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特种设备安全预警机制探讨 -以基于GeniusWorld特种设备安全风险预警服务平台为例

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 59次


孙玉苹

(东营市特种设备检验所,东营,257000)

摘要:特种设备是人们在生产和生活中广泛使用的危险性较大的设备,一旦发生事故,可能造成严重的人身伤亡和财产损失。所以,强化特种设备安全预警、及时发现事故隐患,是特种设备安全质量监管的重中之重。

本文针对特种设备安全监察管理中遇到的突出问题,结合基于GeniusWorld特种设备安全风险预警服务平台,阐述了特种设备安全预警机制的总体思路和研究方向,其中重点分析了辅助预警渲染功能,决策功能,爆炸分析功能。实现了特种设备安全预警的信息化、科学化。

关键词:特种设备;预警分析;辅助决策;

Discussion of special equipment safety warning mechanism

- Based Genius World special equipment safety risk warning service platform as an example

Special devices are more dangerous people in the production and living facilities are widely used in event of an accident, could cause serious personal injury and property damage. Therefore, the strengthening of special equipment safety warning, timely detection of potential accidents, special equipment safety is the most important quality control.

Aiming to highlight issues of special equipment safety supervision management experience, combined with special equipment based GeniusWorld security risk warning services platform, elaborated the general ideas and research directions special equipment safety warning mechanism, which analyzes the auxiliary warning rendering function, decision function explosion analysis. Realized the special equipment safety warning information and scientific.

Keywords: special equipment; early warning analysis; decision support;

随着我国经济的快速发展,特种设备的应用也越来越广泛,使用的范围也在不断扩大。特种设备主要是指对人民群众的生命财产容易造成比较大危害的设备,例如锅炉、压力管道、起重机、电梯等。人类建筑技术的不断发展使得特种设备的种类不断增多,范围不断扩大,针对特种设备的管理也越来越重要,因此特种设备的数据安全,操作规范等都是非常重要的,将信息技术合理的应用到特种设备的管理中具有非常重要的意义。[1].

基于GeniusWorld特种设备安全风险预警服务平台,涵盖了特种设备信息录入、特种设备可视化查看、检修预警功能、辅助决策功能等。基于GeniusWorld特种设备安全风险预警服务平台可有效提高对特种设备的管理效率,有效避免事故的发生可能,提高特种设备的检修准确度,对城市的安全和谐起到良好的保障作用。

1、 系统开发环境

在Windows7环境下,采用C++,C#作为开发语言和Visual Studio2010作为开发环境进行系统开发。GIS开发平台选用目前主流的二次开发组件ArcEngine10.0,以ArcSDE为数据引擎,Oracle 11g为数据库平台进行开发。数据承载平台是以linux系统为载体,提高文件的读写效率。

2、 系统总体架构

2.1系统框架

本平台采用ArcGIS平台和Oracle数据库平台开发的特种设备安全风险预警平台,平台的建设框架包括数据层,连接层,应用支撑层,应用层四个部分,系统框架如下图所示:

系统架构

1)      数据层

以基础地形数据、基础设施数据和综合管线数据为基础,依托成熟的Oracle数据库系统和ArcGIS平台,按照统一的数据标准,建立基于GeniusWorld特种设备安全风险预警服务平台三维模型数据库、管线存储数据库。为平台提供合理稳定的数据支撑。

2)      连接层

ArcSDE,即数据通路,是ArcGIS的空间数据引擎,它是在关系数据库管理系统(RDBMS)中存储和管理多用户空间数据库的通路.ArcSDE可以提供空间和非空间数据进行高效率操作的数据库服务。ArcSDE采用客户/服务器体系结构,所以众多用户可以同时并发访问和操作同一数据。ArcSDE 还提供了应用程序接口,软件开发人员可将空间数据检索和分析功能集成到自己的应用工程中去,用户通过ArcSDE连接服务器端空间数据。

3)      应用支撑层

平台功能模块,包括:快捷工具、地图浏览、查询定位、统计、分析、设备管理、监控管理、系统管理。

平台功能框架示意图如下图所示:

功能框架

4)应用层

开发基于GeniusWorld特种设备安全风险预警服务平台,实现对特种设备的科学化、信息化管理,提高特种设备预警的准确性,直观三维场景查看特种设备相关信息,为决策者提供辅助决策依据。

2.2系统架构模式

基于GeniusWorld特种设备安全风险预警服务平台采用B/S机构模式进行模型信息化管理,即浏览器/服务器模式。这种模式统一了客户端,将系统功能实现的核心部分集中到服务器上,简化了系统的开发、维护和使用。服务器端用来接收浏览器请求,运行服务器端数 据。用Oracle数据库作为存储空间数据的数据库, ArcSDE作为发布空间数据和连接〇racle数据库的引擎。此架构使三维场景浏览在浏览器中得以实现,免去安装客户端的繁琐过程,具体架构如下图所示。

