毛南趙 賈嘉輝 任中興

1.中煤航測遙感集團(tuán)有限公司 陜西西安 710199；2.西安西北石油管道有限公司 陜西西安 710021

截至2 0 19年年底，天然氣國家基干管網(wǎng)總里程近8.1×104km，年輸氣能力超過3500×108m3?！笆奈濉币?guī)劃對管道安全管理工作提出了更高的要求，高質(zhì)量管道巡檢對保障管道安全意義重大，高效可靠的巡檢系統(tǒng)是管道巡檢安全信息化的第一驅(qū)動力。當(dāng)前企業(yè)的巡檢系統(tǒng)存在高并發(fā)導(dǎo)致數(shù)據(jù)上傳慢，數(shù)據(jù)丟失等問題。消息隊(duì)列（Message Queue，簡稱MQ）作為一種應(yīng)用程序之間的通信方法，不僅能有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的解耦，同時，它還將業(yè)務(wù)異步化，從而提高系統(tǒng)性能、有效緩解系統(tǒng)壓力。本系統(tǒng)利用Rabbit MQ消息中間件技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)在移動端和服務(wù)器之間的傳輸效率，為高并發(fā)時數(shù)據(jù)傳輸提供了一套良好的策略，同時，為企業(yè)高效率地應(yīng)用巡檢系統(tǒng)提供了參考。

1 研究內(nèi)容

該巡檢系統(tǒng)，遵守天然氣管道安全管理體系規(guī)范，結(jié)合用戶PC終端和巡線APP終端，基于RabbitMQ消息中間件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了巡檢管理、事件管理、檔案管理、通知管理及系統(tǒng)管理等功能，提升了天然氣管道安全監(jiān)管能力。具體內(nèi)容如下：

①實(shí)現(xiàn)了巡檢工作計(jì)劃及巡檢任務(wù)的制定及下發(fā)，為巡線管理提供便捷化管理；②結(jié)合PC端和APP端，實(shí)現(xiàn)了管線隱患事件上報(bào)全流程處置功能，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、及時性；③實(shí)現(xiàn)了巡檢軌跡高并發(fā)下的實(shí)時傳輸通信，為巡線管理提供可視化監(jiān)管；④實(shí)現(xiàn)了巡檢基礎(chǔ)檔案信息的規(guī)范化管理；⑤實(shí)現(xiàn)了通知下發(fā)、未完成任務(wù)及待辦事項(xiàng)提醒，以及報(bào)警功能，為巡線工作人員績效考評提供了公平性和客觀性。⑥實(shí)現(xiàn)了RabbitMQ消息中間件在系統(tǒng)框架中的應(yīng)用，為高并發(fā)時數(shù)據(jù)傳輸提供了一套良好的策略。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于RabbitMQ消息中間件的巡檢系統(tǒng)是以管道安全管理體系規(guī)范為基礎(chǔ)，以保障天然氣管道安全運(yùn)行為目的，集成了巡檢數(shù)據(jù)采集設(shè)備，結(jié)合了Rabbit MQ、GIS等技術(shù)建立的天然氣管道巡檢系統(tǒng)，保障了天然氣管道安全運(yùn)行。

2.1 總體框架設(shè)計(jì)

為確保實(shí)施與推廣，系統(tǒng)整體上采用B/S架構(gòu)。系統(tǒng)構(gòu)建了四層體系架構(gòu)：界面展示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)存儲層。

2.2 功能設(shè)計(jì)

該巡檢系統(tǒng)主要包括以下幾個功能模塊：系統(tǒng)管理模塊、GIS基礎(chǔ)模塊、計(jì)劃任務(wù)模塊、事件管理模塊、實(shí)時監(jiān)控模塊、檔案管理模塊、績效管理模塊、通知提醒等功能模塊。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和空間要素存儲引擎，采用APDM管線數(shù)據(jù)模型，用于存儲、收集和管線有關(guān)的信息。

