一种基于WEBGIS的数据获取及分级预警系统的制作方法

本发明属于安全生产系统技术领域，具体的涉及一种基于WebGIS的数据获取及监测分级预警系统。

背景技术：

我国现阶段处于工业化进程，各行各业对危险品的需求也逐年增加。而危险品的运输、生产、存储作为一种动态危险源，一旦发生事故，将造成重大的经济损失、带来严重社会影响。国内重大的化工园区的安全监管有的虽已采用先进的国外生产管理作业系统，但仍未满足园区的日常管理工作需要和安全监管需求，尤其无法满足化工园区危险化学品作业量增加带来的安全监管与应急预警的需求。

实时监测和分级预警是安全生产管理系统中重要环节，其不仅可以获取实时的压力、温度、湿度等和安全生产息息相关的数据，从而为安全应急生产体系提供基础数据；另一方面，由于安全生产传感器的数据数值按照安全生产特性具备低低预警和低预警值(和高高预警、高预警值同理)，从而实现分级预警的概念。在分级预警的基础上，辅助一体化通信、辅助决策及应急指挥等系统，促进安全生产应急体系的不断完善和提升，做到状态监控，提前准备，消除隐患及应急处置及时的目的。

然而目前重大园区内重大危险源生产管理企业的监测监控仍以国外的系统单色预警为主以仪表显示呈现，在数据获取及分级预警综合显示上存在一些问题；各个企业之间数据独立，数据孤岛现在严重，政府安全生产监管部门无法在全局角度统筹辅助决策及应急指挥。具体表现为：

1、系统对接较为封闭：目前国内大型化工企业主要生产管理系统以国外系统为主，以ABB、西门子、施耐德、霍尼韦尔等为主，其系统多为自主研发控制系统，对外接入技术壁垒较困难，手段单一，控制显示程度受影响。

2、系统数据获取成本大：国外化工自控系统针对大型企业也推出了企业级ERP系统，例如霍尼韦尔的PHD(Process History Database)实时数据库控制管理系统，可以实时获取、存储生产数据，但是总体成本较高，定制型不强。

3、数据孤岛现场严重：国内大型化工、危化品生产管理园区往往生产管理各自为阵，数据孤岛现象严重，缺乏统一的数据获取、数据挖掘、系统分析、综合显示、预警监测等政府级宏观管理系统。

4、数据展现形式较为单一：目前企业监测预警系统主要为生产自控系统自带的单色预警，没有和厂区实际情况或GIS地图想结合，表现形式不直观，比较枯燥，不够生动逼真，对监控人员和领导决策有所影响。

5、应急预案细化程度不够：由于缺乏以上统一数据获取、监测预警系统，在重大事故发生时和发生前缺乏较为完成的应急预案与之对应。

地理信息系统(GIS)是20世纪60年代迅速兴起和发展起来的地理学技术，是多学科交叉的产物。作为新兴的边缘学科，GIS以计算机为基础，集地理学、测绘遥感学、信息科学及管理科学等众多学科为一体，通过对地球表面空间和地理分布有关的数据进行采集、存储、管理、分析和描述，从而获取所需信息的空间信息系统。WEB-GIS(网络地理信息系统)指基于Internet平台，客户端应用软件采用网络协议，运用在Internet上的地理信息系统。

在数据显示表达方式上，WebGIS技术有着独到的优势，在地图上可以更直观的查看企业位置信息、仪器分布信息、仪器数据信息、仪器状态信息、仪器分级预警信息及企业综合分级预警信息。

因此，需要一种新的生产管理系统以解决上述技术问题。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于WebGIS的数据获取及分级预警系统，通过该系统的搭建，为安全生产监督部门监管的重大危险源企业的数据获取、地图显示、分级预警、应急指挥、辅助决策工作提供一整套解决方案。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于WEBGIS的数据获取及分级预警系统，该系统包括基础硬件层，传输层，数据库层，数据模型层，中间件层及应用软件层，

