重大危险源远程监控和管理系统的研究与开发.pdf

第 4期 2 0 0 7年 8月 工矿 自 动 化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 4 Au g ． 2 0 0 7 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 7 0 4 --0 0 1 0 --0 4 重大危险源远程监控和管理系统的研究与开发 孙飞 ， 张胜 文 ， 方喜峰 江苏科技大学机械与动力工程学院， 江苏 镇江2 1 2 0 0 3 摘要 从重大危险源远程监控和管理的现 实需要 出发 ， 研 究了重大危险源远程监控和管理系统的总体框 架及其软 、 硬件结构， 采用远程监控技术和模糊数学理论， 开发出了重大危险源远程监控和管理原型系统 ， 以 实例验 证 了研 究的 可行 性 。 关 键 词 重大危 险源 ；远程 监控 ； 远 程 管理 ；风 险评价 ；模 糊理论 中图分 类号 T D 7 6 文 献标识 码 A Re s e a r c h a nd De v e l o p me nt o f Re mo t e M o ni t o r i n g a nd M a n a g e me n t Sy s t e m o f Ma j o r Da n g e r o u s S o u r c e s SUN Fe i ， ZH ANG She ng - we n， FANG Xi f e ng C o l l e g e o f Ma c h i n e r y d y n a mi c s En g i n e e r i n g o f J i a n g s u Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， Z h e n j i a n g 2 1 2 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e d o n t h e p r a c t i c a l n e e d s o f r e mo t e mo n i t o r i n g a n d ma n a g e me n t o f ma j o r d a n g e r o u s s o ur c e s，t he wh ol e f r a me wo r k a nd s t r u c t r u e s o f s o f t wa r e a nd ha r d wa r e o f r e mot e mon i t o r i ng a n d ma na ge me n t s y s t e m o f ma j o r d a n g e r o u s s o u r c e s we r e r e s e a r c h e d ．B a s e d o n t h e t e c h n o l o g y o f r e mo t e mo n i t o r i n g a n d t h e o r y o f f u z z y ma t h e ma t i c s ，t h e p r o t o t y p e s y s t e m o f r e mo t e mo n i t o r i n g a n d ma n a g e me n t o f ma j o r d a n ge r ous s o ur c e s wa s de v e l op e d ． The e xa m p l e pr o v e d t he p o s s i b i l i t y of t hi s r e s e a r c h． Ke y w o r d s ma j o r d a n g e r o u s s o u r c e s ，r e mo t e mo n i t o r i n g ，r e mo t e ma n a g e me n t ， r i s k a s s e s s me n t ， f u z z y t h e or y 0引言 近年 来 ， 我 国国 民经 济 一直 保 持着 世 人 瞩 目的 高速增长 ， 但作为社会进步重要内容之一的安全管 理工作却滞后于经济建设 的步伐。重大危险源是指 工业 活动 中危 险物 品 或 能量 超 过 I 临界 量 的设 备 、 设 施或场所 。我国重大危险源的有关研究和应用起步 较晚 ， 尚未形成完善的系统 。为此， 笔者从重大危险 源远程监控及管理的需求 出发 ， 对重大危险源远程 监控和管理系统进行了研究与开发。 1系统 的总体设 计 1 ． 1 系统的逻 辑 结构 重大 危险 源远程 监控 和管 理系统 是一 个集 数据 收稿 日期 2 0 0 7 0 4 2 O 作者简介 孙飞 ， 男， 工程 师， 江苏科技大学机械与动力工程学 院硕士研究生 ， 研究方向为安全生产、 实时监控 。 