一種基於WEBGIS的數據獲取及分級預警系統的製作方法
2023-05-26 03:59:11
本發明屬於安全生產系統技術領域，具體的涉及一種基於WebGIS的數據獲取及監測分級預警系統。
背景技術：
我國現階段處於工業化進程，各行各業對危險品的需求也逐年增加。而危險品的運輸、生產、存儲作為一種動態危險源，一旦發生事故，將造成重大的經濟損失、帶來嚴重社會影響。國內重大的化工園區的安全監管有的雖已採用先進的國外生產管理作業系統，但仍未滿足園區的日常管理工作需要和安全監管需求，尤其無法滿足化工園區危險化學品作業量增加帶來的安全監管與應急預警的需求。
實時監測和分級預警是安全生產管理系統中重要環節，其不僅可以獲取實時的壓力、溫度、溼度等和安全生產息息相關的數據，從而為安全應急生產體系提供基礎數據；另一方面，由於安全生產傳感器的數據數值按照安全生產特性具備低低預警和低預警值(和高高預警、高預警值同理)，從而實現分級預警的概念。在分級預警的基礎上，輔助一體化通信、輔助決策及應急指揮等系統，促進安全生產應急體系的不斷完善和提升，做到狀態監控，提前準備，消除隱患及應急處置及時的目的。
然而目前重大園區內重大危險源生產管理企業的監測監控仍以國外的系統單色預警為主以儀表顯示呈現，在數據獲取及分級預警綜合顯示上存在一些問題；各個企業之間數據獨立，數據孤島現在嚴重，政府安全生產監管部門無法在全局角度統籌輔助決策及應急指揮。具體表現為：
1、系統對接較為封閉：目前國內大型化工企業主要生產管理系統以國外系統為主，以ABB、西門子、施耐德、霍尼韋爾等為主，其系統多為自主研發控制系統，對外接入技術壁壘較困難，手段單一，控制顯示程度受影響。
2、系統數據獲取成本大：國外化工自控系統針對大型企業也推出了企業級ERP系統，例如霍尼韋爾的PHD(Process History Database)實時資料庫控制管理系統，可以實時獲取、存儲生產數據，但是總體成本較高，定製型不強。
3、數據孤島現場嚴重：國內大型化工、危化品生產管理園區往往生產管理各自為陣，數據孤島現象嚴重，缺乏統一的數據獲取、數據挖掘、系統分析、綜合顯示、預警監測等政府級宏觀管理系統。
4、數據展現形式較為單一：目前企業監測預警系統主要為生產自控系統自帶的單色預警，沒有和廠區實際情況或GIS地圖想結合，表現形式不直觀，比較枯燥，不夠生動逼真，對監控人員和領導決策有所影響。
5、應急預案細化程度不夠：由於缺乏以上統一數據獲取、監測預警系統，在重大事故發生時和發生前缺乏較為完成的應急預案與之對應。
地理信息系統(GIS)是20世紀60年代迅速興起和發展起來的地理學技術，是多學科交叉的產物。作為新興的邊緣學科，GIS以計算機為基礎，集地理學、測繪遙感學、信息科學及管理科學等眾多學科為一體，通過對地球表面空間和地理分布有關的數據進行採集、存儲、管理、分析和描述，從而獲取所需信息的空間信息系統。WEB-GIS(網絡地理信息系統)指基於Internet平臺，客戶端應用軟體採用網絡協議，運用在Internet上的地理信息系統。
在數據顯示表達方式上，WebGIS技術有著獨到的優勢，在地圖上可以更直觀的查看企業位置信息、儀器分布信息、儀器數據信息、儀器狀態信息、儀器分級預警信息及企業綜合分級預警信息。
因此，需要一種新的生產管理系統以解決上述技術問題。
技術實現要素：
為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提出一種基於WebGIS的數據獲取及分級預警系統，通過該系統的搭建，為安全生產監督部門監管的重大危險源企業的數據獲取、地圖顯示、分級預警、應急指揮、輔助決策工作提供一整套解決方案。
為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案：
一種基於WEBGIS的數據獲取及分級預警系統，該系統包括基礎硬體層，傳輸層，資料庫層，數據模型層，中間件層及應用軟體層，
所述基礎硬體層包括數據採集設備，所述數據採集設備與企業生產管理系統通訊連接，實時獲取企業生產管理系統的生產、存儲、管理數據信息；
所述傳輸層將所述基礎硬體層獲取的數據信息進行通訊傳輸；
所述資料庫層將從所述傳輸層獲取的數據信息進行集中整合；
所述數據模型層在所述資料庫層基礎上，進行大數據集成、綜合分析及數位化建模數據分析建模；
