許 琦

(中海油能源發(fā)展珠海石化銷售有限公司，天津 300450)

0 引言

作為一種清潔性強、效率高的能源，瓶裝液化石油氣在人們日常生活、餐飲以及各企事業(yè)單位食堂等都得到了廣泛應用[1]。近幾年以來，瓶裝液化石油氣爆燃事故經常發(fā)生，暴露出裝有液化石油氣的鋼瓶不合格以及石油氣的質量摻假等行為[2]。對于政府部門而言，也暴露出傳統(tǒng)液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)在實時性和準確性方面無法滿足管理要求的缺點，對液化石油氣監(jiān)督和管理的安全性缺乏監(jiān)督，當事故發(fā)生之后，沒有可以使用的技術手段追溯事故的責任方，加大了責任落實的難度[3]。遠程監(jiān)控技術的出現(xiàn)，為瓶裝液化石油氣流轉跟蹤提供了必要的手段，彌補了傳統(tǒng)瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)的不足，因此，設計瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)，對實現(xiàn)系統(tǒng)使用后達到預期目標具有重要作用。

在國內的相關研究中，姜立標等[4]利用B樣條曲線，設計了一種路徑跟蹤算法，在研究車輛行駛過程的基礎上，為汽車構建了運動學模型，應用B樣條曲線的相關理論，建立了泊車路徑的優(yōu)化函數(shù)，給出了車輛運動分析的約束條件，實現(xiàn)了路徑的跟蹤控制，最后采用仿真驗證的方式，發(fā)現(xiàn)該算法的合理性更高，且具有更好的跟蹤效果，但是跟蹤精度較低，無法滿足實際應用；包震洲等[5]提出了基于GIS的路徑跟蹤控制系統(tǒng)，利用雷達傳感器計算了跟蹤過程中的障礙物距離，定位到障礙物的位置，利用GIS建立了空間數(shù)據庫，對數(shù)據庫中的數(shù)據進行轉換并展現(xiàn)，根據轉換結果設計了路徑跟蹤流程，雖然該系統(tǒng)可以將瓶裝液化石油氣流轉跟蹤誤差控制在5%以內，但是其耗時較長，工作效率較低。

為了彌補現(xiàn)有方法的不足，本文利用云聚合遠程監(jiān)控技術，設計了瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的整體性能，實現(xiàn)瓶裝液化石油氣的流轉跟蹤。

1 瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)硬件設計

1.1 瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)架構

瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)的總體架構由4部分組成，包括信息采集客戶端、數(shù)據庫服務器、流轉跟蹤客戶端以及遠程監(jiān)控網絡結構[6]，具體架構如圖1所示。

圖1 液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)架構

a.信息采集客戶端。該部分主要是利用數(shù)據儲存技術采集液化石油氣的充裝信息、檢驗信息、配送信息和流轉跟蹤信息，在每個環(huán)節(jié)驗證氣瓶的標簽，并對液化石油氣流轉閉環(huán)進行嚴格控制，防止出現(xiàn)串瓶的問題。

b.數(shù)據庫服務器。數(shù)據庫服務器負責液化石油氣流轉跟蹤數(shù)據的存儲， 利用服務器強大的數(shù)據處理能力[7]，將跟蹤結果傳輸?shù)娇蛻舳恕?/p>

c.流轉跟蹤客戶端。流轉跟蹤客戶端是將采集到的信息存入數(shù)據庫中，并將流轉數(shù)據匯總到數(shù)據庫服務器中，實現(xiàn)液化石油氣的流轉跟蹤。

d.遠程監(jiān)控網絡結構。遠程監(jiān)控網絡結構是利用云聚合遠程監(jiān)控技術將采集到的信息發(fā)送到監(jiān)控中心[8]，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，加強了液化石油氣流轉跟蹤的力度。

1.2 瓶裝液化石油氣流轉信息采集模塊

在瓶裝液化石油氣流轉信息采集模塊中，先將RFID標簽貼在液化石油氣瓶上，采用非接觸的方式實現(xiàn)信息的采集[9]。云聚合遠程監(jiān)控終端可以將液化石油氣的充裝信息標注在RFID標簽的指定位置，大大提高了液化石油氣的流轉速度，可以有效解決流轉過程中各部門之間的信息不通暢問題。

