（计算机应用技术专业论文）远程安全生产监管系统的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 当前安全生产工作的基础还很薄弱，全国安全生产形势依然严峻。许多 生产现场在生产管理工作中，都需要对一些重要的参数以及工程运行状况实 行实时监测，以提高工程的管理运行水平。传统的人工观测模式由于存在测 量精度低，工作强度大，资料的维护、分柝困难，不能实现实时在线监测等 弊端，远远不能满足安全生产监测与管理的需要。本文提出了一套实践证明 可行的方案，并且设计了远程安全生产监管系统，实现对生产现场的视频 音频、工程参数的实时监测与管理，具有可行性和优越性。 本文首先从客户的需求定义出发，详细描述了系统三层逻辑体系结构及 基于c s 及b s 混合的软件架构体系以及实现时的难点技术问题，。然后从 管理层软件复杂的数据出发，以面向对象的分析方法，对软件的功能模块、 数据流图、数据字典进行了描述，并阐述了在服务器及客户端使用的核心控 件以及该控件在各种情况下的编程模型和编程方法。再次，文中讨论了与研 究相关的一个子系统查询热线( 呼叫中心) 的构架。最后本文从系统安 全性方面探讨了系统开发中所涉及的对安全性问题的技术处理。 通过本文的研究，使人们对远程安全生产监管系统有一个直观、深入的 了解，对进一步提高安全生产监测与管理水平具有现实的指导意义。本文的 研究成果已经在生产实践中得到了具体运用，有良好的推广意义。 【关键词】安全生产；远程监控；面向对象；呼叫中心；应用软件 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i nt h i sc l a y st h e g r o u n d w o r ko f s a f e t yp r o d u c e i nm a n ya r e ai ss t i l lw e a k l y , s o i no r d e rt oi m p r o v et h em a n a g e m e n t l e v e l ，t h eo n - t i m es u p e r v i s eo f t h ei m p o r t a n t p a r a m e t e r sa n d t h ee n g i n e e rc o u r s ei sn e e d e d t h et r a d i t i o n a lm o d e li sb a s e do n t h em a n u a lw o r k i th a ss om a n y s h o r t a g e ss u c h a sl o w m e a s u r i n gp r e c i s i o nm i g h w o r k i n gi n t e n s i t ya n dd i f f i c u l t l ya n a l y z i n ga i l 畦m a i n t e n a n c i n gd a t u m t h a ti tc a n t m e e tt h e r e q u i r e m e n to fs a f e t yp r o d u c e t h i s d i s s e r t a t i o n b r i n g s f o r w a r da a v a i l a b l e p r o j e c t t or e a l i z et h eo n - t i m es u p e r v i s i n ga n d m a n a g i n ga tt h es p o tb y a r e m o t es u p e r v i s es y s t e mt oo f f e rv i d e o a n d i of r e q u e n c ya n d e n g i n e e rp a r a m e t e r s b a s e do nt h ec l i e n tr e q u i r e m e n t ，t h ed i s s e r t a t i o nf i r s t l yd e s c r i b e st h et h r e e l a y e r ss y s t e ma n ds o f t w a r e f l a m ec o m b i n e dw i t hc sa n db sa n dt h ec o r e t e c h n o l o g yo f t h es y s t e m f r o ms t u d y o f t h e c o m p l e x n u m b e r o f m a n a g e rs o , w a r e , t h r o u g ho b j e c to r i e n t e da n a l y s i s ，i td e t a i l e d l yd e s c r i b e st h ef u n c t i o nm o d u l e , d a t a s t r e a mc h a na n dd e m a n dd r a f t a n dt h e ni ti n