邵澤華， 權(quán)亞強(qiáng)， 梁永增

(成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司，四川成都610100)

1 概述

天然氣是一種清潔能源，但天然氣同樣具有危險(xiǎn)性，其可能造成的燃?xì)馐鹿蚀笾職w為3類：爆炸、燃燒、中毒[1]。伴隨天然氣消費(fèi)群體的擴(kuò)大，燃?xì)獍踩鹿拾l(fā)生的數(shù)量也在增多。據(jù)博燃網(wǎng)2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：2018年我國(guó)戶內(nèi)安全事故占總?cè)細(xì)馐鹿时壤^(guò)50%。燃?xì)馐鹿实陌l(fā)生具有突發(fā)性，可能會(huì)釀成危及社會(huì)公共安全的重大事故?；谌?xì)庑孤┑奈：π?，?duì)燃?xì)猱惓顟B(tài)的及時(shí)感知和控制是預(yù)防燃?xì)庑孤┦鹿拾l(fā)生的重要手段。

2 燃?xì)猱惓顟B(tài)感知和控制技術(shù)

當(dāng)前，燃?xì)猱惓顟B(tài)感知和控制技術(shù)主要有：燃?xì)庑孤┌踩袛唷⒘髁慨惓０踩袛嘁约皦毫Ξ惓０踩袛嗟萚2]。

① 燃?xì)庑孤┌踩袛?/p>

通過(guò)將燃?xì)庑孤﹫?bào)警器與智能燃?xì)獗磉B接，由燃?xì)庑孤﹫?bào)警器氣體感知模組對(duì)環(huán)境氣體中的甲烷等氣體的濃度信息進(jìn)行感知。燃?xì)庑孤┌踩袛嗍且环N在燃?xì)庑孤┌l(fā)生后才能實(shí)現(xiàn)切斷燃?xì)夤?yīng)的技術(shù)，可細(xì)分為燃?xì)庑孤┌踩袛嗪突馂?zāi)安全切斷。

a.泄漏安全切斷。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器能夠通過(guò)內(nèi)置的氣體感知模組對(duì)甲烷等可燃?xì)怏w的濃度變化情況進(jìn)行感知，當(dāng)所測(cè)氣體在空氣中的濃度持續(xù)、顯著、快速增高，達(dá)到所設(shè)定閾值時(shí)，則判斷發(fā)生了燃?xì)庑孤?，發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)將燃?xì)庑孤┬畔鬏斀o燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器。燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器控制內(nèi)置切斷閥立刻切斷燃?xì)夤?yīng)，阻止燃?xì)饫^續(xù)泄漏，燃?xì)夤具h(yuǎn)程控制端也能通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到報(bào)警信息及時(shí)進(jìn)行處理。

b.火災(zāi)安全切斷。燃燒產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)使環(huán)境中的二氧化碳濃度持續(xù)升高。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器氣體感知模組實(shí)時(shí)對(duì)空氣中的二氧化碳濃度變化情況進(jìn)行感知。當(dāng)空氣中二氧化碳濃度持續(xù)、顯著、快速增高時(shí)，則判斷燃?xì)獗硭幁h(huán)境有火災(zāi)發(fā)生，發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)火災(zāi)信息傳輸給燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器。燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器控制內(nèi)置切斷閥切斷燃?xì)夤?yīng)，燃?xì)夤具h(yuǎn)程控制端也能通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到報(bào)警信息及時(shí)進(jìn)行處理。

② 流量異常安全切斷

流量異常安全切斷技術(shù)主要包括以下技術(shù)：流量過(guò)載(指流經(jīng)燃?xì)獗淼牧髁看笥?.2倍的燃?xì)獗碜畲罅髁?切斷、異常大流量(指流經(jīng)燃?xì)獗淼牧髁砍^(guò)了燃?xì)庥脩羰褂玫娜季咦畲筘?fù)荷流量)切斷、異常微小流量切斷、持續(xù)流量超時(shí)切斷、長(zhǎng)期未使用切斷等。

流量感知技術(shù)是預(yù)防和阻止戶內(nèi)燃?xì)庑孤┦鹿拾l(fā)生的主要技術(shù)之一。若發(fā)現(xiàn)流量異常(超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值)，燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器控制內(nèi)置切斷閥切斷燃?xì)夤?yīng)，燃?xì)夤?yīng)商遠(yuǎn)程控制端也能通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到報(bào)警信息及時(shí)進(jìn)行處理。

