基于无线传感网的液化气运输储存监测报警系统

蒋贺　焦吉伟　张科　王思璇　柯敏　许华娣

摘要：物联网作为一种新的网络形式，相关理论研究和实践应用正在探索过程中。本文介绍了物联网的概念，给出了基于智能物体层、数据传输层、信息关联层、应用服务层的物联网四层体系架构，最后根据日常工业生产过程中所面对的液化气运输中的种种问题做出可行性的分析与设计。

关键词：物联网;无线传感器;无线监测;液化气

一、研究背景

现代社会液化气被大量使用，由于液化气的易燃易爆、有毒的特点，如果发生泄漏会极大地威肋公众安全。其运输方式除了管道传输，就是公路运输，运输过程的安全是人们关注的焦点。而如今的运输过程中，缺乏对液化气的监测等手段，不利于生产管理。要知道在运输过程中液化气压力处于一个很高的状态，罐体的压力很大，当大到一定程度时，就会威胁到运输员和公众的安全。同时液化气作为易燃物，遇到明火或者运输过程中因摩擦产生大量静电，也极易造成爆炸，造成更加恐怖的破坏力，造成不可预知的损失。快速准确监测液化气状态变化，并采取相应的对策来及时预防和控制事故发生，具有明显的经济效益和环境效益。

随着科技的进步，近年来无线传感器得到了长足的发展，使之与计算机软件相结合，就成为了当下炽手可热的物联网技术。本文就无线传感网在液化气的运输储藏方面的监测问题展开论述。

二、研究目标和方法

本课题将采用 ZigBee技术，该技术专注低速传输、低功耗、低成本、可与多个节点联网，并巨每个模塊加装一个远程无线网关，这正好满足运输以及其他地点组建无线传感器网络的需要。我们基于ZigBee技术，研究了压力罐液化气压力监测的无线传感器网络，充分发挥其布点灵活、布控简单、成本低廉、低功耗的优点，实现监控数据的无线传输。本文着重设计适用于该系统的无线传感器网络的数据采集算法和后端监控系统的实现该，算法可以使运输过程中的监测能力得到极大提高，增强运输中的实时性与可靠性;同时，后端监控系统的管理员在使用管理监测系统时，能够通过简单的操作，完成复杂的功能，实现数据可视化和图形化管理，高度可定制化及扩展性。

三、功能实现

3.1 系统功能实现

具体功能包括如下几点：软硬件的互联、设计;实时数据监测显示;超值报警;管理员的增删改查。

管理员即可通过无线传感器网络获取感知现场的目标信息，也可对传感器网络进行配置和管理，从而完成监测数据的收集和监测任务的发布。同时通过登录页面可以监测系统，更新设置节点信息，管理用户，进行监控以及设置轮询规则，报警的基本设置和管理。

3.2 硬件的实现

一个典型的无线传感器网络体系结构包括传感器节点、任务管理节点和汇聚节点，由于

传感器节点的射频覆盖范围比较小，因此需要布置大量的传感器节点，通过自组织方式构成网络，各个部分协同形成对目标的感知现场，可以实现对感知区域内信息的采集、分析和处理任务。传感器节点检测的目标信号由本地经简单处理后，通过邻近传感器节点经过多跳路由的方式，将数据发送到汇聚节点后由汇聚节点和无线网关将此数据上传给后台。

3.3、软件系统架构部署

系统前端页面采用html+anguarJs+bootstarp的技术框架组合，核心业务处理采用SSM框架技术，数据库采用MySQL数据库，利用Mybatis的逆向工程生成实体类与表形成映射以完成持久层的操作。以下介绍一些前端和核心服务的主要类，以汇聚节点的相关操作为例。

汇聚节点前端页面核心采用augualarJS的service层完成相关请求调用，完成后端信息的显示，完成新增信息的录入，完成相应的正则验证，完成信息的提交和保存html页面通过AngularJS的http指令，实现在不刷新页面的情况下完成异步请求，以保证提高用户体验的需求。具体代码中，通过getBuildings方法可以获取后端数据，并包装成Ajax需要的Json格式数据，前台页面将返回的数据进行解析，再显示到页面中。

AggregationControllerjava中主要定义了汇聚节点的控制层类，其中通过Spring技术，通过依赖注入获取Service层的类以完成汇聚节点的相关逻辑操作。

在SSM框架中，处理前端请求和方法调度的是SpringMVC框架，而SpringMVC框架中实现初步调度的层次是Controller层，以addAggregation这个方法来举例控制层中的方法机制，在此方法中，首先定义an目arJS的双向绑定技术来获取页面传递的信息，再通过调用Service层的接口，来完成相应的业务逻辑。在Service接口和其他接口的定义过程中，主要是通过预先定义的接口完成高内聚低稠合的软件工程开发思想，通过对面向对象技术的理解，在接口定义中主要通过预先定义的数据结构，以接口的形式完成调用，接下来再利用不同接口的不同实现，来完成核心的业务逻辑，从而起到了良好的代码复用和维护效果。

在与数据库进行交互的过程中，主要通过Mybatis技术进行操作Mybatis将数据库中的表和信息对应到JavaBean中，系统在操作数据的过程中实际上是操作了系统中的JavaBean，然后Mybatis再通过同步和锁的机制进行数据的同步，同时为了提高开发人员效率，Mybatis还开放了很多可调用的SQL方法，在实际使用中加快了开发的效率，节约了开发的时间和成本。

四、总结

本文主要是针对近年来液化气泄漏事故，利用无线传感器网络技术设计并实现液化气泄露实时监测系统上的数据采集算法，有效地监测液化气状态并预警，同时利用企业级面向对象编程思想，应用企业级架构和技术，实现便捷、高效、实时的监控系统，有效监控液化气情况，即时报警，尽可能避免重大事故的产生。本文设计了一种基于无线传感网的液化气运输储存监测报警系统并实现了原型系统。重点研究了该系统中数据采集机制和后端监控中心的实现。由于目前4G网络的不稳定性和波动性，本设计存在一定缺陷，在5G全面到来的时候相信会得到解决。

参考文献

[1]金光汪先亮无线网络技术教程

[2]王福豹，史龙，任丰原.无线传感器网络中的自身定位系统和算法一软件学报，2005.

[3]张媛基于无线传感器网络定位技术的研究.2008.

[4]孙亭，杨永田，李立宏.无线传感器网络技术发展现状.电子技术应用，2006.

[5]王文光，刘士兴，谢武军.无线传感器网络概述.合肥工业大学学报，2010.

[0]屈峰，杨华，王立军，谢爱荣.无线传感器网络及其应用.四川兵工学报，2013.2

[7]宫鹏.无线传感器网络技术环境应用进展.遥感学报，