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基于gis的屠宰污水处理设备远程监视技术研究
2018-11-17

远程信息监视可以让人们摆脱地域的限制,目前在我国与生产相关的各个领域已进行了远程设备监视的尝试,如文献。在以空间分析及图形显示为特色的gis技术环境下,基于gis的远程设备监视融入非空间的设备设施实时采集指标数据,不仅可以在空间数据的可视化背景下实时监视采集指标数据的变化,而且还可以回溯模拟、预估污水处理中的动态发展趋势,为屠宰污水处理的管理者提供决策支持。在污水处理行业的特定背景下,提出了基于gis实现污水处理设备的远程监视,介绍了其数据概念模型、gis与scada的集成实现、体系结构、功能和一个实例的实现。

 

一、gis与scada的集成

 

由于gis无法获得设备的实时运行数据,而scada可以利用plc获得实时监测数据,所以必须让gis与scada系统集成起来以实现设备的远程监视。利用实时scada系统采集实时数据,利用gis将这些实时数据与设备、设施的空间数据及属性数据有机地组织起来,用户不仅可以监视设备的实时运行信息,而且可以获取预测数据等具有重大决策意义的信息。

 

gis与scada的集成一般有数据的集成、界面的集成和应用的集成m。针对屠宰污水处理设备监视的特殊性和业务需要,推荐采用gis与scada的数据集成。在此基础上,利用gis的数据管理功能,管理静态属性数据的采集、存储、提供査询分析预测算法等;利用scada的实时数据采集和监控能力,采集、管理动态数据,负责动态属性数据的存储等问题。

 

scada系统一般分散在各个生产单位,为了更好地实现设备远程监视,方便上级管理部门对生产单位的统筹管理,需要将各个scada系统中的数据采集到一个统一的scada系统数据库中,并进行筛选、分类和归并操作,按照厂、设备、指标的逻辑层次重新组织。在监视前,应该先由厂内专门工作人员设定监视指标与scada源表之间的映射关系,以保证数据采集的实用性、灵活性;应采取先进的网络技术,以保证数据采集的实时性与准确性;还应采用先进的数据库技术,以保证数据的安全性。监视时,系统从分散的各屠宰污水处理厂的scada系统数据库中采集数据,在数据上打上时间标记,通过指标id、设备id与gis数据库中的空间数据、属性数据相关联。系统识别不同时间段的采集指标变化,并将数据显示在系统前端监视区域。

 

二、数据的组织与管理

 

为了及时发现屠宰污水处理生产过程中的设备隐患,分析隐患原因,保证生产的高效安全,基于g1s的污水处理设备远程监视不仅对实时采集指标进行可视化监视,而且还对数据作适当筛选、分类、合并、统计等处理,以实现设备运行态时数监视、设备预警监视及采集指标过程线监视。在数据处理中,利用gis的统计分析功能,允许用户在监视设备运行状态的同时査看某些统计信息,或,比较分析监测指标的历史数据,或可视化表现同一指标随时间的变化,或不同指标在同一时间的差异,为管理人员的决策工作提供支持。还应采用数据抽取和校验技术,在数据抽取中增加数据甄别和校验,来提高数据抽取速度和正确性并维护数据集成。

 

gis对处理后的数据,以面向对象的数据组织方式采集、更新及统一管理空间数据和属性数据。异类对象间利用包含关系关联起来,对象的属性数据包括污水处理设备、设施不变的静态属性数据(如编号、所属单位及各种多媒体图形资料)和变化的属性数据(如各种实时监测指标值)。这可以增强系统的扩展性,符合人们看待客观世界的思维方式,便于监视后台维护。

 

根据设备远程监视中所涉及空间对象与设备、设施、多媒体资料之间的包含关系,采用层次组织方式,对基于gis的设备远程监视中的相关要素进行适用于地理行业及污水处理行业的分类。某污水处理厂e-r图如图1所示。

 

图1:污水处理厂e-r图

污水处理厂e-r图

三、系统层次结构设计

 