t r o d u c e st h eu s i n go f e o r ec o n t r o li n s e r v e ra n dc l i e n ta n dt h ep r o g r a m m em o d e la n dt h em e a n so f t h i sc o n t r o li nm a n y c o n d i t i o n s a f t e rt h a t ，t h i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h es e c u r i t yo ft h es y s t e m d e s c r i b e da b o v e t h er e s e a r c ho ft h et h e s i so f f e r st h et h o m u g ha n dd i r e c tk n o w l e d g et ot h e s u p e r v i s es y s t e mo fs a f e t yp r o d u c e f o rr a i s i n gt h es u p e r v i s ea n dm a n a g el e v e l ， t h i sd i s s e r t a t i o no f f e r sa p r a c t i c a lm e a s u r e s ：t h i ss t u d i e dp r o d u c t i o n h a sb e e nu s e d i np r a c t i c ea n dt h ee f f e c ti sp r o v e df a v o r a b l e k e y w o r d s ：s a f e t yp r o d u c e ；r e m o t es u p e r v i s e ；o b j e c to r i e n t e d ；c a l l c e n t e r ； a p p l i c a t i o ns o i t w a r e 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 l1 引言 第1 章绪论 “关爱生命，关爱安全”是社会进步、文明的标志：是共产党人执政为 民，认真实践“三个代表”重要思想的体现；胡锦涛总书记强调：“安全生 产关系群众生命，要作为一项重要工作切实抓好。” 党中央、国务院高度重视安全生产工作，安全生产法的颁布和实施， 是我国安全生产法制建设的一个里程碑，国家安全生产监督管理局的重新组 建，进一步强化了政府安全生产监督管理的职能，我国的安全生产工作进入 了一个新的发展阶段。 但是，当前安全生产工作的基础还很薄弱，全国安全生产形势依然严峻。 突出表现在以下几方面： 一是事故伤亡总量居高不下。2 0 0 2 年各类事故死亡总数超过1 4 万人， 其中道路交通1 1 万人，工矿企业约1 4 万人。平均每天约有3 8 0 人丧生于 各类事故。需要引起注意的是，去年事故死亡人数超过5 0 0 0 人的l o 个省基 本都是经济大省，其中8 个省安全事故死亡人数增加的幅度超过g d p 的增 长幅度。 二是特大事故虽有所下降，但是仍不自b 有效控制。2 0 0 2 年全国共发生特 大事故1 2 7 起，死亡2 3 1 3 人。其中一次死亡3 0 人以上特别重大事故有1 1 起、死亡5 9 4 人。特别是“4 1 5 ”空难和鸡西煤矿的“6 2 0 ”瓦斯爆炸事故， 损失惨重，国内外影响很大。尤其需要注意的是，我国中西部地区仍然是特 大事故的高发区。去年全国发生9 起以上特大事故的五个省份，中西部地区 就占四个。 三是大量非公有制小企业仍是安全生产的主要矛盾。非公有制小企业， 一般规模小，生产方式落后，许多不具备基本的安全生产条件，一些业主“要 钱不要命”。这部分企业的事故起数和死亡人数，都占全国事故起数和死亡总 数的7 0 左右。去年全国乡镇煤矿发生的3 6 起特天事故中，就有1 9 起是无 证非法小煤矿或未通过验收擅自恢复生产造成的。对这1 9 个小煤矿，当地安 全监察机构事先都提出过监察意见或下达了关闭停产的决定书，但没有得到 落实。 四是各地瞒报事故的问题仍时有发生。近几年，对瞒报事故的现象，通 嚣南交潦大学硕士辨究生学位论文第2 茭 过媒体曝光、严肃查处，有所遏制，假是仍有一些j e 法业主，置法律法规于 不矮，事赦发生后不援不筑织抢救，述玻璃现场，转移尸体，甚至遂之天天， 径质极其瑟劣。隐罐事被瓣臀后充分鬃辫蹬一些遗方程专顼整渝、安全蓝管 以及事故鸯处等方面存程的漏洞，也反映出这项工作的难度。 五是安全生产监管体系还不适应形势发展的要求。经过前段工作，安全 鼗誊办量“艨屡衰减”熬状况虽有联穗转，毽没有彻巍改变。曩髓越采成立 省级安全监臀襁构的还膏5 个省区。醴成立安全生产虢管瓿摘靛2 6 个省区 ( 市) ，也不同程度存在机构不健全、权威性不够、力匿薄弱的问题。特别是 全国5 0 以上的地( 市) 、7 0 以上的县( 市、区) 没有专门机构。同时， 叁于多数安塞蕊营瓿构不怒独立戆法久实髂，无法缀簿安全生声溘技法 主体的职责。 六是安全生产监管内容的海量增长与安全生产监管力量的缓慢发展的 矛盾日益突出。