基于物联网技术的LNG船舶监管平台的探索

顾小明，何洪锋，钟春波，景 勇，杨 旺

（厚普清洁能源股份有限公司，四川 成都 610000）

为了大力推行绿色、环保能源，国家也在不推的出台新政策，如：《关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见》、《2014—2015年节能减排低碳发展行动方案》、《长江经济带船舶污染防治专项行动方案（2018—2020年）》、《长江干线京杭运河西江航运干线液化天然气加注码头布局方案（2017—2025年）》等。随着国家对清洁能源的政策指引下，为了保护环境减少大气污染，推进航运船用清洁燃料的发展和需求，由此带来了船舶燃料系统的升级和改造，以及各个码头港口的LNG趸船站、岸基站建设的迅速发展。但同时也面临站点与站点之间距离跨度大、设备种类繁多、安全监管难、船舶管理等问题，传统运营管理方式面临着巨大的挑战。本论文从LNG趸船站、岸基站、船舶燃料设备等安全生产、企业互动管理环节与基于物联网技术的LNG船舶设备安全监管、设备运营的概念出发，利用GPS或北斗定位、无线传输、云平台、大数据分析、传感器采集等技术，对其生产运营流程进行专业化、信息化、智能化监管，提升站点及船舶智能化管理程度。

1 平台应用功能设计

本平台应用功能分为3大模块，包括设备监管模块、政府监管模块、企业与用户管理模块。其中设备监管模块包括实时数据与状态监控、报警与预警新信息推送、报警与预警信息统计、数据趋势与效率分析、历史数据查询功能；政府监控模块包括环境数据监管、船只监控、船只统计管理功能；企业与用户管理模块包括船只加注便捷管理、设备安全管理、经济效益分析功能。

2 LNG船联网应用平台设计

本平台分为六层：设备接入层、设备数据传输层、设备数据处理层、云服务管理层、平台应用层、业务应用端。设备接入层用某种数据采集网关采集各种设备数据，经过存储和转发给云服务器。设备数据传输层用于传输来自设备接入层中采集到的设备数据，与设备数据处理层完成双方的数据通信交互工作。设备数据处理层用于处理来自设备数据传输层发送上来的数据和云服务器的请求数据。云服务管理层用于对数据库操作的管理和平台应用层业务数据请求及响应。平台应用层主要用于接收和处理来自业务应用端的业务请求和响应，提供业务应用端所需要展示的业务数据。业务应用端给客户提供不同的终端应用，便于客户快速查询和接收信息。

2.1 设备接入层关键技术

本层采用嵌入式技术，利用工业级ARM的芯片架构，提供了大容量的Flash存储，支持RJ45、RS232、USB、modbus-RTU等多种外围接口和协议，提供多路数字量和模拟量通道实现设备层传感器的接入，同时支持4G网络实现数据无线传输。

数据采集网关主要采集包括的数据信息有：视频数据、LNG动力系统（如转速、功率、电流、电压、温度等）、LNG供气系统（如：储罐液位、储罐压力、泵的进出口压力、温度、阀门状态、燃气报警或浓度等）、船舶位置和相关信息（如：船舶的速度、位置信息、水深数据）。数据采集主要设备，如图1所示。

图1 数据采集主要设备图

2.2 设备数据传输层技术要求

本层应用通过HTTP协议、TCP/UDP协议实现设备接入层中采集到的设备数据，与设备数据处理层完成双方的数据通信交互工作。数据传输过程中采用MD5加密技术，保障数据传输过程中的安全性。

2.3 设备数据处理层技术

本层主要采用中间件技术进行数据的处理。采用的中间件为RabbitMQ和Storm，以及数据传输通信模块。Storm中间件技术凭借免费开源、分布式、高容错的实时计算系统，完成数据采集及数据处理，并将处理的数据存入数据单元中。RabbitMQ位于数据传输通信模块与Storm之间，主要解决上述两个模块解耦合，降低协议处理器在高并发时出现的阻塞情况。Storm组件用于将终端上传的数据按照指定协议解析为标准格式数据并存入相应数据库。同时采用负载均衡技术进行处理。负载均衡，如图2所示。

图2 负载均衡图

2.4 云服务管理层技术

云服务管理层用于对数据库操作的管理和平台应用层业务数据请求及响应，主要存储设备业务数据和状态数据。本层采用三种开源数据库技术进行数据管理任务，分别是MySQL数据库、MongoDB数据库、Redis数据库。用于存储设备数据分为业务数据、实时数据、历史数据。

2.5 平台应用层处理

业务数据包括用户信息、组织机构信息、权限与资源信息、设备信息、参数信息、数据中继器信息、采集协议信息、数据采集终端信息。

实时数据表示设备的最新状态，会首先存储在redis中，然后拷贝一个副本存入mongodb中。

历史数据是用于平台生成运行日志和数据分析，因此历史数据需要具备可快速查询的存储方式。在协议处理器中需要设置一个周期性执行的自动任务，其主要功能是从mongodb中查询出未聚合的设备数据，并将其写入到设备的基础文档中，自动任务根据业务的不同可灵活设置。利用上述的设计模式，可以快速进行图表、图形及曲线统计功能。

2.6 业务应用端

业务应用端可分为Web页面系统、手机app（Android+IOS）、微信服务号及小程序。

如图3所示，WEB页面系统分为前端系统及后台系统，前端系统供客户使用具体的业务功能，包括数据实时展现、工艺流程图查询、轨迹回放等。后台系统主要用于基础数据建立、权限管理等。

图3 消息推送流程图

手机app主要用于数据的实时监控、告警信息接收、视频监控、站点定位等功能。

微信服务号则便于企业向用户推送服务信息，宣传企业产品及服务。

3 结束语

基于物联网技术的LNG船舶监管平台提高了LNG趸船站、岸基站、船舶燃料设备的运营管理效率。全方位对LNG趸船站、岸基站、船舶燃料设备安全运行提供了有效的管理保障，为设备运行数据进行了科学的大数据分析，从而实现了LNG趸船站、岸基站、船舶燃料设备的信息化与智能化管理，具备较大的推广价值。