③ 壓力異常安全切斷

通過(guò)在燃?xì)獗韮?nèi)部安裝壓力傳感器，當(dāng)供氣壓力降至設(shè)定值(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 449—2014《切斷型膜式燃?xì)獗怼芬?guī)定為400 Pa)時(shí)，燃?xì)鈮毫Ξ惓Ｐ盘?hào)傳輸至燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器，由燃?xì)獗韮?nèi)置微電腦控制器控制內(nèi)置切斷閥切斷燃?xì)夤?yīng)，防止壓力過(guò)低而造成的燃?xì)庠O(shè)備熄火及漏氣現(xiàn)象，燃?xì)夤具h(yuǎn)程控制端通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到報(bào)警信息及時(shí)進(jìn)行處理。

3 燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知和控制系統(tǒng)

為了最大程度發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知和控制技術(shù)的作用，筆者團(tuán)隊(duì)研發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知和控制系統(tǒng)(已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利)，在整合現(xiàn)有燃?xì)猱惓顟B(tài)感知和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)與物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砑捌淇刂葡到y(tǒng)[3]聯(lián)合，使燃?xì)馐褂脿顟B(tài)時(shí)刻處于監(jiān)控之下。

① 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知和控制系統(tǒng)集燃?xì)鉅顟B(tài)檢測(cè)、報(bào)警、模擬評(píng)估及控制為一體，主要功能包括異常狀態(tài)感知、異常狀態(tài)控制、燃?xì)馐褂冒踩珷顟B(tài)評(píng)估等功能。物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

各平臺(tái)的功能由相應(yīng)的物理實(shí)體實(shí)現(xiàn)。

a.對(duì)象平臺(tái)物理實(shí)體是指物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砑扇細(xì)猱惓顟B(tài)感知模塊和控制模塊，主要完成物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗碛脷鉅顟B(tài)、所處環(huán)境信息的感知，接收和執(zhí)行控制信息。

b.傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)物理實(shí)體由傳感網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、電信運(yùn)營(yíng)商通信平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)等組成，能夠傳輸和處理對(duì)象平臺(tái)獲取的感知信息及接收控制信息。傳感網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器在物理空間上與燃?xì)夤揪C合管理服務(wù)器在一起，物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)在小區(qū)放置。

c.燃?xì)夤揪C合管理平臺(tái)物理實(shí)體主要為燃?xì)夤揪C合管理服務(wù)器，統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)各平臺(tái)之間的聯(lián)系、合作以及資源共享，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知和控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。在擁有用戶授權(quán)的條件下，根據(jù)接收到的燃?xì)猱惓顟B(tài)感知信息內(nèi)容，代替用戶向表端發(fā)出控制指令。

d.服務(wù)平臺(tái)物理實(shí)體包括政府服務(wù)器、燃?xì)夤痉?wù)平臺(tái)服務(wù)器以及社會(huì)運(yùn)營(yíng)商服務(wù)器。燃?xì)夤痉?wù)平臺(tái)服務(wù)器具有一定的信息處理能力，能夠?yàn)槿細(xì)庥脩籼峁┙涌?，向燃?xì)庥脩籼峁└鞣N燃?xì)夥?wù)信息，如燃?xì)鉅顟B(tài)信息、歷史消費(fèi)信息等。同時(shí)，燃?xì)夤痉?wù)平臺(tái)服務(wù)器也能向政府服務(wù)器、社會(huì)運(yùn)營(yíng)商(門(mén)戶網(wǎng)站、社會(huì)信息分析機(jī)構(gòu)等)服務(wù)器提供脫敏的燃?xì)庑畔ⅲ谡蜕鐣?huì)公眾對(duì)燃?xì)膺\(yùn)行狀況的監(jiān)督。

e.用戶平臺(tái)物理實(shí)體包括各種自助終端、移動(dòng)終端等，能以WEB或終端APP的形式將物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗磉\(yùn)行狀態(tài)信息呈獻(xiàn)給燃?xì)庥脩?，并提供各種操作功能，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗肀矶说目刂啤?/p>

② 系統(tǒng)信息處理形式

根據(jù)泄漏信息的處理平臺(tái)不同，對(duì)泄漏信息的處理共有5種方式，物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)信息處理形式見(jiàn)圖2。

圖2中對(duì)象感知信息系統(tǒng)、對(duì)象控制信息系統(tǒng)分別存在于物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知模塊與控制模塊中。感知傳感、感知管理、感知服務(wù)信息系統(tǒng)及控制傳感、控制管理、控制服務(wù)信息系統(tǒng)分別存在于傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、燃?xì)夤揪C合管理平臺(tái)及服務(wù)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的各模塊中。用戶平臺(tái)存在多種終端，用于對(duì)感知控制信息進(jìn)行處理和呈現(xiàn)，相應(yīng)的信息系統(tǒng)統(tǒng)稱為用戶系統(tǒng)。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)信息處理形式

