基于J2EE技术的石油管道安全管理系统设计

戚云鹏

关键词：J2EE技术；管道安全；管理系统设计；MVC结构；Oracle数据库

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）08-0043-03

0 引言

随着计算机技术、信息技术的发展，石油管道公司对于石油管道的安全性管理效果显著提升，有效地降低了事故的发生率、运营成本，但是虽然部分石油管道公司拥有自己的管道安全管理系统，但是缺少专业的安全管理软件系统，虽然例如OA系统、EAM系统等能够被应用于管道安全管理系统中[1]，但是仅能满足部分的石油管道安全管理的需求，并且这类系统多采用C/S模式[2]，该模式的系统在使用时存在客户端较为臃肿、操作烦琐等弊端，基于此，设计了一套采用B/S模式、通用于石油管道公司、基于J2EE技术的石油管道安全管理系统。

1 安全管理系统的架构设计

1.1 系统的功能设计

安全管理系统设计目的是服务于管道业务，因此应以管道业务为导向设计功能。管道安全管理系统功能的实现基于管道数据，而且管道数据为管道业务的基础，所以管道安全管理系统的功能设计应以数据的储存、交换、分析和处理为基础，而为实现J2EE技术应用于管道安全管理系统的构建中，体现出J2EE技术的可伸缩性、灵活性以及易维护性，将系统的功能模块化设计，采用功能模块集成安全管理系统，是安全管理系统构建的重点内容。因此，结合石油管道公司的管理方式以及安全管理系统的需求，安全管理系统的功能设计如图1所示。

根据系统的需求，系统的功能基于各种模块实现包括系统设置模块、数据管理模块、安全性分析评价模块以及知识库模块，通过对模块进行设置和通过权限进行管理从而实现对石油管道安全进行管理。这四大模块是各自子模块的集合，其中系统设置模块主要实现对系统的调整和设置，包含权限设置子模块、模块设置子模块、公司设置子模块等。而数据管理模块则通过数据导入子模块、数据查询子模块、数据修改子模块等实现对数据的管理。安全性分析评价模块和知识库模块是该套系统的基础，知识库模块通过评测标准子模块、案例分析子模块、标准查询子模块为安全性分析评价模块提供标准和案例的支持，并根据分析评价的结果为管理人员提供对应的参考建议，安全性分析模块则是通过其下的管道腐蚀子模块、高后果区分级子模块等作为分析的数据来源，利用评价计算子模块、数据整合及处理子模块等实现石油管道安全性计算、分析和评价。

1.2 系统整体架构

安全管理系统基于J2EE开放平台进行构建，采用分层结构进行设计，将整个管理系统分为基础层、数据处理层、业务层以及表现层。其中基础层为数据库，包含管道安全管理过程中的所有数据，由于数据量较为庞大，因此采用Oracle系统对数据进行管理形成Oracle数据库。而数据处理层的作用为通过访问基础层，获取、处理有关数据，因此数据处理层与基础层的访问采用Hibernate框架对基础层的数据库进行映射的模式。业务层则是通过Spring框架实现逻辑控制，通过DAO（Data Access Object） 接口将业务层与数据处理层进行连接，搭建访问通道[3]。J2EE技术应用的主要体现及途径是基于表现层的技术，表现层实现数据的展示以及指令的输入，因此表现层通过JSP+JQuery技术构建。通过应用JSP+JQuery技术、结合开源框架Spring、Hibernate，实现了基于J2EE技术的石油管道安全管理系统的维修、拓展灵活的要求。

2 关键技术解决方案

2.1 采用MVC框架结构实现系统功能

MVC框架是广泛应用于“可交互式”应用程序的一种体系结构[4]，其中M 为模型（Model） 、V 为视图（View） 、C为控制（Controller） ，通过三者的结合形成了“模型↔视图↔控制”型的体系结构。安全管道系统在功能的实现中采用MVC框架结构，首先在系统启动后，由用戶在用户层进行输入，系统将输入消息发送至控制器，然后由控制器进行封装，然后再将指令和数据封装类传递给模型，模型通过Service封装类、调用数据库DAO层封装类等完成业务逻辑判断，实现对视图的控制，然后由视图为用户提供反馈，最后用户根据获得的反馈决定是否进行下一步操作，通过闭环结构实现系统的控制，如图2所示。

2.2 数据库设计

由上节1.1可知，数据是石油管道安全管理的基础，因此数据库是安全管理系统的基础，其主要作用是将管道管理中的大量数据采用相对简便的方式进行记录。因此本系统使用Oracle作为数据的后台管理系统，采用PL/SQL Developer实现数据编辑、纠正、测试、查询等操作，根据系统对于数据的需求不同，将数据分为4类，分别为管道数据的在线数据、沿线数据、动态数据以及核心数据，实体关系图（E-R） 如图3所示。

