城市智能燃氣網技術構架探討

摘 要

摘要：我國城市燃氣企業在SCADA系統、GIS系統以及完整性管理等方面正在取得不斷進步。隨著企業規模的不斷擴大和對業務過程控制要求的逐步提高，統籌建設智能控制的城市燃氣網絡
摘要：我國城市燃氣企業在SCADA系統、GIS系統以及完整性管理等方面正在取得不斷進步。隨著企業規模的不斷擴大和對業務過程控制要求的逐步提高，統籌建設智能控制的城市燃氣網絡正成為新的課題。本文提出了城市智能燃氣網的相關概念、技術特點、建設目標以及技術構架。
關鍵詞：城市智能燃氣網；監控系統；生產運營；安全管理
1 引言
    近年來，隨著中國城鎮化進程的加快，城鎮燃氣業務飛速發展，燃氣管網已成為經濟發展的重要公用基礎設施之一，關系到廣大人民群眾的日常生活。各個燃氣企業特別是大中型燃氣公司為了提高企業管理水平，都逐步建立了數據采集與監視控制系統(SCADA系統)、地理信息系統(GIS系統)、客戶關系系統(CRM)等各類信息化系統，并取得了一定的效果。
    目前，我國各個燃氣企業的信息化建設都是通過自我摸索，由業務驅動發展，各個系統往往在不同時間分別構建，系統之間相對獨立，有的形成數據孤島，隨著企業規模的不斷擴大以及對業務過程控制要求的逐步提高，企業信息化系統建設和管理往往面臨一些新問題，例如：各個業務子系統等都存在各自獨立的系統，數據缺乏共享，流程彼此分割，不利于對異常、事故、作業等管理過程進行閉環的跟蹤和管理：企業和用戶之間的聯系比較單一，缺乏互動，企業的調度和調節決定了用戶的使用，用戶有利于能效提高和調峰的用氣行為不能得到及時響應；缺乏智能決策支持，不能有效利用積累的業務知識和業務數據，挖掘其中蘊含的規律和模式，為企業領導提供輔助決策支持。
    為了進一步提高燃氣企業綜合運營水平、強化企業運營安全、提升客戶滿意度、增加企業經濟效益，為燃氣企業的下一步信息化建設提供前瞻性的建議，本文將重點闡述基于新一代軟硬件技術的智能燃氣網建設技術構架。
2 智能燃氣網概述
2.1 智能燃氣網概念
    城市智能燃氣網，是在燃氣網建設階段以數字管道為基礎的燃氣網規劃建設；在運行維護階段以風險預評價體系為基礎的無事故預防型管理；在用戶服務方面以高級計量體系為基礎的需求側管理的現代化燃氣供應體系。“可靠”與“智能”是城市智能燃氣網發展的基本要求。
2.2 智能燃氣網的技術特點
    智能燃氣網建設是燃氣企業信息化發展的新的階段，它并非一個從頭建設的新的體系，而是在原有燃氣網和信息化體系上的提升，它主要有以下特點：
    (1) 業務的廣泛性
    從業務范疇上，智能燃氣網涵蓋燃氣企業運營管理的方方面面，從智能供氣到智能調峰，從智能監控到智能巡檢，從智能調度到智慧決策，從用戶發展到客戶服務等。
    (2) 數據的集成性
    智能燃氣網通過管網編碼和客戶編碼，全面集成管網設備的基礎檔案信息、地理位置信息、實時動態信息，數據有效的集成并可以方便的訪問。
    (3) 技術的先進性
    在技術范疇上，它集成整合了當前最新的硬件控制技術和IT軟件技術，底層基于物聯網架構，上層提供云計算服務，訪問終端多樣化——從普通電腦到PDA、智能手機和平板電腦等，通過數據挖掘分析實現高級商業智能等。
    (4) 管理的創新性
    智能燃氣網建設不但是技術的革新，同樣還是管理的創新。如改變原有以被動搶修為主的管理模式為基于風險預評價的主動維護無事故預防管理模式；變被動呼叫為主動通知的客戶關懷服務模式。
    (5) 系統的互動性
    伴隨信息技術的不斷進步，提升管網計量和自動控制水平，例如，利用分時計價等手段增加企業與用戶之間的聯系方式，變被動聯系、單向聯系為互動聯系，及時響應、回饋用戶有利于能效提高和調峰的用能方式。總之，智能燃氣網意味著更廣泛的數據監控、更緊密的數據集成、更智能的調度和作業、更智慧的分析和決策。如圖1智能燃氣網特點。