随着我围袋产力的日盏发展，需要监管的企业或嚣爱监管的 痰褰呈琨海爨灌长戆态势。露安全生产簸管撬稳遣哭艉在一定魏蘸鬻瘫发震。 显然，肇纯依靠监管人员“层层撼关、严防死守”，已经穰赡适应新时 期安全生产工作的要求。难是在这样的形势下，国家局领导提出了“科技兴 安”的战略懋想，号召通过一样科技创新，充分发挥科技第一生产力的作用， 燕抉瓣终埝踅专管理一钵豫建设，撬麓熬警、篮察、管理工终戆效率。 1 2 监测系统的发展史 人类缀早就会零h 用物体的物理现象舄效应，通过藏接观察来逃弦对乡 界 的深溅。翔，入 骛囊早耩会嚣用求豢瀚热涨冷缩采探溺温度离甄，翻矮毛菱 遇湿伸张来搽测空气中激度的大小。1 7 4 5 年牛顿大学研制了一种称作牛顿瓶 的装置，利用电荷同性相斥的现象来探测电荷的大小和极性。窘别1 8 6 0 年， w 嚣f 1 予锯造了爆锅线鞠溪l 量湿度，撵测者才可以裟被测点赡跟离，剩 甭线瑟毫瓣炎亿来搽溅滋魔。 2 0 世纪5 0 年代，由于当时军事王业要求快速，准确，实时，多路，大 量的测量及j 行数据处溅和控制，在荧国产生了目幼测试系统( a u t o m a t e d t e s t s y s t e m ) 鼯袭人王最少参与馕撼下能自动遴嚣溅量、数攒处理蒡以 所需方式输爨_ 剿试( 莹) 结果的系统。自动测试系统的出现是奄予技本、诗 算机技术与测量及仪器仪寝技术深度络合的结果。计算机成为铡爨系统的核 心，彻底改变了传统的测嫩模式，促使澳0 试技术发缴了质的变化：从个别变 西南交滋大攀硕圭磷突生学往论文第3 页 量的测试转变为整个系统的特征参数的测试；从单纯的接收、显泳转变为控 制、分折、处理诗箕与爱器输出；跌燕肇台仪器迸锊禊l 试转交戈鳃建囊l 试系 统进行测试；觚传统独立仪器模式转交灸充分幂i 用计算梳软硬资源瓣禊l 试系 统。从而测掇系统由松散结合的、常常不兼容的、独立的仪器发展成紧密结 合的测量系统。 夔簧诗簿秘、缴电予、道信彝嬲终接零戆飞速发嶷帮稳互终埂，舞网络 化攫4 试援术的产生帮逐遥发展提供了强肖办盼技术蕊獭。一方面，使得测试 的过程、测试的目的、测试结果的管理等观念发生了改变；另一方面，在通 用计算机、通用软件、标准网络思想的指导下，测试技术逐渐向计簿机标准、 瓣终囊范纛貔。组建瓣终他鞭l 试系统不仅戆实现更多蠡孽资源共事，麓往系统 建设和设蠢维护，降低缀建系统的费霜，还可提高溪试系统的功溉，并拓宽 其应用的范围。随着测试网络的发展，测试网络和信息网络的集成，最终实 现统一的网络，将是必然的发展趋势。 1 3 。蓄内外煎铡系统研裁领域现状和水平 监测系统平台的发臌是一个系统工程的过程，玄罄萃了各门工程投术的 鼹耨发展成鬃，系统地将宦们组合在一起。近年来，由予技术豹发展，使工 程整涮系统及乎台熬发袋爨瑗7 一些颛瓣韵囱，当蘩其楚手更活获豹磅究兰 中。本文将像们总结为以下几个方面分另加以叙述。 1 3 1 自动测试系统的发展 垂动溺试系统霞称a t s ( a u t o m a t i o nt e s t i n gs y s t e m ) ”。宅魏磅袋开发工 作始于5 0 年代美国的军攀工业。随着科学技术和生产的发展，对魄予测量提 出了越来越商的要求，特别是电子计算机的广泛应用，在各个领域也引起了 一连睾深刻的反昀。溪l 试内容曰趋复杂，测试工作爨惫副增加，对溅试设备 在功髓、佼麓、溪l 试速度、测量准确度等方器的要求嚣愈提高，传统的夭工 测试已经很难满足要求。因此，a t s 程民用工业和科研部门也逐疹得到广泛 的应用。同时，与最大测试技术有关的理论研究工依也得到很大发展，成为 溪l 试领域孛的令活跃分支。在众多鹣爨凌禊l 试系绫巾，曩骜最鸯影昀力豹 是c a m a c 系统，g p i b 系统，v x i 系统和p x i 系统。 由各类自动测试系统及仪器总线技术的发展可看出：l 、现代化的自动测 试平台都魁簪标准化、开放性方向发展，易于集成嗣甄操作性等测试系统更 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 f f 为广大工程技术人员所接受。2 、计算机工业的发展已经成为仪器工业与自动 化技术的催化剂，现代自动测试系统的硬软件平台趋于建立在p c 技术平台 之上，如p c i 总线、g r m d o w s 操作系统等。3 、网络化技术已经成为开发新 的测试系统的一项十分重要的内容。 1 3 2 传感器技术的发展 传感器是人类探知自然界信息的触角，它可将人们需要探知的各种非电 量信息转化成可测的电量信息，是信息系统的第一道门槛，为人们认识相应 的对象提供条件和依据。作为现代信息技术三大核心技术之一的传感器技术， 从诞生到现在，已经经历了“聋哑传感器( d u m bs e n s o r ) ”、“智能传感器 ( s m a r ts e n s o r 或i n t e l l i g e n ts e n s o r ) ”、“网络化传感器( n e t w o r k e ds e n s o r ) ”的 发展历程】。 由于智能传感器广泛的市场前景和无所不在的应用领域，如智能交通系 统、虚拟现实f v r ) 应用、信息家电、家庭自动化、工业自动化、p o s 网络、 电子商务、环境监测及远程医疗等等，国内外相关研究正方兴未艾，各类方 法和实现方案不断涌现，各有特点和优势。