基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统设计
2022-01-25闫井超洪东亮
刘 明，闫井超，文 炜，洪东亮
（国家管网集团川气东送天然气管道有限公司，湖北武汉 430000）
自主应急联动系统的功能在于预防突发事件的发生、突发事件的联动应对以及合理地指定自主应急联动方案，完成应急处理。自主应急联动系统的关键在于联动和应急，要求系统的反应速度要快速、准确，并且具有全面性，不可以忽略相关的管理区域[1-2]。
自主应急联动系统为城市的应急平台提供统一高效的信息支撑，但是随着智能设备故障和各种突发事件的发生，为了保证自主应急联动系统的稳定性，对其功能要求越来越严格[3-4]。
文中分别设计了基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统硬件区域的器件功能和基本的软件调用功能，最后通过对比实验分析，完成基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统的测试，验证了文中系统的应急联动功能，使该研究具有意义。
1 基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统硬件设计
文中设计的基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统硬件结构如图1 所示。
图1 基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统硬件结构
1.1 联动器设计
联动器是自主应急联动系统硬件区域的重要组成器件之一，器件的工作任务是保证系统联动处理的工作效率，系统应急驱动器一旦驱动，联动器时刻处于待机状态，提前对应急处理的内容进行缓冲，避免出现系统在应急联动调用过程中进程等待的延时故障，影响系统的处理效率[5-7]。联动器结构如图2 所示。
图2 联动器结构
为了完成以上联动器功能，文中在硬件区域采用JISUUE-92 系列的联动器。联动器的额度载荷为50 N，工作电压为220 V，有效输出功率为50 MHz，交流输出功率为300 W。为了延长联动器的使用周期，采用DC24V 全密封免维护的电池，电池的回路数为40，联动器回路的最大容量为242 个编址点，器件内部设计60 个联动盘，以便保证联动器的性能，器件的使用温度范围为0～40 ℃，工作的相对湿度小于95%RH[8-10]。
1.2 传感器设计
传感器是一种监测装置，在系统运行的整个周期内，传感器同步启动，这就需要超大容量的电池模块，传感器的任务是实时监测需要管理的数据，一旦出现突发紧急事件，则立即检查事件原因，向系统的管理层报告，缩短故障的发生时长。为了实现以上功能，文中采用JWBS-73 传感器作为硬件区域的一个重要器件[11-12]。传感器示意图如图3 所示。
图3 JWBS-73传感器
该传感器的灵敏度为2.0±0.1 mV/V，器件额定载荷量是最大载荷量的2/3，供电模式为220 V/24 V，输出的电流规定范围为4～20 mA。传感器的重复性误差为±0.02%F.s/10 ℃，密封等级为IP66，器件的输出电阻为700 Ω。为了提高传感器的传感效率，减少应急联动系统的信息传输时间，器件的自振频率为10 Hz，不会干扰到硬件区域其他器件的工作。为了使传感器与其他硬件设备连接误差最低，采用二线制的连接模式，提高传感器信息的传输效率[13]。
1.3 调度器设计
系统硬件区域调度器的工作是协助联动发动机在应急处理时完成组件之间的调度，实现系统相对应地执行命令。文中利用BSJ-72 调度器完成系统硬件区域的设计。调度器电路图如图4 所示。
图4 调度器电路图
调度器的调度误差是不可以避免的，因此需要选用灵敏度性能最高的调度器，BSJ-72 调度器的成本低，可以在器件出现故障时直接更换，不进行维修，影响系统的工作进度。器件的存储可用空间为64 G，器件采用HG-0 的CPU 应用主板，器件支持TAPI2.1 服务器软件接口，内部设置ACD 和CTI 接口平台，最重要的是设置了模块化结构，可以实时调度故障诊断、自动切换以及功能调用等功能，使调度器具有意义[14]。
1.4 响应器设计
响应器在自主应急联动系统硬件区域的作用十分重要，如果系统需要管理的区域处于正常状态，响应器就会定时定规律地发出响应信号；如果响应器收到传感器发送管理区域异常的信号时，响应器就会发出警告，为调度器和联动发动机争取一定的缓冲时间，保证系统的工作效率，文中采用BJSI-92 响应器[15]。
2 基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统软件设计
复杂逻辑约束条件在文中设计的自主应急联动系统结构中，一方面是约束系统内部器件及系统所管辖的每个平台之间的关系，另一方面是约束系统正常运行，一旦发生突发事件，则立即启动复杂逻辑约束，通过约束条件最大程度的关闭系统的数据调用模块，并根据实际情况，按照一定的逻辑进行预警和应急联动处理，最快地完成应急处理，维护管理系统的稳定。文中设计的负载逻辑约束条件主要为PP 约束，作用是约束系统内部各个设备组件之间的关系和系统的应急安全响应等级[16]。
PP 约束是一个由多种技术集成的约束条件，约束条件是动态的定义，根据约束的类型进行设计，一个完整的约束条件由约束目的、约束环境、约束需求和约束原理组成，约束条件定义上由依赖关系和从属关系组成。
