基于物聯(lián)網的城市重大危險源檢測與預警系統(tǒng)設計

引 言

隨著我國工業(yè)技術的不斷發(fā)展，一些以工業(yè)生產為主要支柱產業(yè)的工業(yè)型城市在經濟快速發(fā)展的同時，也存在著不容忽視的安全隱患。如生產或使用危險化學品的企業(yè)、遍布城市各個角落的加油站和生產環(huán)境復雜的煤礦礦井等，安全生產的形式仍然十分嚴峻。加之城市人口密度大、重大危險源分布情況復雜、應急措施決策不及時等問題，一旦發(fā)生事故，對社會制度、人民財產安全和自然環(huán)境造成的損失無法估量。因此，迫切需要用傳感器與物聯(lián)網等現(xiàn)代化技術，對城市重大危險源進行檢測和預警，從而最大限度降低城市的安全風險 [1]。

1 城市重大危險源檢測與預警系統(tǒng)建設背景

1.1 國內外危險源檢測技術的發(fā)展

所謂危險源，是指可能造成人身傷害、財產損失或者環(huán)境破壞等情況的危險因素和狀態(tài)。

現(xiàn)在，重大危險源檢測技術是全世界各國的重點研究問題之一，直接影響著社會、經濟和技術的發(fā)展。1993 年第80 屆國際勞工大會上，《預防重大工業(yè)事故公約》要求世界各國對重大危險源進行持續(xù)管理和監(jiān)控。為了實現(xiàn)這一目標， 歐盟建立了重大危險源監(jiān)控系統(tǒng)，美國和沙特阿拉伯聯(lián)合開發(fā)了天然氣監(jiān)督管理系統(tǒng)。而最著名的數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng) SCADA 則運用計算機技術對生產過程、設備運行等情況進行監(jiān)視和控制 [2]。

國內的重大危險源監(jiān)測技術研究開展的較晚，軟硬件設備目前還不完善，與先進國家相比存在一定差距。存在的主要問題包括監(jiān)測系統(tǒng)所需的精密儀器依賴進口、設備檢測和控制水平低、安全信息管理混亂等。

1.2 城市重大危險源檢測的必要性

隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產的發(fā)展，城市人口密集，城市重大危險源一旦發(fā)生事故，將對人民生命財產、社會生產、城市環(huán)境等造成嚴重危害。因此，城市重大危險源的檢測和預警工作被各部門和企業(yè)重視，已經成為國家安全生產的重要任務之一。

2 城市重大危險源檢測的理論基礎

2.1 城市重大危險源分類

目前，城市重大危險源主要有如下 3 種類型。

(1) 靜態(tài)危險源，指存在于生產系統(tǒng)中、可能因意外而釋放或泄漏的能量或者物質。

(2) 可能因人員失誤、設備障礙或環(huán)境因素等導致的能量物質約束措施失效的情況。

(3) 因管理缺陷、組織失誤、管理決策失誤、系統(tǒng)擾動等，造成生產系統(tǒng)畸變、破損失調、運行無序等的不安全因素。

本文所討論的城市重大危險源主要指城市中危險化學品生產、經營、儲存和使用單位的貯罐區(qū)（貯罐）、庫區(qū)（庫） 和生產場所等存放的危險化學品及重大危險源。

2.2 危險源辨識的相關定義

單元 ：一套生產裝置和設施或一個生產場所，抑或位于同一廠區(qū)且它們之間的距離小于 500 m 的設備或場所。

臨界量 ：是用來界定重大危險源的重要指標，是危險物質在安全范圍內的數量，如果超出臨界量則將此單元認定為重大危險源。

2.3 城市重大危險源的辨識

結合城市特點，本文主要討論化工類、壓力設備和礦山類的危險源辨識問題。

(1) 化工類危險源辨識

化工類危險源主要存在于存儲或使用危險化學物質的區(qū)域。如果是單一品種的化學物質，對其辨識主要是將單元內危險物質的量與臨界量進行比對 ；如果是多種危險物質，當各危險物質的實際量與臨界量的比值之和大于等于 1 時，則認定為重大危險源。

