基于物联网的长距离油气运输监测系统研究.pdf
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1、总第2 3 1 期2023年第9 期技术创新摘要:为进一步提升长距离油气运输环节的稳定性,结合实际需要,整合物联网技术、传感器技术等内容,从传感器模块、汇聚节点、节点定位等多项功能入手,对面向长距离油气运输工作的监测系统进行设计,而后对该系统的性能进行仿真测试,结果显示,该系统在仿真测试中取得了较为优异的成绩,表明本次系统设计取得了初步成功,预计其在今后的工作中也将具有潜在的应用价值。关键词:物联网;长距离;油气运输;监测系统中图分类号:TP391.440引言因管道运输具有低成本和高可靠性等诸多优点,当前其早已成为长距离油气运输的首选。但受到各种客观因素的影响,在长距离的油气管道运输过程中,其
2、仍有可能受到安全威胁引起油气泄漏。针对此类问题,在以往的工作中通常在事后进行检测和定位,其难以从根本上解决损失问题。为此,就需要基于物联网等先进信息技术,构建面向长距离油气运输工作的监测系统,做到防患于未然,确保油气管道始终处于安全状态1。1系统整体结构设计结合实际需要,本次以无线物联网为核心,整合各类软硬件对长距离油气运输监测系统的整体架构进行设计,其结构设计图如图1 所示数据服务器油气运输管道上的传感器节点图1 长距离油气运输监测系统的结构在该监测系统的整体框架下,首先由传感器对油气运输管道的运行参数进行采集,并经由汇聚节点等方式传入网络,进而将数据传人服务器和用户终端,以此实现信息交换的
3、目的 2 。2系统主要功能设计2.1传感器选型设计为实现对油气运输管道主要运行参数的实时采集,本次传感器元件全部应用无线传感器,由此对各类传感器进行选型,选型结果如表1 所示。收稿日期:2 0 2 3-0 5-3 1第一作者简介:张小倚(1 9 8 2 一),男,延安洛川人,本科,信息系统项目管理师(高级工程师),研究方向为信息化、数字化、智能化。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization基于物联网的长距离油气运输监测系统研究张小倚,肖述辉,南磊刚(陕西延长石油(集团)管道运输公司,陕西延安7 1 6 0 0 0)文献标
4、识码:A以进行传感器节点结构设计,设计图如图2 所示。无线通讯模块NSP430CC2530温度传感器压力传感器流量传感器管壁应力传感器视频传感器互联网用户终端路由器无线物联网汇聚节点的信息传输Total 231No.9,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.09.035文章编号:2 0 9 5-0 7 4 8(2 0 2 3)0 9-0 1 1 8-0 2表1 传感器选型结果传感器类型传感器型号温度传感器JCJ100TLB压力传感器SIEMENS SITRANSP流量传感器LL管壁应力传感器LA25-SP2视频传感器H3-V10R在传感器选型完成后,对传感器进行
5、统一整合,微处理器模块电源模块图2 传感器节点硬件在此基础上,应用NesC语言对传感器节点软件进行设计,首先设定相关参数的值,并读取传感器数据,如超出值则将其传输给射频模块进行发送 3 。2.2汇聚节点设计汇聚节点是连接无线物联网与外部网络的关键节点,为实现该部分的功能,在设计工作中,通过CC25330视频模块,使之与传感器节点之间实现数据交换,同时通过无线模块以及Internet、信息中心等进行数据交换 4 。在汇聚节点软件设计工作中,主要分为“看门狗”初始化、CC2530初始化和数据传输三部分。在具体运行流程中 5,首先对系统进行通电初始化处理,此时微处理器将直接进人到发送模式当中,由微处
6、理器向传感器节点发送同步信号顿和确认帧,再进人到接收模式。当微处理器进人接收模式后,其将按照时隙对不同传感器发送过来的数据帧进行接收,当接收到实传感器精度0.010.010.020.01一2023年第9 期张小倚,等:基于物联网的长距离油气运输监测系统研究119.时数据后,通过串行口将该数据通过无线模块发送至管理节点当中,此周期处理完成后则进入下一个周期,往复循环,从而最终实现网络功能。2.3无线物联网节点定位功能设计为准确识别可能出现的异常节点,本环节对节点定位功能进行设计。考虑到油气长距离运输管道在布局上的复杂性,本次选用极大似然估计法实现节点定位,其基本原理图如图3 所示,图中浅色表示用
7、于定位的传感器节点,深色表示确定的目标节点位置。(A1An图3 极大似然估计法的基本原理基于该定位原理,本次在已有传感器节点的基础上,为其配备GPS装置,GPS装置自动发送定位信息,,其作为参考节点进行布置;同时增设部分移动节点,移动节点通过参考节点来确定自身的位置。此外,设置少量网关节点,其主要作用包括配置参考节点的位置信息,以及接收移动节点的位置将其发送给Web服务器,当Web服务器接入网络后即可实现远程访问及控制。据此,确定节点定位的主要流程如下:首先,如传感器数据异常(即检测到泄漏),则应用负压力波法,对泄漏点位置与传感器之间的距离进行计算,确定该传感器的类型,如是参考节点则应用CPS
8、相关信息进行定位,否则应用参考节点CPS位置信息、参考节点与待定位传感器节点跳数、传感器布设间距三方面的参数,以此确定待定位传感器节点位置信息,最终确定发生泄漏的节点坐标信息,2.4数据库设计本次数据库选用MySQL型数据库,使之与服务器对接,并结合实际工作需要设计数据表如表2 所示。表2 数据信息表信息类型字段名设备信息sbxx控制命令kzml设备识别码shshm用户IDyhID设备位置sbwz在此基础上,本次采用AES加密算法进行数据加密设计以提升数据库信息安全性,该加密算法应用DS420j型储存器。在该算法运行后,所有数据不仅可得到加密处理,且数据形式也可实现统一。2.5终端界面展示功能
9、设计为实现油气管道监测数据信息在终端界面的实时显示,本次以GIS 技术为基础,对终端界面展示功能进行设计。本次GIS信息以IEC61968/61970模型为基础,并在GIS子系统中补充实际情况下的更多数据,以完成初步的数据库构建。而后这些数据信息将通过信息总线,传输至系统中,格式相应变更为油气管线的图形信息,最终在监测系统的终端显示器上建立统一的图形显示界面。此外,主站系统也把实时采集到的系统通过信息总线传输至GIS子系统中,以实A2现对GIS系统的信息支撑。3系统仿真测试A3在本次基于物联网的油气长距离运输监测系统D初步设计完成后,为初步判断其实际应用可行性,应用TinyOS程序中的TOSS
10、IM仿真平台,对本次系统A4进行仿真测试。其仿真实现过程主要分为以下几个步:1)启动TOSSIM仿真平台中的cygwin应用程序,并依次输入指令make pc和export并运行;2)进一步运行指令“build/pc/main.exe-gui,并通过帮助文档确定相关参数;3)开启一个新的cygwin应用程序,且确保原cygwin应用程序仍保持运行;4)运行图形仿真环境。基于上述步骤运行后,即可得到该监测系统的网络拓扑图如图4 所示。图4 网络拓扑图如图4 所示,该监测系统的网络拓扑图可正常显示,图中的各个节点则对应传感器的布置点,证明该系统在理论上能够对各个传感器节点进行有效的数据类型监测。c
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