加油站綜合監控平臺

王維民，楊麗欣

(1. 中國石化銷售有限公司，北京 100728；2. 中國石化銷售有限公司 天津石油分公司，天津 300100)

成品油銷售企業需要管理多個加油站，以中國石化省級成品油銷售企業為例，平均每個企業管理1 002個加油站[1]。隨著加油站管理成本不斷增加及外界安全環保監管日趨嚴格，傳統單站管理模式越來越難以為繼，管理模式逐步從單站管理向自動化、信息化、智能化管理轉變。

隨著液位儀、加油卡、視頻監控、油氣回收等設備及系統持續深化應用，基于單項業務的信息系統不斷增加，加油站基礎信息數據不斷增多，一方面要求加油站員工操作多種信息系統，增加了員工的額外勞動，另一方面也形成了“信息孤島”，不利于全局掌握加油站的運行情況。

如何在網絡化管理模式下充分挖掘設備及系統潛能，挖掘現有歷史數據潛能，消除“信息孤島”，降低員工勞動強度，提高工作效率，實現加油站可控管理和有效調度，做好對加油站“進、銷、存”的管理和HSE管理，成為成品油銷售企業精細化管理亟待解決的問題。

1 體系架構及功能實現

針對加油站業務發展及管理需求，采用模塊化設計，構建了基于“數據平臺、業務邏輯及實現、用戶界面”三層架構的加油站綜合監控平臺，如圖1所示，這種分層組態式軟件體系結構，可有效支持加油站業務流程和管理需求的持續改進。

加油站綜合監控平臺整合液位儀、加油機管控系統、視頻監控、油氣回收、零售管理等工業設備或信息系統生成的數據，采用“數據驅動業務”的模式，實現運儲銷管理、庫存管理、遠程視頻監控及智能分析、油氣回收監控、安全管理及預警等功能。

1.1 運儲銷管理

主要通過對加油機管控系統數據匯總分析，實現進油數據統計、銷售數據統計、區域銷售統計、油品類型銷售同比環比、片區銷售同比環比、超期存儲警示等功能。一定時間段內銷售情況比較如圖2所示。

圖1 加油站綜合監控平臺體系架構示意

圖2 加油站油品銷售同比環比

1.2 庫存管理

液位儀通過實時被動上傳機制，遠程發送、獲取罐存指令，液位儀應答并將此時的罐存信息上傳至管理平臺。實時顯示加油站罐存、液位高度、水位高度、溫度、油品等信息。

當加油站某種油品庫存處于低位時，自動將缺貨信號傳遞至物流配送部門，實現自動補貨功能。

1.3 遠程視頻監控

按照視頻監控相關規范[2-3]要求，提供歷史錄像資料的遠程回查功能，支持常規的按時間段查詢、報警事件錄像查詢，均可以遠程實時監控加油站現場視頻，包括加油區、卸油口和財務室及收銀臺等特定場景。

管理部門通過管理平臺可實現遠程實時監控視頻的預覽，從而提高了監察效率，節省了人力成本和交通成本。通過對加油站進油環節、油站建設、改造施工現場全過程的遠程在線監控，可實現加油站現場管理遠程可視監控，促進現場管理規范和員工服務水平全面提升。

1.4 油氣回收在線檢測

按照文獻[4]要求，年銷售汽油量大于8 000 t的加油站和臭氧濃度超標城市、年銷售汽油量大于5 000 t的加油站完成油氣回收改造的同時應安裝在線監測系統，為不形成“信息孤島”，應將在線監測系統融入綜合監控平臺。

按照標準將油氣回收氣液比檢測、密閉性及液阻檢測納入綜合監控平臺[5]。油氣回收在線檢測示意如圖3所示。

圖3 油氣回收在線檢測示意

1.5 自動預警管理

根據液位儀、管控系統、視頻監控等設備系統獲取的數據，結合加油站運營和管理的需求，對各類數據進行實時多維度比對，開發自動預警功能，并將預警信息自動傳遞至相關管理部門，使得各種預警及時處理。主要預警功能見表1所列。

表1 主要預警內容

2 關鍵技術

加油站綜合監控平臺集成了液位儀、加油卡、視頻監控與智能分析、油氣回收在線監測、零售管理、物流配送等系統，涉及的數據采集、傳輸、分析技術較多，下面對監控平臺關鍵技術做簡要介紹。

2.1 多路實時數據采集系統

數據平臺是整個綜合監控平臺的核心，提供了上層業務應用組件所需的各種數據和相應的數據服務，基礎數據有來自液位儀、油氣回收流量計等工業儀表信號，也有來自數據庫系統的數據，還有視頻監控系統的視頻流，所以準確穩定地獲取數據成為監控平臺的核心。

對于液位儀、流量計、視頻等信號，通過多通道實時智能數據采集系統，可實時獲取加油站運營數據。數據采集器設計如圖4所示。

圖4 多通道實時智能數據采集器

智能數據采集器可采集12路RS-485信號，12路視頻信號可有效滿足系統當前液位儀、流量計、視頻監控信號需求和日后擴容需求。

2.2 埋地油罐容積表在線標定

埋地油罐容積表是加油站進行庫存管理和計量交接的重要依據，其準確性直接決定加油站的計量管理水平，因而需要對油罐容積表進行準確標定。傳統油罐標定主要采用手工方法或半自動方法，使用定量進油或定量出油，獲取油罐體積變化和液位儀高度之間對應關系，生成容積表，此類方法需人工干預，而且標定過程中易揮發性的油品容易造成安全環保事故。

假設埋地油罐為標準圓柱形且水平安裝，未填充防爆阻隔材料，油罐長度為L，半徑為R，初始液面高度為h，罐內油品體積為V，通過加油機付油體積為dV，則油罐液位下降高度為dh，當dh比較小時，油罐液位變化dh與加油機付油量dV之間的關系，可用微分方程表示[6]：

