基于J2EE技術的石油管道安全管理系統設計

戚云鵬

關鍵詞：J2EE技術；管道安全；管理系統設計；MVC結構；Oracle數據庫

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）08-0043-03

0 引言

隨著計算機技術、信息技術的發展，石油管道公司對于石油管道的安全性管理效果顯著提升，有效地降低了事故的發生率、運營成本，但是雖然部分石油管道公司擁有自己的管道安全管理系統，但是缺少專業的安全管理軟件系統，雖然例如OA系統、EAM系統等能夠被應用于管道安全管理系統中[1]，但是僅能滿足部分的石油管道安全管理的需求，并且這類系統多采用C/S模式[2]，該模式的系統在使用時存在客戶端較為臃腫、操作煩瑣等弊端，基于此，設計了一套采用B/S模式、通用于石油管道公司、基于J2EE技術的石油管道安全管理系統。

1 安全管理系統的架構設計

1.1 系統的功能設計

安全管理系統設計目的是服務于管道業務，因此應以管道業務為導向設計功能。管道安全管理系統功能的實現基于管道數據，而且管道數據為管道業務的基礎，所以管道安全管理系統的功能設計應以數據的儲存、交換、分析和處理為基礎，而為實現J2EE技術應用于管道安全管理系統的構建中，體現出J2EE技術的可伸縮性、靈活性以及易維護性，將系統的功能模塊化設計，采用功能模塊集成安全管理系統，是安全管理系統構建的重點內容。因此，結合石油管道公司的管理方式以及安全管理系統的需求，安全管理系統的功能設計如圖1所示。

根據系統的需求，系統的功能基于各種模塊實現包括系統設置模塊、數據管理模塊、安全性分析評價模塊以及知識庫模塊，通過對模塊進行設置和通過權限進行管理從而實現對石油管道安全進行管理。這四大模塊是各自子模塊的集合，其中系統設置模塊主要實現對系統的調整和設置，包含權限設置子模塊、模塊設置子模塊、公司設置子模塊等。而數據管理模塊則通過數據導入子模塊、數據查詢子模塊、數據修改子模塊等實現對數據的管理。安全性分析評價模塊和知識庫模塊是該套系統的基礎，知識庫模塊通過評測標準子模塊、案例分析子模塊、標準查詢子模塊為安全性分析評價模塊提供標準和案例的支持，并根據分析評價的結果為管理人員提供對應的參考建議，安全性分析模塊則是通過其下的管道腐蝕子模塊、高后果區分級子模塊等作為分析的數據來源，利用評價計算子模塊、數據整合及處理子模塊等實現石油管道安全性計算、分析和評價。

1.2 系統整體架構

安全管理系統基于J2EE開放平臺進行構建，采用分層結構進行設計，將整個管理系統分為基礎層、數據處理層、業務層以及表現層。其中基礎層為數據庫，包含管道安全管理過程中的所有數據，由于數據量較為龐大，因此采用Oracle系統對數據進行管理形成Oracle數據庫。而數據處理層的作用為通過訪問基礎層，獲取、處理有關數據，因此數據處理層與基礎層的訪問采用Hibernate框架對基礎層的數據庫進行映射的模式。業務層則是通過Spring框架實現邏輯控制，通過DAO（Data Access Object） 接口將業務層與數據處理層進行連接，搭建訪問通道[3]。J2EE技術應用的主要體現及途徑是基于表現層的技術，表現層實現數據的展示以及指令的輸入，因此表現層通過JSP+JQuery技術構建。通過應用JSP+JQuery技術、結合開源框架Spring、Hibernate，實現了基于J2EE技術的石油管道安全管理系統的維修、拓展靈活的要求。

2 關鍵技術解決方案

2.1 采用MVC框架結構實現系統功能

MVC框架是廣泛應用于“可交互式”應用程序的一種體系結構[4]，其中M 為模型（Model） 、V 為視圖（View） 、C為控制（Controller） ，通過三者的結合形成了“模型?視圖?控制”型的體系結構。安全管道系統在功能的實現中采用MVC框架結構，首先在系統啟動后，由用戶在用戶層進行輸入，系統將輸入消息發送至控制器，然后由控制器進行封裝，然后再將指令和數據封裝類傳遞給模型，模型通過Service封裝類、調用數據庫DAO層封裝類等完成業務邏輯判斷，實現對視圖的控制，然后由視圖為用戶提供反饋，最后用戶根據獲得的反饋決定是否進行下一步操作，通過閉環結構實現系統的控制，如圖2所示。

2.2 數據庫設計

由上節1.1可知，數據是石油管道安全管理的基礎，因此數據庫是安全管理系統的基礎，其主要作用是將管道管理中的大量數據采用相對簡便的方式進行記錄。因此本系統使用Oracle作為數據的后臺管理系統，采用PL/SQL Developer實現數據編輯、糾正、測試、查詢等操作，根據系統對于數據的需求不同，將數據分為4類，分別為管道數據的在線數據、沿線數據、動態數據以及核心數據，實體關系圖（E-R） 如圖3所示。