所述基础硬件层包括数据采集设备，所述数据采集设备与企业生产管理系统通讯连接，实时获取企业生产管理系统的生产、存储、管理数据信息；

所述传输层将所述基础硬件层获取的数据信息进行通讯传输；

所述数据库层将从所述传输层获取的数据信息进行集中整合；

所述数据模型层在所述数据库层基础上，进行大数据集成、综合分析及数字化建模数据分析建模；

在所述数据库层和数据模型层基础上通过所述中间件层进行接口中间件服务发布，提供给所述应用软件层系统使用；

所述应用软件层进行数据监测、分析、管理。

优选地，所述传输层按照OPC(OLE for Process Control)接口或Web service技术进行数据传输。

优选地，所述数据库层包括基础数据库、业务数据库、监测数据库、历史记录库及分级预警系统涉及到的空间数据库、事件库、预案库、案例库、模型库、知识库和文档库。

优选地，所述数据模型层包括泄漏量计算模型、泄漏后的扩展模型、火灾事故后果分析模型、爆炸事故后果分析模型及中毒事故后果分析模型。

优选地，所述应用软件层包括GIS实时监测系统、分级预警系统、数字化预案管理系统、应急指挥系统及数据建模系统。

优选地，所述GIS实时监测系统能够在地图上加载各企业当前危化品报警信息当前状态，通过绿黄红灯动态显示，点击企业图标可以弹出当前企业具体监控信息及数值信息。

优选地，所述分级预警系统根据系统配置项里设定的阈值，设置为一级、二级、三级、四级预警，设置的级别按照所述分级预警系统监控数值的百分比设定，能够让企业控制端直观的观看分级预警情况。

优选地，所述数字化预案管理系统根据文字应急预案提取信息要素，包括预案中的预防、准备、响应、恢复各阶段的任务以及每项任务配备的资源，组成应急指挥基本信息单元，所述数字化预案管理系统快速制定多种应急救援方案，动态加载数据生成指挥体系和任务列表，为实现快速响应提供支持。

优选地，所述数字化预案管理系统根据各类突发事件的处置程序，分别建立相应的预案处置模式库，并提供预案资料录入、修改和检索工具，所述数字预案的流程包括：

(1)新建数字预案；

(2)预案结构定义；

(3)预案和事件类型的关联信息配置；

(4)分别进行相关案例配置、相关事件类型配置、相关知识配置。

优选地，所述数字预案包含如下内容：

(1)将各类应急预案的共性进行结构化，形成突发事件应对策略和处置流程备忘录；

(2)将各类应急预案中的组织机构、救援队伍、装备设施、医疗急救、现场警戒的内容进行结构化组织和存储；

(3)基于公用基础地理信息和公共安全信息，为不同级别、不同种类的应急方案进行数据准备，形成快捷的资料包；

(4)基于事故灾害预测、仿真模型、灾害处置模型对各类应急预案所针对的事故进行先期模拟和分析，提前了解灾害规律和趋势，形成科学的处置辅助方案。

优选地，所述应急指挥系统包括事故管理模块、配置管理模块、态势标绘模块、地图定位模块、任务跟踪模块：

所述事故管理模块实现安全生产事故管理及事故与接报的关联，将同一个事故多次接报按事件关联，便于管理；实现事故与预案、案例、法律法规、专家意见与建议自动关联，在第一时间提供领导决策的相关材料；

所述配置管理模块提供针对事件处置的参数配置功能，包括事故灾难点管理；

所述态势标绘模块能够在应急处置过程中在二维地图上进行统计分析和态势标绘，方便地生成各种专题图，包括地图标绘、态势分析、统计查询、专题图制作和输出的各子功能模块；

所述地图定位模块在GIS中直观显示正在处置的事故灾难，定位事件具体地点和周围环境信息，包括重点防护目标、危险源、资源调度地图定位信息；

所述任务跟踪针对指挥调度中各部门任务的增、删、改、查信息，历史任务的浏览信息，实时显示任务执行状态和任务的反馈信息。

本发明的有益之处在于：

1、获取数据手段更直接简便，通过重大危险源现场监控主机获取企业重大危险源生产存储的实时数据信息。

2、获取到的数据通过信息集成，在工厂控制层和管理决策层之间建立实时的数据连接，将数据存储在oracle等大型关系型数据库中，通过高效的压缩技术和海量存储技术，保存大量的生产过程历史数据。帮助政府管理人员实时监测生产过程的变化规律，对事故过程进行优化；还可以帮助相关人员分析生产事故，确定事故发生的原因和防止的办法，防止事故的再次发生。

3、将各个企业存储在oracle数据库中的数据通过OPC接口、web services技术或ftp等方式进行数据的统一归集到政府安全生产管理部门，建立统一的数据管理、大数据分析，彻底解决数据孤岛问题，为综合监测、分级预警打下良好基础。

