智慧化燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)的構(gòu)建

張立斌 任紅梅 雷 寧 白凱洋

（1. 北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司，北京 100000；2. 北京首都機(jī)場(chǎng)動(dòng)力能源有限公司，北京 100000）

隨著時(shí)代的發(fā)展，燃?xì)庠谖覈?guó)能源結(jié)構(gòu)中的占比越來(lái)越高，其戰(zhàn)略地位變得越來(lái)越重要，燃?xì)夤芫W(wǎng)擴(kuò)張迅速，全面有效的管理燃?xì)猓⒁粋€(gè)監(jiān)控、管理、應(yīng)急于一體的燃?xì)庀到y(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。2016年2月24日，國(guó)家發(fā)改委、能源局、工信部印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，在新興技術(shù)支撐下的“智慧型生活”逐漸進(jìn)入公眾社會(huì)的視野；隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及以及各類信息技術(shù)的發(fā)展，為智慧燃?xì)馓峁┝藦?qiáng)有力的軟件、硬件支撐。本文詳細(xì)介紹了以地理信息系統(tǒng) （GIS） 、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng) （SCADA） 以及云服務(wù)器為基礎(chǔ)搭建的新型燃?xì)獗O(jiān)控平臺(tái)。2002～2017年中國(guó)天然氣產(chǎn)量及消費(fèi)量如圖1所示。

圖1 2002～2017年中國(guó)天然氣產(chǎn)量及消費(fèi)量

1 燃?xì)庑袠I(yè)現(xiàn)存問(wèn)題

1.1 二次施工對(duì)天然氣管道的破壞

城市地下管網(wǎng)是維持城市生命活力的“血管”，其地下管線種類繁多，包括水利水電、網(wǎng)絡(luò)通信、燃?xì)獾榷鄠€(gè)類別的20余種輸送通道。管網(wǎng)橫縱向分布錯(cuò)綜復(fù)雜，其他各單位在進(jìn)行二次施工時(shí)，由于缺乏對(duì)其他部門(mén)管線鋪設(shè)情況的了解，很容易對(duì)未知管道造成破壞，相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)天然氣管道的破壞是影響最大的。

1.2 信息化嚴(yán)重不足

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，在各類行業(yè)中都得到了應(yīng)用，但是反觀當(dāng)今燃?xì)庑袠I(yè)卻信息化嚴(yán)重不足，管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型不規(guī)范，缺乏完善可靠的燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)據(jù)模型以提供穩(wěn)定高效的底層數(shù)據(jù)支持[1]。

1.3 管理維護(hù)機(jī)制效率低下

當(dāng)今管網(wǎng)維護(hù)方法大多數(shù)是由工作人員人工定期到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡檢和測(cè)試，無(wú)法在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除問(wèn)題效率低下，且不能對(duì)巡檢工作人員的工作質(zhì)量進(jìn)行有效的監(jiān)督。由于燃?xì)夤芫W(wǎng)中的壓力箱、閘井等基礎(chǔ)設(shè)備分布廣泛且數(shù)量眾多，若發(fā)現(xiàn)隱患，還將會(huì)消耗大量的人力資源。

2 智慧燃?xì)獾母拍罴霸O(shè)計(jì)目標(biāo)

2.1 智慧燃?xì)獾母拍?/h3>

“智慧型城市”的核心是“智慧”，就是在城市體系構(gòu)建中充分運(yùn)用新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)調(diào)控。“智慧燃?xì)狻本褪恰爸腔鄢鞘小斌w系下的重要組成部分。“智慧燃?xì)狻被诖髷?shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈以及最新的5G通信等技術(shù)為用戶提供更加環(huán)保的燃?xì)馐褂皿w驗(yàn)，提高了用戶滿意度，為燃?xì)夤咎峁└痈咝У囊惑w化管理維護(hù)方式，增強(qiáng)企業(yè)信息化程度，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)流程，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)隱患并及時(shí)預(yù)警，提供處理異常的全套流程方法，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等手段來(lái)輔助決策。

