储油罐监测系统技术方案

1系统概述

1.1项目背景

储油罐在竣工投产、长期运行期间，由于基础地质构造不均匀、土壤的物理性质不同、大气温度变化、地基的塑性变形、地下水位季节性和周期性的变化及罐体本身的荷载，会导致罐体发生沉降、位移、倾斜等现象。

在日常巡检和维护中，微小的沉降和变形均难以用肉眼观察到，只有当失稳变形积累到一定程度、发生功能性障碍时才会被发现，此时罐体的变形已不可逆转，甚至会发生浮盘倾斜、罐体倾覆等重大事故。

目前国内针对储罐罐体的形变监测方面，基本处于空白状态。即使有部分企业进行了这方面的工作，采用的依然是传统人工测量方法，工作量较大，测出的各项数据存在一定的人为误差，易受天气和现场条件状况的影响，资料整理与分析周期很长，不能及时的发现变形情况，不能做到实时不间断监测。

1.2系统目标

1、研制一整套全自动化、安全性高、监测量准确可信，通过精确的监测手段，及时发现储油罐微小形变、沉降、倾斜和振动的储油罐健康监测系统，以消除事故隐患，可以防患于未然，大幅提升储油罐的健康监控和安全管理能力，提高油气库的生产安全管理水平。

2、实现对被监测对象的形变、倾斜、沉降等安全指标，进行7x24小时的实时自动监控以及智能预警，并对形变、倾斜、振动等数据进行统计综合分析，为决策提供科学依据，做好储罐的安全工作。

3、在此基础上，我们利用已有经验，研制储油罐健康监测系统，意义重大。系统能够实时监测储油罐的温度，倾斜、多分量应变、微小变形等参数，并通过有线方式，实时将监测到的各类物理量实时传输至中心监控平台；

4、在中心监控平台上，系统在实时监测数据的基础上提前预测，建立等级预警并能准确及时地发出预警信号。通过信息技术实现远程信息数据监测管理，时刻掌握储油罐的健康状态。

5、储油罐监测系统是智慧城市等科学计划在城市应用的重要体现，通过储油罐监测网的建设，通过物联网、大数据、云平台，利用新技术新方法，实现对储油罐等重要基础设施实时监测，为城市民生、公共安全、科学研究服务。

1.3系统特点

1、系统建设是城市智慧城市建设的关键部分

智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。随着人类社会的不断发展，未来城市将承载越来越多的人口。目前，我国正处于城镇化加速发展的时期，部分地区“城市病”问题日益严峻。为解决城市发展难题，实现城市可持续发展，建设智慧城市已成为当今世界城市发展不可逆转的历史潮流。

储油罐监测系统的建设，其首先是互联网+在城市的应用，其应用了物联网技术，并通过宽频高灵敏度传感技术，实现了智慧城市在灾害应急处置的应用。

2、系统建设是物联网、大数据，云平台的应用

随着信息技术的高速发展，互联网正在向着与人类大脑高度相似的方向进化，它将具备自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统，也会拥有自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统，并由此产生互联网云脑（Internet Cloud Brain）架构。到2017年，随着人工智能，深度学习、物联网，大数据，云计算，机器人，虚拟现实，工业互联网等科学技术的蓬勃发展，互联网云脑的架构也逐步清晰起来。

储油罐监测系统是物联网、大数据，云平台的应用。应急处置中心是其云平台，密集布设的宽频高灵敏度传感仪器就是云平台通过物联网实现的传感器及感觉系统，其实现数据收集和存储，是大数据的来源，实现物理世界与大数据的连接。振动灾害应急处置、应急信息发布，本身就是智慧城市在大数据、云计算、深度学习的基础上，实现城域网络安全态势感知、监测预警、应急处置、灾难恢复的一体化，为智慧城市服务。

2系统方案

2.1中心系统方案

2.1.1系统架构

储油罐监测系统及硬件、软件、云端等各个环节，系统架构设计从整体进行顶层设计，充分考虑到系统应具备良好的适用性和扩展性，使系统能够适应最广泛的物联网场景。系统架构如下：

系统基于智能物联云平台，采用分层的体系架构，从下到上分别为感知层、接入层、存储层、服务层和应用层。整个平台的各个系统和数据库可考虑部署在云服务器上，可针对设备接入的数量的多少进行动态扩展。

