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摘要：该论文针对目前燃气加气站管理的现状和缺陷进行分析和重新设计，借助web app对整个运营数据进行采集和汇总、实时显示动态数据、燃气销售信息查询及相关报表文件输出（word文档和Excel文档）和打印机输出。项目集工控机、跨平台应用于一体，实现对加气站的信息化管理。利用应用服务器分析，对加气站数据整理形成可视化图表。增添手持移动端和网页技术的运用，使用户界面可支持跨平台操作，用户不再受地点限制。
关键词：天然气；加气站；信息化系统
我国在十一五和十二五期间天然气行业发展迅速，天然气在能源结构中比例逐年增加，1999 年到2015 年，国内城市加气站的数量由130 座上升到7540座，增幅57倍，到2020年全国要建成约12000座车用天然气加气站[1]。但是天然气加气站的信息化建设与加气站建设快速发展不相适应。很多加气站急于项目投产，所以根本没有信息化系统与之相配套，能源信息管理、统计和分析缺失给管理造成了很多麻烦，容易造成数据丢失，效率低下等问题。多数公司仍采用传统手工录入方式对数据进行汇总[2]，市场现有管理系统价格昂贵，生产成本大大增加，降低了利润。
为了解决这一困扰行业难题，本论文介绍了一套方便快捷、价格适中的天然气加气站智能信息化系统。该系统将实现加气站数据采集、数据传输、数据挖掘和数据访问等功能。
1 研究现状
目前大部分公司主要采用AppRMS（基于物联网的智能装置远程监控与服务系统）[3]实现对加气站设备远程状态监测，该系统缺乏对加气站精细化管理以及运用移动端随时随地进行数据监测功能，如果在现有公司所研发系统的基础上拓展其功能，实现用户界面可跨平台操作，则可以搭乘原有平台推广使用自身所研制的跨平台管理系统，这样可更方便地为用户提供实时可靠数据；基于HTML5构建，有效避免了多平台重复操作，易于维护，实现加气站信息化系统建设，固有很好的推广和应用前景。
2 系统原理
2.1 系统要求
1）天然气加气站管理依据自身特有性质，要求不同层次管理人员对加气站信息有不同访问权限，如加气站总经理与技术人员访问界面不同，用户与管理者访问权限不同等；2）考虑到加气站数据的时效性，要求实现加气站数据的实时传递；3）由于同一公司在全国各地常有子公司，加气站分布分散，为方便统一管理要求实现多地区远距离数据汇总；4）为方便管理人员与用户不受地域和环境限制进行实时操作，要求实现用户界面可跨平台操作，包括PC端与手机端。
2.2 系统架构
整个系统利用网络手段对加气机上的数据进行汇总与传输，使用了基于WEB的B/S结构和基于桌面端的C/S结构[4]，更符合实际的实时网络应用。其拓扑图如图1：
2.3 系统开发
2.3.1 数据采集子系统
数据采集子系统主要分为两个大的模块：数据采集模块和预处理模块。数据采集模块利用RS232协议与加气机进行串口通信，数据采集结构图如图2；采集加气量等数据进行封装交至FPGA器件预处理。预处理模块对发来的数据进行校验，加工成为有效的原始数据，结构图如图3。
2.3.2 数据传输子系统
数据传输子系统主要负责通过网络传输数据，它包含支持TCP/IP协议簇的以太网传输模块。
子服务器子系统对经由串口发来的数据进行校验和纠错，并对有效的原始数据进行更深一步的处理，并用AES、RC4等算法[5]加密。在与总服务器通信时，子服务器会对总服务器鉴权如图4。
2.3.3 用户交互子系统
用户交互子系统拥有人性化的登录界面，方便管理者进行实时信息查询和数据比对。在计算机端，交互系统可以查询详细信息和打印报表。在移动端，用户交互系统依然能方便自如的在各种移动设备上实时监控管理者想监控的加气站，结构图见图5。
2.3.4 总服务器
总服务器系统能分析深度处理的各个子服务器传来的数据以监测储量，清算数据，生成报表，并能用数据来分析公司未来的发展。在用户访问主服务器时主服务器能对不同权限的访问者进行权限的分配。在与子服务器通信时，主服务器能对子服务器鉴权，结构图见图6。
3 系统实现
3.1 数据的模拟与采集
根据实地调研、查阅大量文献资料，基于LNG加气机工作原理，自主研发了两台模拟加气机，用来有效进行加气机数据的模拟与采集，该模拟器基于RS232协议与加气机进行串口通信，并将采集加气量等数据进行封装交至FPGA器件预处理，利用IP的独立性，成功有效地模拟了不同地区的加气机数据，如河北省、辽宁省等跨省的加气机数据，并将其采集预处理。
3.2 数据安全传输