总体上讲，这些研究无非是两大 类，一类是直接在智能传感器上实现t c p i p ，使之直接连上i n t e m e t ：另一 类是智能传感器通过公共的t c p f l p 转换接口( 或称嘲关g a t e w a y ) 再与 i n t e m e t 相连。 目前，包括s i e m e n s i n f i n e o n 、p h i l i p s 及m o t o r o l a 在内的数十家大公司联 合成立了“嵌入式i n t e m e t 联盟( e t i ) ”，共同推动着嵌入式i n t e r n e t 技术和 市场的发展。具有i n t e m e t i n m m e t 功能的网络化智能传感器技术已经不再停 留在论证阶段或实验室阶段，越来越多成本低廉具备i n t e m e t i n t r a n e t 网络化 功能的智能传感器执行器涌向市场，正在并且将要更多更广地影响着人类生 活。 1 3 3 现场总线技术的发展 现场总线( f i e d b u s ) 是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现 双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底 层控制网络。现场总线突破了传统采用一对一连线，用电压、电流的模拟信 号进行测量控制或采用自封闭式的集散系统的限制，构造了真正的全分布式 系统，将测试任务分散到现场设备中，上位计算机只负责监控以及一些复杂 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 的优化和先进的控制功能。因此，现场总线是底层信息与数据传送的主体， 处于重要的基础地位。下面表1 1 是几种典型现场总线。 现场总线 f fl o n w o r k sp r o f l u sc a n 传输速率 3 i2 5 k 啊3 k 孵9 _ 6 曲妒 l m b d s l m b p 以5 m b p s1 5 m d i 。，1 1 2 m b p s 距离( k m ) 1 9270 a 0 0 4 0 m b p s ) 最大节点数 3 21 2 71 2 71 1 0 实时性好好好好 表1 - 1 典型现场总线性能比较 1 3 4 局域网技术的发展 在一个小区域范围内，将独立系统互联起来实现资源共享，就构成一个 局域网( l a n ) 。它是从地域角度划分的一类数据通信网，以区别于广域网 ( w a n ) 、城域网西1 a n ) ，用于覆盖范围较小的系统互联，如一个单位、一幢 大楼等，范围不超过1 0k m 。目前局域网所使用的主要标准是i e e e8 0 2 系列 标准。该标准适合于建立在具有中、高数据速率、低延时及低差错率的通信 信道上。i e e e8 0 2 标准已经成为国际标准，即i s o8 8 0 2 系列标准。 局域网采用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆以及无线电、微波、 红外、激光等。目前双绞线基本上取代了同轴电缆，能以1 0 0 m b p s 甚至更高 的速率传输，且成本低廉，但是传输距离有限，抗干扰性能不高。光缆是发 展最快的传输介质，具有传输速率高、传输距离远、抗干扰性和保密性好等 优点，但是目前安装和连接困难，光电接口比较昂贵，主要应用在骨干传输 网。局域网常见的拓扑结构有星形、环形和总线。随着集线器( h 1 妫的出现和 双绞线的大量使用，星形拓扑结构的局域网逐步取伎了总线和环形拓扑结构 的局域网。它结构简单，易于安装维护，便于管理和扩展，可以采用廉价的 双绞线和具有发展前途的光缆，并同电话通信系统具有一致的传输介质布线 规则。局域网常见的访问控制方法是载波侦听多路访闯冲突检测( c s m a 佃) 、 载波侦听多路访i a 1 冲突避免( c s m a c a ) 以及令牌传递方法。局域网由主机、 传输介质、适配器、连接器等构成硬件平台。网络操作系统用于控制、管理 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 局域网的正常运行。局域网目前主要的操作系统有u x i x ，n e t w a r e 和w i n d o w s n t 操作系统。 随着局域网新技术的不断涌现，以及市场上对局域网需求的迅速增加， 局域网的发展将非常迅速。可以预见，在近几年内，lg b p s 以太网、虚拟局 域网以及无线局域网将成为局域网发展的焦点。 1 3 5 分布式软件开发技术的发展 t 。 w i n d o w sd n a 是m i c r o s o f t 公司在w i n d o w s 平台上，针对如何开发一个 强健、稳固、可扩充性好的分布式网络应用系统而推出的解决方案。w i n d o w s d n a ( 分布式的互联网应用体系结构) ( w i n d o w sd i s t r i b u t e di n t e r n e t a p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r e ，简称) 是一个建立现代化的、多层次的分布式计 算解决方案的体系结构，它可以通过任何网络进行传输。