2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

智慧燃?xì)庖匀細(xì)膺\(yùn)營(yíng)管理標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，緊密結(jié)合燃?xì)馄髽I(yè)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)流程[2]，將燃?xì)夤芾硐到y(tǒng)打造成一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)集成、運(yùn)行調(diào)度、決策分析一體化高度集成的新模式，系統(tǒng)能夠及時(shí)采集管線的實(shí)時(shí)信息并進(jìn)行共享，解決燃?xì)馄髽I(yè)信息化建設(shè)中內(nèi)部信息孤島問(wèn)題；對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)全方位覆蓋，實(shí)時(shí)反饋運(yùn)行狀態(tài)信息，提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定性，使故障風(fēng)險(xiǎn)降到最低；通過(guò)系統(tǒng)云服務(wù)器中存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)來(lái)分析出能夠使企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益的有利信息，各部門(mén)通過(guò)此系統(tǒng)作為橋梁，聯(lián)動(dòng)來(lái)解決各類異常問(wèn)題，提升決策的科學(xué)性。

3 智慧燃?xì)獾臉?gòu)造

3.1 主要模塊

智慧燃?xì)庵饕幸韵聨讉€(gè)模塊組成，如圖2所示。

圖2 智慧燃?xì)饽K組成

3.2 層次架構(gòu)

3.2.1 感知層

感知層是由各式各樣具有采集、傳感、監(jiān)控等功能的移動(dòng)終端設(shè)備組成。主要包括壓力傳感器、溫度傳感器、流量監(jiān)測(cè)器、閘井視頻監(jiān)控器、電動(dòng)閥門(mén)監(jiān)控等裝置。本系統(tǒng)在集氣管道、輸氣管道、配氣管道都分別布置了各類傳感器，例如WNK801型號(hào)壓力傳感器， SHTCX溫濕度傳感器等，來(lái)負(fù)責(zé)采集管線燃?xì)獾臏囟取毫Α⒘髁康葦?shù)據(jù)，在關(guān)鍵閘井、管線節(jié)點(diǎn)和閥門(mén)等重要位置安裝了視頻監(jiān)控，在電源上安裝了電源監(jiān)控，以確保第一時(shí)間感知到事故的發(fā)生。

3.2.2 傳輸層

傳輸層是指將采集到的監(jiān)測(cè)信息通過(guò)4G、有線網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)等通信方式傳輸給后端服務(wù)器中，或者將數(shù)據(jù)在不同服務(wù)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。本文所介紹的系統(tǒng)采用4G傳輸方式將傳感器采集到的監(jiān)測(cè)信息通過(guò)中央處理器有規(guī)律的傳輸?shù)絊CADA服務(wù)器中，將管線空間數(shù)據(jù)信息錄入到GIS系統(tǒng)服務(wù)器中，再將所有的信息通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的方式傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)共享服務(wù)器中。

3.2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括各視頻監(jiān)控設(shè)備采集的視頻數(shù)據(jù)、GIS系統(tǒng)中存儲(chǔ)的的管線基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)、SCADA系統(tǒng)中存儲(chǔ)的燃?xì)獾母黜?xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)、云端數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)中的集成數(shù)據(jù)構(gòu)成。數(shù)據(jù)層主要對(duì)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理分析、存儲(chǔ)交換、再傳輸?shù)取Ｔ品?wù)器中會(huì)備份所有數(shù)據(jù)，更好地集成數(shù)據(jù)并且形成歷史日志，訪問(wèn)者可隨時(shí)隨地利用手機(jī)、平板電腦、PC登陸Web端云端數(shù)據(jù)服務(wù)器獲取所需要的數(shù)據(jù)，為日后的管理和維護(hù)工作提供海量的數(shù)據(jù)支撐基礎(chǔ)，也能夠幫助企業(yè)做出更具科學(xué)性的決策。

