基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的燃?xì)夤艿肋\(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)研究

摘" 要：在當(dāng)今能源基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)中，燃?xì)夤艿赖陌踩托手陵P(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet of Things technology），通過其網(wǎng)絡(luò)化的傳感器和設(shè)備，能夠提供關(guān)于燃?xì)夤艿肋\(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管道系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。基于此，全面探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，詳細(xì)分析了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用以及技術(shù)測(cè)試的執(zhí)行，旨在展示物聯(lián)網(wǎng)如何增強(qiáng)燃?xì)夤艿赖谋O(jiān)控能力和管理效率。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)" 燃?xì)夤艿? 運(yùn)行狀態(tài)" 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TE978

Research on Real-Ttime Monitoring of Gas Pipeline Operation Status Based on Internet of Things Technology

SHAO Tingfu

Beijing Gas Group Co.， Ltd.， Beijing， 102600 China

Abstract： In today's energy infrastructure operation， the safety and efficiency of gas pipelines are crucial. The Internet of Things （IoT） technology， through its networked sensors and equipment， can provide real-time data about on the running status of gas pipelines， so as to realize achieve the real-time monitoring and management of the pipeline system. tThis paper comprehensively discusses the application of the Internet of Things technologyOT in the monitoring of the gas pipeline， and analyzes the design of the monitoring system， the application of the key technologies and the implementation of the technical testing in detail. It， aimsing to show how the Internet of ThingsOT can enhance the monitoring ability and management efficiency of the gas pipeline.

Key Wwords： Internet of Things technology; Gas pipeline; Operation status; Real-time monitoring

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過其高度的網(wǎng)絡(luò)化傳感器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理能力，提供了一種創(chuàng)新的解決方案，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)燃?xì)夤艿赖倪\(yùn)行狀態(tài)，包括壓力變化、流量異常、泄漏檢測(cè)和腐蝕評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夤艿老到y(tǒng)全面的健康診斷與實(shí)時(shí)監(jiān)控。這種技術(shù)不僅能夠提前識(shí)別潛在的風(fēng)險(xiǎn)，還可以優(yōu)化燃?xì)饬髁亢蛪毫芾恚@著提高能源利用效率和系統(tǒng)響應(yīng)速度，減少因維護(hù)和事故處理導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。

1" 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種先進(jìn)的信息技術(shù)應(yīng)用，通過傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理平臺(tái)及其配套的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種物體的互聯(lián)互通，具備數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析和處理的功能，這一技術(shù)在燃?xì)夤艿肋\(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用具有革命性意義。通過將傳感器部署在燃?xì)夤艿老到y(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如閥門、連接部、主管道等位置，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)收集關(guān)于管道壓力、流量、溫度及可能的泄露等關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能使得運(yùn)營(yíng)管理者可以在任何地點(diǎn)對(duì)燃?xì)夤艿老到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和迅速響應(yīng)，大幅度地提升了燃?xì)夤艿拦芾淼男屎桶踩絒1]。

2" 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1" 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)在燃?xì)夤艿肋\(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中扮演著核心角色，該系統(tǒng)采用分層架構(gòu)策略以確保數(shù)據(jù)的高效流通和處理，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、處理層和應(yīng)用層4個(gè)主要部分。其中：感知層由各種傳感器組成，這些傳感器安裝在燃?xì)夤艿赖年P(guān)鍵位置，能夠?qū)崟r(shí)捕捉管道壓力、流量、溫度及化學(xué)成分等數(shù)據(jù)，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將感知層收集到的數(shù)據(jù)通過無(wú)線傳輸技術(shù)如LoRa、NB-IoT或5G等發(fā)送到更高級(jí)別的數(shù)據(jù)處理中心，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性；處理層核心為數(shù)據(jù)中心，運(yùn)用強(qiáng)大的計(jì)算資源對(duì)接收到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和分析，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法和機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以識(shí)別數(shù)據(jù)中的異常模式和潛在風(fēng)險(xiǎn)，為決策提供科學(xué)依據(jù)；應(yīng)用層則是將處理層分析的結(jié)果轉(zhuǎn)化為直觀的監(jiān)控界面和報(bào)警系統(tǒng)，使操作人員能夠?qū)崟r(shí)了解管道狀態(tài)并在必要時(shí)采取行動(dòng)[2]。