采集与传输、 数据统计分析及远程通信等功能于一 体 的计算机综合管理网络系统 。其结构框图如图 1 所 示 。 图 1 重大危险源远程监控和管理 系统 的结构框图 1 ． 2 硬 件 结构 重大危险源远程监控和管理系统的硬件主要包 括数据服务器、 we b服务器、 现场监测设备、 仪表 、 维普资讯 2 0 0 7年第 4期 孙 飞 等 重大危 险源远 程监控 和 管理 系统 的研 究与 开发 1 1 执行机构 、 网络设备 、 计算机及外围设备等 ， 硬件结 构 如 图 2 所 示 。 ； ⋯ ⋯ 一 ⋯ ⋯ 图 2 重大危险源远程监控和管 理系统硬件结构 图 1 ． 3 软件 结 构 重大危险源远程监控和管理系统软件 由基础工 具软件 包括操作系统、 数据库平台、 安全防护软件 等 、 重大危险源远程监控和管理应用软件以及高级 语言等 3个层次的软件系统组成 。 考虑到系统的通用性和易用性 ， 在设计该系统 时 ， 服 务 器 端 操 作 系 统 选 用Wi n d o ws 2 0 0 0 Ad v a n c e d S e r v e r 及 以上版本 ， 客户端操 作 系统选 用 W i n do ws 2 0 0 0 Pr of e s s i on a 1 、 W i n do ws XP P r o f e s s i o n a l ， 浏 览 器选 用 I E 5 ． 5及 以上版 本 ， 后 台 数据 库 选 用 Mi c r o s o f t S QL S e r v e r 2 0 0 0 企 业 版 及 以上 版 本 ， 高 级 语 言 采 用 Vi s u a l S t u d i o ． NE T 2 0 0 3 及 以上 版本 。 2关键技 术研 究 2 ． 1 重 大危 险 源远程 监控技 术 重大危险源远程监控 内容主要包括 2个部分 一 是视频监控 ， 二是安全技术参数监控 。安 全技术 参数 主要指 气体 、 烟雾 、 温度 、 压力 等 。 2 ． 1 ． 1 视频 监 控技术 视频监控技术具有其它监控方式无法比拟的可 视化 效果 ， 因此成 为 安 全 生产 监 控 系 统 首选 的监 控 手段 。目前一般的远程 图象监控系统 ， 其图象编解 码大 多采 用 基 于 P C 的视 频 卡 ， 使 得 视 频 前 端 如 C C D等视频信号 的采集 、 压缩 、 通信 较为 复杂， 稳 定性、 可靠性不高 ， 而且价格较高 。并且客户端需要 安装配套 的客户端软件才可以实现监控 ， 操作较为 繁琐 。随着 网络技 术 的进 步 ， 出现 了 新 型 的 网络 化 远程监控系统， 即基于 B ／ S 浏览器／ 服务器 模式的 视频监 控系 统 。 B ／ S模 式下 视频 监 控 系 统 的 实 现 原理 服 务 器 分为 We b服务器和监控服务器 ， 监控服务器将摄像 机、 声卡采集来的视频 、 音频信号数字化并压缩 ， 客 户的请求 由 We b服务器负责处理。网络上用户可 以直接用浏览器浏览 服务器上的图象和声音 ， 授权 用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配 置进行操作 。 基于 B ／ S模式的视频监控系统侧重于将 we b 技术和监控系统相结合， 实现“ 瘦客户” 方式 ， 简化了 客 户端 软件 。所 有应 用 软 件 的 开发 、 维 护 和 升 级 工 作都集中在服务器端 。 目前 ， 较优 秀 的视 频软 件开 发模 式是 微软 的 D i r e c t S h o w 技 术 。 D i r e c t S h o w 通 过 F i l t e r Gr a p h 过滤器 图表 的模型管理整个数据流 的处理过程； 参与数 据处 理 的各个 功 能模 块 叫做 F i l t e r 过 滤 器 ； 各个 F i l t e r 在 F i l t e r Gr a p h中按一定的顺序连 接成一条“ 流水线” 协 同工作 。F i l t e r大致有 3类 S o u r c e F i l t e r s 源过滤器 、 T r a n s f o r m F i l t e r s 转换 过滤器 和 R e n d e r i n g F i l t e r s 渲染过滤 器 。源过 滤器从数据源获取数 据， 转换过滤器对 获取 的数据 流进行处理 ， 渲染过滤器主要是把接收的多媒体数 据流在硬件上进行显示或播放[ 5 ] 。视频监控系统软 件体系结构如图 3所示 。 ● 群 sv H H I 网 络 h 设委 器 控 制 器 l 厂 1 J 厂 1 n m c t l ／ l 褪 一浏览器 代理l- ． - J 同 步 源 I f 浏 t ’ 览 I带 时 间 戳 ．