城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾碇形锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

劉宇翔LIU Yu-xiang

（四川華油集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610000）

0 引言

城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化管理是我國燃?xì)庑袠I(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的關(guān)鍵標(biāo)志，因此，探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與城鎮(zhèn)燃?xì)獾挠袡C(jī)融合發(fā)展，不僅能夠有效提供城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾淼男始凹夹g(shù)水平，而且也能給人們生產(chǎn)生活用氣提供更大的便利及保障，更是燃?xì)庑袠I(yè)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 定義

物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義就是物與物通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)也有著兩層含義：第一層含義物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而來的，并基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)延伸及擴(kuò)展；第二層含義通過物聯(lián)網(wǎng)的用戶端可以實(shí)現(xiàn)任何物品和物品間的信息交換和通信，即物物相息。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要是利用智能感知、識(shí)別技術(shù)和普適計(jì)算等通信感知技術(shù)融合到不同的網(wǎng)絡(luò)中，并通過射頻識(shí)別、GPS、紅外線感應(yīng)和激光掃描等實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤及監(jiān)管等功能，從而形成一個(gè)全新閉合的網(wǎng)絡(luò)[2]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)圖見圖1 所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)示意圖

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

對物聯(lián)網(wǎng)而言，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)絡(luò)及射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（RFID），下面就其一一展開分析。

1.2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于是物聯(lián)網(wǎng)信息感知的關(guān)鍵部分，它不僅可以對網(wǎng)絡(luò)中各種信息感知問題進(jìn)行妥善處理，而且也可以通過傳感器節(jié)點(diǎn)來建立相應(yīng)的局部網(wǎng)絡(luò)，并有效感知和協(xié)同處理特定區(qū)域內(nèi)的信息（比如電流、聲音、濕度、電壓及振動(dòng)等），以此來有效監(jiān)測及管理目標(biāo)區(qū)域環(huán)境[3]。

1.2.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

物聯(lián)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)主要由局域網(wǎng)絡(luò)及廣域網(wǎng)絡(luò)組成，并且能夠通過無線通信技術(shù)及傳感器等來實(shí)對所需信息進(jìn)行收集、監(jiān)測及分析等，再通過特定的網(wǎng)絡(luò)連接方式實(shí)現(xiàn)和廣域網(wǎng)絡(luò)的通信及連接。

1.2.3 射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（RFID）

對于物聯(lián)網(wǎng)而言，其主要是通過射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)來識(shí)別和獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也可以利用雙向通信實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別及系統(tǒng)采集對象信息及屬性信息。此外，射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（RFID）也可以根據(jù)場景的不同而具有不同的功能，比如自動(dòng)發(fā)出警報(bào)、數(shù)據(jù)抄送及遠(yuǎn)程監(jiān)控等，從而有效提高了物品管理的信息化、自動(dòng)化及網(wǎng)絡(luò)化水平[4]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾碇袘?yīng)用的要點(diǎn)

在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾碇校瑸榱诉_(dá)到理想的效果，應(yīng)立足于當(dāng)?shù)厝細(xì)獍l(fā)展的實(shí)際情況來引入和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并從軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程無線抄表四個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮出其最大化的效用，保證城鎮(zhèn)燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)安全優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)。

2.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要想城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾砉ぷ髂軌虺浞謱?shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，并長久不衰，就需要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，對燃?xì)夤艿赖膶?shí)際特點(diǎn)及優(yōu)勢進(jìn)行綜合化分析，再通過專業(yè)化管理人才加強(qiáng)內(nèi)部資源管理及優(yōu)化，從而有效提高燃?xì)夤?yīng)的質(zhì)量，保障人們可以正常安穩(wěn)的進(jìn)行生產(chǎn)及生活。基于此，城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾碇幸欢ㄒ浞种匾暫妥龊密浖到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化人機(jī)互動(dòng)，即在操作簡單的基礎(chǔ)上，優(yōu)化信息輸入及信息處理等功能，比如，通過設(shè)計(jì)和優(yōu)化GPRS 通信模塊，及時(shí)接收和處理相關(guān)的閥門開關(guān)信息，并反映到操作界面，使管理人員能清楚掌握閥門的開關(guān)狀態(tài)。同時(shí)，也能通過GPRS 通信模塊信息傳到終端系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能及效果[5]。