对屠宰污水处理领域用gis实现设备远程监视,一般是在局域网内进行的。因此本实例将系统分为c/s2层,在server端又分数据服务层和功能部件层2层设计,在client端也分为应用服务层和用户监视层2层,数据服务层将scada监测到的数据和gis的空间数据、属性数据统一管理但分开存储,分别存放在scada数据库和gis数据库中。在scada中央数据库中存储的设备、设施监测数据包括实时数据和历史数据,并通过设备iix时间参数和gis数据库中的数据联系起来。

 

功能部件层包含对数据层进行直接操作的功能部件,也称为组件。数据采集组件位于分布的scada系统服务器上,将scada采集到的分散的实时数据传送到系统的scada数据库中,而数据管理组件则管理采集到的动态数据及gis数据库中的静态空间数据和属性数据。

 

应用服务层是系统业务层中的逻辑中心,可以提供给用户设备、设施监视时的髙级业务功能,如统计、预测等。

 

用户监视层是界面友好的浏览器端,通过应用服务层获得设备、设施监视所需的各种动态监测数据、背景空间数据及其他辅助静态属性数据。用户在此査看监视内容,统计分析内容及预测内容。

 

四、功能设计

 

主要包含数据采集、监视背景设置和信息监视三大功能模块。

 

1)数据采集功能模块。主要实现从分散的scada系统数据库中采集数据到scada数据库中。为了提高设备监视的实用性与灵活性,在采集实时数据前,在设备监视系统中,具有特定权限的屠宰污水处理厂技术人员可以设定某个采集指标的相关信息;在采集实时数据时,通过污水处理厂内部及厂间的以太网,高速安全地将数据从分散的scada系统的数据库中传输到设备监视系统的scada数据库中。

 

2)监视背景设置功能模块。用户可以根据自己的需要选择监视背景。可供选择的监视背景有地图资料和屠宰污水处理工艺流程图两类背景辅助资料。以地图资料为背景辅助资料时,用户可以获得大范围的空间信息,监视单元层层细化,污水处理厂或泵一设备一某监视指标。以污水处理工艺流程图为背景辅助资料时,用户监视单元则改变为:屠宰污水处理厂或泵一工艺流程一某监测指标。在这两种背景辅助资料的帮助下,用户都可以了解设备、设施的空间位置和相对空间关系。这就改变了传统污水处理设备信息监视的单一属性数据监视的缺陷,使用户不再需要面对枯燥的数宇和不变的背景数据。

 

3)信息监视模块。根据监视背景图的不同,可以分为地图监视和工艺图监视。

 

在进行地图监视时,添加屠宰污水处理厂面状图层和泵站点状图层,系统将根据用户选择的设备监视指标和刷新频率,在系统显示区上显示远程设备的监视信息。地图监视界面如图2所示。在了解实时设备设施监视信息的基础上,如果用户希望突出了解某污水处理厂的采集指标历史状况及变化,系统可以给用户提供过程线监视功能。过程线监视界面如图3所示。过程线将给出用户选择的设备监视指标在不同采样时间点的数值,以动态的二维曲线反映设备监视指标数值的变化,以方便决策者对设备监视指标进行纵向比较,供污水处理领域决策人员使用。

 

图2:地图监视界面

地图监视界面

图3:过程线监视界面

过程线监视界面

在进行工艺图监视时,工艺流程图上标有精确地理坐标的设备监视控制点,用户可以査看设备监视控制点上的设备监视信息。系统将根据用户选择的设备监视指标和刷新频率,在系统显示区上显示设备的监视信息,并且同样提供针对单个或多个设备监视指标的过程线监视功能。

 

五、结束语

 

利用gis可以解决传统的远裎设备监视中的设备地理位置无法获知的问题,同时还具有传统的远程设备监视所不具有的分析预测功能。基于gis的远程设备监视技术方案,较好地实现了屠宰污水处理设备的远裎监视。随着数据采集技术和数据传输技术的发展,更好地将gis用于设备远程监视,还需要进一步研究。