摘要:結合天津濱海燃氣集團有限公司的實際，論述了燃氣管網調控指揮系統（調度系統）的應用需求、功能（管網展示、信息查詢、管道數字化）、系統配置、系統的先進性。

關鍵詞:燃氣管網調度；3D技術；邊緣融合；調控指揮系統

Establishment of Regulation and Control Command System for Gas Pipe Network

Abstract:The application demand,functions (network display，information query and pipeline digi­tization)，configuration and advanced nature of theregulation and control command system (scheduling system)for gas pipe network are described combined with the actual situation of Tianjin Binhai Gas Group Co. Ltd.

Key words:scheduling of gas pipe network；3D technology；edge fusion；regulation and control command system

1 概述

按照天津濱海新區政府通過的《整合濱海新區燃氣經營企業實施方案》中確定的“以新組建的濱海燃氣集團為主體，通過整合濱海新區燃氣市場，實現規劃、建設、管理一體化,提高天然氣供氣保障能力”的要求，天津市燃氣集團于2010年9月出資組建了天津濱海燃氣集團有限公司（以下簡稱濱海燃氣集團）。

目前，濱海燃氣集團在經營的20多個區域里已擁有燃氣管網約1700km，閥門井5000座，調壓計量設施300座，已建成門站6座，在建3座，形成從東、西、南、北四個方向向濱海新區供氣?，F在居民用戶36×lO⁴戶，工商業用戶近1000戶,2010年供氣量達8×lO⁸m³。已相繼建設完成保稅區、臨港經濟區、海洋高新區、開發區西區、東疆保稅港區、中新生態城、中心漁港等區域的燃氣管網并通氣點火，服務半徑輻射濱海新區9個功能區。

濱海燃氣集團管網依托多家原區域燃氣企業，通過資源整合形成現有規模，站點分布面廣、原有管網管理方式多樣、管網運行監控分散。為滿足濱海新區日益增長需求和整合統一發展的新形勢，公司成立了調控指揮中心，整合各區域以及新建管道數據，借助先進的3D技術、數據統計分析工具、邊緣融合技術,為管理人員提供更好的決策工具。

2 應用需求

2.1 資源整合下的數據整合

濱海燃氣集團調控指揮中心（以下簡稱調控中心）成立前，本區域現有多家燃氣企業，包括濱海燃氣、塘沽煤氣、東新燃氣、濱海集輸、濱海中油、泰華燃氣、津海燃氣等，有各自獨立管轄的管網、廠站、銷售網絡以及調度系統。

濱海燃氣集團調控指揮中心成立后，首要問題是整合各區域燃氣公司的數據資源。將原來分散在各個公司調度系統內的數據整合到統一的數據庫中，為整個濱海新區的管網監測、數據統計分析、虛擬模型提供數據支持。

2.2 按管道行政規劃區域進行總體管理

濱海燃氣集團目前管轄高壓管道7條,共373km天然氣干線，涉及功能區9個。調控中心在數據整合后,要能夠按照從整體到細節、從地上到地下全方位監控管網運行狀態。

系統要提供兩個角度的監控:一是以輸配管道為主的逐層監控，二是各管轄歸屬區域的逐級監控。

2.3 按業務活動進行管理

①實時監控

數據要保證實時性、穩定性、真實性。要能夠通過平面流程、3D模擬工藝、曲線、報表等多種手段顯示實時數據,對于超限數據、異常數據要能夠予以及時報警。歷史曲線和報表要保證數據的連貫性,同時要通過數據查詢整合的優化，保證曲線和報表生成的速度及效率。

②信息查詢

本系統要能夠查詢當前管網建設情況及規劃、廠站位置分布、管網地理信息。通過3D技術、融合投影技術、多點觸摸技術等新興技術動態表現地下管道、重點穿越、廠站。

③圖形終端與地理信息系統

系統圖形終端與大屏幕投影顯示設備連接，用于實時監控及演示，同時系統應具備與地理信息系統進行連接的必要條件，為管網運行過程中的搶修、維護提供便利條件。

3 調控指揮系統功能

3.1 全區管網展示與信息查詢

①全區鳥瞰導航

依托整合后的數據資源,以濱海新區行政規劃圖為背景,設定全區鳥瞰導航，展現濱海新區全區域管網建設情況以及管道分布信息，見圖1。

屏幕選擇和系統界面設置充分考慮濱海新區區域地理特性,要充分利用屏幕，完整展現濱海新區的管網建設信息，并提供區域和管道查詢功能，可以選擇進入下一級界面了解具體信息。

②站點管理

按照全區鳥瞰掌握整個公司所轄管網建設規劃情況，按照單條高壓管道或單個功能區查看管道地理信息及區域管網信息，是系統對站點管理的需求。

對于站點屬性,主要包括站區工藝、與干管的對接信息、工藝運行狀態、運行數據等。本系統通過平面流程和3D工藝模型相結合的方式提供站點全方位監測，提供站點的數據日清單報表、月清單報表及年度清單報表，提供區域所有站點用氣量的時、日、月、年曲線,提供站點用氣量的歷史曲線。

