基于物联网的石油企业安全生产数据分析平台设计

王建胜 王嫔

摘要：文章针对当前方法对安全生产数据进行分析时效率低、错误率高的问题，引入物联网技术，提出基于物联网的石油企业安全生产数据分析平台设计研究。在硬件方面，设计智能终端主控芯片和频率信号电路，在软件方面采集了影响石油企业安全生产的信息，并对其进行分类，建立安全事故隐患排查模型，最后基于物联网技术实现石油企业安全生产数据分析。对比实验结果表明，该系统对石油企业安全生产数据分析效率较高，应用效果较好。

关键词：物联网；石油企业；安全生产；数据分析平台

中图分类号：TP391      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）34-0123-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

近年来，现代信息技术和智能终端设备的发展取得了重大进步，石油企业的信息化系统建设也取得了长足的进步，尤其是在大型石油安全信息平台建设方面。随着时间的推移，物联网技术逐渐应用于石油行业的生产领域。由不同信息系统生成的物联网化生产数据分析也逐渐显示出自身特色[1]。安全生产数据分析是石油公司生产经营的前提和保障，其不仅影响正常的生产活动，也关系着工人的安全和健康。物联网是指具有高容量、多种类型、快速访问和高应用价值的数据的收集与共享，通过分布式的数据来源和不同格式的数据收集，进行相关性分析，以揭示新的知识并创造新的价值。石油企业生产经营点多、生产线长、区域多，其主要产品是易燃易爆品。石油生产活动经常需要在现场作业，有很多工作存在很高的作业风险[2]。这些特点决定了石油生产安全管理的复杂性和难度，因此，实施石油公司的安全风险管控具有十分重要的意义。近年来，随着互联网和物联网技术的应用，企业在安全监控信息和情报方面得到了持续的保障，特别是通过将物联网技术与石油安全生产业务整合，能够满足石油行业安全管理和安全生产数据分析的需求。在这一背景下，本次开发了一个基于物联网分析方法的应用模型，用于石油安全生产领域。该模型的设计考虑到了数据分析和石油安全管理指导平台的主要功能、基本结构和技术架构，并成功创建了一个基于物联网的石油企业安全生产数据分析平台[3]。希望充分发掘和利用数据资源，提高石油安全生产能力，降低可能发生的事故风险，确保石油领域持续良好的HSE管理，为石油和矿业领域不同信息系统的同步建设和交流提供技术工具和参考依据。

1 硬件设计

1.1 智能终端主控芯片

本研究中使用的智能终端主要控制芯片型号为STM32F103C8T6，这是一款基于ARMCortex-M的32位微控制器，包括Flash程序存储器，工作电压为2～3.6V，具有低电压和低能耗的优点，应用场景广阔。

1.2 信号电路设计

在模拟信号输入模块中，应使用高精度分布加速器来有效消除信号模拟分布过程中的环路干扰。巴特沃斯滤波器可通过调整外部电阻值和相位中的延迟，实现高质量的滤波效果，其结构如图1所示。

在该结构中，频率信号输入方案如下：通过使用二极管进行调整和箝位操作，限制电磁传感器周围窦波信号输出的最大宽度。同时使用bipol-ar-Smita形成方案，通过比较和增加电压和电流，输出具有拐角上升沿的脉冲二次波。

2 软件设计

2.1 采集影响石油企业的安全生产信息

在分析石油企业事故的相关风险数据后，总结石油企业事故隐患表现形式及成因，得出结果如表1所示。

如表1所示，其显示了四种类型风险的主要表现形式和直接原因，包括石油生产、承包商、交通运输和环境保护四类。根据石油企业的实际情况，将风险类型分为33种，如表2所示[4]。

2.2 建立安全事故隐患排查模型

为排查安全事故隐患，有必要建立风险防范矩阵，并对上述33种风险的类型进行比较。首先，在不同类型的风险a之间建立关系，并用1表示存在直接关系的地方[5]。如果没有直接关系，则使用0。其次，在相关算法的基础上，通过矩阵A确定上述33种事故风险的专家评估和现场调查结果，建立影响因素关系矩阵，其如公式（1） 所示。

[A=aijaij=1（i因素对j因素有影响）aij=0（i因素对j因素无影响）]   （1）

在对矩阵A进行运算后，得到矩阵B，并基于要实现的矩阵B对可能的危险进行分类[6]。最后，从潜在的事故隐患分析中推导出一个隐患排查结构，其包括隐患风险识别、隐患排查目标、确定排查方法和工具、排查责任分工、排查记录、排查整改措施、整改跟踪和评估七个部分，其结构如图2所示。