加气机数据传输过程中最需要注意的是数据的保密性，否则会对公司造成不必要的危害，子服务器子系统用AES、RC4等加密算法对经由串口发来的数据进行校验和加密；采用日志辅助手段，记录数据出错情况，保证了数据传输的安全性。
3.3 不同权限用户登陆、访问
本阶段基于JavaScript+Html5+CSS脚本语言[6]，WebSocket通信协议实现网页与服务器的通信；基于Socket通信协议[7]实现子服务器与总服务器的通信；基于Socket通信协议实现加气机与子服务器的通信。
3.4 不同地区的数据集总
本系统基于互联网环境构建，可实现管理者对全国各地区加气站及时了解企业经营状况、经营数据。
3.5 数据的访问
实现了不同权限用户对加气站数据的访问，对于消费用户来说，具体包括加气量、单价、消费额等；对管理人员来说，具体包括日营销额、月营销额、年营销额、日销气量、月销气量、年销气量、历史数据等。
4 结语
本项目对通信技术在天然气加气站管理方面的原理与方法进行了研究，实现了管理平台的权限分级访问、不同地域数据汇总、跨平台操作等成果，运行科学可靠，得到了鞍山市公交第二汽车公司加气站与港华燃气加气站的认可。本研究实现了多学科交叉，对通信技术在天然气行业的发展有着良好的推动作用。
参考文献：
[1]周远鸿，汤湘华.天然气在我国车用燃料领域发展新动向与前景[J].中国石油和化工经济分析， 2013（6）：4850.
[2]雷励. LNG加气机网络管理系统的设计与实现[D].电子科技大学，2014.
[3]周洁.一种基于物联网的输电线路智能远程监控系统，CN104581087A[P].2015.
[4]朱艳辉，向宝坚，刘日群.基于Web的B/S与基于Midas的多层C/S混合架构的电力企业综合查询信息系统的设计与实现[J].微型电脑应用，2002，18（7）：1518.
[5]路伟.基于FPGA的AES加密算法在网络认证中的应用[D].西安理工大学，2010.
[6]董长富，郭超平，宋渝.基于FPGA的多串口模块的设计和实现[J].电子元器件应用，2006，（11）：4346.
[7]Bakhtiari M.SU‐E‐J‐114：Web‐Browser Medical Physics Applications Using HTML5 and Javascript[J].Medical Physics，2012，39（6）：36783679.
項目资助：国家级，辽宁省，辽宁科技大学创新创业计划项目“天然气加气站智能信息化系统开发”（201610146017）
作者简介：李宽（1996），男，从事燃气技术开发。
通讯作者：周卫红（1979），男，副教授，从事燃气场站信息化项目研究。
关键词：天然气；加气站；信息化系统
我国在十一五和十二五期间天然气行业发展迅速，天然气在能源结构中比例逐年增加，1999 年到2015 年，国内城市加气站的数量由130 座上升到7540座，增幅57倍，到2020年全国要建成约12000座车用天然气加气站[1]。但是天然气加气站的信息化建设与加气站建设快速发展不相适应。很多加气站急于项目投产，所以根本没有信息化系统与之相配套，能源信息管理、统计和分析缺失给管理造成了很多麻烦，容易造成数据丢失，效率低下等问题。多数公司仍采用传统手工录入方式对数据进行汇总[2]，市场现有管理系统价格昂贵，生产成本大大增加，降低了利润。
为了解决这一困扰行业难题，本论文介绍了一套方便快捷、价格适中的天然气加气站智能信息化系统。该系统将实现加气站数据采集、数据传输、数据挖掘和数据访问等功能。
1 研究现状
目前大部分公司主要采用AppRMS（基于物联网的智能装置远程监控与服务系统）[3]实现对加气站设备远程状态监测，该系统缺乏对加气站精细化管理以及运用移动端随时随地进行数据监测功能，如果在现有公司所研发系统的基础上拓展其功能，实现用户界面可跨平台操作，则可以搭乘原有平台推广使用自身所研制的跨平台管理系统，这样可更方便地为用户提供实时可靠数据；基于HTML5构建，有效避免了多平台重复操作，易于维护，实现加气站信息化系统建设，固有很好的推广和应用前景。
2 系统原理
2.1 系统要求
1）天然气加气站管理依据自身特有性质，要求不同层次管理人员对加气站信息有不同访问权限，如加气站总经理与技术人员访问界面不同，用户与管理者访问权限不同等；2）考虑到加气站数据的时效性，要求实现加气站数据的实时传递；3）由于同一公司在全国各地常有子公司，加气站分布分散，为方便统一管理要求实现多地区远距离数据汇总；4）为方便管理人员与用户不受地域和环境限制进行实时操作，要求实现用户界面可跨平台操作，包括PC端与手机端。
2.2 系统架构
