基于GIS的民用燃氣WiFi遠傳報警系統

王重陽

（1.沈陽燃氣有限公司，遼寧 沈陽110000）

基于現勢性較好的百度地圖服務，通過報警器設備選型，選取具有WiFi報警傳輸功能的家用WiFi報警器，開發出了可用于我市燃氣公司的家用燃氣WiFi遠傳報警系統的原型系統。系統能夠實現多臺設備同時預警監控，實時在線傳輸報警信息，并能對接公司相關的業務系統，及時將位置信息及氣體泄漏程度等下發維修部門，為城市家用燃氣的預警和應急響應提供很好的解決方案［1-3］。

1 設計思想

目前燃氣報警器生產廠商眾多，但大部分都屬于單機報警設備，雖具有較好的報警性能，但無法及時傳輸到燃氣公司的維修調度部門，因此無法用于燃氣公司的家用報警系統。這里選用一款具有遠傳功能的智能燃氣報警設備，能方便地接入并借助WiFi發送報警信息到廠商的云端。

利用百度提供的API開發接口，采用GIS中流行的REST訪問方式，就可以實時從云端獲取智能燃氣報警設備的狀態信息，通過設定的燃氣報警閥值，便可快速分析和判斷。當發生報警或者傳感器故障時，程序會觸發預警客戶端并推送到相關的業務部門，顯示為在監控系統的百度地圖頁面上的閃爍報警狀態，從而實現設備的智能管理、實時監控和應急處置。

1.1 系統架構設計

首先對居民區按巡檢搶修責任范圍進行劃分，把各區域內的燃氣WiFi報警器、路由器、移動定位APP及小區監控探頭，在廠商及百度地圖提供的服務下，組成以小區為單位的監控子區。燃氣公司的指揮系統負責市內各個區域的實時監控，通過與公司巡檢、搶修等相關業務系統的全面對接，借助GIS平臺在線完成路徑規劃、車輛調度及任務派發，發現問題快速調度處置和及時搶修，如圖1所示。

圖1 燃氣遠傳報警系統示意圖

指揮中心監控系統使用.net平臺結合百度API接口進行開發，后臺數據庫采用ORACLE數據庫管理各個設備的空間位置信息和屬性等業務信息。 通過REST方式，實時讀取報警器廠商的云服務平臺，分析出報警器的狀態信息，并在服務器端完成計算和設備的動態報警監控。之所以采用REST方式，是因為它是一種對于服務器更加有效的抽象方式［4］，此外，系統還使用了Windows Socket API和多線程技術，系統總體采用MVC架構設計。

1.2 核心技術梳理

百度地圖 API 是一套由 JavaScript 編寫的將百度地圖嵌入網頁的應用程序接口，為開發者提供了豐富的函數、控件、事件和封裝的類，以BMAP作為命名空間，所有類均在該命名空間之下。通過調用百度API接口可實現地圖功能的構建，包括各種地圖控件、右鍵菜單及控制坐標點顯示效果等。此外，還提供如本地搜索、路線規劃、地址解析等很多專題圖服務功能［5］，為快速構建功能豐富、交互性強的地圖應用提供了便利。

本文通過核心類Map的構造函數構造地圖對象Wcymap，進而設置顯示的中心點坐標、縮放比例。出于前端監控頁面顯示簡潔的考慮，將添加地圖比例尺、地圖類型切換、縮略圖等控件及讀取和清除監控點，都通過右鍵菜單加以控制，該功能使用ContextMenu類實現。讀取WiFi報警設備坐標的自定義函數為Readwebservice()，主要是通過前端iQuery Aiax調取Web Service實現，讀取Oracle數據庫中對應的SQL查詢和存儲過程，將監控點坐標及屬性信息返回前端頁面，并利用覆蓋物類Marker進行坐標顯示。

在以上初始化結束后，程序便開始實時監控各WiFi報警設備。實時監控時采用REST方式按照設置的時間間隔訪問設備的云端，并將返回的結果進行解析，對燃氣預警值進行閥值設定，如圖2所示。通過百度地圖的路徑查詢及百度街景提供搶修點周邊路況，如圖3所示，可制定出便捷的出行路線，為快速應急搶修提供保障。

圖2 預警判斷業務流程

圖3 右鍵菜單及百度街景

2 核心技術及實現

系統采用B/S架構開發設計，針對報警器設備的定位坐標采集甚至可采用免費的方式獲得。例如，本文采用了改寫百度APP DEMO，將獲取到的報警器百度坐標及地址、建筑物、樓層單元、房間編號等屬性信息上傳系統平臺并寫入ORACLE對應的數據庫表，通過設備唯一的ID標識進行關聯。設備在百度地圖中的展示，則可通過iQuery Aiax調取Web Service實現。Aiax作為在WebGIS中廣泛使用的一種技術，其核心是基于XMLHttpRequest的異步請求機制［6］，使用iQuery不但能兼容多瀏覽器iavascript庫，還能使開發更加便捷。

通過iQuery Aiax調取Web Service中的數據讀取的自定義函數，借助數據庫訪問類OraHelper的AdapterFill方法，執行數據庫Sql查詢等，并將結果以Json的形式返回前端。前端訪問頁面接收后，可利用eval()函數進行解析，該函數可將后臺返回的Json格式字符串處理成Json對象數組，進而提取出監控點的位置坐標等信息，借助數組的push()函數將監控點對應的X、Y坐標存入points數組中，調用百度API接口，通過BMap.Marker()方法生成對應的覆蓋物對象，進而顯示在地圖對象wcymap中生成該監控點圖標進行地圖顯示。