2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

城鎮(zhèn)燃?xì)鈱?shí)際管理工作中，管理人員通常都是通過傳感器節(jié)點(diǎn)來控制無形通信系統(tǒng)的和全面收集所需的數(shù)據(jù)信息。而傳感節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙收發(fā)系統(tǒng)則是主要通過GPRS無線通信模塊來進(jìn)行雙向通信的。因此，在對城鎮(zhèn)燃?xì)庥布到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，可選擇星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樾切屯負(fù)浣Y(jié)構(gòu)在發(fā)生故障的時(shí)候，不僅不會(huì)給整體系統(tǒng)安全運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，而且還可以預(yù)防各部件間發(fā)生干擾[6]。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾砉ぷ髦校瑸榱舜_保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能充分發(fā)揮其作用，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，考量和分析城鎮(zhèn)燃?xì)庀到y(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的流量及壓力等情況，設(shè)計(jì)合理的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對燃?xì)夤艿篱y門的全方位、實(shí)時(shí)化監(jiān)控。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)深入現(xiàn)場考察清楚燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)情況，通過溫度表、計(jì)量表及壓力表等優(yōu)化和完善遠(yuǎn)程監(jiān)控終端系統(tǒng)，有效提高城鎮(zhèn)燃?xì)夤芾淼膶?shí)效性[7]。

2.4 遠(yuǎn)程無線抄表設(shè)計(jì)

通過遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸燃?xì)獗恚芾砣藛T可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，有效降低了相應(yīng)的運(yùn)維成本，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)獾淖詣?dòng)化控制目標(biāo)，同時(shí)，燃?xì)庥脩粢部梢赃M(jìn)行自主購氣，有效提高了燃?xì)夤芾淼男始八健Ｒ虼耍擎?zhèn)燃?xì)夤?yīng)單位，應(yīng)積極推動(dòng)燃?xì)獗頁Q新，把用戶端舊的IC 燃?xì)獗碛杏?jì)劃的換成遠(yuǎn)程無線傳輸燃?xì)獗恚倮脽o線路由器構(gòu)建出無線抄表網(wǎng)絡(luò)，再通過GPRS 集中器將燃?xì)馄髽I(yè)與區(qū)域無線抄表網(wǎng)絡(luò)連接到一起，從而優(yōu)化抄表工作效率及質(zhì)量。另外，遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)也應(yīng)跟附近銀行系統(tǒng)相連接，以便用戶繳費(fèi)購氣[8]。

3 案例分析

3.1 案例概況

某市預(yù)構(gòu)建一套完善的智能城市燃?xì)馐痉断到y(tǒng)，且該項(xiàng)目也是物聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)應(yīng)用項(xiàng)目。該項(xiàng)目建設(shè)的主要是在自動(dòng)采集、智能應(yīng)用和可靠傳輸?shù)鹊脑瓌t上，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集及傳輸，并把收集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總到一起進(jìn)行集中化處理，再結(jié)合業(yè)務(wù)需要進(jìn)行加工應(yīng)用到實(shí)際工作中。該項(xiàng)目建設(shè)的主要目標(biāo)就是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)應(yīng)用到燃?xì)鈽I(yè)務(wù)管理體系中，對燃?xì)夤芫W(wǎng)及設(shè)備等進(jìn)行智能化及遠(yuǎn)程化監(jiān)控，在保障燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行及用戶用氣安全的基礎(chǔ)上，有效預(yù)防和降低燃?xì)獗堋⒈ê托孤兜劝踩鹿拾l(fā)生，最終推動(dòng)該市燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動(dòng)化發(fā)展，進(jìn)一步優(yōu)化燃?xì)赓Y源的合理利用率。

該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目共包括三方面內(nèi)容：①該燃?xì)忭?xiàng)目的輸氣管道建設(shè)長度大約2.3km，重點(diǎn)要做好防第三方外力破壞監(jiān)測；②該項(xiàng)目中設(shè)有用于燃?xì)夤艿榔茡p泄漏監(jiān)測的地下密閉空間共計(jì)60 個(gè)；③構(gòu)建用戶端的燃?xì)庑孤?shí)時(shí)監(jiān)測及報(bào)警系統(tǒng)，并通過控制閥門來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程控制切斷氣源。該燃?xì)忭?xiàng)目應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖見圖2。