在所述資料庫層和數據模型層基礎上通過所述中間件層進行接口中間件服務發布，提供給所述應用軟體層系統使用；
所述應用軟體層進行數據監測、分析、管理。
優選地，所述傳輸層按照OPC(OLE for Process Control)接口或Web service技術進行數據傳輸。
優選地，所述資料庫層包括基礎資料庫、業務資料庫、監測資料庫、歷史記錄庫及分級預警系統涉及到的空間資料庫、事件庫、預案庫、案例庫、模型庫、知識庫和文檔庫。
優選地，所述數據模型層包括洩漏量計算模型、洩漏後的擴展模型、火災事故後果分析模型、爆炸事故後果分析模型及中毒事故後果分析模型。
優選地，所述應用軟體層包括GIS實時監測系統、分級預警系統、數位化預案管理系統、應急指揮系統及數據建模系統。
優選地，所述GIS實時監測系統能夠在地圖上加載各企業當前危化品報警信息當前狀態，通過綠黃紅燈動態顯示，點擊企業圖標可以彈出當前企業具體監控信息及數值信息。
優選地，所述分級預警系統根據系統配置項裡設定的閾值，設置為一級、二級、三級、四級預警，設置的級別按照所述分級預警系統監控數值的百分比設定，能夠讓企業控制端直觀的觀看分級預警情況。
優選地，所述數位化預案管理系統根據文字應急預案提取信息要素，包括預案中的預防、準備、響應、恢復各階段的任務以及每項任務配備的資源，組成應急指揮基本信息單元，所述數位化預案管理系統快速制定多種應急救援方案，動態加載數據生成指揮體系和任務列表，為實現快速響應提供支持。
優選地，所述數位化預案管理系統根據各類突發事件的處置程序，分別建立相應的預案處置模式庫，並提供預案資料錄入、修改和檢索工具，所述數字預案的流程包括：
(1)新建數字預案；
(2)預案結構定義；
(3)預案和事件類型的關聯信息配置；
(4)分別進行相關案例配置、相關事件類型配置、相關知識配置。
優選地，所述數字預案包含如下內容：
(1)將各類應急預案的共性進行結構化，形成突發事件應對策略和處置流程備忘錄；
(2)將各類應急預案中的組織機構、救援隊伍、裝備設施、醫療急救、現場警戒的內容進行結構化組織和存儲；
(3)基於公用基礎地理信息和公共安全信息，為不同級別、不同種類的應急方案進行數據準備，形成快捷的資料包；
(4)基於事故災害預測、仿真模型、災害處置模型對各類應急預案所針對的事故進行先期模擬和分析，提前了解災害規律和趨勢，形成科學的處置輔助方案。
優選地，所述應急指揮系統包括事故管理模塊、配置管理模塊、態勢標繪模塊、地圖定位模塊、任務跟蹤模塊：
所述事故管理模塊實現安全生產事故管理及事故與接報的關聯，將同一個事故多次接報按事件關聯，便於管理；實現事故與預案、案例、法律法規、專家意見與建議自動關聯，在第一時間提供領導決策的相關材料；
所述配置管理模塊提供針對事件處置的參數配置功能，包括事故災難點管理；
所述態勢標繪模塊能夠在應急處置過程中在二維地圖上進行統計分析和態勢標繪，方便地生成各種專題圖，包括地圖標繪、態勢分析、統計查詢、專題圖製作和輸出的各子功能模塊；
所述地圖定位模塊在GIS中直觀顯示正在處置的事故災難，定位事件具體地點和周圍環境信息，包括重點防護目標、危險源、資源調度地圖定位信息；
所述任務跟蹤針對指揮調度中各部門任務的增、刪、改、查信息，歷史任務的瀏覽信息，實時顯示任務執行狀態和任務的反饋信息。
本發明的有益之處在於：
1、獲取數據手段更直接簡便，通過重大危險源現場監控主機獲取企業重大危險源生產存儲的實時數據信息。
2、獲取到的數據通過信息集成，在工廠控制層和管理決策層之間建立實時的數據連接，將數據存儲在oracle等大型關係型資料庫中，通過高效的壓縮技術和海量存儲技術，保存大量的生產過程歷史數據。幫助政府管理人員實時監測生產過程的變化規律，對事故過程進行優化；還可以幫助相關人員分析生產事故，確定事故發生的原因和防止的辦法，防止事故的再次發生。
3、將各個企業存儲在oracle資料庫中的數據通過OPC接口、web services技術或ftp等方式進行數據的統一歸集到政府安全生產管理部門，建立統一的數據管理、大數據分析，徹底解決數據孤島問題，為綜合監測、分級預警打下良好基礎。
4、通過大數據分析，結合化學品性質，當地的自然環境、應急資源裝修等條件，建立各個重大危險源及企業的監測、分析、預警模型，基於目前最新的WebGIS統一顯示，將實時數據監測和地圖結合起來，部分數據結合三維GIS建模，可以更直觀的進行分級預警。