2.1 客戶端、區域監控點與服務器間的通訊

為了提高系統的安全性，各居民區設置區域監控點，開發過程中客戶端、監控點與服務器之間的通訊主要采用以下技術實現。

WebSocket技術 ( 又稱 WinSock 或 Windows Sockets)是應用程序和網絡之間的標準接口，主要分為流式套接字（Stream Socket）、數據報套接字( Datagram Socket) 和原始數據報套接字（Raw Socket）三類 。用Socket設計多線程服務器，其具體實現過程是調用Socket（）建立套接字，通過Socket類對象的Bind()方法，將該套接字綁定監聽端口, 通過listen方法設定監聽隊列，使套接字做好監聽準備,用 accept方法來接收連接，用close方法關閉套節字［7］。將以上過程封裝到自定義函數中，針對監控設備通過實例化Thread類開啟線程，通過多線程調用，可以實現同時連接和接受多點數據發送。

Web Service 所使用的是Internet上統一、開放的標準，如 HTTP、XML、SOAP、WSDL 等，是站點之間能夠相互通信、共享資源的一種接口。所以 Web Service可以在任何支持這些標準的環境（Windows、Linux）中使用。使用Web Service模式與系統間的通訊，可通過設定某一時間間隔，借助iQuery Aiax調取Web Service中負責數據讀取和解析的自定義函數來開發實現。

2.2 客戶端與云端通訊

瀏覽器端與廠商的云端通訊采用的是REST方式，REST是 Roy Fielding 在2000年首次提出的一種軟件架構。具體地說，REST 用來定義一個 Web 服務API，通過 HTTP 來進行資源管理，是一種基于資源的服務訪問架構風格，每個 URL 代表一個資源，而整個系統就是由這些資源組成的。由于操作執行中URI始終沒有變化，極大地簡化了 Web 開發，也使得 URI 可以被設計成更為直觀的反映資源的結構，這種URI的設計被稱作 RESTFUL 的 URI［8］。REST 訪問方式因為比 SOAP方式簡單便捷，所以廣泛用于WebGIS開發中。

通過報警器設備唯一的ID標識及廠商提供的訪問地址組成requestUriString，調用自定義函數ReadwebWIFIservice()中負責云端請求和返回的數據處理函數為ReadwifiBack()來實現，用到的核心抽象類是WebRequest，訪問后將返回值序列化為JSON對象返回前端頁面。由于返回報警器的很多工作屬性信息，因此需要借助正則表達式進行拆分，然后取出其中燃氣相關的屬性值，存入相應的數組中進行處理、分析和展示。

2.3 報警器選型及報警閥值的設定

根據報警器的可燃氣體屬性閥值，編寫算法，如果氣體泄漏，則對應屬性值超限，便進入報警狀態，可見報警器的靈敏度和閥值設定是關鍵。由于報警器的靈敏度設定值是不一樣的,所以在選用時必須搞清楚報警器安裝場所使用的是何種燃氣，再選用有針對性的報警器。由于燃氣器具燃燒產生的廢氣中含有CO,而CO對人體的危害程度極大，在選擇燃氣泄漏報警器時,必須從生產企業資質、報警器性能、售后服務、經濟成本等多方面綜合考慮。而燃氣泄漏報警器的性能主要是從靈敏度、選擇性、穩定性、使用壽命等幾方面進行考核［9,10］。

基于上述考慮，本系統選型的報警器，同時具有對CO及天然氣的監控能力，報警點預設值分別為10%LEL和100 PPM。由于本項目專業數據的保密要求，這里只舉例說明，假定數組Jiankong是天燃氣屬性，如數字為“0”，則為正常狀態，不需報警，否則開啟報警模式，通過百度API接口，實例化BMap.Marker類對象，調用setAnimation（）方法可將報警點顯示為跳動的圖標。

3 系統運行效果

系統通過后臺ORACLE數據庫進行各報警設備位置及屬性信息管理，為了信息維護的方便，空間數據和屬性數據采用獨立存儲，通過設備ID唯一標識進行關聯，方便解決設備精準定位和擴容等問題。系統通過實時獲取各報警器信息，正常狀態下系統顯示為規律閃爍，間隔的時間可根據具體業務需求設定和更改，一旦有燃氣及CO等氣體產生且濃度達到報警設定值時，泄露點將顯示為閃爍跳動的圖標，并給出“燃氣泄漏，請快速搶修… ”的報警提示，如圖4所示，同時將泄露點信息推送到相關的業務系統模塊進行維修業務的派發和調度，并將報警信息等存入ORACLE數據庫中。

在系統的具體部署中，由于百度地圖切片最高縮放級別的限制，會造成顯示上的多點重疊現象。考慮到系統設計的美觀，針對這一問題需要改進算法及屬性信息配合加以解決，即可將彈窗的信息顯示模式改為以屬性列表的方式展現。另外，借助百度街景，可快速查看報警點的周邊路況，進而借助百度地圖實現最優的路徑規劃，以便調度搶修人員快速到達應急搶修。

圖4 燃氣泄漏報警狀態

4 展 望

利用百度網絡地圖豐富的API接口，對接基于WiFi遠傳的燃氣報警器設備進行開發，實時獲取云端的預警信息進行分析，實時監控，起到了很好的預警和報警效果，為燃氣企業的安全生產提供了一套很好的解決方案。結合現勢性較好的百度地圖，更是方便了燃氣企業的快速定位和應急搶修，目前系統可同時監控數臺設備。

隨著系統的推廣使用，將進一步提升系統的穩定性，同時還將完善定位導航及空間分析等GIS功能，進而開發完善具有就近任務分派和快速應急響應的業務系統，進一步提升與相關業務系統對接的響應時間，并爭取和目前公司的燃氣管網安全運行平臺APP實現信息共享，為燃氣企業的業務平臺信息化建設提供重要保障。

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