1 I 带 时 问 嚣 1采 集 端 l 器 I 的 音 频 I I 塑 l 设 备 控 制 器 l 界 ● t 面 ● 厂 J 视 频 J 控 制 器}． J l 解码器 l 解码器 一 广 l l 图 3 视频监控系统软件体系结 构图 一 ～ 一 同 网 图 口 维普资讯 1 2 工矿 自动化 2 0 0 7年 8月 2 ． 1 ． 2 安全技术参数监控技术 重大危险源安全技术参数监控系统是通过前端 采集设备获取现场信号 ， 然后通过中间识别装置转 换成计算机能够识别 的数据信号 ， 从而实现对重大 危险源对象的运行情况及状态的监测。 系统在需要监控的重大危险源场所安装现场监 控机 下位机 和一些相关传感器 温湿度传感器 、 可 燃气体传感器 、 有毒气体传感器、 压力传感器、 烟雾 传感器等 ， 实时监控现场采集 的安全技术参数 ， 并 通 过 已建 立 的 We b服 务 器 上 位 机 上 的 接 口和 I n t e r n e t 上的客户端建立连接， 从而实现对重大危险 源安全技术参数的远程监控。 系统采用 B ／ S三层体 系结构 ， 最底层为数据采 集系统 ， 从现场各类传感器设备中采集数据； 第二层 为实时信息处理系统 ， 由现场采集 的数据及其相关 信息写入连接在这一层的 we b服务器、 数据库服务 器 ， 将数据等以 We b的形式发布； 第三层是客户端， 以浏览器的方式访问服务器 ， 了解重大危险源对象 的运行情况及状态[ 6 ] 。重大危险源安全技术参数监 控系统的总体结 构如 图 4所 示， 软 件体 系结构如 图 5 所 示 。 i 一 I I ．橱 客 户 端 l P L C控制站 可 燃 气 体 传 感 器 有 毒 气 体 传 感 器 图 4 安全技术参 数监 控系统 的总体结构 图 l W e b 服 务 应 用 程 序 l 数 据 库 访问 程 序 l 实时通信程序 { } I P L C监控程序 图 5 安全技术 参数监控系统的软件体系结构图 2 ． 2重 大危 险源风 险评 价技 术 重大危险源系统是 由人 、 机 、 环境构成的， 虽然 事故的发生机理不 明确 ， 但 引发事故的因素却相互 关联 ， 在时间、 空间上各种灾害随时随地发生， 且相 互影 响 。因此在 对 该 系统 进 行 评 价 的过 程 中 ， 必须 兼顾各个方面， 且“ 安全” 是一个外延很广、 难以确切 描述 的概念 ， 要是 对某 系统 进行安 全评 价 ， 其结 果应 在主观和客观上相对统一。模糊评价是利用模糊数 学的基本理论隶属度将模糊信息定量化 ， 它合 理地选择 因素域值 ， 再利用传统数学方法对多因素 进行定量评价 ， 从而科学地得 出评价结论 。 模糊评价首先要建立影响评价 的因素集 ， 并对 各因素赋予相应的权数 。然后 由评价者建立评价集 对各因素进行评价 ， 从而得 出评价矩阵。最后 由相 应 的权数与评价矩 阵形成系统评价矩阵， 由此求 出 系统总得 分 ， 再对 照安全 等级 E 。 模糊 综 合评 价 的基本 过程 设 有评语 集 一 { 1 ， 2 ， 3 ， ⋯， ， 共有 个等级 ； 因素集 一{ 1 ， 。 ， ”， ， 共有 n个 因素 ； 再设第 i 个因素的评 价矩阵为 R一 { r n， ， ， ⋯， r ， 其 中 表示第 i 个 因素的评价对应第 k个等级的隶属度 i 一1 ， 2 ， ⋯ ， n ， 从而得到 n个 因素的单 因素评价矩阵 ， 称为 模糊关系矩阵或综合评价的变换矩阵 R R1 R2 R3 ● R 在评价系统 中， 通过专家评分等方法， 根据因素 的性质不同， 建立因素的权重 A A 一 { 口 1 ， 口 2 ， 口 3 ， ⋯ ， 口 2 式 中口 一 ， 口 ∈ [ 0 ，1 ] ， ，￡ a 一 1 ； 是 n个专家对 因素 的权重给值后按 z 1 专家 总数 的平均 值 。 由式 1 、 2 得 到综 合评 价 的数学模 型 B A R 一 6 1， b 2， ⋯ ， b 3 式中 B称 为模糊综合评价集， b ， 一1 ， 2 ，⋯， 称为模糊综合评价指标， 是综合考虑所有因素的 影响时 ， 评价对象对评语集 73中第 个因素的隶属 度 ， 简称评价指标 。 在复杂系统 中， 所要考虑的因素很多 ， 如果采用 式 3 模型， 权重分配很难进行 。为了更深层次地去 考虑诸因素的影 响， 往往把因素集按某种属性进行 分类 ， 先对 每一 类进 行综合 评价 ， 再 对评价结 果进行 类与类之间的高层次的评价 。设 U ， U 。 ， U。 ， ⋯， U 维普资讯 2 0 0 7 年第 4 期 孙 飞等 重大危险源远程监控和管理 系统的研 究与开发 1 3 是因素 L 厂 的子集 ， 是所对应的单 因素评价矩 阵； A ， A ， A。 ， ⋯， A 为每一子集的权重向量， 则 二级模糊 综合评价模型为 B A R A lA1R1 A2R2 AsRs 4 同理 ， 若需要 ， 可再划分 【 ， ， 则有三级或 四级的 模糊综合评价模型。 运用模糊评价方法将重大危险源中各个性质不 同的评价因素有机地结合起来 。