a.對(duì)象平臺(tái)自主控制：物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗碜鳛閷?duì)象平臺(tái)的物理實(shí)體，是獲得各種感知信息的功能平臺(tái)。對(duì)象平臺(tái)的對(duì)象感知信息系統(tǒng)獲得燃?xì)鉅顟B(tài)信息后，通過(guò)對(duì)狀態(tài)信息進(jìn)行計(jì)算處理，確認(rèn)燃?xì)猱惓顟B(tài)發(fā)生的真實(shí)性，然后由對(duì)象控制信息系統(tǒng)生成控制信息，控制閥門(mén)關(guān)閥，并將燃?xì)猱惓顟B(tài)信息和處理結(jié)果上報(bào)給燃?xì)庥脩簟?/p>

b.傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)控制：對(duì)象平臺(tái)對(duì)象感知信息系統(tǒng)在獲得燃?xì)鉅顟B(tài)信息后，自身并不能確認(rèn)燃?xì)鉅顟B(tài)是否異常，需將燃?xì)鉅顟B(tài)信息傳輸給傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)感知傳感信息系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算處理，判斷燃?xì)獾恼鎸?shí)狀態(tài)，由控制傳感信息系統(tǒng)生成控制信息傳輸給對(duì)象控制信息系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)的控制，并將控制結(jié)果反饋給對(duì)象感知信息系統(tǒng)。

c.管理平臺(tái)控制：對(duì)象平臺(tái)對(duì)象感知信息系統(tǒng)在獲得燃?xì)鉅顟B(tài)信息后，對(duì)象平臺(tái)和傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)均不能確認(rèn)燃?xì)鉅顟B(tài)是否異常，需將燃?xì)鉅顟B(tài)信息逐級(jí)傳輸給管理平臺(tái)感知管理信息系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算處理，判斷燃?xì)獾恼鎸?shí)狀態(tài)，由控制管理信息系統(tǒng)生成控制信息，通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳輸給對(duì)象平臺(tái)對(duì)象控制信息系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)的控制，并將控制結(jié)果反饋給對(duì)象感知信息系統(tǒng)。

d.服務(wù)平臺(tái)控制：對(duì)象平臺(tái)對(duì)象感知信息系統(tǒng)在獲得燃?xì)鉅顟B(tài)信息后，對(duì)象平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、管理平臺(tái)均不能確認(rèn)燃?xì)鉅顟B(tài)是否異常，需將燃?xì)鉅顟B(tài)信息逐級(jí)傳輸給服務(wù)平臺(tái)感知服務(wù)信息系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算處理，判斷燃?xì)獾恼鎸?shí)狀態(tài)，由控制服務(wù)信息系統(tǒng)生成控制信息，依次通過(guò)管理平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳輸給對(duì)象平臺(tái)對(duì)象控制信息系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)的控制，并將控制結(jié)果反饋給對(duì)象感知信息系統(tǒng)。

e.用戶平臺(tái)控制：對(duì)象平臺(tái)對(duì)象感知信息系統(tǒng)在獲得燃?xì)鉅顟B(tài)信息后，對(duì)象平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、管理平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)均無(wú)法確認(rèn)燃?xì)鉅顟B(tài)是否異常，為避免誤報(bào)，需將燃?xì)鉅顟B(tài)信息逐級(jí)傳輸給用戶平臺(tái)用戶系統(tǒng)，由燃?xì)庥脩舸_定燃?xì)獾恼鎸?shí)狀態(tài)，并生成相應(yīng)的控制信息依次經(jīng)過(guò)服務(wù)平臺(tái)、管理平臺(tái)、傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳輸給對(duì)象平臺(tái)對(duì)象控制信息系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)的控制，并將控制結(jié)果反饋給對(duì)象感知信息系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)鉅顟B(tài)信息的5種處理形式，對(duì)異常狀態(tài)信息反應(yīng)的及時(shí)性存在差異，越靠近對(duì)象平臺(tái)，對(duì)異常狀態(tài)信息的反應(yīng)越及時(shí)，越能及早對(duì)燃?xì)獗韴?zhí)行控制。對(duì)于燃?xì)庑孤﹫?bào)警器感知到的燃?xì)庑孤┬畔⒑蛪毫鞲衅鞲兄降牡蛪毫π畔ⅲ锫?lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砟軌蜃龅綔?zhǔn)確識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)自主控制；對(duì)于流量信息，有時(shí)出現(xiàn)流量異常(如長(zhǎng)時(shí)間使用)未必發(fā)生了燃?xì)庑孤┦鹿?，可能是燃?xì)庥脩粽Ｓ脷庑袨?，此時(shí)表端無(wú)法精準(zhǔn)判斷燃?xì)獗泶藭r(shí)的工作狀態(tài)，為避免誤報(bào)，需將感知信息上傳，由其他功能平臺(tái)對(duì)感知信息作出判斷。有些感知信息在上報(bào)后，可能存在長(zhǎng)時(shí)間未收到控制信息的情況，此時(shí)在表端應(yīng)設(shè)置時(shí)間閾值，在感知信息上報(bào)一定時(shí)間后，若未能收到控制指令，則默認(rèn)執(zhí)行切斷燃?xì)庵噶?，最大限度保證燃?xì)庥脩舻挠脷獍踩?/p>