2.1.2系统网络

储油罐监测系统处理中心计算机网络结构如图所示：

储油罐监测系统拟传输数据量大（实时数据传输）的特点，由于这一阶段测点数量并不大，采用1台服务器汇集数据即可，将来随着测点数量越多，系统拟采用负载均衡的方案来解决终端接入云平台的技术难题，负载均衡将原的应用分配到多个操作单元上执行，解决单个系统的瓶颈问题。在大数据流式计算环境中，系统的负载均衡机制是系统稳定运行、高吞吐量计算、快速响应的一个关键。针对系统终端设备并发性能要求高的特点，拟采用负载均衡的策略保证系统的性能，通过负载均衡服务器为多个地址配置同一个域名，使得对该域名的请求分配到不同的服务器中，达到负载均衡的目的。系统拟采用在多台服务器上搭建负载均衡集群，在这个配置策略下，将来可根据系统终端的增多，增加更多的服务器到集群中以提高系统的处理能力。

2.1.3终端展示

储油罐监测系统拟在台网中心增设3台工作站和显示屏幕分别用于展示测点实时触发状态监测、设备运维控制管理及测点实时观测数据波形。

测点实时触发状态监测通过图形、列表等多元化的方式展示各测点的实时事件触发状态信息，并在触发时及时提供报警及消息推送服务。

测点实时观测数据波形终端展示由汇集服务器接收到的各测点的实时观测数据流形，实时刷新，前台工作站通过实时流协议从汇集服务器实进转发并进行波形绘制以及事件触发判断。

2.1.4基础软件系统

操作系统

储油罐监测系统前台处理工作站统一采用Windows版本（台式机）。本项目新增软件规划部分将采用位操作系统。

数据库系统软件

数据库系统平台的选取应能够满足高效地处理超大容量数据的需要。

数据库平台的设计必须满足数据安全性的需要，不会因一台主机停机或某些硬盘损坏而影响到数据的安全性；选择数据库必须考虑到数据库的安全备份机制。数据库系统软件应具备：

1、可移植性：数据库必须具备对数据强大的移植功能，安全监测信息平台的数据库必须能够保证与原质监局各业务系统数据的平滑移植和对接。

2、可操作性：终端用户必须保证可以方便地使用数据库所提供的有效工具访问数据库和管理数据库。数据库的控制台必须为系统管理员提供一个直观的图形用户界面使得系统管理员能够对整个数据库运行环境进行集中式的控制和管理。

3、扩展性：数据库不但能支持本次工程的数据处理能力，而且有很好的扩展能力和数据转换能力，能使用户平滑地过渡到未来的工程而无须进行数据迁移，应提供有效的数据库技术方案，包括支持现在的及未来的扩展方案。

2.1.5专业软件系统

储油罐监测系统包括数据汇集系统、事件自动分析处理系统、成果展示与数据服务系统、智能运维监控系统、移动设备终端系统等组成。

1、自动化监测: 24小时实时监测，无需人工现场采集数据，提高了工作效率。

2、能够提供给用户精确的监测数据，让用户对储油罐的整体运行情况作出整体了解。

3、符合储油罐信息化系统使用要求，严格按照在线监测实施方案规范进行。

4、采集数据真实、准确。

5、报表推送: 监测结果实时显示发布，定期将监测报表推送给用户。

6、实现危险信号的实时定位。

7、多重分级预警: 当结构出现异常信息时，系统自动进行预报警，并通过短信方式将信息及时转达给相关管理人员，并提示后台及时对结构当前状态进行安全评估。

数据汇集系统

数据汇集系统用于实现测点观测数据实时采集、存储以及转发等功能。

存储的数据类型包括连续观测数据、事件数据、强震动参数等；其中对于连续观测数据、事件数据等统一采用标准格式进行存储和交换；统一采用数据库的方式进行储存，以便于查询和管理。

数据转发统一采用标准LISS协议、NetSeis/IP协议、SeedLink协议等行业通用协议进行。

事件自动识别与分析系统

事件自动识别与分析系功能的主要任务是实现事件自动触发功能基础上，优化事件数据处理以及产出功能，实现包括事事件强度分析、结构响应分析、事件评估等功能。

一、触发计算原理与处理流程

实时事件检测模块在实时观测数据接收的基础上，负责实现实时事件的自动化检测功能，系统支持多种常用的触发算法（长短时值、阈值等）；支持单台触发、多台事件触发、误触发判断及解除等多种触发处理方式。