对于重大危险源， 运用 不确 定 性 因素 结 构从 4个 方 面进 行 评 价 1 安全投入 ； 2 安全管理； 3 危险物质； 4 应 急预案 。确立系统综合评价的评语集分别为 好 、 较 好、 中、 较差 、 差 ， 确定各 因素 的权 重分别 为 0 ． 2 5 、 0 ． 3 5 、 0 ． 2 、 0 ． 2 ， 权重系数 由专家讨论决定。在多位 专家对重大危险源各 自作了评价后 ， 建立模糊评价 矩 阵 由此可得综合模糊评价矩阵 B A R 匡 5 5 一 L 0 ． 2 1 1 0 ． 2 6 0 ． 2 9 0 ． 1 0 ． 0 6 J 归一 化后 B为[ 0 ． 2 3 0 ． 2 8 0 ． 3 1 0 ． 1 1 0 ． 0 7 ] ， 根 据 评 语 集 ， 令 好 为 1 0 0 、 较 好 为 8 5 、 中 为 6 5 、 较差为 3 5 、 差为 0 ， 则可得出具体的评价为1 0 0 0 ． 2 3 8 5 0 ． 2 8 6 5 0 ． 3 1 3 50 ． 1 1 00 ． 0 7 7 0 ． 8 ， 即该评 语为 中等偏 上 。 由此 可见 ， 其实 质是 将定性分析和定量分析相结合进行风险评价 。 3应用 实例 受某 市 安 全生 产 监 督管 理 局 的委 托 ， 江 苏科 技 大学从 2 0 0 5年 1 2月开始进行重大危险源远程监控 和管理 系统 的研 究 与 开发 ， 现 已完 成 原 型 系 统 的开 发 。系统 的主要 功 能模 块 由 以下 6 个 子 系统 组 成 ， 系统运 行 界面 图略 。 1 重大 危 险 源 远 程 监控 子 系 统 采 用 先 进 的 计算机综合监控技术 、 传感器技术、 多媒体技术等 ， 对重大危险源进行动态监控 ， 使系统具有实时监控 其现场情况及设备状态的功能。 2 重大危险源风险评价子系统 采用模糊综 合评价模型 ， 对重大危险源进行风险评价 。 3 重大危险源信息管理子系统 是重大危 险 源安全监管信息系统 的核心平台， 将所有的重大危 险源信息动态采集并 自动建库， 制定相应的应急预 案 。 4 重大危险源预警信息子系统 根据对重大 危险源监控及 风险评价的结果 ， 通 过 GS M／ C D MA 的短信息， 实现预警信息 的发布。 5 应急救援及指挥子系统 随时获取各类灾 害和突发事件的动态信息， 并通过该应急救援及指 挥子系统与专家进行决策会商和实施应急救援 。 6 系统 管理子 系统 包括权 限管理 、 数据导 入、 数据导出、 日程管理 、 日志管理 、 文档管理等辅助 功 能 。 4 结语 重 大危 险 源 的远 程 监 控 、 评价 和 管 理 系统属 于 安 全科技 领域 ， 系 统 的应 用 不 仅 能 预 防重 大 事故 的 发生， 而且一旦发生事故 ， 能将事故危害限制到最低 程度 。因此， 在当前的安全生产形式下 ， 重大危险源 远程 监控 和管理 系 统 的研究具有 重 要 的现实 意义和 良好的应用前景及社会效益。 参 考 文 献 [ 1 ] 吴宗之．中国重 大危 险源监 控制 度 的形成 和发展 第 二届中国安全生产论坛论文集E c ] ．北京 煤 炭工业 出 版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 丁石孙．城市灾 害管理[ M] ．北京 群言 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 吴宗之 ， 高进东．重大 危 险源辨识 与控制 [ M] ．北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 4 ] I B R AHI M M s ，AHMA DUN F，s HA R I F F A R ． T e c h n o l o g i c a l Di s a s t e r F a c t o r s r- J ] ．I O S S P r e v e n t i o n i n t he Pr oc e s s I ndu s t r i e s，2 00 3， 1 6 6 ． [ 5 ] 陆其 明．D i r e c t S h o w 实务 精 选 F- M] ．北京 科 学 出版 社 ， 2 0 0 4 ． [ 6 ] 樊银亭 ， 何鸿 云．基本 客户 机／ 服 务 器体 系 的两层 与 三层结构研 究 [ J ] ． 计 算 机应 用研 究 ， 2 0 0 1 1 2 2 3 ～ 2 4． [ 7 ] 张跃 ， 邹 寿 平 ， 宿 芬．模 糊 数 学 方 法 及 其 应 用 [ M] ．北京 煤 炭工业出版社 ， 1 9 9 2 ． 1 1 ． ． O O O O l l l l ● ● ● ● O O O O 1 3 2 6 O O O O 2 2 5 2 O O O O 4 3 2 1 巾 一 R ． ． O O O O O O O O 1 3 2 6 O O O O 2 2 5 2 O O O O 4 3 2 1 巾 ● 一 维普资讯