無(wú)論物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)鉅顟B(tài)信息采用何種處理方式，控制信息在執(zhí)行后，燃?xì)飧兄畔⒑涂刂菩畔?zhí)行后的反饋信息均應(yīng)上報(bào)給燃?xì)夤竞腿細(xì)庥脩?，使二者了解物?lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硭幑ぷ鳡顟B(tài)。

③ 燃?xì)馐褂冒踩δ軤顟B(tài)評(píng)估的重點(diǎn)內(nèi)容

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砣細(xì)猱惓顟B(tài)感知和控制系統(tǒng)，燃?xì)庥脩裟軌蚪佑|到的主要是物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗砗透鞣N用戶終端，而用戶終端與燃?xì)馐褂冒踩P(guān)聯(lián)性小，因此燃?xì)馐褂冒踩珷顩r評(píng)估主要是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗矶裕磳?duì)對(duì)象平臺(tái)的燃?xì)馐褂冒踩δ軤顟B(tài)進(jìn)行評(píng)估。燃?xì)馐褂冒踩δ軤顟B(tài)評(píng)估的重點(diǎn)內(nèi)容見(jiàn)圖3。

圖3 燃?xì)馐褂冒踩δ軤顩r評(píng)估

燃?xì)馐褂冒踩δ軤顟B(tài)評(píng)估的重點(diǎn)內(nèi)容包括3個(gè)方面，分別為感知功能狀態(tài)檢測(cè)、控制功能狀態(tài)檢測(cè)以及環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度水平持續(xù)監(jiān)測(cè)功能狀態(tài)檢測(cè)。

a.感知功能狀態(tài)檢測(cè)

感知功能狀態(tài)檢測(cè)包括燃?xì)庑孤└兄δ軤顟B(tài)檢測(cè)、燃?xì)饬髁扛兄δ軤顟B(tài)檢測(cè)以及燃?xì)鈮毫Ω兄δ軤顟B(tài)檢測(cè)。感知功能狀態(tài)檢測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容包括但不限于：感知設(shè)備是否在線；是否能夠正確識(shí)別異常狀態(tài)；識(shí)別異常狀態(tài)后是否能夠及時(shí)將異常狀態(tài)信息傳輸給燃?xì)獗砜刂破鞯?。感知功能狀態(tài)檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)對(duì)感知設(shè)備工作狀態(tài)和功能狀態(tài)的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的潛在問(wèn)題，保障燃?xì)馐褂冒踩?/p>

b.控制功能狀態(tài)檢測(cè)

控制功能狀態(tài)檢測(cè)包括閥門(mén)控制功能狀態(tài)檢測(cè)和報(bào)警裝置控制功能狀態(tài)檢測(cè)。控制功能狀態(tài)檢測(cè)內(nèi)容包括但不限于：控制設(shè)備是否在線；是否能夠正確接收異常狀態(tài)信息；是否能夠正確執(zhí)行控制信息等?？刂乒δ軤顟B(tài)檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制設(shè)備工作狀態(tài)和功能狀態(tài)的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)燃?xì)獗砜刂蒲b置的潛在問(wèn)題，保障異常狀態(tài)發(fā)生時(shí)，能夠執(zhí)行有效控制。

c.環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度水平持續(xù)監(jiān)測(cè)功能狀態(tài)檢測(cè)

正常情況下，燃?xì)獗戆惭b環(huán)境中或多或少存在一定濃度的可燃?xì)怏w，濃度水平比較穩(wěn)定且處于極低水平。物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗硭B接的報(bào)警器能夠?qū)諝庵械目扇細(xì)怏w濃度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控和記錄，可對(duì)環(huán)境氣體中可燃?xì)怏w的濃度變化進(jìn)行分析，通過(guò)可燃?xì)怏w濃度變化曲線，判斷燃?xì)獍踩褂脿顟B(tài)。通過(guò)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度水平持續(xù)監(jiān)測(cè)功能狀態(tài)檢測(cè)，能夠判別報(bào)警器的持續(xù)監(jiān)測(cè)功能是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，減少報(bào)警器誤報(bào)警或漏報(bào)警的可能性。

完成上述3方面的功能狀態(tài)檢測(cè)后，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果給出評(píng)估結(jié)論，使燃?xì)夤竞腿細(xì)庥脩羟宄私馊細(xì)馐褂冒踩珷顩r，并可根據(jù)評(píng)估結(jié)論采取相應(yīng)措施，使燃?xì)馐褂酶影踩?/p>