2.3 智能燃氣網技術架構建設目標
    智能燃氣網建設是對原有燃氣網基礎設施和信息化系統的擴展和改造，目的是促進燃氣企業的管理流程標準化、管理過程精細化、決策過程智慧化。具體建設目標如下：
    依托更先進的智能感知、網絡通訊和電源供應等技術，拓展企業現有SCADA系統的監控范圍，建立完善的物聯監控體系，對原來尚未監控的調壓箱、閘井、陰極樁等重要設備設施進行實時監控和智能報警，預防事故事件的發生；實現對燃氣管網數據(地理數據、檔案數據、實時數據)的統一集成，建設方便數據存儲和訪問的共享數據中心，為企業運營管理提供強大的數據支撐；規范標準企業工程項目、客戶服務、生產調度、管網運行、應急作業等業務流程，加強生產運營過程控制，優化生產調度流程，提高企業應急處理能力，提升客戶滿意度；通過把安全評估、風險管理等專業技術與管網設備全生命周期管理相融合，實現燃氣管網的設備完整性管理，提高管網運行可靠性；通過智能燃氣網物理感知層、網絡通訊層、共享數據層、運營執行層、決策分析層等多層平臺的建沒，建設燃氣企業全數字化虛擬工廠；通過數據倉庫、數據挖掘和分析、搜索引擎等先進技術，實現對企業運營數據的有效利用，為企業領導提供全面的輔助決策支持，真正實現“智慧”的管網。
3 智能燃氣網技術構架
    智能燃氣網是一個綜合的系統建設工程，它主要包括5個層次：物理感知層、網絡通訊層、共享數據層、運營執行層、決策分析層。如圖2所示。

3.1 物理感知層
    物理感知層主要是指燃氣管網內集成了控制、測量、傳感、通訊等功能的各種終端設備，如各種門站監測儀表、儲罐區監測儀表、調壓站/箱監測儀表、閘井監測器、視頻監控器等。
    沒有廣泛的數據采集和現場監控，管理層和決策層就無法及時得到有效的數據，管理創新和決策智慧就是空中樓閣，不可能很好的實現。因此，物理感知層是所有智能燃氣網建設的基礎。
3.2 網絡通訊層
    網絡通訊層主要負責燃氣管網不同節點之間各類數據的傳輸與交換，包括各類數據通信網絡，如有線專網、無線APN、城域網、廣域互聯網、無線自組網等。
    傳統的管網通訊網絡主要通過有線傳輸來完成，而新的智能燃氣網將在原有的通訊網絡設施基礎上，拓展多種無線通訊方式，構建由通信網+互聯網+物聯網組成的物聯智能網絡通訊體系，現場數據能夠以多種方式傳輸到數據中心，用戶可以通過各種終端(電腦、筆記本、工業PDA、智能手機、平板電腦等)隨時隨地的訪問授權許可的數據。
3.3 共享數據層
    共享數據層主要負責智能燃氣網基礎數據、實時數據與管理數據的統一存儲與訪問。
    目前，大部分燃氣倉業管|酬設備設施相關的基礎信息、地理信息、實時信息等核心數據都分散在GIS地理信息、SCADA、設備管理等諸多信息系統中，并沒有有效集成，各自孤立的數據體系無法滿足企業高效可靠的企業運營要求。集成管網設備的基礎檔案信息、地理位置信息、實時動態信息，最終打造基于云計算技術的燃氣企業共享數據中心，將為企業的規劃發展、客戶服務、生產調度、應急作業、管網運行、設備維檢修等管理運營工作提供強大的數據支撐。如圖3所示。
 

    從孤立的數據到可以串聯的數據最終達到共享數據中心智能數據的目標，真正實現管網數據的完整性、可靠性、關聯性、有效性、實時性。從數據的集成到決策的智慧，是各個行業企業管理信息化發展的必然途徑和最終目標。
3.4 運營執行層
    運營執行層主要完成燃氣企業各類管理業務的數據登記、過程跟蹤和流程協作，涵蓋企業的規劃發展、客戶服務、生產調度、應急作業、設備維檢修、安全管理等各個方面。
    運營執行層各個子系統是燃氣企業實現其戰略目標所采用的方法途徑，它是燃氣行業管理知識和信息化軟件技術的有機結合。智能燃氣網運營執行層建設的完善和應用水平高低決定了企業綜合管理水平的高低。
    運營執行層應該基于統一的管網基礎數據庫(至少是關鍵字典統一編碼)，各個子系統可以采用SOA架構耦合集成。
3.5 決策分析層
    決策分析層主要為燃氣企業領導層提供重要的經營指標監控和決策分析支持。從內容上，該層主要包含一個面向主題的數據倉庫，決策分析相關數據挖掘算法，以及對分析結果的多維報表展示、運營指標展示、分析圖形展示等等內容。
    圖4為智能分析決策流程。

    它類似于人類智慧大腦的決策過程——由目標驅動，以經驗(知識庫)為判斷基礎，以邏輯推理(關聯計算、多維分析)為基本方法，對客觀世界收集的信息(業務數據)進行加工、改造、計算、分析，最終，大腦制訂出了為實現這些目標而采取的行動計劃。
4 結語
   城市智能燃氣網建設，既是一個基礎的硬件設施提升過程，又是一個綜合的信息化軟件體系提升過程；城市燃氣管網的復雜程度很高，北京燃氣集團總結城市燃氣運營管理經驗，正在積極開展城市智能燃氣網建設的探索和實踐，城市智能燃氣網相關概念的提出和規劃建設仍處于探索階段，需要各個燃氣企業及領域專家共同研究和探討。
參考文獻
1 楊印臣.地下管道檢測與評估[M].石油工業出版社，2008
2 董紹華.管道完整性管理體系與實踐[M].石油工業出版社，2009
3 武建東.正確把握中國智能能源網的創新戰略[N].科學時報，2009
 
(本文作者：支曉曄1 高順利1 劉燕1 杜學平1 劉蓉2 羅青云3 1.北京市燃氣集團有限責任公司 100035；2北京建筑工程學院 100044；3.訊騰數碼科技(北京)有限公司 100029)