5、結合GIS綜合監測態勢，輔助以政府、企業應急預案，在事故前期建立起整套應急預案輔助管理系統，從整體上對事故GIS桌面態勢分級預警，對應急方案進行圖形化設計和管理，為政府管理決策者提供輔助決策方案。
附圖說明
圖1是本發明基於WEBGIS的數據獲取及分級預警系統的總體架構圖。
圖2是本發明基於WEBGIS的數據獲取及分級預警系統中數字預案業務流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。
請參照圖1所示，本發明提出一種基於WEBGIS的數據獲取及分級預警系統，該系統包括基礎硬體層，傳輸層，資料庫層，數據模型層，中間件層及應用軟體層，
基礎硬體層包括數據採集設備，數據採集設備與企業生產管理系統通訊連接，實時所述獲取企業生產管理系統的生產、存儲、管理數據信息；
傳輸層將基礎硬體層獲取的數據信息進行通訊傳輸；
資料庫層將從該傳輸層獲取的數據信息進行集中整合；
數據模型層在資料庫層基礎上，進行數據分析建模；
在資料庫層和數據模型層基礎上通過中間件層進行接口中間件服務發布，提供給應用軟體層系統使用；
應用軟體層進行數據監測、分析、管理。
具體來說，本發明提出的分級預警系統按照下述具體步驟進行：基礎硬體層從獲取的企業安全生產系統的電流信號轉換成軟體可讀的代碼數值；傳輸層按照OPC或web service技術進行數據傳輸，進入數據層倉庫管理；在數據模型層進行大數據集成、綜合分析及數位化建模；結合webGIS技術，按照危化品性質及安全生產特點，通過中間件層在應用層顯示地圖化展示，進行分級預警；結合重大危險源預案管理、一體化通信、應急資源管理、輔助決策及應急處置系統進行重大危險源的應急指揮。
【基礎硬體層的設計】
本系統中的電流信號數據抽取模塊將在數據中心的基礎上，將數據應用向深度和廣度計算拓展，將面向主題的、集成的、穩定的、不同時間的數據集合應用，把分布在企業網絡中不同信息孤島上的數據集成到一起，整合多種數據源接入模式，搭建一個企業級工廠信息系統，通過PHD實時資料庫和Oracle關係資料庫搭建企業級的數據平臺，確保數據交流通暢，實現真正的資源共享，將過程實時數據納入管理系統中實現數據深層次挖掘和分析，從而實現企業級管理控制一體化。
數據採集接口負責採集和上傳數據，可與企業甚至更遠的各種系列的控制和傳感設備連接。支持多種通訊協議，包括OPC、DDE等協議，可連接各種DCS、PLC和智能儀表等。它應具有以下性能指標：
(1)資料庫讀寫速度：可以達到在5000-10000採樣點/秒；
(2)數據寫入頻率：應支持秒級掃描頻率，能對不同數據源的數據變化率分別配置採集頻率；
(3)數據採集接口：支持直接通過OPC、DDE等標準接口規範與控制系統連接；提供與某些常用的工控組態軟體產品連接的驅動程序；提供開發接口API，定製開發與各種產品連接的驅動程序。
【數據傳輸集成設計】
本系統採用標準的OPC接口實現通訊，OPC是以OLE/COM機製作為應用程式的通訊標準。OLE/COM是一種客戶/伺服器模式，具有語言無關性、代碼重用性、易於集成性等優點。OPC規範了接口函數，不管現場設備以何種形式存在，客戶都以統一的方式去訪問，從而保證軟體對客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發中脫離出來。OPC規範可以應用在許多應用程式中，如它們可以應用於從SCADA或者DCS系統的物理設備中獲取原始數據的最低層，它們同樣可以應用於從SCADA或者DCS系統等生產運行系統中獲取數據到應用程式中。實際上，OPC設計的目的就是從網絡上某節點獲取數據。
【資料庫層設計】
對系統所用到的各類數據、材料和知識進行高度統一的數位化管理。數位化知識倉庫具體包括基礎資料庫、業務資料庫、監測資料庫、歷史記錄庫及系統涉及到的空間資料庫、事件庫、預案庫、案例庫、模型庫、知識庫和文檔庫等。數位化知識倉庫為監測預警提供了基礎的數據支撐和理論依據。
【數據模型層設計】
模型業務構件主要封裝了應急中固定的業務流程，比如事故接報、上報、業務流程引擎、報表引擎、數據挖掘引擎、規則引擎、數據訪問構件、模型工具等。模型工具主要封裝了對應急有輔助作用的模型算法，並為模型的表現提供了數據訪問接口。模型實體按照統一的技術標準進行開發，具體內容參考安全生產應急專業資料庫中的模型庫。模型工具主要用於綜合預測預警、智能研判、評估等。