3.2.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層是一套將數(shù)據(jù)層中的有價(jià)值信息數(shù)據(jù)可視化的軟件集合。可分為實(shí)時(shí)展示系統(tǒng)和移動(dòng)軟件終端。本文所介紹的智慧燃?xì)庀到y(tǒng)使用Java語(yǔ)言編寫(xiě)了適用于Android設(shè)備的移動(dòng)軟件終端，室外工作人員可以通過(guò)操作軟件來(lái)輔助日常的巡查或養(yǎng)護(hù)工作；信息實(shí)時(shí)展示系統(tǒng)能夠顯示云端數(shù)據(jù)中心收集到的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，室內(nèi)工作人員可以通過(guò)此系統(tǒng)進(jìn)行全局的監(jiān)測(cè)及監(jiān)控。軟件界面如圖3所示。

圖3 軟件界面

4 智慧燃?xì)庵饕δ?/h2>

4.1 展示功能

管網(wǎng)GIS系統(tǒng)能夠?qū)芫€的分布狀況進(jìn)行二維或三維展示，還具有查詢、統(tǒng)計(jì)的功能，能夠顯示某一類燃?xì)夤芫€、管線數(shù)量、閥門(mén)數(shù)量等。GIS本身還擁有信息管理等功能，能夠?qū)Σ杉降幕蛉斯や浫氲臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的整合和展示，極大方便了日后的管理工作。GIS的分析功能能夠輔助支持決策，在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上能夠使工作人員構(gòu)思出最具科學(xué)性的應(yīng)對(duì)方法。

4.2 預(yù)警搶險(xiǎn)

布置的傳感器將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳到SCADA系統(tǒng)中，當(dāng)管道壓力、燃?xì)鉁囟然蛘吡髁砍^(guò)正常標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示并且報(bào)警，工作人員可以遠(yuǎn)程操控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)用氣閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，第一時(shí)間使危害減小，然后及時(shí)將報(bào)警信息推送給工作人員，使工作人員第一時(shí)間能夠了解情況并作出應(yīng)對(duì)，快速準(zhǔn)確地開(kāi)展應(yīng)急搶險(xiǎn)工作。

4.3 巡檢維護(hù)

工作人員可以通過(guò)安卓移動(dòng)終端或者燃?xì)夤芫W(wǎng)控制平臺(tái)實(shí)時(shí)的對(duì)傳入后臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督，并且可以通過(guò)GIS系統(tǒng)準(zhǔn)確地取得需要維護(hù)的管道的數(shù)據(jù)，查看一定范圍內(nèi)管線的分布情況，定位管線的具體位置，做到有針對(duì)性的日常巡檢。

4.4 決策支持

由于本系統(tǒng)云服務(wù)器存儲(chǔ)的大量的燃?xì)夤芫€歷史數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中提取這些多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，能夠?yàn)槿細(xì)夤芫W(wǎng)二次優(yōu)化或改造提供有利的輔助信息，為公司領(lǐng)導(dǎo)層決策提供更科學(xué)的理論支撐。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所介紹的智慧燃?xì)庀到y(tǒng)通過(guò)新技術(shù)的應(yīng)用以及管理方式的改變，能夠使燃?xì)庑袠I(yè)走向更加智慧、智能、高效的道路，是燃?xì)庑袠I(yè)信息化重要應(yīng)用之一。本系統(tǒng)一方面極大方便了燃?xì)饽茉垂镜墓芾恚岣吡斯ぷ餍剩槕?yīng)了市場(chǎng)的需求，保障了人民日常生活質(zhì)量的安全；另一方面，“十三五”時(shí)期是我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)加速進(jìn)入跨界融合的時(shí)期，2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，本系統(tǒng)也響應(yīng)了國(guó)家對(duì)未來(lái)行業(yè)的發(fā)展的要求，極大地推動(dòng)了新的社會(huì)治理模式的發(fā)展。