基于RFID標簽機制，在采集瓶裝液化石油氣流轉信息時，需要先驗證液化石油氣氣瓶是否合法有效，等待驗證通過之后，才能采集瓶裝液化石油氣流轉信息，否則不會進入到流轉環(huán)節(jié)，這樣可以有效避免串瓶充氣的現(xiàn)象發(fā)生，保證了瓶裝液化石油氣流轉的安全性。

1.3 設計瓶裝液化石油氣流轉跟蹤模塊

瓶裝液化石油氣流轉跟蹤流程主要包括用戶登記注冊、氣體充裝、交通運輸、銷售以及檢驗等環(huán)節(jié)。對于液化石油氣的充裝單位而言，其處于流轉跟蹤的中心位置，與其他幾個單位之間都會存在一定聯(lián)系，并進行登記注冊、充裝及檢驗等工作。

瓶裝液化石油氣流轉跟蹤流程如圖2所示。

圖2 瓶裝液化石油氣流轉跟蹤流程

2 瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)軟件設計

2.1 液化石油氣流轉跟蹤節(jié)點

當液化石油氣流轉跟蹤節(jié)點o的誤差數(shù)據為FA時，任意一個跟蹤節(jié)點o的能量損耗為

(1)

(2)

在確定跟蹤周期之后，計算了液化石油氣流轉跟蹤滯留期，即

ln=minlo

(3)

如果定義N={n1,…,n|N|}為液化石油氣流轉跟蹤節(jié)點集合，那么就需要先獲取|N|的元向量(y1,…,y|N|)[10]，其中，yo在{0,1}范圍內，同時還要滿足以下3個條件：

a.滿足mino∈Nyolo的最大化。

上述條件中，F(xiàn)AT的值通常情況下都是根據液化石油氣流轉跟蹤的需求而設定的，k為流轉跟蹤節(jié)點的最小值。

在選擇流轉跟蹤節(jié)點的增量時，通常將收益函數(shù)設置為J[11]，確定流轉跟蹤節(jié)點的集合為N={n1,…,n|N|}，那么液化石油氣流轉跟蹤節(jié)點no的收益函數(shù)為

J(no)=lo

(4)

通過分析液化石油氣流轉安全性的影響因素，建立流轉跟蹤節(jié)點之間的依賴關系，在保證流轉跟蹤節(jié)點穩(wěn)定性的前提下，根據液化石油氣流轉跟蹤節(jié)點的收益函數(shù)，選取液化石油氣流轉跟蹤節(jié)點。

2.2 液化石油氣流轉跟蹤算法

將瓶裝液化石油氣流轉路徑的密度定義為分布的集中度[12]，液化石油氣的流轉空間e定義為

(5)

s為流轉相似度；E為不同種類液化石油氣的流轉空間；u為液化石油氣流轉路徑概率；bd為流轉路徑的差異性；A和B為流轉路徑。

對液化石油氣的流轉空間進行劃分，即

(6)

?s為液化石油氣流轉空間內的信息熵；Ew為流轉路徑的組織結構。

根據液化石油氣流轉空間的劃分結果，利用云聚合原理，對液化石油氣的流轉過程進行遠程監(jiān)控[13]，提取出流轉路徑的特征值K，公式為

(7)

aij為任意一條液化石油氣流轉路徑；vij為任意一條流轉路徑值；h為流轉路徑數(shù)量；kg為在第g個窗口內含有k個流轉路徑，其中有m條流轉路徑屬于z類別。

將流轉路徑aij的支持度定義為Qaij，z類流轉路徑的支持度定義為Qz，置信度為R，基于此，構建液化石油氣流轉路徑之間的時空關系矩陣，即

(8)

Eaij為流轉路徑aij支持度Qaij的計數(shù)；Ez為z類流轉路徑支持度Qz的計數(shù)。

在液化石油氣流轉路徑之間的時空關系矩陣中，利用云聚合遠程監(jiān)控技術，遠距離監(jiān)控液化石油氣的流轉狀態(tài)[14]，對流轉路徑進行分類，即

(9)

