摘要:結(jié)合天津濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司的實際，論述了燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)控指揮系統(tǒng)（調(diào)度系統(tǒng)）的應(yīng)用需求、功能（管網(wǎng)展示、信息查詢、管道數(shù)字化）、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)的先進(jìn)性。
關(guān)鍵詞:燃?xì)夤芫W(wǎng)調(diào)度；3D技術(shù)；邊緣融合；調(diào)控指揮系統(tǒng)
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(qū)政府通過的《整合濱海新區(qū)燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)實施方案》中確定的“以新組建的濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)為主體，通過整合濱海新區(qū)燃?xì)馐袌?，實現(xiàn)規(guī)劃、建設(shè)、管理一體化,提高天然氣供氣保障能力”的要求，天津市燃?xì)饧瘓F(tuán)于2010年9月出資組建了天津濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司（以下簡稱濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)）。
目前，濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)在經(jīng)營的20多個區(qū)域里已擁有燃?xì)夤芫W(wǎng)約1700km，閥門井5000座，調(diào)壓計量設(shè)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(qū)供氣?，F(xiàn)在居民用戶36×lO4戶，工商業(yè)用戶近1000戶,2010年供氣量達(dá)8×lO8m3。已相繼建設(shè)完成保稅區(qū)、臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)、海洋高新區(qū)、開發(fā)區(qū)西區(qū)、東疆保稅港區(qū)、中新生態(tài)城、中心漁港等區(qū)域的燃?xì)夤芫W(wǎng)并通氣點火，服務(wù)半徑輻射濱海新區(qū)9個功能區(qū)。
濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)管網(wǎng)依托多家原區(qū)域燃?xì)馄髽I(yè)，通過資源整合形成現(xiàn)有規(guī)模，站點分布面廣、原有管網(wǎng)管理方式多樣、管網(wǎng)運行監(jiān)控分散。為滿足濱海新區(qū)日益增長需求和整合統(tǒng)一發(fā)展的新形勢，公司成立了調(diào)控指揮中心，整合各區(qū)域以及新建管道數(shù)據(jù)，借助先進(jìn)的3D技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析工具、邊緣融合技術(shù),為管理人員提供更好的決策工具。
2 應(yīng)用需求
2.1 資源整合下的數(shù)據(jù)整合
濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)調(diào)控指揮中心（以下簡稱調(diào)控中心）成立前，本區(qū)域現(xiàn)有多家燃?xì)馄髽I(yè)，包括濱海燃?xì)狻⑻凉撩簹?、東新燃?xì)?、濱海集輸、濱海中油、泰華燃?xì)?、津海燃?xì)獾?，有各自獨立管轄的管網(wǎng)、廠站、銷售網(wǎng)絡(luò)以及調(diào)度系統(tǒng)。
濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)調(diào)控指揮中心成立后，首要問題是整合各區(qū)域燃?xì)夤镜臄?shù)據(jù)資源。將原來分散在各個公司調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)整合到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中，為整個濱海新區(qū)的管網(wǎng)監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、虛擬模型提供數(shù)據(jù)支持。
2.2 按管道行政規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行總體管理
濱海燃?xì)饧瘓F(tuán)目前管轄高壓管道7條,共373km天然氣干線，涉及功能區(qū)9個。調(diào)控中心在數(shù)據(jù)整合后,要能夠按照從整體到細(xì)節(jié)、從地上到地下全方位監(jiān)控管網(wǎng)運行狀態(tài)。
系統(tǒng)要提供兩個角度的監(jiān)控:一是以輸配管道為主的逐層監(jiān)控，二是各管轄歸屬區(qū)域的逐級監(jiān)控。
2.3 按業(yè)務(wù)活動進(jìn)行管理
①實時監(jiān)控
數(shù)據(jù)要保證實時性、穩(wěn)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(shù)據(jù),對于超限數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)要能夠予以及時報警。歷史曲線和報表要保證數(shù)據(jù)的連貫性,同時要通過數(shù)據(jù)查詢整合的優(yōu)化，保證曲線和報表生成的速度及效率。
②信息查詢
本系統(tǒng)要能夠查詢當(dāng)前管網(wǎng)建設(shè)情況及規(guī)劃、廠站位置分布、管網(wǎng)地理信息。通過3D技術(shù)、融合投影技術(shù)、多點觸摸技術(shù)等新興技術(shù)動態(tài)表現(xiàn)地下管道、重點穿越、廠站。
③圖形終端與地理信息系統(tǒng)
系統(tǒng)圖形終端與大屏幕投影顯示設(shè)備連接，用于實時監(jiān)控及演示，同時系統(tǒng)應(yīng)具備與地理信息系統(tǒng)進(jìn)行連接的必要條件，為管網(wǎng)運行過程中的搶修、維護(hù)提供便利條件。
