城市天然氣管網GPS智能巡檢系統應用研究

賴曙光

深圳市燃氣集團股份有限公司 深圳 518000

摘要：通過分析管網巡查巡檢現狀，針對性提出本地城市天然氣管網GPS巡檢系統的需求，研究適用、靈活的系統架構，在燃氣巡檢基本平臺上的基礎上，開發設計智能巡檢系統前端和后臺基本模塊功能，涵蓋管網巡查巡檢各業務內容，有效地提升作業效率和管理水平。

關鍵詞：天然氣管網；GPS；巡檢系統

巡查和巡檢是保障天然氣管網這一城市重要基礎設施安全、穩定的運行關鍵環節，是管道完整性管理概念中確保管道始終處于受控狀態的前提條件。通過巡檢人員的周期性巡查，及時獲取最新巡線數據，對管線運行狀況進行及時監測，為管網運行控制、異常處理提供必要的數據支持與業務支持，提高管道安全、穩定運行系數。

梧州深燃公司是深圳燃氣集團控股管理的城市管道天然氣運營單位，在管網完整性管理和巡查巡檢標準上較早就開始考慮運用現代化的技術工具，執行嚴格的標準，天然氣管網GPS巡檢系統的開發研究是其中重要的手段，梧州深然公司根據管網的運行技術狀況也在不斷研究適合自身特點的智能巡檢系統。

一、管網巡查巡檢現狀

梧州深燃公司現有地下天然氣管網150公里，地上管網600多棟高、多層樓宇，地下管徑范圍為DN110-DN250，燃氣設施包括地下燃氣閥門、出地面中壓燃氣閥門、凝水器、放散閥、調壓器、工商業用戶流量表等，有中壓和低壓兩種壓力等級，市政中壓管道系統設計壓力0.3MPa，運行壓力不超過0.2MPa；小區樓棟和工商業用戶調壓器后燃氣管道為低壓供氣，管道運行壓力為1500～3000Pa，地下管埋深一般為0.8～1.5米，最深處約為4～6米。

在巡查巡檢方式上，根據管道材質、帶氣狀況、使用年限和周圍環境（人口密度、地質、道路情況）等因素綜合考慮，并從管網巡查巡檢工作合理安排出發，將巡查巡檢的管網設施分為A、B、C、D、Z共五個等級：A級是市政地下管網設施，重要工商業用戶燃氣設施；B級為居民小區庭院地下管網設施、地上外墻立管設施、一般工商業用戶燃氣設施；C級為在建工程管網設施；D級是居民小區樓宇天面共用燃氣管網設施；以上A、B、C、D四個等級的管網設施出現需要增強巡查巡檢力度的情況時，調整為Z級。巡查內容包括地理環境變化、周圍生態異常、第三方施工影響、管道附件完備性、燃氣用戶使用、調壓器調壓箱和工商業用戶燃氣設施等方面。巡查周期為A級每天巡查一次，B級每二天巡查一次，C級每周（7天）巡查一次，D級每個月（30天）巡查一次，Z級每天巡查二次及以上。

二、巡查巡檢需求分析

針對梧州天然氣管網巡查巡檢現狀，總體上要求開發一套智能巡檢監管、檢測和記錄系統，全面指導日常巡查巡檢工作的開展。這套系統主要應用全球衛星定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）和無線網絡傳輸等關鍵技術，結合智能終端設備進行綜合開發。巡檢人員持智能終端，完成并記錄日常巡查和巡檢作業，如現場的事件類別信息、事件內容、事件位置、事件現場圖片或視頻等信息傳送到公司監管或調度室，后端管理人員可對巡查人員的實時位置進行調度和指揮，遠程布置巡檢任務等，以提高巡查效率。具體而言，主要達到以下要求：

1.快速體現天然氣管網設施的運作情況，通過及時采集管網運行的基礎數據（包括閥門狀態、調壓器壓力、管道隱患數據等），建立完整、可靠、動態更新的天然氣管網運行數據庫。