由圖2 可知，該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)是在業(yè)務(wù)層（即圖中的最上層）進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總，然后再實(shí)施數(shù)據(jù)展示、現(xiàn)場監(jiān)測和業(yè)務(wù)管理等工作；中間的網(wǎng)絡(luò)層主要是負(fù)責(zé)完成相關(guān)系統(tǒng)屬性及信息的承載及傳輸，且該網(wǎng)絡(luò)層中不僅設(shè)有專用的VPN 電信網(wǎng)絡(luò)，而且設(shè)有專用的移動(dòng)APN 網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可以支持無線GPRS；采集層中，既能通過486 總線方式利用RTU 來集中采集及匯總現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，也能夠利用前置機(jī)通過對串口的方式來采集數(shù)據(jù)信息。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城鎮(zhèn)燃?xì)庀到y(tǒng)管理中的實(shí)際應(yīng)用

3.2.1 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要是通過在人機(jī)界面的監(jiān)測管理系統(tǒng)內(nèi)輸入相關(guān)信息，利用STM32 處理器對燃?xì)獾拈y門開關(guān)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并GPRS 通信模塊收集和傳輸信息信號到用戶終端管理系統(tǒng)中，然后可以在人機(jī)界面中顯示出所要查看的閥門開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)。比如，該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)可以在監(jiān)測到某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生泄漏情況之后，第一時(shí)間發(fā)送報(bào)警信號給監(jiān)控管理人員。即這個(gè)過程中是通過傳感器檢測到的信息經(jīng)無線通信模塊傳輸?shù)絊TM32處理器中，同時(shí)也會(huì)發(fā)送相關(guān)信息到用戶手機(jī)終端系統(tǒng)中，這時(shí)燃?xì)獗O(jiān)控管理人員只要通過人機(jī)操作界面把發(fā)生泄漏的燃?xì)忾y門遠(yuǎn)程關(guān)掉，并通知安排搶險(xiǎn)隊(duì)第一時(shí)間搶修，用最短的時(shí)間解決燃?xì)庑孤┦鹿省?/p>

在燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的初始化階段，建立了完善的接收傳感器接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，并請求入網(wǎng)，同時(shí)通過STM32 對燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，若監(jiān)測到有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)超出其閥值，便通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)管理系統(tǒng)中。這樣工作人員便可以通過管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)嚴(yán)格監(jiān)管燃?xì)夤芫W(wǎng)，再通過輸出信號對城鎮(zhèn)范圍內(nèi)的所有燃?xì)夤艿篱y門進(jìn)行全程控制。

3.2.2 硬件設(shè)計(jì)中無線通信系統(tǒng)

該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)中的硬件通信模塊主要是通過GPRS 無線通信系統(tǒng)把各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳到網(wǎng)絡(luò)中。同時(shí)，也可以通過傳感器節(jié)點(diǎn)上自帶的藍(lán)牙收發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與GPRS 無線通信模塊的雙向通信。另外，該案例燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，其傳感器節(jié)點(diǎn)選擇使用的是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣可以最大化的確保整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)再某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)也不會(huì)受到較大的影響，也能夠避免傳感器節(jié)點(diǎn)之間出現(xiàn)互相干擾等。

3.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)

為保障該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，對該市有線網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的場地及燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對其壓力、流量和溫度等運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。具體來說，就是在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)節(jié)點(diǎn)場地安裝遠(yuǎn)程傳輸終端設(shè)備，再通過一些技術(shù)手段把計(jì)量表、壓力表和溫度表等設(shè)備中的原始數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)竭h(yuǎn)程傳輸終端設(shè)備內(nèi)，經(jīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后，再通過GPRS 無線通信系統(tǒng)把處理后的數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務(wù)器中，再經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)一步把數(shù)據(jù)傳送給各級調(diào)控中心等具有SCADA 系統(tǒng)服務(wù)器的監(jiān)控站點(diǎn)，最終后臺(tái)管理人員可以通過監(jiān)控界面上顯示處理的數(shù)據(jù)了解和掌握燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，遠(yuǎn)程閥門控制系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)控視頻系統(tǒng)也都是采用的和上述相近的方式構(gòu)建完成的，即通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線傳輸相結(jié)合實(shí)現(xiàn)各級站點(diǎn)之間的信息傳輸。