只有系统内部的不同设备组件之间存在相同关联元素，才可以进一步构成依赖关系，一旦依赖关系建成，如果应急联动处理需要对依赖关系链条中的任意一个因素进行处理时，与这个因素所构成依赖关系的所有元素，都将被处理，以便保证系统的应急处理效果。
约束条件的从属关系指的是需要管理的元素按照一定规律联结而成的，是一种层次关系。如果系统在应急联动处理中需要处理从属约束中的某一元素，只处理该因素的从属元素即可，不需要全部处理，也可以保证自主应急联动系统的处理效果。
为了使自主应急联动系统的性能达到最大化，在系统设计过程中要遵循一定的设计原则，五大设计原则分别为系统的先进性和适用性相结合的原则、开放性和标准性相结合的原则、系统功能模块化原则、系统稳定性和可靠性相结合的原则以及系统安全性原则。
基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统软件工作流程如图5 所示。
图5 基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统软件工作流程
自主应急联动系统是一个长期建设的处理系统，一旦投入使用就会涉及到很多领域的建设，如果短时间内由于性能的原因需要撤销系统，会耗用大量的人力和资源，所以系统在设计的同时要具有一定的前瞻性，以长远需求为核心进行设计，但是也要保证系统的实用性，因此系统先进性和适用性相结合的原则是系统设计的关键。系统开放性和标准化原则的目的是提高系统的应用率，使系统在任意环境都可以进行工作，保证系统的工作效率。系统功能模块化原则一方面是控制系统功能的全面性，另一方面是保证系统具有一定的经济盈利效果，将系统盈利的利润重新投入系统的构建，不断地扩大自主应急联动领域的发展。系统的可靠性原则是保证系统所管理的资源数据信息不被泄露，维护社会的稳定发展，该原则具体体现在系统硬件器件的设计上。自主应急联动系统的安全性原则是因为系统运行调用的过程中会接触到群众的隐私数据，所以系统一定要具备保护隐私数据的安全性，一旦出现异常事件，及时保护系统内部的数据，防止出现数据泄露，造成不可挽回的损失。
3 实验分析
通过以上论证，完成了基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统的设计，文中通过对比实验分析检验该系统性能。为了保证测试结果的科学性和有效性，采用基于主成分分析的自主应急联动系统和基于GIS 定位的自主应急联动系统作为对比系统共同完成系统实验测试。实验参数如表1 所示。
表1 实验参数表
在系统测试前准备3 个数据分析仪和3 台计算机，分别计算分析系统测试的数据，为最终的实验结论分析奠定数据基础。具体的系统测试过程首先将3 个系统上传到3 个相同型号的全新的计算机内，计算机分别与数据分析仪相互连接，与沈阳市和平区管理平台相互连通，以上操作完成系统测试的基本框架。因为测试过程中需要将管理平台内部的信息进行混乱更改操作，所以该平台是工作人员设计的具有区域管理信息的虚假管理平台。准备操作完成后，分别启动3 个系统，为了避免测试误差的出现，在3 个系统运行一段时间后，工作人员触发和平区管理平台的假性混乱，测试3 个自主应急联动系统的反应，收集系统的运行数据参数，3 个系统全部启动会出现管理平台内的信息稳定或者平台崩溃两种情况中的任意一种，结束实验后总结测试数据，分析测试数据，得出测试结论。
按照以上系统测试操作后，得出相关的测试数据如表2～4 所示。
表2 系统执行效果实验结果
表3 系统响应时间实验结果
表4 系统联动效果实验结果
系统的执行效果比是指3 个系统在平台信息混乱后运行，平台的稳定效果和正常平台运行效果的比值，根据数据表可以知道基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统的效果比为1，实现了百分百的应急处理，对比其他两种系统的执行效果比，文中系统运行效果处理还原程度最高。系统应急联动系统的响应时间反映了系统的工作效率，可以得出基于GIS定位的自主应急联动系统的工作效率最佳，其次是文中设计的系统，最后是基于主成分分析的自主应急联动系统。对比实验所测试的系统，联动效果是指系统在处理突发事件过程中调动平台内部信息的调度比，调度比越高表示系统在应急联动过程中所涉及到的区域越多，应急联动处理出现错误的概率越大，效果越不明显。对比以上3 个系统测试的因素，其中最关键的是系统应急执行效果比，其次是系统响应时间和联动效果。综合以上系统性能数据，可以得出基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统是最佳的应急联动系统，具有运行意义。
4 结束语
文中在基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统硬件区域分别设计了联动机、传感器、调度器以及响应器，在系统的软件区域进一步分析了复杂逻辑约束技术以及自主应急联动设计原则，最后软件区域设计的功能分别调用系统硬件区域的器件，总结出基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统的工作流程，完成研究分析。基于复杂逻辑约束的自主应急联动系统满足了应急指挥流程化和规范化，相信在此基础上，可以进一步促进社会秩序的稳定。