3 RabbitMQ應(yīng)用

3.1 消息隊(duì)列

消息隊(duì)列MQ（Message Quene，MQ），是消息中間件通過利用高效可靠的消息傳遞機(jī)制進(jìn)行平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)交流，并基于數(shù)據(jù)通信來進(jìn)行分布式系統(tǒng)的集成。即一種應(yīng)用程序?qū)?yīng)用程序的通信方法。應(yīng)用程序通過讀寫出入隊(duì)列的消息（針對應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)）來通信，而無需專用連接來鏈接它們。

消息隊(duì)列中間件是分布式系統(tǒng)中重要的組件，主要解決應(yīng)用解耦，異步消息，流量削鋒等問題，實(shí)現(xiàn)高性能，高可用，可伸縮和最終一致性架構(gòu)。目前使用較多的消息隊(duì)列有Active MQ，Rabbit MQ，Rocket MQ，Kafka等。其主要性能對比分析如表1所示。

表1 消息隊(duì)列中間件性能對比表

綜上所知，消息隊(duì)列ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ和kafka都有其適用場景，相較于其他消息中間件而言，RabbitMQ消息中間件具有高可用高并發(fā)的特點(diǎn)，適用于對數(shù)據(jù)一致性、穩(wěn)定性和可靠安全性要求都很高的場景。結(jié)合天然氣管道巡檢系統(tǒng)的建設(shè)要求，本文將RabbitMQ應(yīng)用于巡檢系統(tǒng)，為高并發(fā)時巡檢軌跡數(shù)據(jù)傳輸提供了一套良好的策略。

3.2 RabbitMQ工作原理

RabbitMQ是使用Erlang語言開發(fā)的開源消息隊(duì)列系統(tǒng)，基于AMQP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，采用信道通信，擁有消息確認(rèn)機(jī)制和持久化機(jī)制，具有健壯性好、易于使用、高性能、高并發(fā)、集群易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。AMQP的主要特征是面向消息、隊(duì)列、路由（包括點(diǎn)對點(diǎn)和發(fā)布/訂閱）、可靠性、安全。RabbitMQ的消息模型圖（發(fā)送訂閱模式）如圖1所示。其中，P是消息發(fā)送者，可將消息發(fā)送到X；X是交換機(jī)，可根據(jù)路由將消息發(fā)送給指定隊(duì)列；Q是隊(duì)列，存放消息；C是消息接受者，從隊(duì)列中獲取消息。該模式中，消費(fèi)者的消息隊(duì)列綁定到該交換機(jī)并匹配到Routing Key實(shí)現(xiàn)消息訂閱，訂閱后便可接收消息。只有消費(fèi)者將隊(duì)列綁定到該交換機(jī)且指定的Routing Key符合正則校驗(yàn)，才能收到消息，從而保證消息的可靠性。

圖1 RabbitMQ消息模型圖

3.3 RabbitMQ優(yōu)化策略

在巡檢系統(tǒng)中應(yīng)用RabbitMQ進(jìn)行消息隊(duì)列管理，采用發(fā)布訂閱模式，保證不同任務(wù)間獨(dú)立運(yùn)行。在巡檢過程中，巡檢APP會根據(jù)業(yè)務(wù)需要定時發(fā)送位置數(shù)據(jù)，RabbitMQ則定時從巡檢移動端APP獲取數(shù)據(jù)后，消息數(shù)據(jù)會保存入MQ消息隊(duì)列，進(jìn)行緩存，然后服務(wù)端定期掃描MQ隊(duì)列，進(jìn)行異步處理。以備巡檢服務(wù)端進(jìn)行消息句柄的內(nèi)容的解析，高效的計(jì)算，持久化操作。其次，Rabbit MQ消息確認(rèn)機(jī)制可以解決數(shù)據(jù)丟失問題，即成功消費(fèi)MQ中的消息才會被消息確認(rèn)——Ack。Rabbit MQ的引用改進(jìn)了移動端消息傳遞方式，為巡檢提供高強(qiáng)度的后端算力提供了緩存消息基礎(chǔ)，從而保證巡檢數(shù)據(jù)安全可靠的傳遞，從而解決高并發(fā)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失等問題。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)按照軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，充分考慮系統(tǒng)的后續(xù)推廣，確保系統(tǒng)的簡單易用和高可擴(kuò)展性。

