán)境的情況，例如石油管道沿線的第三方設(shè)施、交通設(shè)施以及建筑物信息等。在線數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要是對(duì)管道狀態(tài)的描述，其中在線數(shù)據(jù)的變動(dòng)不頻繁，主要是管道的基本狀態(tài)例如壓力測(cè)試數(shù)據(jù)、巡線數(shù)據(jù)、封堵物絕對(duì)里程和類型等，而動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)由于要收集管道管理、維護(hù)、運(yùn)行過(guò)程中易改變、檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)頻率較高的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)變動(dòng)較為頻繁，包括但不限于管道土壤腐蝕性數(shù)據(jù)、高后果區(qū)數(shù)據(jù)等。

2.3 安全性分析評(píng)價(jià)模塊設(shè)計(jì)

安全性分析評(píng)價(jià)是系統(tǒng)進(jìn)行安全管理的核心，安全性分析模塊通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，與相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比、分析與計(jì)算，提供風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定結(jié)果，以及基于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)給出相應(yīng)的指導(dǎo)性建議等。

由于管道在服役的過(guò)程中會(huì)受到腐蝕、老化、機(jī)械損傷等影響，進(jìn)而會(huì)影響管道的完整性從而影響管道的安全性，因此對(duì)于管道安全性分析評(píng)價(jià)，應(yīng)包含高后果區(qū)、內(nèi)外腐蝕防護(hù)的有效性分析等。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)時(shí)首先需確定決定性方案，然后對(duì)外腐蝕防護(hù)有效性的基礎(chǔ)等級(jí)進(jìn)行初步確定，在此基礎(chǔ)上疊加指標(biāo)進(jìn)行修正，報(bào)證分析結(jié)果的有效性，最后得出最終的外腐蝕防護(hù)有效性的等級(jí)。

在管道安全中影響最為嚴(yán)重的、分析最為復(fù)雜的因素是管道的外腐蝕防護(hù)有效性分析，因此以管道的外腐蝕防護(hù)有效性分析為例。管道外腐蝕主要是由于管線的金屬材質(zhì)與外部的環(huán)境，比如土壤、大氣、海水等腐蝕性介質(zhì)接觸處引起的腐蝕，因此對(duì)外腐蝕防護(hù)有效性分析時(shí)應(yīng)綜合考慮管道管體的防腐層情況、環(huán)境土壤的腐蝕性、漏損點(diǎn)密度、陰極保護(hù)情況等。在進(jìn)行外腐蝕有效性等級(jí)計(jì)算時(shí)（以下簡(jiǎn)稱等級(jí)），流程如下。

1） 從核心數(shù)據(jù)中提取管道基本情況，獲取管道的分段情況（例如a段、b段、c段...n段）。

2） 根據(jù)分段情況將每一段重新分段（例如a段分為a、a、a...a） 。重新分段時(shí)需記錄各情況評(píng)價(jià)的分段起始點(diǎn)，按照歷程進(jìn)行由小到大的順序排列，即為新分管的管段。

3） 通過(guò)對(duì)每一小段（例如a1） 計(jì)算基礎(chǔ)等級(jí)，并通過(guò)疊加指標(biāo)進(jìn)行修正計(jì)算重新分段的每一管道的等級(jí)（例如μa1） 。

4） 通過(guò)綜合每一小段的等級(jí)（例如μa、μa、...μa） ，獲得分段管道的等級(jí)（μa） 。

根據(jù)雜散電流和陰保效果的有無(wú)，將基礎(chǔ)等級(jí)分為良、差、極差。疊加指標(biāo)為防腐層等級(jí)評(píng)價(jià)、土壤檢測(cè)結(jié)果以及漏損點(diǎn)密度，疊加指標(biāo)等級(jí)分為Y、N，判定標(biāo)準(zhǔn)為與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)滿足標(biāo)準(zhǔn)則為Y、否則為N。最終等級(jí)根據(jù)基礎(chǔ)等級(jí)與疊加指標(biāo)等級(jí)中Y出現(xiàn)的數(shù)量綜合確定，判定方式如表1所示。

管道安全管理系統(tǒng)采用MVC框架的體系結(jié)構(gòu)，因此在用戶需調(diào)用等級(jí)數(shù)據(jù)時(shí)，需在“外腐蝕有效性分析”界面進(jìn)行操作，根據(jù)管道管理的經(jīng)驗(yàn)，一般用柱狀圖較為直觀，因此需對(duì)分析信息進(jìn)行視圖處理，當(dāng)用戶調(diào)取時(shí)，管道外腐蝕安全性分析模塊進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，并通過(guò)賦值將等級(jí)轉(zhuǎn)化為圖像。最終等級(jí)為“優(yōu)”“良”“中”“差”“較差”，以“5分制”由大到小對(duì)等級(jí)進(jìn)行賦分，進(jìn)而繪制柱狀圖。

3 結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)多用戶參與、命令并發(fā)等場(chǎng)景，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試、負(fù)載測(cè)試，該系統(tǒng)在壓力測(cè)試和功能測(cè)試中未出現(xiàn)有關(guān)問(wèn)題，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性以及實(shí)用性。因此通過(guò)將管道安全性分析評(píng)價(jià)等功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，利用模塊的集成化，以分層結(jié)構(gòu)搭建系統(tǒng)的整體框架，結(jié)合JSP+JQuery技術(shù)、Spring、Hiber?nate開(kāi)源框架技術(shù)、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，以MVC框架作為安全管理系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的體系框架，設(shè)計(jì)的一套基于J2EE技術(shù)的石油管道安全管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，可充分發(fā)揮J2EE技術(shù)的靈活性、輕便性等特點(diǎn)，并且可通過(guò)相應(yīng)的模塊對(duì)管道的安全性進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，為用戶提供相應(yīng)的信息以及合理的調(diào)整措施、建議，對(duì)用戶的管道管理提供指引，進(jìn)而提高對(duì)于石油管道的安全管理效果。