2.對巡查人員進行實時、有效的監管，通過位置計算和系統檢測，發現巡查人員巡檢缺位、錯線、錯時和周期錯誤等情況，發出修正、提示等警告指令，督促巡查人員及時歸位巡查，有效地解決傳統巡查打卡、人工抽查等方式的缺陷。

3.針對管網設施的意外故障，設立故障事件應對方案，提供專業解決指導方案和調度安排。

4.利用管網運行基礎數據庫中的海量數據，實現有效的查詢、統計和分析，還可以進一步開展數據挖掘，對天然氣管網設施的運行現狀進行評估，對未來趨勢給出預測；還能通過聯網技術，將巡查數據和分析結果傳輸到其他管理部門，特別是與管道完備性管理和安全管理信息系統對接，為管道安全管理提供現狀信息和決策支持。

三、系統架構

系統目標方面，天然氣管網GPS智能巡檢系統應該由管理平臺（后臺）和前端手持設備（PDA）以C-S結構方式構建。前端手持設備要內置GPS接收機，不間斷讀取衛星定位信息，并報告自身位置，巡檢工作人員將定位信息運用于巡檢線路，將設備檢修記錄保存于前端手持設備數據庫，并通過GPRS或CDMA等通訊方式將數據實時上傳至調度管理室。調度管理室可以實時監測巡檢人員所處位置及所進行的各項工作任務，對于突發事件， 前端手持設備和管理平臺可實現及時雙向通訊。

根據巡查巡檢需求和系統目標，系統架構可分為表現層、業務邏輯層、服務層和外部系統四方面。表現層應用于管理平臺和巡線人員的手持設備，業務邏輯層包含監控模塊和資源管理、巡線計劃管理、電話管理、事件管理、統計與分析報表等應用功能的開發，服務層主要包括數據庫、通訊單元和應用程序等支持模塊，在外部系統方面，留下管道完整性系統、WEBGIS系統和GPS系統的數據接口。

圖1：GPS智能巡檢系統架構

四、功能實現

梧州天然氣管網GPS巡檢系統的功能應充分反映梧州深燃公司管網巡檢現狀和需求，公司在燃氣集團GPS巡檢基本平臺的基礎上進行二次開發，包括管理平臺（后臺）和前端手持設備2大部分，具體主要考慮以下功能的實現：

1.管理平臺。管理平臺對GIS基礎數據和巡查數據、事件和前端手持設備信息進行全面存儲、監控和管理，是調度人員、管理人員巡線管理的窗口。主要功能包括：

圖2：智能巡檢系統管理平臺

A人員信息管理：管理內容包括添加、修改、刪除、查詢巡查人員信息，設置巡查人員權限、角色。巡查人員基本信息包括：賬號，密碼，姓名、性別、班組、巡查區域等。巡查人員動態信息包括：在線狀態、在崗狀態、關鍵位置到位情況，上下班打卡時間、坐標、移動速度、有效巡查管網長度等。

B排班管理：對巡查人員進行日常工作排班，做出排班計劃表并進行動態調整，巡查人員未按計劃到崗到線到位時，管理系統發出報警提醒，在管理平臺會記錄每位巡查人員的遲到記錄，供查詢統計。

C對GIS模塊的管理：內置梧州坐標系矢量數據地圖和GIS模塊。

D信息傳輸：發送信息給手持設備，下達任務指令和支持信息。

E第三方施工工地和隱患管理：后臺管理系統統一對施工和隱患信息進行管理，形成歷史和現狀信息表。

F查詢統計及報表：可以按不同的條件查詢統計巡查和事件信息。

2.前端手持設備。

圖3：前端手持設備

前端手持設備支持安卓2.1以上系統平臺搭載使用，對手機品牌、型號、通信運營商沒有特別要求。基本功能包括：

A基本地圖功能：可進行地圖查詢定位、圖層設置、比例調整、距離