w i n d o w sd n a 用以 建立基于m i c r o s o f tw i n d o w s 平台的各种应用程序，此平台使p c 机和 i n t e r n e t 完美结合。w i n d o w sd n a 的核心是网络和客户服务器应用发展模 型的集成，该系统通过一个公共对象模型实现。w i n d o w sd n a 使用一套通用 的服务集，如组件、动态h t m l 、网络浏览器和服务器、脚本、事务处理、信 息序列、安全性、目录、数据库和数据存取、系统管理以及用户界面。这些 服务以统一的方式公开于各个层面，供应用程序使用。 1 4 研究远程安全生产监管系统的必要性及本文所做工作 1 4 1 研究的必要性、迫切性、可行性 当今许多工程( 如电厂、水厂、水库大坝、引水工程、煤矿、化工、交 通中心等) 在生产管理工作中，都需要对一些重要的参数以及工程运行状况 实行实时监测，以提高工程的管理运行水平。传统的人工观测模式由于存在 测量精度低，工作强度大，资料的维护、分析困难，不能实现实时在线监测 等弊端，远远不能满足工程监测的需要。因而迫切需要进行自动化技术改造。 虽然许多工程需要监测的对象不同，但就自动盔测系统本身来看，它们 存在着许多共性，例如，许多非电量参数( 如压力、水位、流量等) 或强电量 参数( 如有功功率、电压、电流等) 通过传感器或变送器，大都可以转换成计 算机易于采集的弱电量( 如电压、电流、频率等) ；视频音频数据实时监测实 现技术相差不大。此外，安全生产普遍存在监测项目多，测点数量多、分布 蘑南交逶文拳硕士磷究生学位论文警7 页 广，需集中监测等特点。因此，针对这些基性及实际生产的需要，研制开发 套逶焉撩强、胃靠蛙嶷、翕子扩襞维护虽毪莪赞格魄较裹熬安全蕊溺系统 平台是l # 常必要瓣。 计算机技术的飞速艘展，数据通储、网络工程和信息管理等麓统性能的 巨大改进，如现了将自动测试技术、计牌机技术和通信技术结合越来的时机。 溅试系绕难麓彗诗冀税纯、掭灌琵寒瓣络毽三大趋势发展。溪现了一些疆热 “丽络裁鼹役器”等毙避的鞭l 试瑾念。瓣终技术斡蕊接应鼯，谈滚l 试系统凄 现了如下谶步和变化；阐络把各个分散的测量仪器设备挂在趟，使测量 不再是各雎个仪器设备棚甄独立操作结果的简单组合，而成为一个统一的高 簸嚣夔簿，器役器设各之阀逶蓬瘸终交换数据、蘩患，窦臻各纹耱潦源獒共 享和瓣蠹劫髓的优纯整合 通过辩络嶷接簸现撅聚集数擐，攘数据采集酶 方式更标凇化；变为究全的数字化操作，从而更谢散地减少了测量误差。 在对安全监钡4 现代他潞求呼声最商的一些行业域领域，传统的局部范围 翁鳖溺系统越来蘧霸嚣螅裘褒窿不适淡，安空生产瓤门逵留要求稳建较大范 围内的甚麓楚全国性的虢测系统或篷测黼络。 因此，本文认为构建以网络为基础的多级分布溅的远程安全嫩产监测及 管理系统警台，即通过k t c r n 或在全世界范围联网，髑域网在工攫现场组网， 获嚣实瑗蠢耱数蕹，绩患簸跨逮壤跨辩润抟赣与交羧，溉是癌怠辩谯鼗字瓣 代发展的必然趋势，也鼹实际工程的追切需要。要解浃这一问题必须深入、 广泛地解决有关计算机删络、现场总线及其分布式软件体系结构的些关键 技零蠹容，使传统豹或鼹鄢范基的鑫幼监测系统的体暴结橡恕融鸯在计募机 两络系统舔系络稳孛懿方随发震；篌森传统熬童动簸灏系统争缝子次要遭霞 的计算机网络系统成为构建的核心。丽计算机网络技术的日益戚熟，如局域 网、接入网及广域网技术，提供了将测试、网络和通信领域最新进展结合起 寒静现实w 靛，也为这一思路豹实现提供了可携熬技术支援。与这愚想密 密摇关熬辫0 技术是； ( 1 ) 工程信息的现场获取，必须将暂能传感器姆以工业以太网为基础的 现场总线粼绒结合起来，实现监测对教参数的实时聚集，实现现蝴设备的智 鼹纯与囊麓鑫潞搀； ( 2 ) 宠蔽瑷代毪铃魄蕊鳃蓝嚣燕绫盛矮罨系统巢成技寒，瘸汰挚争援寒夔 各种智能传感器、现场总线、通信系缆、网络系统端硬件平台与大型数据库 及分布式处理软件很好地结合起来，解决在异构和分布环境下设祷豆连、传 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 输介质共享、数据通信和设备互操作等问题； ( 3 ) 以网络为基础的安全生产监测与管理系统必须解决信息传输( 包括 文本、图形、图像) 协议的标准化问题。从现场总线设备到广域网，其通信 协议的选择必须符合工业标准或目前的事实标准，实现信息的实时共享； ( 4 ) 研究分布式测控系统集成框架、分布式编程模型以及软件开发环境， 采用组件技术来构造分布式网络应用的软件系统； ( 5 ) 必须研究用现代控制理论的方法解决被监测对象运行状态及特征的 分析问题。现代控制论是一种普遍的方法，对于工程参数监测系统只要正确 选择观测量( 监测参数) 对于确定系统内部状态变量有重要的意义( 即系统 的能观性) ，重要的在于观测量和状态变量之间的规律性联系，而不在于观测 数据的多少； ( 6 ) 系统是否可行须通过应用检验。所研制系统是否可用、适用范围、 性能表现、对应用环境的要求等特性只有通过实际的工程应用才能体现出来， 因此，研制系统的工程应用也是新系统研制过程中的重要一环。 ( 7 ) 此外，对工程技术人员来说，还须能面对和解决研制系统在现场调 试中出现的意想不到的技术问题。 1 4 2 本文研究的主要内容、目标与方法 本文的研究内容是围绕构建一套多级分布式的、网络化的安全生产监测 与管理系统平台，重点针对以下技术问题： 安全生产监管系统总体设计 面向对象分析与设计 安全信息门户设计 系统安全性的处理技术 本文提出了一套实践证明可行的方案，并且设计了远程安全生产监测与 管理系统的一个原型，已经投入到四川省部分市、县实际的安全生产管理中。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第2 章安全生产监管系统总体设计 2 1 系统的基本工作原理 数字化监控系统是将计算机网络技术、多媒体技术与监控技术有机地结 合起来的一种全新的监控系统。它能将监控系统和计算机网络系统连接起来， 使两个相互独立的系统开始走向融合，实现真正的三网合一( 数据、语音和 图像) ，在理念和方式上取得了重大突破。利用计算机网络技术，将数字化的 监控信息传送到网络上，与现有的信息管理系统融为一体，使网络中的每一 台多媒体计算机上均可实现对监控信息的管理和调用，提高管理水平和管理 效率。数字化监控系统的出现已经超出了传统监控的范畴，在其基础上增加 了管理的概念。它事实上已经成为现代化管理的一个有力工具。 数字化监控系统作为新* 的现代化管理手段已经在各行业得到广泛应 用。为保障生产现场按秩序运转，保证各部们财产安全，建立一套具有高可 靠性、全自动化豹视频、音频、参数监控及防盗报警系统显得尤其重要。一 套具有高可靠性、全自动化的视频、音频、参数监控及防盗报警系统不仅让 管理者及时了解现场情况，而且可以减少和预防事故的发生。 系统以县( 市) 安监局为监控、管理中心，以企业为监控主体，构建一 个集政府安全生产监督管理与企业安全生产监控为一体的覆盖全市的监控网 络系统，实现包括视频、音频、报警、生产参数等多种信息的综合数字监控， 同时赋予管理中心以强大的功能，成为县( 市) 政府安全生产与突发事故 处理的监控中心、管理中心、信息门户和指挥求援中心。中心可以经专门节 点接入政府( 党政) 网或互联网中，实现与更高层的数据通信与信息共享。 ( 1 ) 省、市以及县级安全生产监督局由于面对众多被监单位和监控点， 点对点的拓扑结构无法满足技术上的要求，而单独建立独立与互联网之外的 “安全生产监督管理信息网”在经济上和技术上都是难以想象的。建立省、 市、县一级的“安全生产监督管理信息网”网站，似互联网为基础进行组网， 实现信息传输和交换。 ( 2 ) 县( 区) 级安全生产监督局直接面对辖区内的被监单位和监测点， 数量庞大，若全部采用点对点的拓扑结构，县( 区) 站将不堪重负，系统甚 至崩溃，无法正常运行。若采用建立“企业网站”，也以互联网为基础进行组 网的方式，可以克服点对点方式的缺点。但该方式对于企业来讲将增加一笔 西毒交滋大掌颈士磷舞生学位论义第l o 页 网站建设赞和网站管理运行费，一般众业难于接受，这将严重阻粥推广工作 的秀震。 莓前，采用点对点釉互联网相绥念结梅，尽胃能促使有经济力的单 位建立企业网站，同其食单位已经建有的企业网站一道，通过互联网纳入“安 全生产监督管理信息网”，而对于其它被监单位则采用点对点的方式入网。 ( 3 ) 被楚单爱戆整测点数量较少辩，罴羽点对患方式入网，巍频售号采 用闻轴电缆传输，监测交送器采用r s 4 8 5 传输。当簸测点数量较大拜寸，盗测 变送器采用r s 4 8 5 总线方式传输。当j l 茳测点数量多于3 2 个时，般测变送器 采用分区r s 4 8 5 总线方式传输。 对予建骞l a n 豹救簸荤位，程壤僖号、夔测臻号臻可通过l a n 入网。 由予l o n w o r k 产晶、开发平台的价格较商，猩跨前斡条件下推广有一 定困难，不巍超前采用。对于己建有l o n w o r k s 的被娥单位，可通过l o n w o r k r s 4 8 5 转换接口将r s 4 8 5 设备接入l o n w o r k s 。 2 2 。系统结构与特点 2 2 1 用户需求 ( 1 ) 臻簸需求 【1 l 数据采集 数据采集包括：视频、音频、各项安全参数、榜项生产参数、相关文档 擐表等的采集( 跌上各项，下文如无专门说羁通称数据) 。不同数据采集所用 静设备窝方式可篆存耩不黼，毽都俸为艨始数据逶避隧络健赣至众潼安全管 理中心进行统一管理( 文档报表型数据可采用其它方式采集和传输。如人工 采集和送i 表，也可自动生成电子文档) 。根据采集所用的设备和方戏不同，主 要包括以下掰个功能。 【1 1 】筏音频蓝控 对视音频数据的采集，主要通过在生产现场和周边环境安装簸控设备实 现。又可分为不间断采集、自动定时采集( 巡检) ：筝动控制采集、视音频分 爨或露步采集等多耱采集方式。功戆魏疆：睁列蛞杰、选择妥集方妓。 【1 2 】参数检测 虽然不随企业需要检测的具体参数不同，但其熬本原则和目盼一致。 参数检测主要又分为对生产安全参数检测和生产工艺参数检测两个部 西南交溅大学硕士磷突生学位论文第l l 页 分。主要避过在生产现场和周边环境蜜装各类传感器实现 功能氮据：蜉朝蛄点、逸择采集方式 1 2 1 傣怠综合管理 信息综合管理功能采用主动管理模式。对企业上传的各项信息进行分类 管理。 