摘　要：提出智能氣網(wǎng)的概念，對智能氣網(wǎng)的特征、關(guān)鍵技術(shù)、信息化架構(gòu)以及智能氣網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行探討，分析智能氣網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)和近期工作重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能氣網(wǎng)；  燃?xì)庑畔⒒?/span>  信息化系統(tǒng)；  架構(gòu)

Analysis on Architecture and Current Status of Smart Gas Grid

Abstract：The concept of the smart gas grid is proposed，and the characteristics，key technologies and information architecture of smart gas grid as well as the development status of domestic smart gas grid are discussed．The development goals and short-term work focuses of domestic smart gas grid are analyzed．

Keywords：smart gas grid；gas information；information system；architecture

1　智能氣網(wǎng)的概念

智能氣網(wǎng)是建立在穩(wěn)定可靠、快速高效通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備制造和施工技術(shù)、先進(jìn)的信息技術(shù)、管網(wǎng)控制技術(shù)以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)天然氣在生產(chǎn)、儲存、輸配和使用過程中數(shù)字化管理、智能化決策，優(yōu)化資源配置，保證實(shí)現(xiàn)天然氣管網(wǎng)可靠、安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。

智能氣網(wǎng)是一個(gè)完整的信息架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施體系，是在傳統(tǒng)燃?xì)庑畔⒒夹g(shù)基礎(chǔ)之上，依托物聯(lián)網(wǎng)、移動通信技術(shù)、云計(jì)算和云存儲、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，提升燃?xì)夤芫W(wǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行管理、安全管理、資產(chǎn)管理、用戶服務(wù)管理水平，通過對采集的生產(chǎn)過程動態(tài)數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)、客戶數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析和挖掘，為公司管理層提供動態(tài)經(jīng)營分析、戰(zhàn)略決策分析、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)分析和事故分析。

2　智能氣網(wǎng)的特征

①安全：對管網(wǎng)受到的人為或自然擾動動作作出辨識與反應(yīng)，在自然災(zāi)害、外力破壞和信息網(wǎng)絡(luò)攻擊等情況下，保證人身、設(shè)備和管網(wǎng)安全。

②自愈：通過對管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線分析預(yù)測及自動控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，快速診斷、隔離、消除故障，具備自我故障恢復(fù)能力，避免發(fā)生大面積停氣，提高管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

③開放：支持多種氣源有序、合理地接入，適應(yīng)管輸和非管輸方式的接入，能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶的交互和高效互動，滿足用戶多樣化的需求并提供對用戶的增值服務(wù)。

④高效：采用先進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線控制技術(shù)和需求側(cè)引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行、供氣設(shè)施檢修智能化管理，增強(qiáng)管網(wǎng)輸送能力，延長設(shè)備使用年限，降低損耗，降低造價(jià)和運(yùn)行管理成本，提高能源利用效率。

⑤集成：實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)信息的高度集成和共享，采用統(tǒng)一的平臺和模型，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精益化管理。

3　智能氣網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

①標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)，主要指技術(shù)、管理、產(chǎn)品制造等方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立試驗(yàn)、認(rèn)證、評估體系，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)是建設(shè)智能氣網(wǎng)的制度保障。

②先進(jìn)的設(shè)備及工藝制造技術(shù)，是保障天然氣生產(chǎn)、輸配及應(yīng)用載體安全可靠的保證。

③先進(jìn)的通信、信息、控制、數(shù)據(jù)處理和智能汁量與傳感技術(shù)，是保障智能氣網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

④大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)挖掘、輔助決策與可視化展現(xiàn)與操作，是實(shí)現(xiàn)智能氣網(wǎng)的必經(jīng)途徑。

4　智能氣網(wǎng)架構(gòu)分析

智能氣網(wǎng)涵蓋了天然氣生產(chǎn)、儲存、輸配和終端用戶使用的全過程。智能氣網(wǎng)通過傳感器把管網(wǎng)各種設(shè)備、生產(chǎn)工藝參數(shù)、資產(chǎn)聯(lián)系在一起，形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)流和信息流，通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合、分析和挖掘，以此來降低運(yùn)行成本，提高整個(gè)氣網(wǎng)的安全性以及優(yōu)化運(yùn)營管理流程。

智能氣網(wǎng)技術(shù)支撐體系為測量、通信、控制和信息技術(shù)，貫穿涉及生產(chǎn)、經(jīng)營、管理的全價(jià)值鏈的信息高度融合、模型高度統(tǒng)一的統(tǒng)一信息支撐平臺。智能氣網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖1。

