基于物聯(lián)網(wǎng)的石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)設(shè)計(jì)

王建勝 王嬪

摘要：文章針對(duì)當(dāng)前方法對(duì)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)效率低、錯(cuò)誤率高的問題，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)設(shè)計(jì)研究。在硬件方面，設(shè)計(jì)智能終端主控芯片和頻率信號(hào)電路，在軟件方面采集了影響石油企業(yè)安全生產(chǎn)的信息，并對(duì)其進(jìn)行分類，建立安全事故隱患排查模型，最后基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)對(duì)石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析效率較高，應(yīng)用效果較好。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；石油企業(yè)；安全生產(chǎn)；數(shù)據(jù)分析平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）34-0123-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

近年來，現(xiàn)代信息技術(shù)和智能終端設(shè)備的發(fā)展取得了重大進(jìn)步，石油企業(yè)的信息化系統(tǒng)建設(shè)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，尤其是在大型石油安全信息平臺(tái)建設(shè)方面。隨著時(shí)間的推移，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸應(yīng)用于石油行業(yè)的生產(chǎn)領(lǐng)域。由不同信息系統(tǒng)生成的物聯(lián)網(wǎng)化生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析也逐漸顯示出自身特色[1]。安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析是石油公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的前提和保障，其不僅影響正常的生產(chǎn)活動(dòng)，也關(guān)系著工人的安全和健康。物聯(lián)網(wǎng)是指具有高容量、多種類型、快速訪問和高應(yīng)用價(jià)值的數(shù)據(jù)的收集與共享，通過分布式的數(shù)據(jù)來源和不同格式的數(shù)據(jù)收集，進(jìn)行相關(guān)性分析，以揭示新的知識(shí)并創(chuàng)造新的價(jià)值。石油企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)點(diǎn)多、生產(chǎn)線長(zhǎng)、區(qū)域多，其主要產(chǎn)品是易燃易爆品。石油生產(chǎn)活動(dòng)經(jīng)常需要在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，有很多工作存在很高的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[2]。這些特點(diǎn)決定了石油生產(chǎn)安全管理的復(fù)雜性和難度，因此，實(shí)施石油公司的安全風(fēng)險(xiǎn)管控具有十分重要的意義。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，企業(yè)在安全監(jiān)控信息和情報(bào)方面得到了持續(xù)的保障，特別是通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與石油安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)整合，能夠滿足石油行業(yè)安全管理和安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析的需求。在這一背景下，本次開發(fā)了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)分析方法的應(yīng)用模型，用于石油安全生產(chǎn)領(lǐng)域。該模型的設(shè)計(jì)考慮到了數(shù)據(jù)分析和石油安全管理指導(dǎo)平臺(tái)的主要功能、基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)，并成功創(chuàng)建了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)[3]。希望充分發(fā)掘和利用數(shù)據(jù)資源，提高石油安全生產(chǎn)能力，降低可能發(fā)生的事故風(fēng)險(xiǎn)，確保石油領(lǐng)域持續(xù)良好的HSE管理，為石油和礦業(yè)領(lǐng)域不同信息系統(tǒng)的同步建設(shè)和交流提供技術(shù)工具和參考依據(jù)。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 智能終端主控芯片

本研究中使用的智能終端主要控制芯片型號(hào)為STM32F103C8T6，這是一款基于ARMCortex-M的32位微控制器，包括Flash程序存儲(chǔ)器，工作電壓為2～3.6V，具有低電壓和低能耗的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景廣闊。

1.2 信號(hào)電路設(shè)計(jì)

在模擬信號(hào)輸入模塊中，應(yīng)使用高精度分布加速器來有效消除信號(hào)模擬分布過程中的環(huán)路干擾。巴特沃斯濾波器可通過調(diào)整外部電阻值和相位中的延遲，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的濾波效果，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在該結(jié)構(gòu)中，頻率信號(hào)輸入方案如下：通過使用二極管進(jìn)行調(diào)整和箝位操作，限制電磁傳感器周圍竇波信號(hào)輸出的最大寬度。同時(shí)使用bipol-ar-Smita形成方案，通過比較和增加電壓和電流，輸出具有拐角上升沿的脈沖二次波。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 采集影響石油企業(yè)的安全生產(chǎn)信息

在分析石油企業(yè)事故的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)后，總結(jié)石油企業(yè)事故隱患表現(xiàn)形式及成因，得出結(jié)果如表1所示。

如表1所示，其顯示了四種類型風(fēng)險(xiǎn)的主要表現(xiàn)形式和直接原因，包括石油生產(chǎn)、承包商、交通運(yùn)輸和環(huán)境保護(hù)四類。根據(jù)石油企業(yè)的實(shí)際情況，將風(fēng)險(xiǎn)類型分為33種，如表2所示[4]。

