物聯網防溺水手表GPS定位系統的研究*

趙 晨 云曉燕 由江岫 武傳勝 馬詩晴

（遼寧科技大學大學 遼寧鞍山 114000）

物聯網防溺水手表GPS定位系統的研究*

趙 晨 云曉燕 由江岫 武傳勝 馬詩晴

（遼寧科技大學大學 遼寧鞍山 114000）

介紹了 GIS防真系統及其在油氣管道泄漏災害事故模擬中的應用，應用該系統可以實現科學、高效地對管道泄漏事故進行應急救援，減少事故對人的傷害和對環境的破壞，把經濟損失降到最小。

石油天然氣 長輸管道 泄漏 GIS

油氣輸送管道具有重疊覆蓋、空間關系復雜以及安全性要求高等特點，因此，油氣輸送管道的管理必須緊密結合管道生產經營實際，及時獲取所需要的管理信息并進行處理。運用地理信息系統（Geographic Information System，GIS）技術可以動態跟蹤管道運行的整個過程，獲得反映管道運行動態的參數，為此，筆者在油氣管道信息管理中引入GIS相關技術，探討了將 GIS技術應用到油氣管道泄漏事故的模擬中，以便科學、高效地應對油氣管道泄漏事故，降低其對人們的傷害并減少經濟損失為目標，開發研制了基于 GIS的防溺水手表災害仿真系統，分析了管線泄漏檢測與定位方法，結合邊界條件，確定了輸油管道發生泄漏后果的模擬算法。[1]

一、GIS簡介

地理信息系統（GIS）是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟、硬件的支持下，對空間相關數據進行采集、管理、操作、分析和顯示的計算機系統。它采用地理模型分析方法，適時提供多種空間地理信息，輔助相關的地理研究和地理決策 。由于GIS可將地理空間模型化并存儲在計算機中，因此它還具有對研究對象進行描述、模擬和預測的功能。相對于常規意義上的信息系統，GIS具有空間分析能力強、數據來源廣泛、工作方式直觀形象等特點，在對空間數據的查詢和分析功能要求較高的領域得到了廣泛的應用。[2]

二、油氣輸送管道泄漏的檢測與定位

1. 泄漏檢測方法

目前，已有的管道泄漏檢測方法大體上可分為基于硬件和基于軟件兩大類。基于硬件的檢測方法主要依靠人工分段巡視或者使用各種輔助硬件儀器，對管壁和管道周圍環境進行監測以實現泄漏檢測。基于軟件的方法主要是通過采集實時數據，利用流量和壓力變化、動態模型等，通過相關數據的計算和分析確認泄漏情況，包括流量平衡法、壓力差法、模型法以及基于信號處理的方法等。一個高效可靠的管道泄漏檢測與定位系統的性能指標主要有：靈敏性、定位精度、響應時間、誤報率、評估能力、適應能力、有效性、維護要求、費用等。[3]

2. 檢測及定位原理

管道發生泄漏時，泄漏點處壓力下降，泄漏點兩側的流體因壓差向泄漏點處補充，這一過程依次向上、下游傳遞，相當于泄漏點處產生了以一定速度傳播的負壓力波。根據泄漏所產生的瞬態壓力波傳播到上、下游的時間差和管內壓力波的速度以及首末站的距離可以通過計算出泄漏點的位置。

三、仿真系統設計

1. 系統結構

防溺水手表災害仿真系統作為原有地理信息系統平臺的功能擴充，系統的Con fi g、代碼實現方法和界面風格都沿襲了原有系統的集成，對本系統的功能目標、工作流程、組織結構、數據庫的結構等分析確定后，按照總體設計組織結構圖，系統采用Dreamweaver設計用戶瀏覽界面，為用戶提供直觀和簡潔的操作，以Microsoft.NET Framework SDK為開發框架，以ArcServer9.2+Microsoft Visual Studio 2005構成開發平臺，采用C＃、JavaScript、ASP.NET等多種開發語言作為開發工具進行各個模塊的編寫。用ArcMAP準備圖形資料，將ArcSEVER作為地圖應用服務器，將管道地圖圖形數據和屬性數據分別存儲，為系統提供調用、處理輸油管線及泄漏區域等圖形資料。系統采用三層（B/S）結構，其中大部分功能在服務器端運行并由服務器端完成與數據庫服務器之間的通信，客戶端通過瀏覽器收集用戶請求信息、傳送請求信息到服務器端以及負責顯示從服務器端返回的結果。系統的其他功能服務都是通過 服務器實現與后端數據庫服務器之間的數據交互。

2. 系統工作流程

在管道發生泄漏后，通過負壓波的計算得到泄漏點后，通過匹配數據庫中管道長度的網格，確定管道泄漏點在地圖中的坐標值，在地圖中用鼠標點擊該坐標點，然后在彈出的頁面中輸入管道內、外的各個參數，進行數值模擬計算，快速顯示典型土壤泄漏點的地形狀況，模擬發生泄漏后的油流面積，顯示隨著時間變化泄漏區域所影響的范圍、管道全線的壓力變化、管道泄漏點的壓力變化以及管道全線的流量變化等各個曲線值，為管理人員制定應急救援預案提供參考。根據一定時間后的泄漏區域變化，管理人員可及時修改救援方案。

結語

長距離輸油管道為油氣產品的輸送和經濟的發展帶來了便利，但其輸送的介質大多具有易燃，易爆及易泄漏的性質，導致長輸管道在使用一段時間以后經常會發生泄漏事故，造成環境污染和經濟損失。針對長輸管道易發生泄漏事故，應用本介紹的基于GIS的防溺水手表災害仿真系統模擬油氣管道泄漏災害事故，可以提高管線安全管理的信息化水平和事故發生后的模擬能力，為應急預案的制定提供決策支持，使油氣管道泄漏事故發生后的應急救援更加科學、高效，減少人身傷害、環境破壞和經濟損失。[4]

[1] 馮耀榮.當前國際油氣管道工業的發展動向[J]．油氣儲運，2001，20(7) :1-4.

[2] 俞樹榮.楊慧來.長輸管道的模糊可靠度研究[J].石油化工設備，2009，38（1）：30-33.

[3] 譚磊.樊建春. 油氣管道導波檢測儀激勵信號源研制[J].石油化工設備，2009，38（2）：12-14.

[4]俞樹榮.楊慧來.基于貝葉斯網絡的長輸管道故障樹分析[J].石油化工設備，2009，38（2）：47-50.

*遼寧科技大學大學生創新創業訓練計劃項目:201710146000023