(2) 壓力設備危險源辨識

壓力設備指壓力管道容器與鍋爐等設備，這些設備中一般含有易燃易爆物質，具有危險能量，且工作時處于高溫或高壓狀態(tài)，一旦發(fā)生事故破壞性極大，對其識別的方法主要為與臨界量做比較。

(3) 煤礦重大危險源辨識

煤礦類礦井的危險源辨識主要包括瓦斯，CO，CO2 等氣體的檢測與監(jiān)控，一旦超過臨界值，將根據危險級別采取不同的措施 [3]。

各類物質和場所的臨界量確定參考我國出臺的《關于開展重大危險源監(jiān)督管理工作的指導意見》。

3 城市重大危險源檢測與預警系統(tǒng)設計

3.1 物聯(lián)網技術在系統(tǒng)中的應用

隨著物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展與在各個行業(yè)的深入應用， 建設一個基于物聯(lián)網技術的城市重大危險源檢測與預警系統(tǒng)，可以大大方便對各類危險源的實時監(jiān)控和預警。綜合運用傳感器技術、無線傳輸技術、計算機網絡技術和自動控制技術等實現(xiàn)對危險源環(huán)境、受控設備運行參數的遠程檢測， 一旦發(fā)生險情前兆，系統(tǒng)可自動發(fā)出預警信息，方便管理人員采取應急措施。

物聯(lián)網技術在城市重大危險源檢測與預警系統(tǒng)中的主要應用 ：利用各類新型傳感器采集危險源現(xiàn)場數據，在保證數據實時性的同時降低人員工作的危險性 ；利用無線通信技術實現(xiàn)數據的遠距離傳輸。

3.2 檢測與預警系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)通過前端采集設備對城市重大危險源的重要數據進行實時采集，經加密處理后通過無線傳輸網絡將數據傳輸到應用服務器并存入數據庫。管理人員可通過授權登錄網絡客戶端或者通過手機實時獲取各重大危險源的工作情況。一旦出現(xiàn)突發(fā)情況，系統(tǒng)會通過網絡客戶端和手機進行報警[4-6]。檢測與預警系統(tǒng)總體設計如圖 1 所示。

3.3 檢測與預警系統(tǒng)功能設計

城市重大危險源檢測與預警系統(tǒng)的主要功能包括現(xiàn)場數據實時采集與分類、數據傳輸、危險源辨識、設備遠程控制、報警預警設置、數據統(tǒng)計分析、報表生成等。

系統(tǒng)通過現(xiàn)場的傳感器設備自動獲取實時監(jiān)控數據，將數據通過無線網絡傳輸到服務器。通過采集生產現(xiàn)場的實時數據，管理人員可隨時隨地了解生產現(xiàn)場的工作情況，并根據現(xiàn)場數據做出相應決策，對現(xiàn)場的各種設備和控制系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控。系統(tǒng)可以預設報警限值，對監(jiān)控參數的異常變化進行報警。根據不同的現(xiàn)場處置方式，當數據達到對應數值時，將報警信息發(fā)送至不同的管理級別或范圍 [7-10]。

根據不同用戶權限的設置還可以實現(xiàn)數據統(tǒng)計分析、歷史數據查詢和報表生成打印等功能。系統(tǒng)功能界面如圖 2 所示，系統(tǒng)報表生成和打印界面如圖 3 所示。

圖 2 系統(tǒng)功能界面

圖 3 系統(tǒng)報表生成和打印界面

4 結 語

物聯(lián)網技術的應用，為城市重大危險源的檢測和預警工作提供了更便捷、更智能的模式。文章設計了基于物聯(lián)網技術的城市重大危險源檢測與預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了危險源現(xiàn)場參數數據實時有效的采集，將數據進行分類匯總和預警處理。并通過網絡客戶端和手機客戶端將數據展示、推送給管理者，同時實現(xiàn)了預警提醒、歷史數據查詢、報表生成等功能。