楊城露，劉 毓，袁 玲

(西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710061)

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基于J2EE的石油管道完整性管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊城露，劉 毓，袁 玲

(西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710061)

針對(duì)石油管道的管理和安全需求，設(shè)計(jì)了一個(gè)石油管道安全完整性管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將J2EE技術(shù)和完整性管理模式相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油管道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)采用MVC框架和oracle數(shù)據(jù)庫(kù)；依據(jù)管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)深入的統(tǒng)計(jì)與分析評(píng)價(jià)，對(duì)可能使管道失效的主要威脅因素和適用性進(jìn)行整體評(píng)估，給出相應(yīng)的維修維護(hù)建議。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了石油管道監(jiān)控管理以及針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件作出快速有效的處理，提高了石油管道輸送的安全性、管理的實(shí)時(shí)性和操作的方便性。

石油管道；完整性管理系統(tǒng)；MVC框架；分析評(píng)價(jià)

楊城露，劉 毓，袁 玲.基于J2EE的石油管道完整性管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，31(3):116-121.

YANG Chenglu,LIU Yu,YUAN Ling.Design and implementation of oil pipeline integrity management system based on J2EE[J].Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition),2016,31(3):116-121.

引　言

國(guó)外石油管道公司從20世紀(jì)開始開發(fā)和完善管道管理系統(tǒng)，在公司運(yùn)營(yíng)階段開展以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的管道線路完整性工作，有效降低了事故率，減少了運(yùn)營(yíng)成本，使石油管道完整性管理技術(shù)向著精確化和智能化的方向發(fā)展。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)石油管道完整性管理的開發(fā)研究相對(duì)較晚，技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐方面落后，如管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)所需基本信息參數(shù)明顯欠缺，原創(chuàng)性檢測(cè)技術(shù)明顯落后，管道完整性管理運(yùn)行機(jī)制尚未建立等[1-2]。在此情況下，引入新的管道管理模式刻不容緩。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)的部分石油公司雖然也有自己的管道完整性管理系統(tǒng)，但缺少專業(yè)的完整性管理軟件系統(tǒng)，如SCADA系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、EAM系統(tǒng)等雖然都能夠部分地被完整系統(tǒng)所利用，但可利用的部分有限[3-6]。國(guó)內(nèi)很多系統(tǒng)采用的是C/S(Client/Server)模式，這種系統(tǒng)在安裝時(shí)需要在每個(gè)用戶的客戶端安裝軟件，這種“胖”客戶端模式必然為以后的系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)帶來(lái)極大的困難。因此，非常有必要開發(fā)一套石油天然氣管道公司通用的、基于B/S( Browser/Server)模式的專業(yè)完整性管理系統(tǒng)。

1　基于J2EE的石油管道完整性管理系統(tǒng)方案

1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則為：

(1)以管道數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)是輔助管道業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，是管道完整性管理系統(tǒng)價(jià)值的體現(xiàn)，因此整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)將圍繞數(shù)據(jù)進(jìn)行——數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理。

(2)以管道業(yè)務(wù)為指導(dǎo)方向。管道完整性管理系統(tǒng)建設(shè)，以管道業(yè)務(wù)為設(shè)計(jì)指導(dǎo)方向，最終服務(wù)于管道業(yè)務(wù)。

(3)以模塊集成為重點(diǎn)。管道完整性管理系統(tǒng)的建設(shè)，模塊化的集成是關(guān)鍵。任何一個(gè)單獨(dú)業(yè)務(wù)模塊的開發(fā)都相對(duì)簡(jiǎn)單，只有將完整性分析評(píng)價(jià)有關(guān)的模塊集成，才能真正體現(xiàn)“基于J2EE的管道完整性管理系統(tǒng)”的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)系統(tǒng)需求分析以及管道公司管理流程，將系統(tǒng)分為4大模塊(圖1)：數(shù)據(jù)管理、分析評(píng)價(jià)、知識(shí)庫(kù)、系統(tǒng)設(shè)置。

圖1　系統(tǒng)總體功能圖Fig.1　Overall function diagram of the system

數(shù)據(jù)管理模塊：包含數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)修改和導(dǎo)入歷史子模塊。

分析評(píng)價(jià)模塊：包含分析評(píng)價(jià)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)整合對(duì)齊、高后果區(qū)分級(jí)、管道本體缺陷、管道內(nèi)外腐蝕、管道防腐層、周邊環(huán)境等子模塊。

知識(shí)庫(kù)模塊：包含管道評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)上傳、標(biāo)準(zhǔn)查詢、標(biāo)準(zhǔn)參考建議和案例參考建議子模塊。