4 类数据具有数据表的形式存在，在满足基础业务逻辑的使用需求外，在表格设计时增添版本号、公司编号，版本号起到在数据导入、更新时保留历史数据的作用，公司编号起到当数据库被不同公司使用时不被混淆、便于修改、利于复用等作用。核心数据主要是描述管道的基本情况，为管道的安全性评价提供基础数据上的支持，包括但不限于管道本体的里程、类型、运行状态等信息还包含闸阀信息以及保护措施信息，例如阴保电源类型和电压、闸阀类型及运行状态等。沿线数据主要是描述管道周围环境的情况，例如石油管道沿线的第三方设施、交通设施以及建筑物信息等。在线数据以及动态数据主要是对管道状态的描述，其中在线数据的变动不频繁，主要是管道的基本状态例如压力测试数据、巡线数据、封堵物绝对里程和类型等，而动态数据由于要收集管道管理、维护、运行过程中易改变、检测和统计频率较高的数据，其数据变动较为频繁，包括但不限于管道土壤腐蚀性数据、高后果区数据等。

2.3 安全性分析评价模块设计

安全性分析评价是系统进行安全管理的核心，安全性分析模块通过对数据库中的数据进行校验，与相应的工业标准进行对比、分析与计算，提供风险等级评定结果，以及基于风险等级评价给出相应的指导性建议等。

由于管道在服役的过程中会受到腐蚀、老化、机械损伤等影响，进而会影响管道的完整性从而影响管道的安全性，因此对于管道安全性分析评价，应包含高后果区、内外腐蚀防护的有效性分析等。在进行风险等级评价时首先需确定决定性方案，然后对外腐蚀防护有效性的基础等级进行初步确定，在此基础上叠加指标进行修正，报证分析结果的有效性，最后得出最终的外腐蚀防护有效性的等级。

在管道安全中影响最为严重的、分析最为复杂的因素是管道的外腐蚀防护有效性分析，因此以管道的外腐蚀防护有效性分析为例。管道外腐蚀主要是由于管线的金属材质与外部的环境，比如土壤、大气、海水等腐蚀性介质接触处引起的腐蚀，因此对外腐蚀防护有效性分析时应综合考虑管道管体的防腐层情况、环境土壤的腐蚀性、漏损点密度、阴极保护情况等。在进行外腐蚀有效性等级计算时（以下简称等级），流程如下。

1） 从核心数据中提取管道基本情况，获取管道的分段情况（例如a段、b段、c段...n段）。

2） 根据分段情况将每一段重新分段（例如a段分为a、a、a...a） 。重新分段时需记录各情况评价的分段起始点，按照历程进行由小到大的顺序排列，即为新分管的管段。

3） 通过对每一小段（例如a1） 计算基础等级，并通过叠加指标进行修正计算重新分段的每一管道的等级（例如μa1） 。

4） 通过综合每一小段的等级（例如μa、μa、...μa） ，獲得分段管道的等级（μa） 。

根据杂散电流和阴保效果的有无，将基础等级分为良、差、极差。叠加指标为防腐层等级评价、土壤检测结果以及漏损点密度，叠加指标等级分为Y、N，判定标准为与标准规定的情况进行对比，当满足标准则为Y、否则为N。最终等级根据基础等级与叠加指标等级中Y出现的数量综合确定，判定方式如表1所示。

管道安全管理系统采用MVC框架的体系结构，因此在用户需调用等级数据时，需在“外腐蚀有效性分析”界面进行操作，根据管道管理的经验，一般用柱状图较为直观，因此需对分析信息进行视图处理，当用户调取时，管道外腐蚀安全性分析模块进行等级评价，并通过赋值将等级转化为图像。最终等级为“优”“良”“中”“差”“较差”，以“5分制”由大到小对等级进行赋分，进而绘制柱状图。

3 结论

通过设计多用户参与、命令并发等场景，对系统进行强度测试、负载测试，该系统在压力测试和功能测试中未出现有关问题，系统具有良好的稳定性以及实用性。因此通过将管道安全性分析评价等功能进行模块化设计，利用模块的集成化，以分层结构搭建系统的整体框架，结合JSP+JQuery技术、Spring、Hiber⁃nate开源框架技术、Oracle数据库等技术，以MVC框架作为安全管理系统功能实现的体系框架，设计的一套基于J2EE技术的石油管道安全管理系统，可实现稳定运行，可充分发挥J2EE技术的灵活性、轻便性等特点，并且可通过相应的模块对管道的安全性进行分析、评价，为用户提供相应的信息以及合理的调整措施、建议，对用户的管道管理提供指引，进而提高对于石油管道的安全管理效果。