整个系统利用网络手段对加气机上的数据进行汇总与传输，使用了基于WEB的B/S结构和基于桌面端的C/S结构[4]，更符合实际的实时网络应用。其拓扑图如图1：
2.3 系统开发
2.3.1 数据采集子系统
数据采集子系统主要分为两个大的模块：数据采集模块和预处理模块。数据采集模块利用RS232协议与加气机进行串口通信，数据采集结构图如图2；采集加气量等数据进行封装交至FPGA器件预处理。预处理模块对发来的数据进行校验，加工成为有效的原始数据，结构图如图3。
2.3.2 数据传输子系统
数据传输子系统主要负责通过网络传输数据，它包含支持TCP/IP协议簇的以太网传输模块。
子服务器子系统对经由串口发来的数据进行校验和纠错，并对有效的原始数据进行更深一步的处理，并用AES、RC4等算法[5]加密。在与总服务器通信时，子服务器会对总服务器鉴权如图4。
2.3.3 用户交互子系统
用户交互子系统拥有人性化的登录界面，方便管理者进行实时信息查询和数据比对。在计算机端，交互系统可以查询详细信息和打印报表。在移动端，用户交互系统依然能方便自如的在各种移动设备上实时监控管理者想监控的加气站，结构图见图5。
2.3.4 总服务器
总服务器系统能分析深度处理的各个子服务器传来的数据以监测储量，清算数据，生成报表，并能用数据来分析公司未来的发展。在用户访问主服务器时主服务器能对不同权限的访问者进行权限的分配。在与子服务器通信时，主服务器能对子服务器鉴权，结构图见图6。
3 系统实现
3.1 数据的模拟与采集
根据实地调研、查阅大量文献资料，基于LNG加气机工作原理，自主研发了两台模拟加气机，用来有效进行加气机数据的模拟与采集，该模拟器基于RS232协议与加气机进行串口通信，并将采集加气量等数据进行封装交至FPGA器件预处理，利用IP的独立性，成功有效地模拟了不同地区的加气机数据，如河北省、辽宁省等跨省的加气机数据，并将其采集预处理。
3.2 数据安全传输
加气机数据传输过程中最需要注意的是数据的保密性，否则会对公司造成不必要的危害，子服务器子系统用AES、RC4等加密算法对经由串口发来的数据进行校验和加密；采用日志辅助手段，记录数据出错情况，保证了数据传输的安全性。
3.3 不同权限用户登陆、访问
本阶段基于JavaScript+Html5+CSS脚本语言[6]，WebSocket通信协议实现网页与服务器的通信；基于Socket通信协议[7]实现子服务器与总服务器的通信；基于Socket通信协议实现加气机与子服务器的通信。
3.4 不同地区的数据集总
本系统基于互联网环境构建，可实现管理者对全国各地区加气站及时了解企业经营状况、经营数据。
3.5 数据的访问
实现了不同权限用户对加气站数据的访问，对于消费用户来说，具体包括加气量、单价、消费额等；对管理人员来说，具体包括日营销额、月营销额、年营销额、日销气量、月销气量、年销气量、历史数据等。
4 结语
本项目对通信技术在天然气加气站管理方面的原理与方法进行了研究，实现了管理平台的权限分级访问、不同地域数据汇总、跨平台操作等成果，运行科学可靠，得到了鞍山市公交第二汽车公司加气站与港华燃气加气站的认可。本研究实现了多学科交叉，对通信技术在天然气行业的发展有着良好的推动作用。
参考文献：
[1]周远鸿，汤湘华.天然气在我国车用燃料领域发展新动向与前景[J].中国石油和化工经济分析， 2013（6）：4850.
[2]雷励. LNG加气机网络管理系统的设计与实现[D].电子科技大学，2014.
[3]周洁.一种基于物联网的输电线路智能远程监控系统，CN104581087A[P].2015.
[4]朱艳辉，向宝坚，刘日群.基于Web的B/S与基于Midas的多层C/S混合架构的电力企业综合查询信息系统的设计与实现[J].微型电脑应用，2002，18（7）：1518.
[5]路伟.基于FPGA的AES加密算法在网络认证中的应用[D].西安理工大学，2010.
[6]董长富，郭超平，宋渝.基于FPGA的多串口模块的设计和实现[J].电子元器件应用，2006，（11）：4346.
[7]Bakhtiari M.SU‐E‐J‐114：Web‐Browser Medical Physics Applications Using HTML5 and Javascript[J].Medical Physics，2012，39（6）：36783679.
項目资助：国家级，辽宁省，辽宁科技大学创新创业计划项目“天然气加气站智能信息化系统开发”（201610146017）
作者简介：李宽（1996），男，从事燃气技术开发。
通讯作者：周卫红（1979），男，副教授，从事燃气场站信息化项目研究。