(1)

但實際中，由于油罐封頭類型、罐體變形、罐體傾斜、內部水雜質沉積等因素干擾，式(1)并不能完全適用，且該微分方程無解析解。綜合監控平臺使用分段多項式模擬加油站埋地油罐容積表：

Vs(h)=anh3+bnh2+cpn+dn(n=1，…，N)

(2)

式中：Vs(h)——對應的庫存容積，N——分段數，an，bn，cn，dn——需要求取的分段多項式參數。

通過綜合監控平臺大量獲取每次加油體積量dVs(h)和對應的油罐液位h及液位下降高度dh，形成多組(dVs(h)/dh，h)，然后通過Levenberg-Marquardt回歸擬合算法[7]得到dVs(h)/dh與液位高度h的關系式：

dVs(h)/dh=ah2+bh+c

(3)

式中：a，b，c——要擬合的參數。

最后通過解式(3)得到埋地油罐的罐容表，即在不同高度h下的體積Vs(h)。

由于液位儀測量的一致性，測量液位高度變化dh的精確度要比手工測量高得多，目前可達0.01 mm，而加油機流量計一般為0.2級，經文獻[6]采用蒙特卡羅模擬驗證，在儀表精度滿足需求的條件下，生成的罐容表滿足不超過±0.3%的最大誤差要求。中國石化天津石油分公司在44座埋地油罐現場試驗，采用罐表機和標準容器的方法與自動標定方法進行了驗證，43個罐容積表完全符合3‰誤差的要求[8]，1個罐容積表中1處數據偏差為3.2‰，理論試驗和現場試驗均表明該方法切實有效。

通過油罐自動標定技術，無需對加油站暫停營業，大幅降低了員工勞動強度，提高了工作效率和本質安全環保水平。

2.3 智能視頻監控技術

目前每個加油站平均9～12路視頻監控信號，完全依靠人工觀察，多個加油站錄像無法實現有效監控。

根據智能視頻技術發展現狀，采用基于背景差[9]方法對加油站卸油區域、加油區域等重點部位視頻進行智能監控和分析。利用加油站攝像機采集到的視頻圖像，進行背景建模、目標檢測、目標跟蹤、目標分類等方法，從視頻中獲取運動目標的各種特征，并對視頻中發生的各種異常事件進行自動檢測及報警。視頻智能分析流程如圖5所示。

圖5 智能視頻監控流程示意

通過智能視頻監控的應用，有效提升了系統的主動防御能力，把安全管理提升到全天候預警監控的新水平。

3 總結與展望

針對成品油銷售企業加油站管理面臨的現狀，設計開發了基于數據平臺的綜合監控系統，該平臺不僅能夠有效解決加油站現有管理難題，而且能夠支持加油站業務流程持續改進帶來的軟件功能更新。

加油站綜合監控分析平臺整合了液位儀、視頻監控、油氣回收等工業儀表數據和零售管理、加油機管控等系統數據庫數據，采用“數據驅動業務”的模式，直觀展示了加油站運行狀態，提升了成品油銷售企業進銷存管理、庫存管理、HSE管理等各方面工作效率，有效促進了“工業化、信息化、商業化”的融合。

隨著加油站經營業務的不斷拓展，例如非油品銷售、洗車、電商平臺終端配送等業務模式的發展，加油站業務需求和管理需求不斷創新，加油站綜合監控平臺將不斷隨之完善。綜合監控平臺涉及多個加油站，各加油站地理位置分散、硬件基礎條件不一、網絡連接模式不同，業務經營也不盡相同，綜合監控平臺如何適應各類場景成為重要課題。隨著云技術的深入應用，加油站的各種信息基礎設施將不斷減少，有望徹底解決多系統并存的情況，進一步提高工作效率。

參考文獻：

[1]中國石油化工股份有限公司.中國石化2013年年報[M].北京： 中國石化出版社，2014.

[2]李加洪，楊國勝，施巨嶺，等.GB 50395—2007視頻安防監控系統工程設計規范[S].北京： 中國計劃出版社，2007.

[3]吳曉光，葛元仁，張鳳武，等.AQ/T 3050—2013加油加氣站視頻安防監控系統技術要求[S].北京： 煤炭工業出版社，2013.

[4]北京市環境保護科學研究院，國家環保總局環境標準研究所.GB 29052—2007加油站大氣污染物排放標準[S].北京： 中國環境科學出版社，2007.

[5]孟振振，吳峰棒，張衛華.加油站油氣回收在線監測系統[J].化工自動化及儀表，2012(11)： 186-191.

[6]ZHOU Jinguang， ZHANG Jianzhong. Monte Carlo Simulation on Atuomatic Calibration Method of Horizontal Tanks[C]// IEEE International Conference on IEIT. Tianjin： IEEE， 2014： 528-530.

[7]Moré J J. The Levenberg-Marquardt Algorithm： Implementation and Theory[M]. Heidelberg： Springer Verlag， 1977： 105-116.

[8]孫作森，陳忠，劉國華. GB/T 17605—1998石油和液體石油產品臥式圓筒形金屬油罐容積標定法(手工法)[S].北京： 中國標準出版社，1998.

[9]侯志強，韓崇昭. 視覺跟蹤技術綜述[J]. 自動化學報， 2006(04)： 603-617.

[10]代科學，李國輝，涂丹，等. 監控視頻運動目標檢測減背景技術的研究現狀和展望[J]. 中國圖象圖形學報，2006(07)： 919-926.

[11]葛雁冰，和冬梅，祝軍. 中國石油加油站管理系統的建設與應用[J]. 石油規劃設計，2011(01)： 1-5.