系統(tǒng)設(shè)置模塊：包含公司設(shè)置、模塊設(shè)置、組織機(jī)構(gòu)設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)展示規(guī)則子模塊。系統(tǒng)中的所有子模塊構(gòu)成一個(gè)模塊集合，而模塊集合是由模塊設(shè)置和權(quán)限設(shè)置進(jìn)行安全控制的。

1.2系統(tǒng)整體框架

管道完整性管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上采用MVC(Model View Controller)設(shè)計(jì)模式，業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)上采用B/S模式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表示層使用JSP+JQuery技術(shù)實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)邏輯控制層通過(guò)Spring框架實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層通過(guò)Hibernate框架完成對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。表示層和業(yè)務(wù)邏輯層之間采用DispatcherServlet控制器進(jìn)行連接，業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層之間通過(guò)DAO(Data Access Object)接口連接。DBMS(Database Management System)使用當(dāng)前最流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)Oracle。

圖2　管道完整性管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)Fig.2　Overall structure of the pipeline integrity management system

2　關(guān)鍵技術(shù)解決方案

2.1系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

J2EE應(yīng)用主要是基于JSP和Servlet作為表現(xiàn)層技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的，以系列開源框架Spring、Hibernate作為MVC層、中間層、持久層解決方案，通過(guò)將上述開源框架有機(jī)結(jié)合在一起，可以有效提高J2EE應(yīng)用的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

本系統(tǒng)在對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用了由模型(Model)、視圖(View)和控制(Controller)3種部件組成的MVC模型[7]。系統(tǒng)啟動(dòng)以后，首先等待用戶輸入，當(dāng)用戶在前臺(tái)頁(yè)面輸入數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)將會(huì)把該消息發(fā)送給后臺(tái)控制器Controller封裝的類，再由控制器將用戶輸入的指令和數(shù)據(jù)傳遞給業(yè)務(wù)邏輯Model封裝的Service類，再由Model進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯判斷，通過(guò)調(diào)用DAO層封裝的類方法與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取交互，最后Model再根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯選擇不同的視圖將結(jié)果反饋給用戶，用戶獲得反饋之后可以進(jìn)行下一步的操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的計(jì)算控制。整個(gè)系統(tǒng)MVC模型的基本實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖3所示。

圖3　MVC模型基本實(shí)現(xiàn)過(guò)程Fig.3　Basic implementation process of MVC model

2.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是本管道完整性系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)采用Oracle作為后臺(tái) DBMS，PL/SQL Developer為Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的管理工具，來(lái)完成信息的讀取、查詢等操作。在數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)上面，根據(jù)系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)公司表、組織機(jī)構(gòu)表、模塊信息表、角色權(quán)限表、各種管道數(shù)據(jù)表等。系統(tǒng)整體情況如圖4所示。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的主要目的就是采用精簡(jiǎn)的方式來(lái)記錄管道完整性管理過(guò)程中的海量數(shù)據(jù)。按照需求分析設(shè)計(jì)4類數(shù)據(jù)，分別是核心數(shù)據(jù)、在線數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、沿線數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)這4類型的數(shù)據(jù)表時(shí)，除滿足業(yè)務(wù)邏輯需求外，每一張表格增加版本號(hào)和公司編號(hào)2個(gè)字段。這樣同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)就可以被不同的管道公司復(fù)用。版本號(hào)確保每次進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入時(shí)更新最高版本數(shù)據(jù)同時(shí)保留原來(lái)的歷史數(shù)據(jù)。在使用數(shù)據(jù)時(shí)都操作最高版本的當(dāng)前數(shù)據(jù)同時(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)保留了歷史數(shù)據(jù)。

圖4　系統(tǒng)整體E-R圖Fig.4　E-R map of the whole system

核心數(shù)據(jù)包含管道基本情況表、管道管理范圍統(tǒng)計(jì)表、管道中心線統(tǒng)計(jì)表、地面標(biāo)識(shí)統(tǒng)計(jì)表、站場(chǎng)閥室統(tǒng)計(jì)情況表、陰保電源表、陽(yáng)極地床表。核心數(shù)據(jù)主要描述管道的基本情況，包含管道起始里程、管道類型、設(shè)計(jì)壓力、運(yùn)行狀態(tài)、中心線位置、地面標(biāo)識(shí)類型、站場(chǎng)閥室類型及溫度、陰保電源類型及電壓等基本參數(shù)。在管道的分析評(píng)價(jià)過(guò)程中用到的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都可以在核心數(shù)據(jù)的相關(guān)表格中進(jìn)行查詢。

