基于無線傳感網的液化氣運輸儲存監(jiān)測報警系統(tǒng)

蔣賀　焦吉偉　張科　王思璇　柯敏　許華娣

摘要：物聯網作為一種新的網絡形式，相關理論研究和實踐應用正在探索過程中。本文介紹了物聯網的概念，給出了基于智能物體層、數據傳輸層、信息關聯層、應用服務層的物聯網四層體系架構，最后根據日常工業(yè)生產過程中所面對的液化氣運輸中的種種問題做出可行性的分析與設計。

關鍵詞：物聯網;無線傳感器;無線監(jiān)測;液化氣

一、研究背景

現代社會液化氣被大量使用，由于液化氣的易燃易爆、有毒的特點，如果發(fā)生泄漏會極大地威肋公眾安全。其運輸方式除了管道傳輸，就是公路運輸，運輸過程的安全是人們關注的焦點。而如今的運輸過程中，缺乏對液化氣的監(jiān)測等手段，不利于生產管理。要知道在運輸過程中液化氣壓力處于一個很高的狀態(tài)，罐體的壓力很大，當大到一定程度時，就會威脅到運輸員和公眾的安全。同時液化氣作為易燃物，遇到明火或者運輸過程中因摩擦產生大量靜電，也極易造成爆炸，造成更加恐怖的破壞力，造成不可預知的損失。快速準確監(jiān)測液化氣狀態(tài)變化，并采取相應的對策來及時預防和控制事故發(fā)生，具有明顯的經濟效益和環(huán)境效益。

隨著科技的進步，近年來無線傳感器得到了長足的發(fā)展，使之與計算機軟件相結合，就成為了當下熾手可熱的物聯網技術。本文就無線傳感網在液化氣的運輸儲藏方面的監(jiān)測問題展開論述。

二、研究目標和方法

本課題將采用 ZigBee技術，該技術專注低速傳輸、低功耗、低成本、可與多個節(jié)點聯網，并巨每個模塊加裝一個遠程無線網關，這正好滿足運輸以及其他地點組建無線傳感器網絡的需要。我們基于ZigBee技術，研究了壓力罐液化氣壓力監(jiān)測的無線傳感器網絡，充分發(fā)揮其布點靈活、布控簡單、成本低廉、低功耗的優(yōu)點，實現監(jiān)控數據的無線傳輸。本文著重設計適用于該系統(tǒng)的無線傳感器網絡的數據采集算法和后端監(jiān)控系統(tǒng)的實現該，算法可以使運輸過程中的監(jiān)測能力得到極大提高，增強運輸中的實時性與可靠性;同時，后端監(jiān)控系統(tǒng)的管理員在使用管理監(jiān)測系統(tǒng)時，能夠通過簡單的操作，完成復雜的功能，實現數據可視化和圖形化管理，高度可定制化及擴展性。

三、功能實現

3.1 系統(tǒng)功能實現

具體功能包括如下幾點：軟硬件的互聯、設計;實時數據監(jiān)測顯示;超值報警;管理員的增刪改查。

管理員即可通過無線傳感器網絡獲取感知現場的目標信息，也可對傳感器網絡進行配置和管理，從而完成監(jiān)測數據的收集和監(jiān)測任務的發(fā)布。同時通過登錄頁面可以監(jiān)測系統(tǒng)，更新設置節(jié)點信息，管理用戶，進行監(jiān)控以及設置輪詢規(guī)則，報警的基本設置和管理。

3.2 硬件的實現

一個典型的無線傳感器網絡體系結構包括傳感器節(jié)點、任務管理節(jié)點和匯聚節(jié)點，由于

傳感器節(jié)點的射頻覆蓋范圍比較小，因此需要布置大量的傳感器節(jié)點，通過自組織方式構成網絡，各個部分協(xié)同形成對目標的感知現場，可以實現對感知區(qū)域內信息的采集、分析和處理任務。傳感器節(jié)點檢測的目標信號由本地經簡單處理后，通過鄰近傳感器節(jié)點經過多跳路由的方式，將數據發(fā)送到匯聚節(jié)點后由匯聚節(jié)點和無線網關將此數據上傳給后臺。

3.3、軟件系統(tǒng)架構部署

系統(tǒng)前端頁面采用html+anguarJs+bootstarp的技術框架組合，核心業(yè)務處理采用SSM框架技術，數據庫采用MySQL數據庫，利用Mybatis的逆向工程生成實體類與表形成映射以完成持久層的操作。以下介紹一些前端和核心服務的主要類，以匯聚節(jié)點的相關操作為例。

匯聚節(jié)點前端頁面核心采用augualarJS的service層完成相關請求調用，完成后端信息的顯示，完成新增信息的錄入，完成相應的正則驗證，完成信息的提交和保存html頁面通過AngularJS的http指令，實現在不刷新頁面的情況下完成異步請求，以保證提高用戶體驗的需求。具體代碼中，通過getBuildings方法可以獲取后端數據，并包裝成Ajax需要的Json格式數據，前臺頁面將返回的數據進行解析，再顯示到頁面中。

AggregationControllerjava中主要定義了匯聚節(jié)點的控制層類，其中通過Spring技術，通過依賴注入獲取Service層的類以完成匯聚節(jié)點的相關邏輯操作。

在SSM框架中，處理前端請求和方法調度的是SpringMVC框架，而SpringMVC框架中實現初步調度的層次是Controller層，以addAggregation這個方法來舉例控制層中的方法機制，在此方法中，首先定義an目arJS的雙向綁定技術來獲取頁面?zhèn)鬟f的信息，再通過調用Service層的接口，來完成相應的業(yè)務邏輯。在Service接口和其他接口的定義過程中，主要是通過預先定義的接口完成高內聚低稠合的軟件工程開發(fā)思想，通過對面向對象技術的理解，在接口定義中主要通過預先定義的數據結構，以接口的形式完成調用，接下來再利用不同接口的不同實現，來完成核心的業(yè)務邏輯，從而起到了良好的代碼復用和維護效果。

在與數據庫進行交互的過程中，主要通過Mybatis技術進行操作Mybatis將數據庫中的表和信息對應到JavaBean中，系統(tǒng)在操作數據的過程中實際上是操作了系統(tǒng)中的JavaBean，然后Mybatis再通過同步和鎖的機制進行數據的同步，同時為了提高開發(fā)人員效率，Mybatis還開放了很多可調用的SQL方法，在實際使用中加快了開發(fā)的效率，節(jié)約了開發(fā)的時間和成本。

四、總結

本文主要是針對近年來液化氣泄漏事故，利用無線傳感器網絡技術設計并實現液化氣泄露實時監(jiān)測系統(tǒng)上的數據采集算法，有效地監(jiān)測液化氣狀態(tài)并預警，同時利用企業(yè)級面向對象編程思想，應用企業(yè)級架構和技術，實現便捷、高效、實時的監(jiān)控系統(tǒng)，有效監(jiān)控液化氣情況，即時報警，盡可能避免重大事故的產生。本文設計了一種基于無線傳感網的液化氣運輸儲存監(jiān)測報警系統(tǒng)并實現了原型系統(tǒng)。重點研究了該系統(tǒng)中數據采集機制和后端監(jiān)控中心的實現。由于目前4G網絡的不穩(wěn)定性和波動性，本設計存在一定缺陷，在5G全面到來的時候相信會得到解決。

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