4 類數據具有數據表的形式存在，在滿足基礎業務邏輯的使用需求外，在表格設計時增添版本號、公司編號，版本號起到在數據導入、更新時保留歷史數據的作用，公司編號起到當數據庫被不同公司使用時不被混淆、便于修改、利于復用等作用。核心數據主要是描述管道的基本情況，為管道的安全性評價提供基礎數據上的支持，包括但不限于管道本體的里程、類型、運行狀態等信息還包含閘閥信息以及保護措施信息，例如陰保電源類型和電壓、閘閥類型及運行狀態等。沿線數據主要是描述管道周圍環境的情況，例如石油管道沿線的第三方設施、交通設施以及建筑物信息等。在線數據以及動態數據主要是對管道狀態的描述，其中在線數據的變動不頻繁，主要是管道的基本狀態例如壓力測試數據、巡線數據、封堵物絕對里程和類型等，而動態數據由于要收集管道管理、維護、運行過程中易改變、檢測和統計頻率較高的數據，其數據變動較為頻繁，包括但不限于管道土壤腐蝕性數據、高后果區數據等。

2.3 安全性分析評價模塊設計

安全性分析評價是系統進行安全管理的核心，安全性分析模塊通過對數據庫中的數據進行校驗，與相應的工業標準進行對比、分析與計算，提供風險等級評定結果，以及基于風險等級評價給出相應的指導性建議等。

由于管道在服役的過程中會受到腐蝕、老化、機械損傷等影響，進而會影響管道的完整性從而影響管道的安全性，因此對于管道安全性分析評價，應包含高后果區、內外腐蝕防護的有效性分析等。在進行風險等級評價時首先需確定決定性方案，然后對外腐蝕防護有效性的基礎等級進行初步確定，在此基礎上疊加指標進行修正，報證分析結果的有效性，最后得出最終的外腐蝕防護有效性的等級。

在管道安全中影響最為嚴重的、分析最為復雜的因素是管道的外腐蝕防護有效性分析，因此以管道的外腐蝕防護有效性分析為例。管道外腐蝕主要是由于管線的金屬材質與外部的環境，比如土壤、大氣、海水等腐蝕性介質接觸處引起的腐蝕，因此對外腐蝕防護有效性分析時應綜合考慮管道管體的防腐層情況、環境土壤的腐蝕性、漏損點密度、陰極保護情況等。在進行外腐蝕有效性等級計算時（以下簡稱等級），流程如下。

1） 從核心數據中提取管道基本情況，獲取管道的分段情況（例如a段、b段、c段...n段）。

2） 根據分段情況將每一段重新分段（例如a段分為a、a、a...a） 。重新分段時需記錄各情況評價的分段起始點，按照歷程進行由小到大的順序排列，即為新分管的管段。

3） 通過對每一小段（例如a1） 計算基礎等級，并通過疊加指標進行修正計算重新分段的每一管道的等級（例如μa1） 。

4） 通過綜合每一小段的等級（例如μa、μa、...μa） ，獲得分段管道的等級（μa） 。

根據雜散電流和陰保效果的有無，將基礎等級分為良、差、極差。疊加指標為防腐層等級評價、土壤檢測結果以及漏損點密度，疊加指標等級分為Y、N，判定標準為與標準規定的情況進行對比，當滿足標準則為Y、否則為N。最終等級根據基礎等級與疊加指標等級中Y出現的數量綜合確定，判定方式如表1所示。

管道安全管理系統采用MVC框架的體系結構，因此在用戶需調用等級數據時，需在“外腐蝕有效性分析”界面進行操作，根據管道管理的經驗，一般用柱狀圖較為直觀，因此需對分析信息進行視圖處理，當用戶調取時，管道外腐蝕安全性分析模塊進行等級評價，并通過賦值將等級轉化為圖像。最終等級為“優”“良”“中”“差”“較差”，以“5分制”由大到小對等級進行賦分，進而繪制柱狀圖。

3 結論

通過設計多用戶參與、命令并發等場景，對系統進行強度測試、負載測試，該系統在壓力測試和功能測試中未出現有關問題，系統具有良好的穩定性以及實用性。因此通過將管道安全性分析評價等功能進行模塊化設計，利用模塊的集成化，以分層結構搭建系統的整體框架，結合JSP+JQuery技術、Spring、Hiber?nate開源框架技術、Oracle數據庫等技術，以MVC框架作為安全管理系統功能實現的體系框架，設計的一套基于J2EE技術的石油管道安全管理系統，可實現穩定運行，可充分發揮J2EE技術的靈活性、輕便性等特點，并且可通過相應的模塊對管道的安全性進行分析、評價，為用戶提供相應的信息以及合理的調整措施、建議，對用戶的管道管理提供指引，進而提高對于石油管道的安全管理效果。