軟件開發平臺具有很強的自主開發能力，對于新建站點,能通過設備廠家提供的數據或圖紙，真實顯示現場設備，同時錄入相關信息，來保證系統不斷更新。

當工藝數據出現報警時,會根據報警的級別,工藝數據背景顏色發生變化,如正常狀態為綠色，中級報警為黃色，最高級報警為紅色。通過工藝數據背景顏色的變化,配合聲光語音報警，調度人員更能快速準確地發現問題，及時解決。

按現場實際情況建設的3D管道模型（見圖2),在很多應用場景下可以發揮作用。例如在搶修應用場景中，在指揮中心的負責搶修指揮的技術人員，通過技術資料來進行搶修指揮。以前在與現場搶修人員的溝通過程中，難以把技術資料上的單元與現場人員進行準確的溝通，而通過使用3D模型,指揮人員如同身臨其境地指揮，為現場搶修提供了有力的支持,快速有效的溝通將為搶修爭取寶貴的時間。

3.2 數字化管道

113km高壓管道首站為咸水沽調壓站,從濱海新區西南端穿越整個濱海新區，到達北部寧河縣，沿途大型高-中壓調壓站30個，穿越鐵路河流數處。113km高壓管道是濱海新區燃氣輸送的重要通道， 輻射面廣，涉及產權單位較多,地下情況復雜。因此調控指揮中心成立之初，確定逐步開展的策略，將區域內最復雜最完整的113km高壓管道作為管道監控的第一階段任務(見圖3)。

界面左邊設置了全景圖,剩余部分為濱海新區詳細地圖，圖上標有管道走向,通過移動導航條（圖中紅色區域)來選擇顯示濱海新區的詳細地圖。

對于單條高壓管道，能夠看到該管道的準確路徑、沿途的經濟區域分布、沿線標識球里程碑等標識點的地理信息、閥室和廠站的位置及工藝、管道穿越的位置和剖面示意圖，以及管道運行數據和狀態。

同時能夠通過報表、曲線對管道輸氣、區域銷氣進行數據分析，并結合數據分析結果提出相應預案。

管道核心工藝圖的主要表現形式是按照廠站分布和管道走向，將廠站工藝和管道走向相結合。從該圖上，可以看到單條高壓管道的完整平面工藝，包括廠站內的工藝，同時可以看到整條管道運行壓力曲線（見圖4)、廠站工藝運行狀態顯示。

由于管道地理信息數據屬性多，重要性高，是管道運行和建設追溯的重要依據,也是管網管理的重中之重。數據屬性包括管道樁點編號、埋深、管段長度、材質、所處位置、埋設年份、防腐級別、坐標、高程等。傳統的管道地理信息為平面和列表形式，不能夠準確展示管道地下情況，而新興的3D顯示技術，則更適合表現管道的地下信息和工藝。

調控系統建設時,充分考慮了113km高壓管道的復雜性，采用了3D技術，將整條管道和管網地理信息結合，動態展示管道在地下的屬性數據,以及管道在重要節點穿越的位置、深度、穿越方式。結合多點觸摸技術，可以通過觸摸展示屏多點觸摸旋轉、查看細節數據,形象準確展現管道的地理信息。

通過點擊“地下管道”，地面會“下降”，將地下管道顯示出來，通過地面下降可以清楚地看到管道的位置，周邊的建筑情況(見圖5)。

同時,因113km高壓管道線路長、跨度廣，為更便捷定位,系統提供多種形式的查詢手段輔助定位，可以通過粧號查詢、廠站查詢、重點區域查詢、道路查詢等多種形式快速定位。

天津海河彩虹大橋天然氣管道穿越工程是天津濱海地區天然氣輸氣干線二期工程中最重要的難點之一，穿越位置位于天津塘沽區北塘口彩虹大橋上游,入土點在三叉河南岸，出土點在三叉河北岸。外徑為610mm穿越長度為1672m的高壓天然氣管道，是當時世界最長的穿越管道。其定向穿越管底標高（以新港深度做基準面）為-12m，設計壓力為2.5MPa。該穿越工程重要性極高，它計劃連接咸 水沽至北塘一期高壓天然氣輸氣干線,穿越彩虹大橋后，連接由北塘起沿海防路向北，沿漢沽區漢北路、蘆漢路至寧河蘆臺鎮的二期高壓天然氣輸氣干線，基本輻射濱海新區全境。

雖然地理信息系統上沒有彩虹橋,但由于軟件開發平臺具有很強的自主開發能力，因此為了真實反映現場的情況，對現場周邊重要建構筑物進行獨立建模(見圖5)。圖5中的彩虹大橋就是技術人員利用軟件獨立建模形成的。

通過3D技術，結合穿越的竣工資料和實測數據，將3D模型和穿越管道有機結合，全方位表現管道在穿越處地下深度、材質、接頭等屬性信息，以及管道和穿越河流、鐵路或高速公路等的空間關系，為管道搶修、城市建設咨詢、交叉定位等多種需求提供有力支持,同時3D技術可以表現最新的穿越點的地形地貌,為管道運行提供參考依據。