【2 1 】残音频数据餐理 功能镪捂：实时显示摄象、储存、隧艨视音频数攒、画蟊抓屏、画嚣打 印等【2 2 】参数数据管理 功能包括：参数汇总、显示、生成报表、和标准参觐进行对比、自动报 警等。 1 2 3 】工作信息簧溅 对下属站点上传的相关文档进行错理。 功能包括：文档查阅、保存、汇总、生成报表等。 【2 毒】籍惑门户 呼日q 中心功能采甩被动管理模式。其主要有两种触发模式，人工触发和 自动触发。系统该功能相对较为独立，考虑单独采用b s 结构，架设w e b 服务器。 簿朝中心鼓器路为纛，能实瑰短麓凌麓。语鸯戆经塞金残。 呼叫中心和预案之间要建立联动髋。当呼叫中心被报警数据自动触发后， 将同预案中存储的比对数据进行比对。满足条件的将触发相应的颥寨。 人工触发管理 主要撵公众人圭遥邋裳箍办蠢孝圭会公开匏露疆潮t 蜜富系统躐电话语音 留言系统谶行呼日q 。系统接到呼叫后触发录音、报警、通知相关负责入、预 援方案等程序。 自动触发管理 系统赢瓣企堑主传的数据进行巡稔辩，发瑗不安全翁数蠢霹鑫旗皴发录 音、报警、通知相关负责人、预援方案椁程序 【2 5 】预援方案 颈援方嶷采瑗主被动络合麓管理模式。黢可由孵嘲孛心被动辙发，也可 由具有福威投限静系统搽作员，禳撵僚况手动选择蠢寨庙震，氇霹实辩调整 由呼叫中心被动触发的方案。 预案设鼹 西南交遴大学硕圭研究生学位论文第1 2 页 为提高嶷管部门对企业安全生产情况的监控和处巍能力，所以系统预先 设置一些紧怠豢嚣豹处理方案。 方案倍患包括：方寨健号、方案髫际、稽关金媲、方案紧急级瓣、方案 实施人姓名、方案实施人联系方式、上级主管部门负资人姓名、上级主管部 门负责人联系方式、方案触发条件、处覆措施( 包括：显示相关众业当前情 凝、调阕稳焚众翌繇处继嚣熬遮圈，以及爨近豹公安、湾跨、医疗郄门熬联 系方式、调熬监控设备工作情况：如对攀发地点进行不闻断监控，自动保存 视音频等备项数据) 。 功能包括：预案增加、预案修改、预案删除 颈案囊旗 当企k 琥场监控点的话感器传回的某项数据，达至g 某一预案触发的条件， 则立即启动该预案。( 注：如同时有多项数据，触发多项预案。则优先启动紧 急级别高的预案) 也可由县有相应权限的操作员，学劫启动。 蠡动皴发埝入参数：众泣( 楚煮) 编号、熬发条绛 手动触发输入参数：企业( 站点) 编号、方案代号 【3 】系统管理 该功能激要是为保诞系统能够正常运于亍的基本功能。功能包括系统初始 纯、擎轰簿管理、权凝饕蘧。 【3 1 】系统初始化 操作嗣初始化 功能包括：增加、修改、删除系统操 乍员信息。 搽 乍羹信怠包籀：搽佟员襁号、摄绍受姓名、搽豫受密羁 薪瑶攘俸瑟 密码由系统自动分配，建议初次以该撩作员登陆系统厝立即修改) 、性别、职 务、办公地点、联系电话等。 系统拐次运行对，内郝貔藏一拥窝掰有权限的越缀爝户，蹋予建立真正 使用该系绫鼹操作员傣惑。该爝产在撩终员表孛苓霹燕，裙次鬟馥嚣遣必矮 修改密码。 地图初始化 ： 不露签谗县级熬安霞帮f 1 历管瑾蠡冬送域不溺，痰跌其爨燕爆的篆统遗图 也不同。系统初次运行时，必须髓够方便快捷的对系统缱用的遗圈遴行设置。 所以可以预先将地图保存在数据库中，需要使用时再将其加载。 功能包括；地图保存、地图删除、地图加载 嚣南交遴大学硕士磷瓷生学位论文第1 3 页 地图信息包括；地图编号、地图名称、地图文件 1 3 - 2 1 蛞焘簿管理 安管部门管理盼各个企业，者将默站点的形式存敞在数据疼巾。菇点簿 管理的信息包括：站点名称、呼叫电话、呼叫密码、备注 站点建立 在蜒点簿孛羧入筵赢镶息，著在毫鸯鼗载豹遗銎上设置该菇点豹德鼍。 站点修改 在站点簿中修改站点信息，并在融加载的地图匕修改该站点的位置。 站点删除 在茫患簿孛颡藩蘩杰售意，蒡在邑鞠载蠡孽邀爨上剃涂该站点豹短耋。 【3 3 】极限管理 由于本系统涉及许多需要保密的信息，所以必须建立严格的权限管理制 度，不同级别的操作员所能够使用豹功能不同。 系统霹激穰撰臻襞瘸黪关系，努秀透缀投疆。 第一缀权限为五个灏本功能：数据采集、信息综合管理、呼叫中心、顸 搓方案、系统管理。第二级权限为从属于各个基本功能的具体功能。 ( 2 ) 冀它非功能需求 【i 】浚缝需求 4 路复合视频信号输入，i v p - p ，7 5 皎晦 彩色、黑白信号自动识别，p a l 、n t s c 制式自动识别兼容 内置4 选l 通道切换开关，主机避控选择或自动循环，同对只抟输其中 一路。势辨率：3 5 2 2 8 8 、3 2 0 x 2 4 0 、1 7 6 x1 4 4 ；传赣速率( c i f q c i f ) ： p s t n2 - 5 1 0 帧秒，i s d n 5 1 0 2 0 巾贞履吵，最高1 5 2 5 帧秒( 2 3o 4 k b p s ) 。 系统采用的摄像机成当是p a l 制的具有标准视频信号输出的c c d 摄像 规。由于系绞采矮翡极爨传输援鲍最大分辨率可达剽3 5 2 x 2 8 8 ，暇j 圪摄像机 应良不低予3 0 0 线为宜，辩其晶媵没蠢特男要求。 传输仪器发送声音时需要接话筒，可在声音输入端口直接接黢话筒，最 多可接四支话筒。为对讲溅广播需要在声音输出端翻接耳机或扬声器。 【2 】安全设攘爨求 根据现场的情况定； 【3 】安全性需求 由于不同级别的操作员有不同权限，管理的范围也不同。