4.1 系統(tǒng)管理模塊

主要對系統(tǒng)中的閾值、用戶、單位、角色、功能、登錄日志、操作日志以及在線時長等信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。不僅可以對用戶權(quán)限進(jìn)行限制管理，同時可以對用戶在系統(tǒng)中的操作進(jìn)行痕跡管理。

4.2 GIS基礎(chǔ)模塊

實(shí)現(xiàn)了地圖放大、縮小和查看等基本功能；實(shí)現(xiàn)了底圖切換，專題地圖，圖層管理，地圖量測，打印輸出，視圖書簽等擴(kuò)展功能。

4.3 計(jì)劃任務(wù)模塊

可分為計(jì)劃管理和任務(wù)管理。其中，計(jì)劃管理可根據(jù)不同的員工角色制定不同人員的巡檢計(jì)劃，選擇計(jì)劃生成任務(wù)的規(guī)則，制定完成后會在計(jì)劃周期內(nèi)自動生成一個任務(wù)推送給巡線人員。任務(wù)管理實(shí)現(xiàn)了臨時任務(wù)的制訂及下發(fā)，以及具體巡線任務(wù)的查詢等管理。

4.4 事件管理模塊

實(shí)現(xiàn)了巡檢過程中隱患事件的上報(bào)、查看、流程處置，及結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析功能，達(dá)到事件信息的上報(bào)、審核、監(jiān)護(hù)、跟蹤、辦結(jié)的閉環(huán)管理。并支持在地圖上定位事件的位置，便于事件處理，提高事件管理響應(yīng)效率。

4.5 實(shí)時監(jiān)控模塊

實(shí)現(xiàn)了巡檢人員的實(shí)時位置、歷史軌跡及人員在線信息的實(shí)時查看。管理員能夠在地圖上實(shí)時監(jiān)控巡檢人員信息，從而清晰地掌握巡檢人員的出勤情況。該模塊重點(diǎn)應(yīng)用了RabbitMQ消息中間件，極大提高了消息訂閱與消費(fèi)的高效性、實(shí)時性。

4.6 檔案管理模塊

實(shí)現(xiàn)了對巡檢員、巡檢儀、SIM以及巡檢關(guān)鍵點(diǎn)信息的歸檔管理，可支持檔案信息批量導(dǎo)出功能。

4.7 績效管理模塊

通過查看單日或者多日的巡檢個人報(bào)表及單位報(bào)表。主要指標(biāo)包括巡檢員名稱、人員類型、所屬單位、員工編號、巡檢狀況、任務(wù)質(zhì)量信息等。合理客觀地對巡檢人員進(jìn)行績效考核。

4.8 通知提醒模塊

實(shí)現(xiàn)了各類通知公告信息的下發(fā)，以及巡檢過程中三超（超時、超距、超速）信息的提醒；提高巡線人員的巡護(hù)質(zhì)量。

5 結(jié)語

本文將Rabbit MQ消息中間件應(yīng)用于天然氣管道巡檢系統(tǒng)。探討了Rabbit MQ消息中間件的工作原理、策略及在巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用和價值。實(shí)現(xiàn)了RabbitMQ消息中間件在系統(tǒng)框架中的應(yīng)用，高效解決了巡檢高并發(fā)時消息堆積、巡檢軌跡數(shù)據(jù)丟失等問題，提高了巡檢系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性，不僅為高并發(fā)時數(shù)據(jù)傳輸提供了一套良好的策略，還為企業(yè)高效率地應(yīng)用巡檢系統(tǒng)提供了參考，從而進(jìn)一步提高了管道安全監(jiān)管能力。