4、通过大数据分析，结合化学品性质，当地的自然环境、应急资源装修等条件，建立各个重大危险源及企业的监测、分析、预警模型，基于目前最新的WebGIS统一显示，将实时数据监测和地图结合起来，部分数据结合三维GIS建模，可以更直观的进行分级预警。

5、结合GIS综合监测态势，辅助以政府、企业应急预案，在事故前期建立起整套应急预案辅助管理系统，从整体上对事故GIS桌面态势分级预警，对应急方案进行图形化设计和管理，为政府管理决策者提供辅助决策方案。

附图说明

图1是本发明基于WEBGIS的数据获取及分级预警系统的总体架构图。

图2是本发明基于WEBGIS的数据获取及分级预警系统中数字预案业务流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

请参照图1所示，本发明提出一种基于WEBGIS的数据获取及分级预警系统，该系统包括基础硬件层，传输层，数据库层，数据模型层，中间件层及应用软件层，

基础硬件层包括数据采集设备，数据采集设备与企业生产管理系统通讯连接，实时所述获取企业生产管理系统的生产、存储、管理数据信息；

传输层将基础硬件层获取的数据信息进行通讯传输；

数据库层将从该传输层获取的数据信息进行集中整合；

数据模型层在数据库层基础上，进行数据分析建模；

在数据库层和数据模型层基础上通过中间件层进行接口中间件服务发布，提供给应用软件层系统使用；

应用软件层进行数据监测、分析、管理。

具体来说，本发明提出的分级预警系统按照下述具体步骤进行：基础硬件层从获取的企业安全生产系统的电流信号转换成软件可读的代码数值；传输层按照OPC或web service技术进行数据传输，进入数据层仓库管理；在数据模型层进行大数据集成、综合分析及数字化建模；结合webGIS技术，按照危化品性质及安全生产特点，通过中间件层在应用层显示地图化展示，进行分级预警；结合重大危险源预案管理、一体化通信、应急资源管理、辅助决策及应急处置系统进行重大危险源的应急指挥。

【基础硬件层的设计】

本系统中的电流信号数据抽取模块将在数据中心的基础上，将数据应用向深度和广度计算拓展，将面向主题的、集成的、稳定的、不同时间的数据集合应用，把分布在企业网络中不同信息孤岛上的数据集成到一起，整合多种数据源接入模式，搭建一个企业级工厂信息系统，通过PHD实时数据库和Oracle关系数据库搭建企业级的数据平台，确保数据交流通畅，实现真正的资源共享，将过程实时数据纳入管理系统中实现数据深层次挖掘和分析，从而实现企业级管理控制一体化。

数据采集接口负责采集和上传数据，可与企业甚至更远的各种系列的控制和传感设备连接。支持多种通讯协议，包括OPC、DDE等协议，可连接各种DCS、PLC和智能仪表等。它应具有以下性能指标：

(1)数据库读写速度：可以达到在5000-10000采样点/秒；

(2)数据写入频率：应支持秒级扫描频率，能对不同数据源的数据变化率分别配置采集频率；

(3)数据采集接口：支持直接通过OPC、DDE等标准接口规范与控制系统连接；提供与某些常用的工控组态软件产品连接的驱动程序；提供开发接口API，定制开发与各种产品连接的驱动程序。

【数据传输集成设计】

本系统采用标准的OPC接口实现通讯，OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准。OLE/COM是一种客户/服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来。OPC规范可以应用在许多应用程序中，如它们可以应用于从SCADA或者DCS系统的物理设备中获取原始数据的最低层，它们同样可以应用于从SCADA或者DCS系统等生产运行系统中获取数据到应用程序中。实际上，OPC设计的目的就是从网络上某节点获取数据。

【数据库层设计】

对系统所用到的各类数据、材料和知识进行高度统一的数字化管理。数字化知识仓库具体包括基础数据库、业务数据库、监测数据库、历史记录库及系统涉及到的空间数据库、事件库、预案库、案例库、模型库、知识库和文档库等。数字化知识仓库为监测预警提供了基础的数据支撑和理论依据。

【数据模型层设计】

模型业务构件主要封装了应急中固定的业务流程，比如事故接报、上报、业务流程引擎、报表引擎、数据挖掘引擎、规则引擎、数据访问构件、模型工具等。模型工具主要封装了对应急有辅助作用的模型算法，并为模型的表现提供了数据访问接口。模型实体按照统一的技术标准进行开发，具体内容参考安全生产应急专业数据库中的模型库。模型工具主要用于综合预测预警、智能研判、评估等。