3 調(diào)控指揮系統(tǒng)功能
3.1 全區(qū)管網(wǎng)展示與信息查詢
①全區(qū)鳥瞰導(dǎo)航
依托整合后的數(shù)據(jù)資源,以濱海新區(qū)行政規(guī)劃圖為背景,設(shè)定全區(qū)鳥瞰導(dǎo)航，展現(xiàn)濱海新區(qū)全區(qū)域管網(wǎng)建設(shè)情況以及管道分布信息，見圖1。
屏幕選擇和系統(tǒng)界面設(shè)置充分考慮濱海新區(qū)區(qū)域地理特性,要充分利用屏幕，完整展現(xiàn)濱海新區(qū)的管網(wǎng)建設(shè)信息，并提供區(qū)域和管道查詢功能，可以選擇進(jìn)入下一級界面了解具體信息。
②站點管理
按照全區(qū)鳥瞰掌握整個公司所轄管網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃情況，按照單條高壓管道或單個功能區(qū)查看管道地理信息及區(qū)域管網(wǎng)信息，是系統(tǒng)對站點管理的需求。
對于站點屬性,主要包括站區(qū)工藝、與干管的對接信息、工藝運行狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)等。本系統(tǒng)通過平面流程和3D工藝模型相結(jié)合的方式提供站點全方位監(jiān)測，提供站點的數(shù)據(jù)日清單報表、月清單報表及年度清單報表，提供區(qū)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(fā)平臺具有很強的自主開發(fā)能力，對于新建站點,能通過設(shè)備廠家提供的數(shù)據(jù)或圖紙，真實顯示現(xiàn)場設(shè)備，同時錄入相關(guān)信息，來保證系統(tǒng)不斷更新。
當(dāng)工藝數(shù)據(jù)出現(xiàn)報警時,會根據(jù)報警的級別,工藝數(shù)據(jù)背景顏色發(fā)生變化,如正常狀態(tài)為綠色，中級報警為黃色，最高級報警為紅色。通過工藝數(shù)據(jù)背景顏色的變化,配合聲光語音報警，調(diào)度人員更能快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，及時解決。
按現(xiàn)場實際情況建設(shè)的3D管道模型（見圖2),在很多應(yīng)用場景下可以發(fā)揮作用。例如在搶修應(yīng)用場景中，在指揮中心的負(fù)責(zé)搶修指揮的技術(shù)人員，通過技術(shù)資料來進(jìn)行搶修指揮。以前在與現(xiàn)場搶修人員的溝通過程中，難以把技術(shù)資料上的單元與現(xiàn)場人員進(jìn)行準(zhǔn)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(xiàn)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(shù)字化管道
界面左邊設(shè)置了全景圖,剩余部分為濱海新區(qū)詳細(xì)地圖，圖上標(biāo)有管道走向,通過移動導(dǎo)航條（圖中紅色區(qū)域)來選擇顯示濱海新區(qū)的詳細(xì)地圖。
對于單條高壓管道，能夠看到該管道的準(zhǔn)確路徑、沿途的經(jīng)濟(jì)區(qū)域分布、沿線標(biāo)識球里程碑等標(biāo)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(shù)據(jù)和狀態(tài)。
同時能夠通過報表、曲線對管道輸氣、區(qū)域銷氣進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)預(yù)案。
管道核心工藝圖的主要表現(xiàn)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(jié)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(nèi)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(tài)顯示。
由于管道地理信息數(shù)據(jù)屬性多，重要性高，是管道運行和建設(shè)追溯的重要依據(jù),也是管網(wǎng)管理的重中之重。數(shù)據(jù)屬性包括管道樁點編號、埋深、管段長度、材質(zhì)、所處位置、埋設(shè)年份、防腐級別、坐標(biāo)、高程等。傳統(tǒng)的管道地理信息為平面和列表形式，不能夠準(zhǔn)確展示管道地下情況，而新興的3D顯示技術(shù)，則更適合表現(xiàn)管道的地下信息和工藝。
調(diào)控系統(tǒng)建設(shè)時,充分考慮了113km高壓管道的復(fù)雜性，采用了3D技術(shù)，將整條管道和管網(wǎng)地理信息結(jié)合，動態(tài)展示管道在地下的屬性數(shù)據(jù),以及管道在重要節(jié)點穿越的位置、深度、穿越方式。結(jié)合多點觸摸技術(shù)，可以通過觸摸展示屏多點觸摸旋轉(zhuǎn)、查看細(xì)節(jié)數(shù)據(jù),形象準(zhǔn)確展現(xiàn)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(tǒng)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(qū)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(qū)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(qū)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(dāng)時世界最長的穿越管道。其定向穿越管底標(biāo)高（以新港深度做基準(zhǔn)面）為-12m，設(shè)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(qū)漢北路、蘆漢路至寧河蘆臺鎮(zhèn)的二期高壓天然氣輸氣干線，基本輻射濱海新區(qū)全境。
雖然地理信息系統(tǒng)上沒有彩虹橋,但由于軟件開發(fā)平臺具有很強的自主開發(fā)能力，因此為了真實反映現(xiàn)場的情況，對現(xiàn)場周邊重要建構(gòu)筑物進(jìn)行獨立建模(見圖5)。圖5中的彩虹大橋就是技術(shù)人員利用軟件獨立建模形成的。
