田振川 冀 翼 朱雅文

〔1.中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州450004〕〔2.商丘市華云防雷工程技術(shù)有限公司，河南商丘476000〕

一、引言

棉花是紡織加工的重要原料，在全球貿(mào)易和社會(huì)消費(fèi)中占有重要的地位［1］。為確保棉花種植者的利益和棉花產(chǎn)業(yè)的安全，國家相繼出臺(tái)了棉花“臨時(shí)收儲(chǔ)”和“目標(biāo)價(jià)格補(bǔ)貼”等政策。然而，在倉庫存儲(chǔ)過程中存在棉花發(fā)生陰燃和明燃等安全隱患，如果巡視檢查不到位，這些隱患得不到及時(shí)處理極易引發(fā)重大火災(zāi)事故，將給國家和相關(guān)企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

CO氣體是棉花陰燃和明燃的主要釋放氣體［2］，當(dāng)其濃度變化速率達(dá)到一定閾值時(shí)及時(shí)處理，可避免重大火災(zāi)事故的發(fā)生。中國棉花儲(chǔ)備庫現(xiàn)階段缺少對(duì)CO氣體數(shù)據(jù)變化實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全巡視檢查管理和庫內(nèi)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的系統(tǒng)工具。通過項(xiàng)目實(shí)施，可使分布在全國的近200家國家儲(chǔ)備庫實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效和規(guī)范化的管理，提高火災(zāi)事故預(yù)防信息化管理水平。同時(shí)，棉倉安全管理系統(tǒng)可協(xié)助國家棉花儲(chǔ)備庫管理部門對(duì)儲(chǔ)備庫管理數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集、共享和管理。

二、系統(tǒng)需求分析

氣體探測(cè)器和監(jiān)測(cè)報(bào)警控制器實(shí)現(xiàn)庫內(nèi)CO氣體數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集并上傳至服務(wù)器，通過濃度數(shù)據(jù)分析變化速率進(jìn)行安全信息預(yù)警，獲取安全巡視記錄、事故上報(bào)信息記錄和庫內(nèi)視頻信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理。主要具體功能如下。

（一）基礎(chǔ)信息管理

主要涉及儲(chǔ)備庫、倉庫和工作人員等信息采集，并在巡視檢查和事故上報(bào)操作過程中提交儲(chǔ)備庫、倉庫、人員信息和相關(guān)工作內(nèi)容信息。通過掃描儲(chǔ)備庫或倉庫二維碼可獲取其相關(guān)信息。

（二）采集硬件信息管理

氣體采集數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器時(shí)，同時(shí)上傳探測(cè)器及報(bào)警控制器的物理地址和編號(hào)，并通過系統(tǒng)設(shè)置探測(cè)器或監(jiān)測(cè)報(bào)警器物理地址、編號(hào)、名稱、所屬儲(chǔ)備庫、所屬倉庫、啟用時(shí)間等基本信息實(shí)現(xiàn)與采集傳數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，也可通過掃描探測(cè)器或報(bào)警器二維碼獲取相關(guān)設(shè)置信息。

（三）監(jiān)測(cè)信息管理

氣體探測(cè)器實(shí)時(shí)采集CO氣體濃度并將采集數(shù)據(jù)、時(shí)間和硬件地址等信息傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)報(bào)警器，監(jiān)測(cè)報(bào)警器將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后經(jīng)無線發(fā)送模塊發(fā)送并保存到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，同時(shí)進(jìn)行安全信息預(yù)警和報(bào)警。

（四）巡視信息管理

巡視人員進(jìn)行安全檢查時(shí)，通過棉倉安全管理系統(tǒng)對(duì)所檢查儲(chǔ)備庫、巡視倉庫、巡視人員姓名、時(shí)間、庫內(nèi)狀況等信息進(jìn)行上報(bào)，并可對(duì)巡視檢查結(jié)果進(jìn)行審核和定期檢查。

（五）庫內(nèi)視頻監(jiān)控

庫內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)記錄下庫內(nèi)的視頻影像，當(dāng)發(fā)生倉庫安全事件時(shí)可以回看視頻記錄，同時(shí)進(jìn)行影像資料的備份和存儲(chǔ)。

（六）事故上報(bào)管理

儲(chǔ)備庫相關(guān)事故上報(bào)，包括棉花的陰燃、燃燒等火災(zāi)情況，支持圖片、文檔等格式。事故上報(bào)后按規(guī)章流程進(jìn)行各環(huán)節(jié)批示處置，并對(duì)整個(gè)事故過程情況進(jìn)行總結(jié)，對(duì)典型事故編輯成案例，對(duì)圖片、視頻、工作文檔等進(jìn)行歸檔管理。

（七）移動(dòng)端APP

開發(fā)手機(jī)APP和移動(dòng)終端APP，主要實(shí)現(xiàn)巡視安全檢查、事故上報(bào)和處置等信息提交功能，并可進(jìn)行信息查詢和巡視公告查看等。