针对重大危险源化学性质，数据模型层主要包括泄漏量计算模型、泄漏后的扩展模型、火灾事故后果分析模型、爆炸事故后果分析模型及中毒事故后果分析模型。

【应用软件层设计】

应用软件层包括GIS实时监测系统、分级预警系统、数字化预案管理系统、应急指挥系统及数据建模系统。

GIS实时监测系统：能够在地图上加载各企业当前危化品报警信息当前状态，通过绿黄红灯动态显示，点击企业图标可以弹出当前企业具体监控信息及数值信息。

分级预警系统：根据系统配置项里设定的阈值，设置为一级、二级、三级、四级预警，设置的级别按照所述分级预警系统监控数值的百分比设定，能够让企业控制端直观的观看分级预警情况。

数字化预案管理系统：数字预案将传统基于文本的纸质预案经过数字化抽象，结合事故后果模拟分析、GIS地图、应急资源管理等系统，解决传统纸质预案的存储、管理、升级和使用不便等问题。根据文字应急预案提取信息要素，包括预案中预防、准备、响应、恢复四阶段的任务以及每项任务配备的资源，组成应急指挥基本信息单元，所述数字化预案管理系统快速制定多种应急救援方案，动态加载数据生成指挥体系和任务列表，为实现快速响应提供支持。

数字化预案管理系统根据各类突发事件的处置程序，分别建立相应的预案处置模式库，并提供预案资料录入、修改和检索工具，请参阅图2所示，该数字预案的流程包括：

(1)新建数字预案；

(2)预案结构定义；

(3)预案和事件类型的关联信息配置；

(4)分别进行相关案例配置、相关事件类型配置、相关知识配置。

该数字预案包含如下方面的内容：

(1)将各类应急预案的共性进行结构化，形成突发事件应对策略和处置流程备忘录；

(2)将各类应急预案中的组织机构、救援队伍、装备设施、医疗急救、现场警戒的内容进行结构化组织和存储；

(3)基于公用基础地理信息和公共安全信息，为不同级别、不同种类的应急方案进行数据准备，形成快捷的资料包；

(4)基于事故灾害预测、仿真模型、灾害处置模型对各类应急预案所针对的事故进行先期模拟和分析，提前了解灾害规律和趋势，形成科学的处置辅助方案。

完成对数字预案的管理，包括预案内容的数字化，预案关键节点数字化、预案和事件类型的关联、数字化预案应用、数字预案管理等用例。

应急指挥系统：基于GIS应急指挥包括事故管理模块、配置管理模块、态势标绘模块、地图定位模块、任务跟踪模块：

(1)事故管理模块实现安全生产事故管理及事故与接报的关联，将同一个事故多次接报按事件关联，便于管理；实现事故与预案、案例、法律法规、专家意见与建议自动关联，在第一时间提供领导决策的相关材料；

(2)配置管理模块提供针对事件处置的参数配置功能，包括事故灾难点管理；

(3)态势标绘模块能够在应急处置过程中在二维地图上进行统计分析和态势标绘，方便地生成各种专题图，包括地图标绘、态势分析、统计查询、专题图制作和输出的各子功能模块；

(4)地图定位模块在GIS中直观显示正在处置的事故灾难，定位事件具体地点和周围环境信息，包括重点防护目标、危险源、资源调度地图定位信息；

(5)任务跟踪针对指挥调度中各部门任务的增、删、改、查信息，历史任务的浏览信息，实时显示任务执行状态和任务的反馈信息。

本发明通过对基于WebGIS的数据获取及分级预警系统的搭建，实现对重大危险源企业的实时生产管理数据的获取、数据的综合分级建模、基于GIS的分级预警、经济辅助决策的一体化系统平台。该系统利用自主研发的危险源监控主机，接入自控系统，将企业生产管理的电流信号转化为软件可读、可识、可存储的数据，通过主流的数据传输技术将数据归集至政府安全管理部门，建立实时监测分级预警模型，结合GIS统一展示，辅助决策应用于政府应急指挥。解决了传统的数据获取不及时，数据孤岛问题，实时监测可以为企业生产提供有益数据，优化生产管理结构，分级预警可以为企业政府提前将安全生产事故控制在可控的范围内，减少甚至避免重大安全生产事故，通过GIS综合显示，将应急资源、实施监测、预警结果、应急预案等结合起来，联动可用的社会、政府资源，形成上下联动、齐抓共管的安全生产应急管理体系。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。