W為分類窗口中流轉路徑不屬于z類別的準確率；Xg為第g個窗口中存在X升液化石油氣的流轉路徑；μc為分類結果的平均分類誤差；hg為流轉路徑在g個窗口內的數(shù)量。

由于采用云聚合遠程監(jiān)控技術對瓶裝液化石油氣的流轉進行跟蹤時，流轉路徑特征值之間會存在時空相關性[15]，描述為

(10)

ω為液化石油氣種類；Re為流轉空間置信度。

根據流轉路徑特征值之間會存在時空相關性，構造流轉路徑分類器，描述為

(11)

λ為時間窗口長度；φ為時間窗口的權值；γ為最遠時間窗口的流轉路徑；σ為基本窗口w1向當前窗口滑動的時刻；χ為流轉路徑權值矢量。

基于流轉路徑分類器，利用云聚合理論對瓶裝液化石油氣流轉過程進行遠程監(jiān)控，得到流轉跟蹤結果為

(12)

ξ為與流轉路徑對應的監(jiān)控窗口；β為流轉路徑與遠程監(jiān)控窗口之間的關聯(lián)信息。

根據以上過程，設計了液化石油氣流轉跟蹤算法，實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟件設計。

3 測試分析

3.1 設置測試參數(shù)

系統(tǒng)測試平臺采用輕量級實驗平臺，可利用軟件對測試的網絡環(huán)境進行定義，具有部署方便的特點，系統(tǒng)測試過程中，相關參數(shù)的設置如表1所示。

表1 系統(tǒng)測試參數(shù)

3.2 設定測試指標

在系統(tǒng)功能測試中，以用戶模塊為測試用例，測試系統(tǒng)的用戶模塊功能是否滿足用戶需求。利用跟蹤成功率和吞吐量作為評價指標，成功率指標指的是成功跟蹤到的液化石油氣流轉路徑占總流轉路徑的比例，成功率越高說明跟蹤性能越好；吞吐量指標指的是單位時間內系統(tǒng)成功傳送的數(shù)據量，吞吐量越高說明跟蹤性能越好。

3.3 結果分析

在系統(tǒng)性能測試方面，引入基于滑?？刂频母櫹到y(tǒng)和基于GIS的跟蹤系統(tǒng)作對比，測試了3個系統(tǒng)的跟蹤成功率和吞吐量。

3個系統(tǒng)的跟蹤成功率測試結果如圖3所示。

圖3 不同系統(tǒng)跟蹤成功率測試結果

由圖3可知，隨著跟蹤節(jié)點數(shù)量的增加，3個系統(tǒng)的跟蹤成功率都呈現(xiàn)出下降的趨勢，其中基于滑?？刂频母櫹到y(tǒng)和基于GIS的跟蹤系統(tǒng)在跟蹤成功率方面得到的結果較低，最低跟蹤成功率分別為23%和50%；然而基于云聚合遠程監(jiān)控的跟蹤系統(tǒng)在瓶裝液化石油氣流轉跟蹤時的成功率較高，始終高于80%，因此說明本文設計系統(tǒng)在跟蹤成功率方面具有更好的性能。

3個系統(tǒng)的吞吐量測試結果如圖4所示。

圖4 不同系統(tǒng)吞吐量測試結果

由圖4可知，采用基于滑?？刂频母櫹到y(tǒng)和基于GIS的跟蹤系統(tǒng)時，每秒請求數(shù)低于500 req/s的吞吐量基本一致，但是隨著每秒請求數(shù)的加快，基于GIS的跟蹤系統(tǒng)的吞吐量更高，達到了6 400 KB/s。而本文提出的基于云聚合遠程監(jiān)控的瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)的吞吐量始終高于基于滑?？刂频母櫹到y(tǒng)和基于GIS的跟蹤系統(tǒng)，最大吞吐量達到了7 600 KB/s，因此說明本文設計系統(tǒng)在吞吐量方面具有更好的性能。

4 結束語

本文提出了基于云聚合遠程監(jiān)控的瓶裝液化石油氣流轉跟蹤系統(tǒng)研究，經測試發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)不僅功能測試中可以滿足用戶需求，還具有更好的性能。