系统架构模式

3、系统数据结构设计

3、 系统功能

基于GeniusWorld特种设备安全风险预警服务平台不仅具有三维系统基本浏览可视功能,还结合特种设备管理实际,增加了特种设备安全相关功能,包括辅助决策,事故分析,监控管理等核心功能。平台为特种设备的管理提供了科学化、信息化的支撑,系统的功能包括快捷工具、地图浏览、查询定位、统计、缓冲分析、设备管理、监控管理、系统管理。

3.1快捷工具

快捷工具为系统的常用功能集合,包括设置IP、加载数据、图层监控、透明度、图例、清屏功能。该功能为系统常用基本功能,使系统的操作便捷、高效。

3.2地图浏览

在三维场景系统中,地图浏览为必不可少的基本功能,平台提供了地上模式、透明度、三维漫游、开启碰撞功能,来实现系统的浏览功能。其中三维漫游可以自主设定漫游路径,漫游视角,漫游速度等参数,从而进行自动的三维场景漫游。

3.3查询定位.

平台提供两种查询方式,一种是基于三维地球的坐标查询,输入目标位置的坐标,点击查询,即可定位至目标区域;另一种是基于模型的查询,输入特种设备模型的名字,点击查询,即可定位到该设备的所在的位置。两种查询方式满足不同的查询需求,方便用户操作使用。

3.4统计

统计功能用于对特种设备信息的统计查询,统计的方式分为全部统计和分项统计,全部统计是查询出所有特种设备的信息,从而查询出的列表;分项统计是根据特种设备的不同类型进行统计,从而查询出的列表。

3.5分析

分析功能中包括辅助决策分析和事故分析,该功能为系统的核心功能。辅助决策通过特种设备的参数设计出一个模型,从而计算出特种设备的危险指数,为管理者提供辅助决策支持。事故分析是根据爆炸模型分析出事故设备的影响范围。

3.5.1辅助决策

该功能根据特种设备的参数设计一套算法,计算出特种设备的危险指数,从而为管理者提供决策支撑。算法说明如下:

温度T表示。压力P表示。壁厚W表示。缺陷B表。

温度的方差计算公式如下:

方差T2=1/n[(T1-t)2+……+(Tnt-t)2]

平方差T ̅=√T2

公式中nt为上报的温度数据的数量。

同理,可以计算出压力的平方差P ̅,壁厚的平方差W ̅。

温度,压力,壁厚的平均差的平均值R ̅=1/3(W ̅+P ̅+T ̅)

特种设备的缺陷B为一级的时候值为R ̅,缺陷为二级的时候值为2R ̅,缺陷为二级的时候值为3R ̅。

平衡温度,压力,壁厚,缺陷四个参数的离散度后,危险指数D为:

D=TW ̅P ̅+PW ̅T ̅+WP ̅T ̅+B

根据特种设备各项参数(温度,压力,壁厚,缺陷)造成的危险性不同,需要通过实际情况以各参数对危险性的影响不同进行加权,四个参数的权值分别为Xt、Xp、Xw、Xb。四个参数的值根据设备管理部门根据各参数对特种设备危险性的影响程度给出。

加权后危险指数D=XtTW ̅P ̅+XpPW ̅T ̅+XwWP ̅T ̅+XbB

根据该算法,系统计算出各个设备的危险指数D,并进行排序,并且根据以往经验确定危险指数D的警戒值,一旦超过,系统对该设备发出预警。

功能效果如下图:

计算模型

设备危险指数

3.5.2事故分析

事故分析是对特种设备进行事故模拟分析,计算出发生事故的特种设备的影响范围,影响范围的计算根据一套爆炸模型进行计算。该功能模拟出发生事故的特种设备的爆炸范围对管理者具有重要的参考意义。爆炸模型如下:

蒸气云爆炸(VCE)是由于气体或易挥发液体燃料的大量快速泄漏,与周围空气混合形成“预混云”,在某一有限空间遇点火而导致的爆炸。蒸气云爆炸通常采用传统的 TNT 当量系数法计算,将事故性爆炸发生的爆炸能量同一定当量的TNT 联系起来。在TNT当量系数法中,当量的 TNT 质量与云团中的燃料的总质量有关。TNT当量计算公式如下

式中,WTNT为蒸气云的 TNT 当量,单位为 kg;Wf

为蒸气云中燃料的总质量,单位为kg;α 为蒸气云爆炸的效率因子,一般取3%或 4%;Qf为蒸气的燃料热,单位为 J/kg;QTNT为TNT 的爆炸热,一般取 4.52×106 J/kg。

爆炸中心与给定超压的距离可以按下式计算:

式中, R 为距离,单位为 m; △p 为爆炸冲击波超压,单位为 Pa。

系统运行的效果图如下:

爆炸分析算法

影响设备列表

3.6设备管理

该功能对特种设备的管理功能,包括信息维护、类型管理、维修记录功能。信息维护是对特种设备信息的增删改查功能,满足对特种设备信息的管理;类型管理是对特种设备类型的分类,满足对特种设备的类型管理;维修记录是与其他系统对接,将特种设备的检修信息对接至本平台,全面展现特种设备的管理情况。

3.7监控管理

该功能是系统的核心功能,实现对特种设备的可视化预警分析,以企业预警管理理论为指导,运用层次分析法和模糊数学法等技术,提出了针对不同检修状态下的特种设备预警提示功能,经过渲染,正常状态下的特种设备显示蓝色,待检修状态下的特种设备显示绿色,超期未检的特种设备显示红色。渲染不同状态的特种设备的同时,系统可以定位至该设备。方便用户人员查看设备状态。

功能效果如下图:

监控管理超期未检的设备

选中设备的渲染图

3.8系统管理

系统管理是平台的管理功能模块,包括用户管理、权限管理、日志管理。用户管理是可以给平台创建不同的用户,用户对应的密码。权限管理是给不同的用户不同的菜单操作权限,满足不同用户的多样化需求,日志管理是系统会自动记录系统运行情况,都会在系统日志中体现,是一般系统的必备功能。

5、结束语

为了减少特种设备事故的发生,提高特种设备管理效率,实现特种设备管理的信息化,必须建立基于计算机网络技术的特种设备管理信息系统,该系统一方面可以为检验设备质量、优化管理流程提供一个平台,全程监控特种设备检修预警周期变化;另一方面为解决特种设备分布广泛并且比较分散的问题,信息系统能够实时收集相关信息,确保数据的实时性和完整性,为安全监察部门的管理决策提供数据,成为过程自动化管理的重要枢纽;[6]本文通过一套算法,结合特种设备检验过程中的参数,例如温度,压力,壁厚等,计算出危险系数超过标准的特种设备,并通过声音,图像等方式进行预警。其次,该系统充分利用计算机强大的信息处理功能。

伴随着事业单位的不断深入改革,特种设备检验所也要直面市场,在市场的大潮中将信息技术引入特种设备检验中,肯定是如虎添翼。所以说利用信息化技术来提高自身的竞争力是非常重要的,同时也可以更有效率的保证特种设备的安全。现将本文主要工作总结如下:

1、在对系统的计算机技术和特种设备数据进行分析的基础上,针对特种设备的特点进行针对性的管理分析,然后通过对比研究不同的系统开发的结构模式,最终选择了方便使用的 B/S 模式

2、针对特种设备检修预警的人工操作,通过制定一套完善的检修周期流程,通过软件系统对即将检修的设备进行预警,从而保证特种设备的及时检修。

3、在系统中实现了通过特种设备危险指数模型,可以计算出特种设备危险情况,从而达到对特种设备进行科学管理的过程。该模型为开放式模型,公式中的权值参数根据特种设备实际运行情况进行动态取值,从而在模型使用的过程中,达到动态的稳定准确状态。

3、在网络计算机环境下,可以实现特种设备管理的查看、三维浏览、删除、修改等。同时在该研究当中还对整个系统的安全性和性能进行了测试,整个测试的过程中系统都具有比较良好的稳定性,设计的功能基本都能达到,数据处理快速稳定,各项指标达到要求。

整体来看,开发特种设备的信息综合管理系统可以很好的提高设备管理的效率,准确对检修预警进行判断。但是由于目前的特种设备数量多、种类复杂,加上其本身具有很大的可变性与复杂性,所以说系统还需要在使用的过程当中不断加以完善。本研究所开发的特种设备安全管理系统对相关的工作它具有积极的参考价值。

 

[1]江妮娜.基于ASP_NET技术的特种设备监管系统的设计和实现[D].吉林:吉林大学,2015

[2] 董伟.特种设备事故分析评价及信息管理系统研发[D]. 武汉:武汉科技大学,2009,17-21

[3] 邹向煌.特种设备信息化智能应用平台研究[J]. 特种设备技术与管理,2010,(2):10-13

[4] 杜栋.基于 SuperMap IS Java 的特种设备安全监察系统设计与实现:[硕士学位论文].杭州:浙江大学,2007

[5]吴祖祥特种设备安全监察管理的预警方法研究[D].福州:福州大学,2011

[6] 韩乐悟.我国特种设备监管处困境[J].安全与健康,2009,(17):42-43

 

 

作者简介:姓名:孙玉苹;性别:女;出生年月:19666月;民族:汉;籍贯:山东郓城;职称:工程技术应用研究员;研究方向:特种设备检验检测

 

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