①物理感知層

傳感器是物理感知層的主要信息感知和測量設(shè)備，檢測和測量燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行參數(shù)及機(jī)器設(shè)備、工具、管網(wǎng)設(shè)施、IT設(shè)備等資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)。應(yīng)用于物理感知層的傳感器包括智能化儀器儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、RFID識別電子標(biāo)簽等，對管網(wǎng)運(yùn)行過程中的壓力、溫度、流量、泄漏、氣質(zhì)、氣體組成、陰極保護(hù)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、資產(chǎn)信息等進(jìn)行檢測，是智能氣網(wǎng)所需的海量信息數(shù)據(jù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。

②數(shù)據(jù)采集與控制層

對物理感知層檢測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、識別、計(jì)算和處理，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)通信層遠(yuǎn)傳到信息應(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集與控制層通過可編程的智能控制器將采集的工藝數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給信息應(yīng)用層，接受并執(zhí)行信息應(yīng)用層下達(dá)的調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)智能控制和操作。

③網(wǎng)絡(luò)通信層

網(wǎng)絡(luò)通信層是數(shù)據(jù)采集與控制層和信息應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交換的載體和通道。隨著無線技術(shù)的快速發(fā)展，為智能氣網(wǎng)數(shù)據(jù)和信息快速、準(zhǔn)確、完整地傳遞提供了保障，用戶可以通過各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)運(yùn)行及資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的采集下達(dá)控制指令。

④信息應(yīng)用層

信息應(yīng)用層是企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)營過程中根據(jù)管理需求，貫穿了燃?xì)馄髽I(yè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)行、服務(wù)的全過程各個(gè)領(lǐng)域信息化管理系統(tǒng)。滿足企業(yè)對燃?xì)廨斉湔{(diào)度管理、應(yīng)急搶修管理、生產(chǎn)作業(yè)管理、資產(chǎn)管理、客戶服務(wù)管理、安全管理等需求，針對不同管理需求建立獨(dú)立或聯(lián)動的信息管理系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)智能氣網(wǎng)的基礎(chǔ)信息系統(tǒng)。

信息應(yīng)用層核心子系統(tǒng)包括SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、GIS管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)、CIS客戶服務(wù)系統(tǒng)、氣量管理系統(tǒng)、壓力預(yù)警系統(tǒng)、管網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)、管道完整性管理系統(tǒng)、自動加臭系統(tǒng)、工程施工管理系統(tǒng)等。信息應(yīng)用層各核心子系統(tǒng)將企業(yè)管理流程與信息化技術(shù)相結(jié)合，滿足企業(yè)內(nèi)不同部門管理需求。也可以將不同核心子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)及應(yīng)用整合，提升企業(yè)管理效率。

信息應(yīng)用層核心子系統(tǒng)采集和生成的數(shù)據(jù)是企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫的主要數(shù)據(jù)來源。

⑤數(shù)據(jù)共享層

智能氣網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的核心是將信息應(yīng)用層中的各生產(chǎn)管理子系統(tǒng)產(chǎn)生的不同數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、集成和挖掘，按照統(tǒng)一規(guī)范建立企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫。企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫存在于數(shù)據(jù)共享層。企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫是按照一定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將生產(chǎn)工藝過程實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)、管網(wǎng)空間靜態(tài)數(shù)據(jù)、資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)、客戶數(shù)據(jù)、運(yùn)營生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的管理數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲，建立大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過云計(jì)算及云服務(wù)技術(shù)對大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行管理，提高數(shù)據(jù)運(yùn)行和查詢效率，滿足燃?xì)馄髽I(yè)輸配調(diào)度管理、運(yùn)營管理、安全管理、用戶管理、應(yīng)急搶修管理、工程管理方面對數(shù)據(jù)管理的需求。通過對數(shù)據(jù)倉庫各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘和集成，建立各類數(shù)據(jù)模型并持續(xù)優(yōu)化，為企業(yè)決策、管網(wǎng)仿真和負(fù)荷預(yù)測、風(fēng)險(xiǎn)管理、事故分析等提供數(shù)據(jù)支撐。

⑥決策分析層

通過對企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫海量數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、分析和挖掘，優(yōu)化管網(wǎng)運(yùn)行和企業(yè)運(yùn)營管理能力，建立智能決策支持系統(tǒng)，開發(fā)貫穿生產(chǎn)、運(yùn)營、經(jīng)營管理、客戶服務(wù)全價(jià)值鏈的信息高度融合、模型高度統(tǒng)一的信息支撐平臺。具備個(gè)性化人機(jī)交互界面及其內(nèi)核技術(shù)，融合了多媒體、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)、生物特征識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高精度管網(wǎng)動態(tài)仿真、負(fù)荷預(yù)測、經(jīng)營動態(tài)指標(biāo)智能分析、企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控、事故分析、管道完整性管理等功能。