三、微服務(wù)架構(gòu)介紹

微服務(wù)架構(gòu)是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)非常熱門的一種架構(gòu)模式［3］，核心思想是將一個(gè)整體、復(fù)雜的功能應(yīng)用劃分為多個(gè)小型服務(wù)，同時(shí)保證功能的完整。每個(gè)服務(wù)只注重自己的功能，被封裝為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序，一個(gè)服務(wù)實(shí)例即為一個(gè)進(jìn)程，服務(wù)之間的通信實(shí)為進(jìn)程間的交互。服務(wù)可交由團(tuán)隊(duì)或個(gè)人進(jìn)行獨(dú)立開發(fā)，不受開發(fā)技術(shù)限制，只需要確保每個(gè)微服務(wù)提供API服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)之間的通信。同時(shí)由于小模塊化，因此后續(xù)可采用新的技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和替換；從部署的角度，每個(gè)服務(wù)可以獨(dú)立部署，不需考慮協(xié)調(diào)服務(wù)部署時(shí)對(duì)其他服務(wù)的影響。

在項(xiàng)目中，采用基于.NET Core框架進(jìn)行開發(fā)［4］，其開發(fā)程序可分別針對(duì)手機(jī)、PC端或其它移動(dòng)終端系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布和運(yùn)行，同時(shí)可在Windows和Linux操作系統(tǒng)上統(tǒng)一部署。

四、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要采用微服務(wù)架構(gòu)和三層軟件編程架構(gòu)思想。其中，整體架構(gòu)設(shè)計(jì)方面采用微服務(wù)架構(gòu)思想將整個(gè)系統(tǒng)分成兩層，并將系統(tǒng)功能模塊拆分成盡可能細(xì)的服務(wù)；在編程實(shí)現(xiàn)方面根據(jù)功能需求分為界面交互層（表示層）、業(yè)務(wù)處理層（業(yè)務(wù)邏輯層）和數(shù)據(jù)操作層（數(shù)據(jù)訪問層），三層之間通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)外提供接口服務(wù)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 棉倉安全管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

（一）系統(tǒng)微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

棉倉安全管理系統(tǒng)的第一層是將系統(tǒng)拆分成基礎(chǔ)信息管理、氣體監(jiān)控管理、巡視管理、視頻監(jiān)控和安全事故管理五個(gè)功能應(yīng)用，并封裝成五個(gè)獨(dú)立的一級(jí)系統(tǒng)，一級(jí)系統(tǒng)之間不存在功能層面上的依賴。

系統(tǒng)第二層是根據(jù)五個(gè)功能應(yīng)用進(jìn)行綜合分析、抽象出各種不同的服務(wù)，且每一種服務(wù)只對(duì)某種特定資源進(jìn)行操作，該服務(wù)被稱為二級(jí)子系統(tǒng)。每個(gè)一級(jí)子系統(tǒng)拆分的二級(jí)系統(tǒng)在功能層面上相互依賴，可以獨(dú)立部署和向外界提供服務(wù)。同時(shí)，很多二級(jí)系統(tǒng)可在不同應(yīng)用中復(fù)用，也可在以后的擴(kuò)展功能中重用［5］。

（二）系統(tǒng)三層架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)三層編程架構(gòu)中的界面交互層（表示層）主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)信息管理、氣體監(jiān)控管理、巡視管理、事故管理和視頻監(jiān)控五大功能應(yīng)用與用戶之間進(jìn)行交互的前端頁面；業(yè)務(wù)處理層（業(yè)務(wù)邏輯層）主要實(shí)現(xiàn)五大功能應(yīng)用拆分成不同服務(wù)內(nèi)部對(duì)資源進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯操作和邏輯計(jì)算；數(shù)據(jù)操作層（數(shù)據(jù)訪問層）主要實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)信息、氣體采集信息、巡視信息和事故信息等數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫操作和庫內(nèi)視頻文件的讀寫操作。

五、功能模塊設(shè)計(jì)

棉倉安全管理系統(tǒng)具備對(duì)儲(chǔ)備庫基礎(chǔ)信息、CO氣體探測(cè)器或監(jiān)測(cè)報(bào)警器基礎(chǔ)信息、巡視信息、工作人員信息、事故信息進(jìn)行集中收集、管理和整合功能，從而幫助建立信息完整、內(nèi)容豐富的棉倉管理資料。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 詳細(xì)功能結(jié)構(gòu)圖

部分核心模塊功能說明如下：

（一）倉庫信息管理

主要實(shí)現(xiàn)倉庫相關(guān)信息的添加和設(shè)置，包括倉庫名稱、倉庫編碼、備注等信息。

（二）探測(cè)器管理

主要實(shí)現(xiàn)CO氣體探測(cè)器地址、名稱、所屬倉庫、所屬倉庫位置等基本信息的設(shè)置，通過報(bào)警控制器上傳的采集數(shù)據(jù)，快速定位所在倉庫。

