基于分布式数据库的天然气信息集成管理系统研究与应用

【摘要】：天然气作为一种清洁、高效的能源,与人们的生产生活日益密切,随着天然气管网的不断建设及其结构的日益复杂,实时掌握管网动态运行数据,并进行科学的分析处理,为企业安全管理提供重要手段。DCS的出现使它在工业中多参数与复杂控制回路的自动监测和控制中得到了广泛应用,也是天然气配气站管线计量信息采集与显示的基本手段,但DCS并未留有数据接口,难以与企业现有业务管理系统、GIS等进行有效集成,且由于配气站空间分布广和相互独立,并未实现计量数据的远程安全传输与共享,无法与企业设施的空间拓扑结构相结合实现统一可视化管理,难以满足现代企业管理需求。为此,利用数据库、网络通信及GIS图形数据管理与分析等技术,将地理上相互独立、分散的DCS整合起来,通过建立分布式DCS主动实时数据库,将各配气站数据在控制中心建立的集成系统中进行统一管理,以实现海量数据远程实时更新与安全共享。 本文在分析用户需求与企业空间结构的基础上,将集成系统分为DCS数据接收与存储子系统和控制中心集成管理子系统两部分,并构建了系统的总体框架、网络拓扑结构与数据一体化集成模型。在了解配气站DCS物理结构与数据存储格式后,通过研究Modbus协议RTU通信模式及其消息帧模式,基于计算机RS-232端口,采用WINDOWS串行通信与数据库技术,建立了DCS主动实时数据库,基本实现了PC机与DCS间的通信,为系统集成提供了开放的数据接口。控制中心子系统利用FTP/SSL、TCP/IP等网络通信协议、采用数据库技术无缝连接地理信息与计量信息,并结合现有业务管理流程、GIS中多种空间分析与统计功能,运用AE (ArcGIS Engine)组件包、ArcGIS地理数据库、SQL Server2005数据库和VC#.NET语言二次开发实现了天然气信息集成管理系统的基本功能,充分发挥GIS与DCS的性能。论文的主要研究内容和成果包括： 1.根据DCS计量数据、管网空间数据特点和企业业务需求,研究了基于COM技术的计量数据与地理数据一体化集成模型和业务功能集成模式,并在此基础上设计了系统的总体结构和网络拓扑结构； 2.在研究Modbus-RTU通信模式及其消息帧的基础上,采用WINDOWS串行通信技术与数据库技术设计了分布式DCS主动实时数据库,同时,为降低数据库压力,通过构建网络共享文件夹保存数据库中自动导出的每天海量的采集数据,并基于TCP/IP、FTP/SSL网络协议初步实现数据远程安全传输与共享； 3.基于COM技术将数据服务层、业务逻辑层与系统应用层进行统一管理,构建了集成系统总体数据库模型,实现GIS与DCS数据库的无缝连接,并设计了数据库安全体系结构,为上层应用系统提供稳定的数据服务； 4.根据已设计的DCS数据库、系统总体结构与网络拓扑结构,基于ArcGIS Engine、Geodatabase、SQL Server 2005、Socket及VC#.NET,编程基本实现了天然气信息集成管理系统。经实践表明,该集成系统实现了天然气计量数据与地理数据的统一可视化管理等基本功能,具有一定的实用价值。 【关键词】：GIS DCS 系统集成 主动实时数据库 远程监视
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP311.52
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 论文的研究意义12-13
• 1.2 GIS与DCS集成研究现状13-15
• 1.2.1 国内研究现状13-14
• 1.2.2 国外研究现状14-15
• 1.3 论文研究目标、内容及拟解决的关键问题15-17
• 1.3.1 研究目标15-16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.3.3 拟解决的关键问题17
• 1.4 论文组织结构17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 天然气信息集成管理系统中关键技术综述19-30
• 2.1 通信协议及其差错控制19-23
• 2.1.1 Modbus与其他通信协议19-22
• 2.1.2 通信差错控制22-23
• 2.2 GIS与DCS集成方式23-24
• 2.3 集成系统技术路线及优势24-25
• 2.3.1 集成系统技术路线24
• 2.3.2 系统集成优势24-25
• 2.4 三维建模关键技术25-27
• 2.4.1 地理数据获取与处理26
• 2.4.2 SketchUp三维建模26-27
• 2.4.3 模型输出27
• 2.5 系统业务功能集成模式27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 天然气信息集成管理系统总体设计30-38
• 3.1 天然气信息集成管理系统30
• 3.2 系统需求分析30-31
• 3.3 系统设计原则31-32
• 3.4 系统总体设计32-37
• 3.4.1 系统总体结构设计32-34
• 3.4.2 系统功能模块设计34-37
• 3.4.3 系统网络拓扑结构设计37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 集成系统数据库建设与远程通信设计38-49
• 4.1 DCS主动实时数据库建设38-41
• 4.1.1 DCS数据接口设计38-40
• 4.1.2 DCS主动实时数据库建立40-41
• 4.2 GIS数据库建设41-42
• 4.3 一体化数据库模型设计42-44
• 4.4 集成系统数据库总体结构设计44-45
• 4.5 数据库安全设计45-46
• 4.5.1 数据库备份设计45
• 4.5.2 数据库恢复方法45-46
• 4.6 远程通信设计46-48
• 4.6.1 Socket通信机制46-47
• 4.6.2 流式Socket通信工作流程47-48
• 4.6.3 C/S模式下FTP安全传输模型48
• 4.7 本章小结48-49
• 第5章 天然气信息集成管理系统实现49-65
• 5.1 DCS数据接收与存储子系统功能实现49
• 5.2 集成管理子系统主要功能实现49-64
• 5.2.1 系统管理51-53
• 5.2.2 数据管理与空间信息查询53-55
• 5.2.3 DCS数据远程查询与统计55-58
• 5.2.4 空间分析58-61
• 5.2.5 三维可视化展示61-64
• 5.2.6 地图输出64
• 5.3 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 1 结论65
• 2 存在不足与展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73

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