操作员在第一 西鸯交潦大学硕圭磷巍生学位论文第1 4 页 次进入系统后，必须修改凼系统自动赋予的初始密码，并对该密码保密。 系统饕联功戆为绦辽谈系统歪豢王搀豹囊魏，只魏灸多数久攘露。荠虽 不要轻易修改其中站点倍感等设置。 系统相关设备应做到专机专用、专线专用。以尽可能减少病毒域其它因 素的干扰。 1 4 1 系绫软转矮量糕蛙 要求达至连续无故障运行2 年殴上。r 2 2 2 系统分级逻辑缩构 蔽据簿户嚣隶，系绞袋建分层遴狳结稳，形成了一令莓玟乏这黉裹、下 连企业的安全数字监控网络系统。 企业级；企业级处在递阶结构的最茂层，位于憋个系统的最前端。企业 级由分布在各企业的局部般控系统组成，实现企业内部事故隐患场所的视频、 音频帮萁它霪要安全参数豹实辩蓝控，并将鼗控痿惑瓣瓣囊昙( 枣) 安篮弱 监控中心。 管理级：系统的中间层称为管理级，即县( 市) 政府安全生产监控，管 理中心。分巍在企业级菇簸控点豹重要视频、音频及其它生产参数信息，经 数字妄乏楚瑗麓，通过普逶瞧话露终( p s t n 或i d s n ) 、夯蘑逶过i s d n 、移费 电话网、无线连接等方式传输到管理中心，由管理级实现全市安龛生产的协 调监控、综台管理和高度捂挥。 组织级：位予系统最上瑶豹是组织缎，帮所谓的决蒙层。由安全监控系 统提取的蠢季孛信感，逶避遴信网络( p s l n 、l s d n 、移动瓣、无线镣) 汇集 县( 市) 安j i 鬣局管理中心，构成县( 市) 级安全生产管理系统。该系统可以 专门节点接入政府( 党政) 网或互联网( i n t e r a c t ) 中，提供给更粥层的决策 者实现对安众生产警理的焱谗、分析和决策指挥。系统分级逻辑终构图如图 2 1 所示。 西南交滋大学硕士舔究生学位论文第1 5 页 闰2 - 1 系统分级逻辑结构圈 远程般控系统结构妇黼2 2 所示。 瓣2 _ 2 远程藏投蓉绞结掏图 系统疲爝模式为：般应用模式、与本地监控酴食应用模式、工照测控 应用模式。 文中承例采用的应用摸式为一般应用模式。如图2 3 所示 西南交澈大学硕士磷究生学位论文第1 6 爽 圈2 - 3 系统示弼采矮瓣敷庭臻模式 与本地簸控配合应用模式如图2 - 4 所示。 图争4 与本地监控既台应璃模式 工韭鬟藏应薅模式魏潮2 _ 5 掰示。 强2 5 工业测掇庭翅模式 2 2 3 综含描述 ( 1 ) 谨理级系统软件的功能模块 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 管理级系统软件的功能模块如图2 - 6 所示。具体内容本文后面章节将给 予阐述。 2 - 6 管理级系统软件的功能模块 ( 2 ) 用户类型和特征 本系统针对的用户主要包括：企业的安全管理部门、市( 县) 级安全生 产管理办公室、省级安全管理办公室。 考虑软件的易操作性。客户端采用w e b 形式i 所有设置在服务器端完 成。用户只需输入其帐号密码就可查看其权限范围内的信息。 ( 3 ) 运行环境 软件环境：系统运行在中文w i n 2 0 0 0 操作系统平台。 硬件环境：p c 、网络通信设备、摄像机、用于数据采集的传感器等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 系统开发工具：v b6 0 数据库系统：s q ls e v e r2 0 0 0 ( 4 ) 系统结构 服务器采用c s 三层结构体系，客户端采用b s 两层结构体系，如图2 7 所示。 吕 i r j 数据采 客户端 应用服 要 一 叫m s , l - - -一 营0 ( g u i ) + 集设备 务器 i i i i 砌服i i 浏览器j 1 l 7 l 务器 1 1 图2 7 系统基本结构图 ( 5 ) 设计和实现上的限制 为保证数据正常传输，客户必须拥有基本的数据传输线路，即普通电话 网络口s t n ) 。有条件的客户可考虑接通宽带网络。根据现场测试情况，如果 电话线传输能达到3 0 k 左右的速度，可同时采集四幅图像，并保证图像质量。 并且必须保证线路质量稳定，否则将图象传输将无法进行。 ( 6 ) 外部接口 【l 】用户界面 界面原型如图2 8 所示。 嚣南交滋大学硪士磷瓷生学位论文 第1 9 页 图2 - 8 界面原型 【2 】硬件接口 数据运疆传骧系统采鬻远程鍪控佟输器。 其它硬件设备包括： 摄像机、云台； 羚鼹m o d e m ( p s t nm o d e m 、l s d i nm o d e m 绒g s mm o d e m ) ： 报警攘头：包臻爝慧、漫麦等穰据不同金馥静情况选择； 等等。 【3 】软件接口 采用逡稷蕊控系统提供豹数据接收羧 孛。 2 2 4 。系统创新点 先进性：在国内首次提出把政府安全生产监督岛氽业安全生产般控集成 劐阉一个系统，弱魇分鼷递除繁橡构建瑟( 枣) 级安全生产燕控湖络终系， 形成了一个按术先进、绕构会瑾酶安全生产霹络系统；( 2 ) 由于熏大危险源 与事故隐患场所的分散健，实现分布式监控的最大困难在于图像、语音和其 它数据信息的实时传输。本系统兼容多种通信方式，同时使用我们自主开发 西南交滋大学硕士研究生学位论文第2 0 页 的专用图像聪缩和传输装鬣，通过普邋电话网络实现多种信息的熨时传输， 其毒强大熬溺络逶售功黢；舞发了霆形纯管理系统，蜜全生产簸控继悫戳遣 鹜方式结合瓣市( 县) 撼闰中，匿霞荚躐、生