2.2" 傳感器技術(shù)在燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

傳感器技術(shù)在燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)中的應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，為確保燃?xì)夤艿赖陌踩⒏咝н\(yùn)行提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。在燃?xì)夤艿老到y(tǒng)中，各類傳感器如壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、泄漏檢測(cè)傳感器和腐蝕速率傳感器被廣泛部署于管道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，包括閥門區(qū)域、泵站、管道中段、住宅入口處以及工業(yè)區(qū)等，這些傳感器實(shí)時(shí)收集管道的運(yùn)行數(shù)據(jù)并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行傳輸和分析，壓力傳感器監(jiān)測(cè)管道內(nèi)的壓力變化，流量傳感器測(cè)量燃?xì)獾牧魍ㄋ俾剩瑴囟葌鞲衅饔涗洯h(huán)境和燃?xì)獾臏囟龋孤z測(cè)傳感器偵測(cè)可能的泄漏點(diǎn)，腐蝕速率傳感器則用來評(píng)估管道的腐蝕狀況。這些數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行奶幚硐到y(tǒng)，通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)收集到的信息進(jìn)行處理和分析，系統(tǒng)能夠即時(shí)識(shí)別出異常狀態(tài)，如壓力異常升高或降低、流量突然變化、溫度異常、泄漏的化學(xué)物質(zhì)超標(biāo)以及腐蝕速率加快等，所有這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和處理不僅增強(qiáng)了管道的監(jiān)控能力，還大大提高了應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的速度和效率。具體情況如表1所示。

這些數(shù)據(jù)的及時(shí)獲取和分析為燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，確保了燃?xì)夤?yīng)的連續(xù)性和安全性[3]。

2.3" 數(shù)據(jù)傳輸與處理技術(shù)

在燃?xì)夤艿肋\(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的研究中，數(shù)據(jù)傳輸與處理技術(shù)是保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可用性和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使得這一過程高效且可靠。數(shù)據(jù)從傳感器收集開始，通過加密的無(wú)線信道傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，在此過程中，數(shù)據(jù)的完整性、安全性和實(shí)時(shí)性至關(guān)重要。數(shù)據(jù)傳輸采用高效的數(shù)據(jù)壓縮和加密算法確保信息安全同時(shí)減少傳輸延時(shí)，具體公式如下：

（1）

式（1）中：是原始數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；是壓縮后的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；表示數(shù)據(jù)壓縮率。通過提高壓縮率，可以顯著減少數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)間和成本，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性不受影響。

一旦數(shù)據(jù)到達(dá)中心服務(wù)器，將通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行分析，關(guān)鍵算法包括異常檢測(cè)和預(yù)測(cè)算法，該算法基于時(shí)間序列分析，公式如下：

（2）

式（2）中：是預(yù)測(cè)值；是前一時(shí)間點(diǎn)的觀測(cè)值；是影響因素；和是模型參數(shù)；是誤差項(xiàng)。這一模型幫助分析歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過估計(jì)未來可能的狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確保燃?xì)夤艿老到y(tǒng)的運(yùn)行安全。

對(duì)于數(shù)據(jù)處理，還需要實(shí)施數(shù)據(jù)清洗和驗(yàn)證過程，確保進(jìn)入分析流程的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確和可靠的，這一步驟對(duì)于避免錯(cuò)誤決策和提高系統(tǒng)響應(yīng)效率至關(guān)重要。

2.4" 燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)的智能預(yù)警與自動(dòng)化管理

燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)的智能預(yù)警與自動(dòng)化管理是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，旨在通過先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析提高燃?xì)夤艿老到y(tǒng)的安全性和效率。智能預(yù)警系統(tǒng)依賴于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和分析，能夠?qū)撛诘娘L(fēng)險(xiǎn)和異常狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，而自動(dòng)化管理則通過算法自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)操作或啟動(dòng)應(yīng)急措施以防止事故發(fā)生。在此過程中，一種基于閾值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)算法被廣泛使用，其公式如下：

（3）

式（3）中：表示在時(shí)間點(diǎn)的估計(jì)狀態(tài)；是前一時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)估計(jì)；是當(dāng)前實(shí)測(cè)值；是平滑系數(shù)，用于調(diào)整歷史數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前估計(jì)的影響。通過這個(gè)公式，系統(tǒng)能夠有效地對(duì)管道狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)更新狀態(tài)估計(jì)值，從而確保數(shù)據(jù)反映的是最新的管道運(yùn)行狀況。

此外，智能預(yù)警系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的安全閾值對(duì)進(jìn)行評(píng)估：

（4）

閾值的設(shè)定基于歷史數(shù)據(jù)分析和安全標(biāo)準(zhǔn)，確保了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警既敏感又具有針對(duì)性。這種方法使系統(tǒng)不僅能夠預(yù)警潛在的高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，如壓力過高或溫度異常，還能夠在達(dá)到臨界狀態(tài)之前采取預(yù)防措施。