2.2 建立安全事故隱患排查模型

為排查安全事故隱患，有必要建立風(fēng)險(xiǎn)防范矩陣，并對(duì)上述33種風(fēng)險(xiǎn)的類型進(jìn)行比較。首先，在不同類型的風(fēng)險(xiǎn)a之間建立關(guān)系，并用1表示存在直接關(guān)系的地方[5]。如果沒有直接關(guān)系，則使用0。其次，在相關(guān)算法的基礎(chǔ)上，通過矩陣A確定上述33種事故風(fēng)險(xiǎn)的專家評(píng)估和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，建立影響因素關(guān)系矩陣，其如公式（1） 所示。

[A=aijaij=1（i因素對(duì)j因素有影響）aij=0（i因素對(duì)j因素?zé)o影響）]? ?（1）

在對(duì)矩陣A進(jìn)行運(yùn)算后，得到矩陣B，并基于要實(shí)現(xiàn)的矩陣B對(duì)可能的危險(xiǎn)進(jìn)行分類[6]。最后，從潛在的事故隱患分析中推導(dǎo)出一個(gè)隱患排查結(jié)構(gòu)，其包括隱患風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、隱患排查目標(biāo)、確定排查方法和工具、排查責(zé)任分工、排查記錄、排查整改措施、整改跟蹤和評(píng)估七個(gè)部分，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

根據(jù)搭建的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)模型和大量事故綜合分析，發(fā)現(xiàn)石油企業(yè)存在一定的事故風(fēng)險(xiǎn)。具體而言，隱患主要集中在采油裝置上，其暴露在生產(chǎn)過程中，對(duì)安全的影響較為集中。數(shù)據(jù)分析顯示，在日常生產(chǎn)過程中，該公司過于關(guān)注設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)的管理，忽略了HSE體系審查報(bào)告中不安全行為的重要性，這一問題占隱患總數(shù)的32.0%[7]。管理缺失是隱患產(chǎn)生的根本原因，據(jù)HSE體系近年審計(jì)報(bào)告顯示，涉及隱患管理缺陷的問題占隱患總數(shù)的48.3%。這些問題包括未明確控制前的風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任、隱患防控和防治責(zé)任，以及潛在危險(xiǎn)的存在等問題[8]。隱患數(shù)據(jù)的分析研究結(jié)果表明、泄漏等問題發(fā)生頻率較高，這種隱患往往是由螺絲損壞和地表?yè)p壞引起的。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

為了降低石油企業(yè)安全事故風(fēng)險(xiǎn)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖3為基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析流程圖。

3 實(shí)驗(yàn)論證

上文中對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的石油企業(yè)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，在Windows10、MySQL5.8的環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)來判斷本文所設(shè)計(jì)平臺(tái)的性能。本次調(diào)查評(píng)估了事故油田HSE危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性，并對(duì)長(zhǎng)慶油田X石油廠進(jìn)行了為期12個(gè)月的監(jiān)測(cè)和檢查。在分析了5 209個(gè)隱患信息后，將其分為10組，其中包括3 363個(gè)涉及安全生產(chǎn)的專業(yè)詞匯。通過這些分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了一些隱患出現(xiàn)頻率較高的常見問題，如動(dòng)火、臨時(shí)用電和消防器材等。為更直觀地展示這些高頻詞匯，本次還創(chuàng)建了一個(gè)高頻詞匯表，并建立了一個(gè)主要頻率名稱數(shù)據(jù)庫(kù)，以應(yīng)對(duì)未來可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)事故[9-10]。為測(cè)試該系統(tǒng)的性能，本次按照上述條件對(duì)三種方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理如表3所示。

由表3可知，本文方法能夠更好地縮短安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析時(shí)間，相比于傳統(tǒng)方法1和傳統(tǒng)方法2平均分別縮短21.42s和25.43s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)方法相比傳統(tǒng)方法，分析效率更高。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次研究根據(jù)石油公司的生產(chǎn)特點(diǎn)，將潛在事故分為環(huán)境保護(hù)、承包商、石油生產(chǎn)、交通運(yùn)輸四個(gè)方面。收集潛在危險(xiǎn)的表現(xiàn)形式和直接原因，還從人、物、環(huán)境和管理的角度對(duì)每個(gè)方面進(jìn)行了分類和統(tǒng)計(jì)分析，收集了事故隱患的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。最后，使用本文中的設(shè)計(jì)軟件來規(guī)范數(shù)據(jù)分析，該系統(tǒng)適用于石油公司事故風(fēng)險(xiǎn)的多級(jí)描述結(jié)構(gòu)模型（ISM） 。在分析事故危害關(guān)系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深度分析，并提出風(fēng)險(xiǎn)防范措施，可幫助石油企業(yè)降低事故發(fā)生概率。

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【通聯(lián)編輯：張薇】