系统一旦检测到事件，系统将启动自动处理对事件进行分析处理流程，自动测定事件的强震动等参数。

从触发时刻开始每秒实时计算并记录当前事件的强震动参数。

当事件结束后，系统保存记录包括事件的最终强震动参数、事件观测数据等。并将触发的产出的各种数据自动存储。

二、事件产出结果

系统在检测到事件并在分析处理结束后，及时产出各种事件结果信息，包括事件波形数据文件及图件、参数等。

当系统接收到各台站的实时观测数据流后，系统自动实时进行触发计算，目前采用的触发算法是阈值法或长短时值法，一旦系统检测到台站触发后，将在台站相应的目录下产出该台站的事件强震动参数并进行本地存储。

系统将事件产出结果数据本地存储的同时，也将所有的数据信息统一以结构化方式存储在数据库服务器，以便共享查询服务。 

四、成果展示效果

针对存储在服务器中的事件数据，后端监控信息系统实现事件数据的查询服务管理功能。

成果展示与数据服务系统

成果展示模块实现系统产出的时域数据、频域数据、模态数据进行综合查询以及可视化展示。成果展示模块功能包括：

1、开发结构展示与实时监测功能，通过使用图形、列表等方式显示结构的时域运动变化情况，通过图形方式来展示储油罐不同位置的地脉动、振动能量等关键运转参数影响。

2、基于时域、频域、动力参数，开发基于图形方式的可视化展示及回放分析模块，以利用专家人员的数据分析。

3、开发基于WEB技术的综合数据查询服务平台，实现数据存储（数据库、文件等）以及查询服务，提供包括所有综合数据（观测数据、时频数据、模态数据）的综合查询、展示、下载等功能，开发自动化产出及发布功能，并提供基于平台查询及下载服务。

智能运维监控系统

测点智能运维监控系统服务基于平台数据服务接口的基础上，提供对各测点设备的远程智能化运维服务，包括智能化监控、远程控制、设备管理、维修维护等功能。

2.2测点系统方案

智能化综合储油罐倾斜、变形报警系统，包括智能监测软件系统、 数据采集分站、传感器网，数据采集分站数量根据综合储油罐的长度而设定，均匀分布在综合储油罐上。

每个数据采集分站对应一组传感器网，传感器网包括多个振动、倾斜、形变、温度、位移等传感器， 按照综合储油罐的监测目标需要均匀布设，传感器网结构设计灵活，观测简便，自动化程度高，响应速度快，安全性高。

TSA-08储油罐监测仪通过有线组网等方式实现监测数据与中心的通讯。

2.2.1测点位置

储油罐监测系统的测点位置分布的精度直接影响到系统监测结果的精度，实际测点位置根据业主需要以及现场的实际情况确定。

传感器安装在罐体侧面环状布设环罐体布置三个测点的传感器，传感器包括倾斜、应变、位移、温度等传感器，每个点利用倾斜仪监测油罐的倾斜变化，利用应变仪监测油罐应力变化的情况，利用位移传感器监测附近的微小位移和绝对沉降的变化，利用温度监测环境温度和油罐罐体温度等关键参数。其中应变、倾斜、振动等传感器直接黏贴安装在钢结构上，位移传感器安装在钢结构和地基固定点之间。

传感器通过粘胶固定在地面、墙面或管道上。提供两种固定方式，第一种为采用胶粒+螺丝固定于地面或墙面，另一种方式为通过粘胶贴粘结在地面、墙面或管道上，以防振动时，发生设备滑动而影响系统准确记录。

2.2.2测点组成

储油罐监测系统监测的物理量为：应变、倾斜、温度、位移等。根据需要，在管廊布置振动、倾斜、应变、位移等传感器，每个点利用倾斜仪监测管廊的倾斜变化，利用应变仪监测管廊的变形，利用位移传感器记录管廊的微小变化，利用温度传感器记录管廊的温度变化，综合分析管廊的变形情况。观测通道根据现场需要设定。

2.2.3系统供电

储油罐监测系统整体功耗极低，按照每30米距离平均布设一套传感器，利用管廊的220VAC供电线缆直接供电即可。

2.2.4网络及设置

测点采集设备内置4G连接模块，因此测点网络系统将使用有线组网方式。测点设备通过有线网络将信号传输回监测中心。