基于物聯網技術的LNG船舶監管平臺的探索

顧小明，何洪鋒，鐘春波，景 勇，楊 旺

（厚普清潔能源股份有限公司，四川 成都 610000）

為了大力推行綠色、環保能源，國家也在不推的出臺新政策，如：《關于推進水運行業應用液化天然氣的指導意見》、《2014—2015年節能減排低碳發展行動方案》、《長江經濟帶船舶污染防治專項行動方案（2018—2020年）》、《長江干線京杭運河西江航運干線液化天然氣加注碼頭布局方案（2017—2025年）》等。隨著國家對清潔能源的政策指引下，為了保護環境減少大氣污染，推進航運船用清潔燃料的發展和需求，由此帶來了船舶燃料系統的升級和改造，以及各個碼頭港口的LNG躉船站、岸基站建設的迅速發展。但同時也面臨站點與站點之間距離跨度大、設備種類繁多、安全監管難、船舶管理等問題，傳統運營管理方式面臨著巨大的挑戰。本論文從LNG躉船站、岸基站、船舶燃料設備等安全生產、企業互動管理環節與基于物聯網技術的LNG船舶設備安全監管、設備運營的概念出發，利用GPS或北斗定位、無線傳輸、云平臺、大數據分析、傳感器采集等技術，對其生產運營流程進行專業化、信息化、智能化監管，提升站點及船舶智能化管理程度。

1 平臺應用功能設計

本平臺應用功能分為3大模塊，包括設備監管模塊、政府監管模塊、企業與用戶管理模塊。其中設備監管模塊包括實時數據與狀態監控、報警與預警新信息推送、報警與預警信息統計、數據趨勢與效率分析、歷史數據查詢功能；政府監控模塊包括環境數據監管、船只監控、船只統計管理功能；企業與用戶管理模塊包括船只加注便捷管理、設備安全管理、經濟效益分析功能。

2 LNG船聯網應用平臺設計

本平臺分為六層：設備接入層、設備數據傳輸層、設備數據處理層、云服務管理層、平臺應用層、業務應用端。設備接入層用某種數據采集網關采集各種設備數據，經過存儲和轉發給云服務器。設備數據傳輸層用于傳輸來自設備接入層中采集到的設備數據，與設備數據處理層完成雙方的數據通信交互工作。設備數據處理層用于處理來自設備數據傳輸層發送上來的數據和云服務器的請求數據。云服務管理層用于對數據庫操作的管理和平臺應用層業務數據請求及響應。平臺應用層主要用于接收和處理來自業務應用端的業務請求和響應，提供業務應用端所需要展示的業務數據。業務應用端給客戶提供不同的終端應用，便于客戶快速查詢和接收信息。

2.1 設備接入層關鍵技術

本層采用嵌入式技術，利用工業級ARM的芯片架構，提供了大容量的Flash存儲，支持RJ45、RS232、USB、modbus-RTU等多種外圍接口和協議，提供多路數字量和模擬量通道實現設備層傳感器的接入，同時支持4G網絡實現數據無線傳輸。

數據采集網關主要采集包括的數據信息有：視頻數據、LNG動力系統（如轉速、功率、電流、電壓、溫度等）、LNG供氣系統（如：儲罐液位、儲罐壓力、泵的進出口壓力、溫度、閥門狀態、燃氣報警或濃度等）、船舶位置和相關信息（如：船舶的速度、位置信息、水深數據）。數據采集主要設備，如圖1所示。

圖1 數據采集主要設備圖

2.2 設備數據傳輸層技術要求

本層應用通過HTTP協議、TCP/UDP協議實現設備接入層中采集到的設備數據，與設備數據處理層完成雙方的數據通信交互工作。數據傳輸過程中采用MD5加密技術，保障數據傳輸過程中的安全性。

2.3 設備數據處理層技術

本層主要采用中間件技術進行數據的處理。采用的中間件為RabbitMQ和Storm，以及數據傳輸通信模塊。Storm中間件技術憑借免費開源、分布式、高容錯的實時計算系統，完成數據采集及數據處理，并將處理的數據存入數據單元中。RabbitMQ位于數據傳輸通信模塊與Storm之間，主要解決上述兩個模塊解耦合，降低協議處理器在高并發時出現的阻塞情況。Storm組件用于將終端上傳的數據按照指定協議解析為標準格式數據并存入相應數據庫。同時采用負載均衡技術進行處理。負載均衡，如圖2所示。

圖2 負載均衡圖

2.4 云服務管理層技術

云服務管理層用于對數據庫操作的管理和平臺應用層業務數據請求及響應，主要存儲設備業務數據和狀態數據。本層采用三種開源數據庫技術進行數據管理任務，分別是MySQL數據庫、MongoDB數據庫、Redis數據庫。用于存儲設備數據分為業務數據、實時數據、歷史數據。

2.5 平臺應用層處理

業務數據包括用戶信息、組織機構信息、權限與資源信息、設備信息、參數信息、數據中繼器信息、采集協議信息、數據采集終端信息。

實時數據表示設備的最新狀態，會首先存儲在redis中，然后拷貝一個副本存入mongodb中。

歷史數據是用于平臺生成運行日志和數據分析，因此歷史數據需要具備可快速查詢的存儲方式。在協議處理器中需要設置一個周期性執行的自動任務，其主要功能是從mongodb中查詢出未聚合的設備數據，并將其寫入到設備的基礎文檔中，自動任務根據業務的不同可靈活設置。利用上述的設計模式，可以快速進行圖表、圖形及曲線統計功能。

2.6 業務應用端

業務應用端可分為Web頁面系統、手機app（Android+IOS）、微信服務號及小程序。

如圖3所示，WEB頁面系統分為前端系統及后臺系統，前端系統供客戶使用具體的業務功能，包括數據實時展現、工藝流程圖查詢、軌跡回放等。后臺系統主要用于基礎數據建立、權限管理等。

圖3 消息推送流程圖

手機app主要用于數據的實時監控、告警信息接收、視頻監控、站點定位等功能。

微信服務號則便于企業向用戶推送服務信息，宣傳企業產品及服務。

3 結束語

基于物聯網技術的LNG船舶監管平臺提高了LNG躉船站、岸基站、船舶燃料設備的運營管理效率。全方位對LNG躉船站、岸基站、船舶燃料設備安全運行提供了有效的管理保障，為設備運行數據進行了科學的大數據分析，從而實現了LNG躉船站、岸基站、船舶燃料設備的信息化與智能化管理，具備較大的推廣價值。