在線數(shù)據(jù)包含穿跨越表、防腐層表、封堵物表、巡線表、壓力測(cè)試表等。在線數(shù)據(jù)提供了對(duì)管道基本狀態(tài)的描述，如管道的穿跨越類型及絕對(duì)里程、封堵物類型及絕對(duì)里程、管道的壓力測(cè)試記錄等。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要包含高后果區(qū)表、雜散電流檢測(cè)表、土壤腐蝕性檢測(cè)結(jié)果表、管道本體缺陷修復(fù)表等。與在線數(shù)據(jù)相比動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要記錄管道維護(hù)過(guò)程中易于改變且需要經(jīng)常統(tǒng)計(jì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)描述的信息主要有管道的高后果區(qū)分級(jí)信息、雜散電流位置、電流大小、每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的土壤腐蝕性等級(jí)等。

沿線數(shù)據(jù)主要包含第三方及設(shè)施表、管道周圍站場(chǎng)建筑物表、交通設(shè)施表等。沿線數(shù)據(jù)主要記錄管道周圍的第三方設(shè)施情況、可能被影響的建筑物以及管道的交通設(shè)施等情況。

2.3管道外腐蝕有效性分析評(píng)價(jià)計(jì)算模塊

本系統(tǒng)的重點(diǎn)在于對(duì)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)并通過(guò)校驗(yàn)的合法數(shù)據(jù)自動(dòng)按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)計(jì)算并得出各種風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，然后針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)給出不同的維修維護(hù)建議。該系統(tǒng)的分析評(píng)價(jià)計(jì)算包含高后果區(qū)分級(jí)計(jì)算、管道外腐蝕防護(hù)有效性分析計(jì)算、管道內(nèi)腐蝕防護(hù)有效性分析計(jì)算等。在3個(gè)模塊中以外腐蝕有效性分析計(jì)算最復(fù)雜，下面以外腐蝕有效性分析計(jì)算為例進(jìn)行描述。

管道外腐蝕主要來(lái)自管道自身的防腐層情況、陰極保護(hù)狀況和土壤的腐蝕等等，因此需要綜合防腐層、陰極保護(hù)、雜散電流、土壤腐蝕性等信息進(jìn)行綜合分析。

根據(jù)防腐層、陰極保護(hù)、雜散電流、土壤腐蝕性等綜合信息形成的大數(shù)據(jù)，綜合評(píng)定管道外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)(優(yōu)、良、中、差、極差)。圖5為外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)評(píng)定結(jié)構(gòu)。

圖5　外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)評(píng)定Fig.5　Effectiveness rating evaluation of external corrosion protection

在計(jì)算外腐蝕等級(jí)時(shí)，先從管道基本情況表中取出管道的分段情況，并對(duì)取出的每一條管段分別重新分成小段，然后再計(jì)算每一小段的外防腐層等級(jí)。在重新分段時(shí)采用動(dòng)態(tài)分段的方法，即對(duì)管道防腐層絕緣性能評(píng)價(jià)的分段起始點(diǎn)進(jìn)行記錄、對(duì)管道陰保性能評(píng)價(jià)的分段起始點(diǎn)進(jìn)行記錄、對(duì)所有里程進(jìn)行從小到大的排序每次按順序取出里程，即為新分段的管段。在對(duì)每一小段分別進(jìn)行防腐層、陰極保護(hù)、雜散電流、土壤腐蝕性、漏損點(diǎn)密度等級(jí)計(jì)算后對(duì)每一小段的最終的“外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)”進(jìn)行計(jì)算，得到最終的“外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)”。每一小段的最終的“外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)”計(jì)算過(guò)程如下：

(1)先根據(jù)陰極保護(hù)等級(jí)和雜散電流得到外腐蝕防護(hù)有效性基礎(chǔ)評(píng)價(jià)等級(jí)，判定依據(jù)見表1。

表1　外腐蝕防護(hù)有效性基礎(chǔ)評(píng)價(jià)等級(jí)

(2)在第一步得到的“外腐蝕防護(hù)有效性基礎(chǔ)評(píng)價(jià)等級(jí)”的基礎(chǔ)上再根據(jù)“疊加指標(biāo)”對(duì)有效性等級(jí)進(jìn)行修正，從而得到最終的“外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)”。判斷依據(jù)見表2。

表2　外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)