（三）氣體監(jiān)控管理

通過氣體探測(cè)采集的濃度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析CO濃度變化情況匯總，實(shí)時(shí)掌握倉庫火災(zāi)安全狀況。

（四）氣體記錄管理

對(duì)氣體探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，可隨時(shí)對(duì)探測(cè)器數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史查詢，判斷探測(cè)器是否正常工作。

（五）氣體預(yù)警管理

對(duì)氣體濃度變化閾值進(jìn)行設(shè)置。氣體濃度超過閾值時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警或報(bào)警并提示報(bào)警所在倉庫的位置。

（六）巡視管理

倉庫進(jìn)行正常安全檢查時(shí)，需將巡視人信息、巡視倉庫、巡視時(shí)間和是否有事故進(jìn)行上報(bào)，方便監(jiān)督巡視制度實(shí)施。

（七）安全事故管理

當(dāng)出現(xiàn)安全事故時(shí)，需對(duì)事件發(fā)生起因、時(shí)間、過程、結(jié)果等信息進(jìn)行上報(bào)，上報(bào)信息包括圖片和總結(jié)文檔等。

六、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

（一）氣體信息采集

根據(jù)氣體探測(cè)器監(jiān)測(cè)范圍和倉庫空間范圍對(duì)CO氣體探測(cè)器和氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警器進(jìn)行合理部署、安裝。其中，CO氣體探測(cè)器實(shí)現(xiàn)CO氣體信號(hào)的采集并將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)對(duì)外輸出；氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警控制器主機(jī)內(nèi)嵌入微處理器和配備有無線傳輸模塊，該控制器同時(shí)具有豐富的軟件功能，完成探測(cè)器數(shù)字信號(hào)采集和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果通過無線發(fā)送到指定遠(yuǎn)程服務(wù)器。

（二）倉庫視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集

倉庫視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過庫內(nèi)安裝的光纖上傳到視頻文件系統(tǒng)服務(wù)器上，棉倉安全管理中心系統(tǒng)通過接口可從視頻監(jiān)控系統(tǒng)上調(diào)取監(jiān)控錄像。針對(duì)可能存在的部分廠庫沒有安裝光纖，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)那闆r，可事先完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接口開發(fā)工作，后續(xù)倉庫光纖網(wǎng)絡(luò)安裝后再將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l服務(wù)器上，最后通過接口獲取視頻數(shù)據(jù)。

（三）系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要采用ASP.NET Core和AngularJS技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，其中.NET Core是一個(gè)全新的跨平臺(tái)開源框架［6］，基于該框架開發(fā)的Web應(yīng)用可部署在云上和服務(wù)器上；AngularJS用于系統(tǒng)前端開發(fā)，并與HTML和CSS技術(shù)進(jìn)行完美結(jié)合，構(gòu)建功能強(qiáng)大的交互式應(yīng)用。

（四）移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)端采用基于.Net的移動(dòng)開發(fā)平臺(tái)Smobiler，該平臺(tái)是一種跨平臺(tái)的解決方案，開發(fā)應(yīng)用程序可在Android和IOS兩個(gè)平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)行，避免針對(duì)Android和IOS分別進(jìn)行開發(fā)，縮短了開發(fā)時(shí)間，降低了研發(fā)成本。

SQL Lite作為移動(dòng)端的本地?cái)?shù)據(jù)庫，可將一些基本設(shè)置信息進(jìn)行保存，在網(wǎng)絡(luò)不暢通時(shí)將上傳數(shù)據(jù)暫存到本地，待網(wǎng)絡(luò)連通時(shí)再進(jìn)行上傳。

同時(shí)，移動(dòng)應(yīng)用需使用攝像頭權(quán)限，通過掃描二維碼獲取倉庫基本信息或相關(guān)信息，巡視或事故上報(bào)管理可通過移動(dòng)系統(tǒng)將提交信息上傳到服務(wù)器。

七、結(jié)語

棉倉安全管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CO氣體濃度數(shù)據(jù)采集頻率為10次/min并實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，通過系統(tǒng)查看驗(yàn)證，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、完整、可靠。主管部門通過訪問棉倉安全管理系統(tǒng)查看倉庫內(nèi)CO氣體數(shù)據(jù)濃度變化、巡視工作記錄和庫內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)儲(chǔ)備庫管理工作可以做下一步指導(dǎo)。

本系統(tǒng)為國家儲(chǔ)備庫主管部門和各地儲(chǔ)備庫分公司進(jìn)行安全管理提供了一種方便的途徑，對(duì)預(yù)防火災(zāi)事故提供了可行的解決方案，改變了火災(zāi)發(fā)生后進(jìn)行追責(zé)的工作方式，使儲(chǔ)備庫安全管理工作更加有效、及時(shí)和針對(duì)性。同時(shí)，系統(tǒng)采用微服務(wù)架構(gòu)方便新業(yè)務(wù)和新服務(wù)的擴(kuò)展，提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和健壯性。