系統(tǒng)的自動(dòng)化管理部分通過接收來自智能預(yù)警系統(tǒng)的信號(hào)，自動(dòng)執(zhí)行如關(guān)閉閥門、調(diào)整壓力等控制命令，這些操作由控制算法決定，確保了響應(yīng)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性[4]。

3" 技術(shù)應(yīng)用測(cè)試

在本次實(shí)驗(yàn)中，所選用的數(shù)據(jù)集是專門為系統(tǒng)功能測(cè)試設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn)收集的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是在控制室內(nèi)模擬的燃?xì)夤艿拉h(huán)境中通過安裝在管道系統(tǒng)中的多種傳感器直接獲得的，確保了測(cè)試的實(shí)用性和科學(xué)性。使用這些數(shù)據(jù)的主要目的是進(jìn)行系統(tǒng)的功能測(cè)試，驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用效果，因此，所有收集到的數(shù)據(jù)都用于測(cè)試而非訓(xùn)練模型。數(shù)據(jù)集共包含5個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都記錄了一系列關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。整個(gè)測(cè)試進(jìn)行了5次，每次實(shí)驗(yàn)都在相同的條件下執(zhí)行，以保證數(shù)據(jù)的一致性和比較的公平性。測(cè)試的主要指標(biāo)包括壓力（psi）、流量（m3/h）、溫度（℃）、泄漏檢測(cè)（ppm）、腐蝕率（mm/yr）。這些指標(biāo)分別代表了燃?xì)夤艿肋\(yùn)行中的關(guān)鍵性能參數(shù)。壓力（psi）：測(cè)量燃?xì)庠诠艿纼?nèi)的壓力，反映管道的密封性和燃?xì)獾膲毫Π踩健Ａ髁浚╩3/h）：記錄燃?xì)獾牧魍ㄋ俾剩u(píng)估管道的輸送效率和潛在的流量異常。溫度（℃）：監(jiān)測(cè)管道燃?xì)獾臏囟龋匾氖菧囟茸兓赡苡绊懝艿啦牧系奈锢硇阅芎腿細(xì)獾陌踩\(yùn)輸。泄漏檢測(cè)（ppm）：檢測(cè)燃?xì)庑孤┑募?jí)別，是評(píng)估系統(tǒng)密封性和及時(shí)響應(yīng)泄漏的關(guān)鍵指標(biāo)。腐蝕率（mm/yr）：測(cè)量管道腐蝕速度，對(duì)于評(píng)估管道的壽命和維護(hù)周期至關(guān)重要。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，管道在不同實(shí)驗(yàn)中的壓力、流量、溫度、泄漏和腐蝕率均保持在一定的范圍內(nèi)，這反映了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在燃?xì)夤艿缹?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的高效性和準(zhǔn)確性。所有實(shí)驗(yàn)中泄漏檢測(cè)值均低于10 ppm，表明系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測(cè)并及時(shí)報(bào)告潛在泄漏，而腐蝕率的低值表明管道維護(hù)良好，未出現(xiàn)快速腐蝕。這些結(jié)果驗(yàn)證了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果，確保了燃?xì)廨斔偷陌踩c效率，同時(shí)也顯示了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在預(yù)防事故和維護(hù)管道健康中的關(guān)鍵作用[5]。

4" 結(jié)語(yǔ)

總體來看，研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)中的應(yīng)用顯著提升了能源行業(yè)的技術(shù)水平和管理能力，為燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)營(yíng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和新的發(fā)展方向。通過這項(xiàng)研究，可以進(jìn)一步探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在燃?xì)夤艿老到y(tǒng)中的最佳實(shí)踐，為全球燃?xì)夤艿腊踩芾硖峁┠Ｊ胶蛥⒖迹瑫r(shí)也為相關(guān)技術(shù)和策略的國(guó)際化推廣和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣超.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2024，14（6）：104-107.

[2] 張煒，戴志向，夏太武，等.燃?xì)夤艿缆竦亻y井智能監(jiān)控技術(shù)研究[J].石油與天然氣化工，2022，51（6）：132-138.

[3] 王曉敏.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)燃?xì)夤艿佬孤z測(cè)[J].當(dāng)代化工，2022，51（8）：1932-1937.

[4] 王宇.基于物聯(lián)網(wǎng)的家用燃?xì)夤艿婪佬孤堆b置設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息， 2022（11）：88-89.

[5] 羅晨光.基于物聯(lián)網(wǎng)的燃?xì)忾y門井泄漏報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2023（13）：11-13.