由表2可知最終的外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)理論取值范圍為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”、“極差”5個(gè)等級(jí)。為了方便觀察，按照管道完整性管理的經(jīng)驗(yàn)常常將最終的“外腐蝕防護(hù)有效性等級(jí)”轉(zhuǎn)換為柱狀圖展現(xiàn)。最終防腐層計(jì)算結(jié)果與柱狀圖的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3　柱狀圖的轉(zhuǎn)換

管道外腐蝕模塊的設(shè)計(jì)采用MVC設(shè)計(jì)模式，在分析評(píng)價(jià)界面點(diǎn)擊“開始計(jì)算”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)開始計(jì)算。計(jì)算完成后當(dāng)前界面的“計(jì)算轉(zhuǎn)態(tài)”一欄顯示計(jì)算結(jié)果完成。用戶點(diǎn)擊外防腐層分析評(píng)價(jià)模塊可以對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行查看，查看方式有圖標(biāo)和報(bào)表2種方式。對(duì)計(jì)算的結(jié)果按照表3的轉(zhuǎn)換規(guī)則畫出如圖6的柱狀圖。

從圖6可以看出，里程在95～100 km黑色的柱狀條表示外腐蝕整體有效性等級(jí)為優(yōu)；里程在0～20 km、35～60 km黑色的柱狀條表示外腐蝕整體有效性等級(jí)為良；里程在20～35 km、100～135 km灰色的柱狀條表示外腐蝕整體有效性等級(jí)為中；里程在60～80 km、82～95 km灰色的柱狀條表示外腐蝕整體有效性等級(jí)為差；里程在80～82 km黑色的柱狀條表示外腐蝕整體有效性等級(jí)為極差。表明該模塊準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了外腐蝕整體有效性等級(jí)的計(jì)算功能。

圖6　管道外腐蝕分析結(jié)果直方圖Fig.6　Pipeline external corrosion analysis histogram

3　系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試

系統(tǒng)功能測(cè)試和壓力測(cè)試。測(cè)試環(huán)境為IBM服務(wù)器，Windows操作系統(tǒng)，Web服務(wù)器使用Tomcat，數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品采用Oracle11g數(shù)據(jù)庫(kù)[3]?？蛻舳诉x用普通的PC機(jī)，瀏覽器分別采用IE8以上瀏覽器和Firefox瀏覽器。測(cè)試過(guò)程中使多個(gè)用戶分別擔(dān)任超級(jí)管理員、數(shù)據(jù)管理員、業(yè)務(wù)人員、管理人員同時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器，并發(fā)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的強(qiáng)度測(cè)試、負(fù)載測(cè)試，該系統(tǒng)具有良好的實(shí)用性和穩(wěn)定性。從分析評(píng)價(jià)模塊到轉(zhuǎn)維修維護(hù)建議都全部完成計(jì)算。系統(tǒng)運(yùn)行的主界面如圖7所示，分析評(píng)價(jià)計(jì)算完成的界面如圖8所示。點(diǎn)擊圖7中的分析評(píng)價(jià)按鈕就可以彈出如圖8所示的界面，在圖8界面可以完成各種分析評(píng)價(jià)功能。

圖7　系統(tǒng)主界面Fig.7　Main interface of system

圖8　分析評(píng)價(jià)計(jì)算測(cè)試圖Fig.8　Test chart of analysis and evaluation calculation

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責(zé)任編輯：張新寶

Design and Implementation of Oil Pipeline Integrity Management System Based on J2EE

YANG Chenglu,LIU Yu,YUAN Ling

(College of Communication and Information,Xi'an University of Posts and Telecommunications,Xi'an 710061，Shaanxi,China)

A safety integrity management system for oil pipeline is designed to meet the needs of the management and safety requirements of oil pipeline.In the system,to combine J2EE technique with integrity management mode realizes the detection and monitoring of oil pipeline,and MVC framework and the Oracle database are used.The main dangerous factors causing the failure of oil pipeline are assessed overall according to the basic data of oil pipeline,and some suggestions for the maintenance of oil pipeline are presented.The system can finish the monitoring management of oil pipeline and the quick and effective treatment of the risk events,and improves the safety,the real-time management and the convenient operation of oil pipeline transportation.

petroleum pipeline;integrity management system;MVC framework;analysis and evaluation

2015-12-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：61271276) ；工業(yè)和信息化部通信軟科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：2014R33)；陜西省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(編號(hào)：2015GY013)

楊城露 (1990-)，男，碩士研究生，主要從事計(jì)算機(jī)軟件研究。E-mail:yan_2300131186@126.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.03.019

TP311.1

1673-064X(2016)03-0116-06

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