通過3D技術(shù)，結(jié)合穿越的竣工資料和實測數(shù)據(jù)，將3D模型和穿越管道有機(jī)結(jié)合，全方位表現(xiàn)管道在穿越處地下深度、材質(zhì)、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(guān)系，為管道搶修、城市建設(shè)咨詢、交叉定位等多種需求提供有力支持,同時3D技術(shù)可以表現(xiàn)最新的穿越點的地形地貌,為管道運行提供參考依據(jù)。
4 系統(tǒng)配置
4.1 組態(tài)軟件
愛康諾Genesis64是全球第一套支持360°動態(tài)三維的64位核心組態(tài)軟件,運行在Windows64位操作系統(tǒng)之上，軟件除組態(tài)軟件所必備的功能之外，還能夠提供三維角度的可視化監(jiān)控。
美國愛康諾公司在HMI/SCADA產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域處于世界先進(jìn)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(tǒng)）的組態(tài)監(jiān)控軟件開發(fā)一直處于世界領(lǐng)先水平。
由于ICONICS軟件具有很強的自主開發(fā)能力，結(jié)合濱海新區(qū)快速發(fā)展的實際情況，因此選用ICONICS軟件作為濱海燃?xì)庹{(diào)控指揮中心的軟件開發(fā)平臺。
4.2 大屏顯示系統(tǒng)
顯示設(shè)備作為監(jiān)控中的輔助工具，對系統(tǒng)的應(yīng)用效果有重要的影響,濱海燃?xì)獾娘@示系統(tǒng)采用大型寬屏無縫投影屏，由屏、投影儀與融合機(jī)組成。
大屏顯示系統(tǒng)一定要做好用戶界面設(shè)計,注重解決分辨率和現(xiàn)實內(nèi)容之間的矛盾,使大屏幕真正地發(fā)揮效果。根據(jù)這項原則，系統(tǒng)確定采用代表目前技術(shù)前沿的邊緣融合技術(shù)的融合投影。
邊緣融合技術(shù)和液晶拼接技術(shù)都使顯示單元突破了畫面尺寸的限制，而且都可以實現(xiàn)分屏顯示或整屏顯示。邊緣融合可以完全實現(xiàn)畫面的無縫效果，而液晶拼接技術(shù)或多或少會產(chǎn)生一定的拼接縫隙，但根據(jù)具體的使用環(huán)境，有些縫隙也可以忽略不計。
就使用環(huán)境來說，在展覽展示、大型會議廳這些室內(nèi)場館環(huán)境下，使用邊緣融合技術(shù)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(xiàn)在巳生產(chǎn)出的上萬流明度的投影機(jī)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(dāng)一部分費用,在相同外界環(huán)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(tǒng)配置5臺投影儀加融合機(jī)，可以打出5600mm×1050mm的超寬高清圖像。
使用這樣的系統(tǒng)，我們將能夠?qū)?zhàn)略規(guī)劃進(jìn)行更加深入的研究。管理層、工程師現(xiàn)在可以聚集起來,討論實時發(fā)生的情況,如塘沽區(qū)某個小區(qū)中壓管網(wǎng)監(jiān)測,某段重點穿越復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造等。另外，通過這個系統(tǒng)，我們可以將來自現(xiàn)場的第一手信息顯示出來。所有這些措施,都可以節(jié)約成本，并最終使我們投資的長期效果得到最大化。
5 調(diào)控系統(tǒng)的先進(jìn)性
5.1 3D顯示技術(shù)
現(xiàn)在3D技術(shù)日益發(fā)展成熟，Web3D和交互式3D技術(shù)紛紛出現(xiàn)，呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的景象,3D互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加廣泛地運用于各個行業(yè)。因其互動性和三維的立體感具有很強的直觀性,在工業(yè)控制領(lǐng)域也有很好的效果。
燃?xì)夤芫W(wǎng)由于管道的空間屬性，通過三維顯示技術(shù)，能夠讓用戶對整個管網(wǎng)的情況一目了然，運用計算機(jī)生成逼真的三維環(huán)境，可產(chǎn)生很好的臨場感覺，并可360°任意旋轉(zhuǎn)，從多個視角查看管網(wǎng)高程變化。這是常規(guī)平面流程監(jiān)控下的一次變革，是新信息技術(shù)和工程組態(tài)的完美融合。
5.2 邊緣融合技術(shù)
傳統(tǒng)大屏幕拼接系統(tǒng)是由多臺投影機(jī)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(nèi)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(tǒng)應(yīng)運而生。
邊緣融合大屏幕拼接系統(tǒng)是指整幅投影畫面由不同的投影機(jī)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(nèi)容的重疊部分，通過軟硬件的結(jié)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(tǒng)配置了1臺2032mm的外觸摸屏系統(tǒng)，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(zhuǎn)變?yōu)橐粋€大型的交互顯示設(shè)備。
通過多點觸摸技術(shù),完成系統(tǒng)展示和調(diào)控指揮時的互動。系統(tǒng)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(biāo)、鍵盤、游戲控制桿等傳統(tǒng)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(diào)控系統(tǒng)的功能發(fā)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?xì)饧瘓F(tuán)有限公司
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