3.2.4 遠(yuǎn)程無線抄表

為進(jìn)一步提高該燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)水平，便將用戶端的舊IC 燃?xì)獗頁Q成了遠(yuǎn)程無線抄表燃?xì)獗恚@樣既能有效緩解用戶排隊(duì)買氣的壓力，也能使燃?xì)夤镜倪\(yùn)行成本得到合理化的降低。具體來說，燃?xì)夤就ㄟ^調(diào)查分析管轄區(qū)域內(nèi)燃?xì)獗淼氖褂们闆r，制定更換計(jì)劃，有計(jì)劃、有步驟的把用戶端的舊燃?xì)獗頁Q成無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗恚⒗脽o線路由器建立完善的無線抄表網(wǎng)絡(luò)，有效覆蓋該市的各大小區(qū)域，在通過GPRS 集中器把各居住區(qū)域的無線抄表網(wǎng)絡(luò)接入到燃?xì)夤窘⒌臄?shù)據(jù)中心中，再通過各營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)和數(shù)據(jù)中心相連接來實(shí)現(xiàn)相關(guān)燃?xì)鈽I(yè)務(wù)的辦理及查詢等功能，同時(shí)，燃?xì)鈹?shù)據(jù)中心也與建行、工行等系統(tǒng)進(jìn)行了有效連接，從而可以在網(wǎng)上繳費(fèi)購氣，緩解了排隊(duì)購氣的壓力，也實(shí)現(xiàn)燃?xì)馐召M(fèi)的網(wǎng)絡(luò)化及現(xiàn)代化。這樣做有著諸多好處及深遠(yuǎn)意義，主要集中在以下幾個(gè)方面：①可以進(jìn)一步完善對燃?xì)庥脩舯淼谋O(jiān)控及管理，且不再受地域和時(shí)間限制，能夠隨時(shí)隨地的了解用戶燃?xì)獗淼倪\(yùn)行情況；②相對比于以前用的IC 燃?xì)獗韥碚f，能夠有效防止和解決偷氣及長通表等問題，有效保障了燃?xì)夤炯坝脩舻睦妫虎墼撨h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)收費(fèi)，大大簡化了繳費(fèi)購氣流程，用戶不用再到燃?xì)鉅I業(yè)廳去排隊(duì)購氣，既方便了用戶生產(chǎn)生活用氣購氣，也大大改善了燃?xì)鉅I業(yè)廳的人員聚集擁擠的現(xiàn)象，同時(shí)也合理降低了燃?xì)夤镜倪\(yùn)行成本；④通過遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)既能遠(yuǎn)程自動(dòng)抄收用戶燃?xì)獗淼挠嘘P(guān)信息，也能進(jìn)行智能化的分析及統(tǒng)計(jì)，從而有效提高燃?xì)夤竟芾砉ぷ鞯男始百|(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展步伐加快，作為基礎(chǔ)設(shè)施的燃?xì)夤艿拦ぷ饕苍诓粩鄶U(kuò)建，燃?xì)夤艿赖拈L度及燃?xì)庥脩魯?shù)量日益增多，傳統(tǒng)的燃?xì)夤芾砟Ｊ皆絹碓綗o法滿足現(xiàn)代燃?xì)獾陌l(fā)展了。因此，燃?xì)夤巾槕?yīng)時(shí)代發(fā)展，積極應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建完善的燃?xì)夤芾砭W(wǎng)絡(luò)，提高燃?xì)夤芾砉ぷ魉降耐瑫r(shí)，也能最大化的保障燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)高效、安全的供應(yīng)，為城鎮(zhèn)居民提供更加優(yōu)質(zhì)的燃?xì)夥?wù)，進(jìn)而為城鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展提供動(dòng)力和保障。