5　智能氣網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)也發(fā)展為多氣源供氣、多壓力等級管網(wǎng)構(gòu)成的縱橫交錯(cuò)、龐大復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系。我國燃?xì)廨斉湫畔⒒到y(tǒng)建設(shè)起步晚、起點(diǎn)低，總體水平還不高。但近幾年隨著國家大力發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)，燃?xì)庑畔⒒l(fā)展很快，目前我國各燃?xì)馄髽I(yè)根據(jù)自身生產(chǎn)和管理的需要，建立了多個(gè)燃?xì)庑畔⒒芾砗捅O(jiān)控系統(tǒng)，提高了企業(yè)生產(chǎn)管理自動化水平。目前我國各級燃?xì)夤径蓟就瓿闪?/span>SCADA燃?xì)鈹?shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)、CIS客戶服務(wù)系統(tǒng)、大用戶遠(yuǎn)程抄表等信息應(yīng)用層核心子系統(tǒng)的建設(shè)工作，同時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要，部分企業(yè)還建設(shè)了管網(wǎng)仿真、負(fù)荷預(yù)測、氣量管理、壓力預(yù)警等系統(tǒng)。

隨著大量信息化系統(tǒng)投入使用，燃?xì)夤痉e累了大量應(yīng)用價(jià)值較高的歷史數(shù)據(jù)，但由于大部分信息化系統(tǒng)都是獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立管理，往往會形成一個(gè)個(gè)信息孤島，采集的大量歷史數(shù)據(jù)都相互獨(dú)立，造成了信息資源的浪費(fèi)。

智能氣網(wǎng)的建設(shè)是在現(xiàn)有信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化，對信息化系統(tǒng)體系進(jìn)行規(guī)范，引入先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算及云服務(wù)技術(shù)，提升氣網(wǎng)信息化管理水平。

6　智能氣網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)和近期工作重點(diǎn)

①智能氣網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)

a．建立開放、完整、統(tǒng)一的管網(wǎng)計(jì)算分析平臺。實(shí)現(xiàn)天然氣管網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，為管網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、管理提供全局性的、統(tǒng)一的、共享的數(shù)據(jù)和計(jì)算分析工具，為企業(yè)生產(chǎn)和管理提供決策支持。

b．建立智能化調(diào)度中心，以燃?xì)廨斉湔{(diào)度高度信息化為前提，以保障天然氣安全穩(wěn)定運(yùn)行控制技術(shù)為手段，建成完整的智能氣網(wǎng)決策控制體系，逐步實(shí)現(xiàn)動態(tài)安全監(jiān)測、預(yù)警和預(yù)控，支持氣網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的靈活控制，滿足企業(yè)對復(fù)雜管網(wǎng)、多氣源管網(wǎng)供氣安全管理的需求，提升氣網(wǎng)運(yùn)行水平，適應(yīng)天然氣發(fā)展的需要。

c．建設(shè)智能化生產(chǎn)建設(shè)體系，對天然氣輸配設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理，優(yōu)化燃?xì)庠O(shè)備全壽命周期的管理。

d．建立智能化調(diào)壓站，全面提升調(diào)壓站信息采集、實(shí)時(shí)控制、動態(tài)調(diào)整技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓站對壓力、流量、安全智能化的控制，支撐氣網(wǎng)自愈可調(diào)。

e．加快智能儀表開發(fā)，滿足對氣網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的需要。

f．開展智能氣網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作，制定國家或行業(yè)技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開展各環(huán)節(jié)的試點(diǎn)工作。

②近期工作重點(diǎn)

a．推廣智能化調(diào)壓站研發(fā)工作，建設(shè)智能化調(diào)壓站試點(diǎn)。

b．開展專用遠(yuǎn)程壓力和流量控制系統(tǒng)的研究和推廣工作。

c．開展智能化監(jiān)測儀表開發(fā)工作，包括專用數(shù)字調(diào)壓站控制器、無線遠(yuǎn)傳壓力記錄儀、無線遠(yuǎn)傳泄漏報(bào)警器等。

d．開展智能氣網(wǎng)系統(tǒng)性研究工作，規(guī)范智能氣網(wǎng)概念、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、發(fā)展方向和目標(biāo)。

本文作者：趙振中  葉慶紅  張鐵軍

作者單位：平頂山燃?xì)庥邢挢?zé)任公司

  上海航天能源股份有限公司