針對重大危險源化學性質，數據模型層主要包括洩漏量計算模型、洩漏後的擴展模型、火災事故後果分析模型、爆炸事故後果分析模型及中毒事故後果分析模型。
【應用軟體層設計】
應用軟體層包括GIS實時監測系統、分級預警系統、數位化預案管理系統、應急指揮系統及數據建模系統。
GIS實時監測系統：能夠在地圖上加載各企業當前危化品報警信息當前狀態，通過綠黃紅燈動態顯示，點擊企業圖標可以彈出當前企業具體監控信息及數值信息。
分級預警系統：根據系統配置項裡設定的閾值，設置為一級、二級、三級、四級預警，設置的級別按照所述分級預警系統監控數值的百分比設定，能夠讓企業控制端直觀的觀看分級預警情況。
數位化預案管理系統：數字預案將傳統基於文本的紙質預案經過數位化抽象，結合事故後果模擬分析、GIS地圖、應急資源管理等系統，解決傳統紙質預案的存儲、管理、升級和使用不便等問題。根據文字應急預案提取信息要素，包括預案中預防、準備、響應、恢復四階段的任務以及每項任務配備的資源，組成應急指揮基本信息單元，所述數位化預案管理系統快速制定多種應急救援方案，動態加載數據生成指揮體系和任務列表，為實現快速響應提供支持。
數位化預案管理系統根據各類突發事件的處置程序，分別建立相應的預案處置模式庫，並提供預案資料錄入、修改和檢索工具，請參閱圖2所示，該數字預案的流程包括：
(1)新建數字預案；
(2)預案結構定義；
(3)預案和事件類型的關聯信息配置；
(4)分別進行相關案例配置、相關事件類型配置、相關知識配置。
該數字預案包含如下方面的內容：
(1)將各類應急預案的共性進行結構化，形成突發事件應對策略和處置流程備忘錄；
(2)將各類應急預案中的組織機構、救援隊伍、裝備設施、醫療急救、現場警戒的內容進行結構化組織和存儲；
(3)基於公用基礎地理信息和公共安全信息，為不同級別、不同種類的應急方案進行數據準備，形成快捷的資料包；
(4)基於事故災害預測、仿真模型、災害處置模型對各類應急預案所針對的事故進行先期模擬和分析，提前了解災害規律和趨勢，形成科學的處置輔助方案。
完成對數字預案的管理，包括預案內容的數位化，預案關鍵節點數位化、預案和事件類型的關聯、數位化預案應用、數字預案管理等用例。
應急指揮系統：基於GIS應急指揮包括事故管理模塊、配置管理模塊、態勢標繪模塊、地圖定位模塊、任務跟蹤模塊：
(1)事故管理模塊實現安全生產事故管理及事故與接報的關聯，將同一個事故多次接報按事件關聯，便於管理；實現事故與預案、案例、法律法規、專家意見與建議自動關聯，在第一時間提供領導決策的相關材料；
(2)配置管理模塊提供針對事件處置的參數配置功能，包括事故災難點管理；
(3)態勢標繪模塊能夠在應急處置過程中在二維地圖上進行統計分析和態勢標繪，方便地生成各種專題圖，包括地圖標繪、態勢分析、統計查詢、專題圖製作和輸出的各子功能模塊；
(4)地圖定位模塊在GIS中直觀顯示正在處置的事故災難，定位事件具體地點和周圍環境信息，包括重點防護目標、危險源、資源調度地圖定位信息；
(5)任務跟蹤針對指揮調度中各部門任務的增、刪、改、查信息，歷史任務的瀏覽信息，實時顯示任務執行狀態和任務的反饋信息。
本發明通過對基於WebGIS的數據獲取及分級預警系統的搭建，實現對重大危險源企業的實時生產管理數據的獲取、數據的綜合分級建模、基於GIS的分級預警、經濟輔助決策的一體化系統平臺。該系統利用自主研發的危險源監控主機，接入自控系統，將企業生產管理的電流信號轉化為軟體可讀、可識、可存儲的數據，通過主流的數據傳輸技術將數據歸集至政府安全管理部門，建立實時監測分級預警模型，結合GIS統一展示，輔助決策應用於政府應急指揮。解決了傳統的數據獲取不及時，數據孤島問題，實時監測可以為企業生產提供有益數據，優化生產管理結構，分級預警可以為企業政府提前將安全生產事故控制在可控的範圍內，減少甚至避免重大安全生產事故，通過GIS綜合顯示，將應急資源、實施監測、預警結果、應急預案等結合起來，聯動可用的社會、政府資源，形成上下聯動、齊抓共管的安全生產應急管理體系。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實例不以任何形式限制本發明，凡採用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。