4 系統配置

4.1 組態軟件

愛康諾Genesis64是全球第一套支持360°動態三維的64位核心組態軟件,運行在Windows64位操作系統之上，軟件除組態軟件所必備的功能之外，還能夠提供三維角度的可視化監控。

美國愛康諾公司在HMI/SCADA產品開發領域處于世界先進水平。愛康諾是微軟的金牌合作伙伴，這使得其基于微軟公司Windows全系列（包括最新的Windows7以及WindowsServer2008操作系統）的組態監控軟件開發一直處于世界領先水平。

由于ICONICS軟件具有很強的自主開發能力，結合濱海新區快速發展的實際情況，因此選用ICONICS軟件作為濱海燃氣調控指揮中心的軟件開發平臺。

4.2 大屏顯示系統

顯示設備作為監控中的輔助工具，對系統的應用效果有重要的影響,濱海燃氣的顯示系統采用大型寬屏無縫投影屏，由屏、投影儀與融合機組成。

大屏顯示系統一定要做好用戶界面設計,注重解決分辨率和現實內容之間的矛盾,使大屏幕真正地發揮效果。根據這項原則，系統確定采用代表目前技術前沿的邊緣融合技術的融合投影。

邊緣融合技術和液晶拼接技術都使顯示單元突破了畫面尺寸的限制，而且都可以實現分屏顯示或整屏顯示。邊緣融合可以完全實現畫面的無縫效果，而液晶拼接技術或多或少會產生一定的拼接縫隙，但根據具體的使用環境，有些縫隙也可以忽略不計。

就使用環境來說，在展覽展示、大型會議廳這些室內場館環境下，使用邊緣融合技術顯示出來的畫面在視覺效果方面會更勝一籌,如果采用背投方式，顯示出來的圖像效果會更好，必竟背投方式僅有的干擾只是來自于觀眾和投影幕之間，而現在巳生產出的上萬流明度的投影機更使顯示畫面的清晰度和亮度不遜色于液晶屏。

從費用角度上來說，使用邊緣融合比使用液晶屏要省去相當一部分費用,在相同外界環境下,邊緣融合的性價比會高得多，這也使得越來越多的用戶更傾向于采用邊緣融合。

系統配置5臺投影儀加融合機，可以打出5600mm×1050mm的超寬高清圖像。

使用這樣的系統，我們將能夠對戰略規劃進行更加深入的研究。管理層、工程師現在可以聚集起來,討論實時發生的情況,如塘沽區某個小區中壓管網監測,某段重點穿越復雜的地質構造等。另外，通過這個系統，我們可以將來自現場的第一手信息顯示出來。所有這些措施,都可以節約成本，并最終使我們投資的長期效果得到最大化。

5 調控系統的先進性

5.1 3D顯示技術

現在3D技術日益發展成熟，Web3D和交互式3D技術紛紛出現，呈現了蓬勃發展的景象,3D互聯網技術更加廣泛地運用于各個行業。因其互動性和三維的立體感具有很強的直觀性,在工業控制領域也有很好的效果。

燃氣管網由于管道的空間屬性，通過三維顯示技術，能夠讓用戶對整個管網的情況一目了然，運用計算機生成逼真的三維環境，可產生很好的臨場感覺，并可360°任意旋轉，從多個視角查看管網高程變化。這是常規平面流程監控下的一次變革，是新信息技術和工程組態的完美融合。

5.2  邊緣融合技術

傳統大屏幕拼接系統是由多臺投影機投射單獨畫面，物理拼接而成整體大畫面，每個投影畫面之間沒有內容的重疊部分，即使采用整張無縫的屏幕，在視覺上也會感覺到拼接縫的存在。沒有任何割裂感覺的整幅畫面總是帶給人們完美的視覺享受，靚麗的畫面更帶來美妙的視覺沖擊，因此,邊緣融合大屏幕拼接系統應運而生。

邊緣融合大屏幕拼接系統是指整幅投影畫面由不同的投影機投射畫面拼接組成，每個單獨的投影畫面拼接中有著投影光線和畫面內容的重疊部分，通過軟硬件的結合處理，消除光線重合部分的多余亮度，從而確保整幅畫面上面沒有任何接縫，亮度均勻一致,給觀眾完美的視覺沖擊。

5.3  多點觸摸

本系統配置了1臺2032mm的外觸摸屏系統，這是最適合大尺寸顯示器的觸摸方案，能將大尺寸的LCD/PDP/背投顯示器轉變為一個大型的交互顯示設備。

通過多點觸摸技術,完成系統展示和調控指揮時的互動。系統可以提供多種與虛擬影像交流的互動方式，而這些方式顛覆了鼠標、鍵盤、游戲控制桿等傳統控制方法，是一種革命性的互動方式。靈活運用新型互動科技，為調控系統的功能發揮帶了革命性的改變。

本文作者：馬季林 姜念

作者單位：天津市燃氣集團有限公司