根据搭建的风险数据模型和大量事故综合分析，发现石油企业存在一定的事故风险。具体而言，隐患主要集中在采油装置上，其暴露在生产过程中，对安全的影響较为集中。数据分析显示，在日常生产过程中，该公司过于关注设备和生产技术的管理，忽略了HSE体系审查报告中不安全行为的重要性，这一问题占隐患总数的32.0%[7]。管理缺失是隐患产生的根本原因，据HSE体系近年审计报告显示，涉及隐患管理缺陷的问题占隐患总数的48.3%。这些问题包括未明确控制前的风险责任、隐患防控和防治责任，以及潜在危险的存在等问题[8]。隐患数据的分析研究结果表明、泄漏等问题发生频率较高，这种隐患往往是由螺丝损坏和地表损坏引起的。

2.3 基于物联网技术实现石油企业安全生产数据分析

为了降低石油企业安全事故风险，基于物联网技术对石油企业安全生产数据进行分析，图3为基于物联网技术的石油企业安全生产数据分析流程图。

3 实验论证

上文中对基于物联网的石油企业安全生产数据分析平台的软硬件设计进行了详细分析，在Windows10、MySQL5.8的环境下对系统进行实验，通过对比实验来判断本文所设计平台的性能。本次调查评估了事故油田HSE危险预警系统的实用性和可靠性，并对长庆油田X石油厂进行了为期12个月的监测和检查。在分析了5 209个隐患信息后，将其分为10组，其中包括3 363个涉及安全生产的专业词汇。通过这些分析结果，发现了一些隐患出现频率较高的常见问题，如动火、临时用电和消防器材等。为更直观地展示这些高频词汇，本次还创建了一个高频词汇表，并建立了一个主要频率名称数据库，以应对未来可能出现的风险事故[9-10]。为测试该系统的性能，本次按照上述条件对三种方法进行了实验，并将实验结果整理如表3所示。

由表3可知，本文方法能够更好地缩短安全生产数据分析时间，相比于传统方法1和传统方法2平均分别缩短21.42s和25.43s。实验结果表明，此次设计方法相比传统方法，分析效率更高。

4 结束语

本次研究根据石油公司的生产特点，将潜在事故分为环境保护、承包商、石油生产、交通运输四个方面。收集潜在危险的表现形式和直接原因，还从人、物、环境和管理的角度对每个方面进行了分类和统计分析，收集了事故隐患的统计结果。最后，使用本文中的设计软件来规范数据分析，该系统适用于石油公司事故风险的多级描述结构模型（ISM） 。在分析事故危害关系结构的基础上，可对事故风险进行深度分析，并提出风险防范措施，可帮助石油企业降低事故发生概率。

参考文献：

[1] 杨莉，邵克勇，张玉波，等.基于物联网的室内温度监控系统实验教学平台设计[J].科技与创新，2023（14）：26-28.

[2] 陆翔，吕新政，郝刚，等.基于SOA的跨平台物联网框架设计与实现[J].江苏大学学报（自然科学版），2023，44（4）：452-458，466.

[3] 傅骞，宋义深，郑娅峰.面向信息科技教育的物联网平台研究：MixIO物联网平台的设计与实现[J].电化教育研究，2023，44（5）：99-103，128.

[4] 牛亚平，沈正祥，励凯宏，等.基于物联网的气瓶充装站安全生产风险监测预警云平台设计[J].特种设备安全技术，2023（2）：64-66.

[5] 崔婭娟，贺荣骄，范猛士，等.基于物联网技术的烟叶复烤生产质量统计分析平台设计与实现[J].中阿科技论坛（中英文），2023（4）：106-110.

[6] 韦冰，赵光煜，陈长喜，等.基于物联网的肉鸡生产环境及体征监控预警平台的设计与应用[J].天津农学院学报，2022，29（4）：55-59.

[7] 黄晓园，廖润生，吴泽海，等.基于物联网的智慧工厂空气环境智能语音监测平台设计[J].现代信息科技，2022，6（22）：159-162.

[8] 杜久玲，韩丽君.基于物联网的无线通信原理课程教学资源共享平台设计[J].电脑知识与技术，2022，18（22）：28-29，33.

[9] 成澜.基于OneNET物联网云平台与MQTT协议的智能家居模型通用控制小程序设计[J].电脑与电信，2022（7）：10-13.

[10] 葛忠兴.基于物联网技术的大型客站电扶梯智慧监管平台方案设计及应用[J].铁路计算机应用，2022，31（10）：38-41.

【通联编辑：张薇】