城市智能燃氣網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架探討

摘 要

摘要：我國城市燃氣企業(yè)在SCADA系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)以及完整性管理等方面正在取得不斷進步。隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴大和對業(yè)務(wù)過程控制要求的逐步提高，統(tǒng)籌建設(shè)智能控制的城市燃氣網(wǎng)絡(luò)
摘要：我國城市燃氣企業(yè)在SCADA系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)以及完整性管理等方面正在取得不斷進步。隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴大和對業(yè)務(wù)過程控制要求的逐步提高，統(tǒng)籌建設(shè)智能控制的城市燃氣網(wǎng)絡(luò)正成為新的課題。本文提出了城市智能燃氣網(wǎng)的相關(guān)概念、技術(shù)特點、建設(shè)目標以及技術(shù)構(gòu)架。
關(guān)鍵詞：城市智能燃氣網(wǎng)；監(jiān)控系統(tǒng)；生產(chǎn)運營；安全管理
1 引言
    近年來，隨著中國城鎮(zhèn)化進程的加快，城鎮(zhèn)燃氣業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，燃氣管網(wǎng)已成為經(jīng)濟發(fā)展的重要公用基礎(chǔ)設(shè)施之一，關(guān)系到廣大人民群眾的日常生活。各個燃氣企業(yè)特別是大中型燃氣公司為了提高企業(yè)管理水平，都逐步建立了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))、地理信息系統(tǒng)(GIS系統(tǒng))、客戶關(guān)系系統(tǒng)(CRM)等各類信息化系統(tǒng)，并取得了一定的效果。
    目前，我國各個燃氣企業(yè)的信息化建設(shè)都是通過自我摸索，由業(yè)務(wù)驅(qū)動發(fā)展，各個系統(tǒng)往往在不同時間分別構(gòu)建，系統(tǒng)之間相對獨立，有的形成數(shù)據(jù)孤島，隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴大以及對業(yè)務(wù)過程控制要求的逐步提高，企業(yè)信息化系統(tǒng)建設(shè)和管理往往面臨一些新問題，例如：各個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)等都存在各自獨立的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)缺乏共享，流程彼此分割，不利于對異常、事故、作業(yè)等管理過程進行閉環(huán)的跟蹤和管理：企業(yè)和用戶之間的聯(lián)系比較單一，缺乏互動，企業(yè)的調(diào)度和調(diào)節(jié)決定了用戶的使用，用戶有利于能效提高和調(diào)峰的用氣行為不能得到及時響應(yīng)；缺乏智能決策支持，不能有效利用積累的業(yè)務(wù)知識和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，挖掘其中蘊含的規(guī)律和模式，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)提供輔助決策支持。
    為了進一步提高燃氣企業(yè)綜合運營水平、強化企業(yè)運營安全、提升客戶滿意度、增加企業(yè)經(jīng)濟效益，為燃氣企業(yè)的下一步信息化建設(shè)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(shù)的智能燃氣網(wǎng)建設(shè)技術(shù)構(gòu)架。
2 智能燃氣網(wǎng)概述
2.1 智能燃氣網(wǎng)概念
    城市智能燃氣網(wǎng)，是在燃氣網(wǎng)建設(shè)階段以數(shù)字管道為基礎(chǔ)的燃氣網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)；在運行維護階段以風(fēng)險預(yù)評價體系為基礎(chǔ)的無事故預(yù)防型管理；在用戶服務(wù)方面以高級計量體系為基礎(chǔ)的需求側(cè)管理的現(xiàn)代化燃氣供應(yīng)體系。“可靠”與“智能”是城市智能燃氣網(wǎng)發(fā)展的基本要求。
2.2 智能燃氣網(wǎng)的技術(shù)特點
    智能燃氣網(wǎng)建設(shè)是燃氣企業(yè)信息化發(fā)展的新的階段，它并非一個從頭建設(shè)的新的體系，而是在原有燃氣網(wǎng)和信息化體系上的提升，它主要有以下特點：
    (1) 業(yè)務(wù)的廣泛性
    從業(yè)務(wù)范疇上，智能燃氣網(wǎng)涵蓋燃氣企業(yè)運營管理的方方面面，從智能供氣到智能調(diào)峰，從智能監(jiān)控到智能巡檢，從智能調(diào)度到智慧決策，從用戶發(fā)展到客戶服務(wù)等。
    (2) 數(shù)據(jù)的集成性
    智能燃氣網(wǎng)通過管網(wǎng)編碼和客戶編碼，全面集成管網(wǎng)設(shè)備的基礎(chǔ)檔案信息、地理位置信息、實時動態(tài)信息，數(shù)據(jù)有效的集成并可以方便的訪問。
    (3) 技術(shù)的先進性
    在技術(shù)范疇上，它集成整合了當前最新的硬件控制技術(shù)和IT軟件技術(shù)，底層基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，上層提供云計算服務(wù)，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(shù)據(jù)挖掘分析實現(xiàn)高級商業(yè)智能等。
    (4) 管理的創(chuàng)新性
    智能燃氣網(wǎng)建設(shè)不但是技術(shù)的革新，同樣還是管理的創(chuàng)新。如改變原有以被動搶修為主的管理模式為基于風(fēng)險預(yù)評價的主動維護無事故預(yù)防管理模式；變被動呼叫為主動通知的客戶關(guān)懷服務(wù)模式。
    (5) 系統(tǒng)的互動性
    伴隨信息技術(shù)的不斷進步，提升管網(wǎng)計量和自動控制水平，例如，利用分時計價等手段增加企業(yè)與用戶之間的聯(lián)系方式，變被動聯(lián)系、單向聯(lián)系為互動聯(lián)系，及時響應(yīng)、回饋用戶有利于能效提高和調(diào)峰的用能方式。總之，智能燃氣網(wǎng)意味著更廣泛的數(shù)據(jù)監(jiān)控、更緊密的數(shù)據(jù)集成、更智能的調(diào)度和作業(yè)、更智慧的分析和決策。如圖1智能燃氣網(wǎng)特點。

2.3 智能燃氣網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)建設(shè)目標
    智能燃氣網(wǎng)建設(shè)是對原有燃氣網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和信息化系統(tǒng)的擴展和改造，目的是促進燃氣企業(yè)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(shè)目標如下：
    依托更先進的智能感知、網(wǎng)絡(luò)通訊和電源供應(yīng)等技術(shù)，拓展企業(yè)現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，建立完善的物聯(lián)監(jiān)控體系，對原來尚未監(jiān)控的調(diào)壓箱、閘井、陰極樁等重要設(shè)備設(shè)施進行實時監(jiān)控和智能報警，預(yù)防事故事件的發(fā)生；實現(xiàn)對燃氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)(地理數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù))的統(tǒng)一集成，建設(shè)方便數(shù)據(jù)存儲和訪問的共享數(shù)據(jù)中心，為企業(yè)運營管理提供強大的數(shù)據(jù)支撐；規(guī)范標準企業(yè)工程項目、客戶服務(wù)、生產(chǎn)調(diào)度、管網(wǎng)運行、應(yīng)急作業(yè)等業(yè)務(wù)流程，加強生產(chǎn)運營過程控制，優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度流程，提高企業(yè)應(yīng)急處理能力，提升客戶滿意度；通過把安全評估、風(fēng)險管理等專業(yè)技術(shù)與管網(wǎng)設(shè)備全生命周期管理相融合，實現(xiàn)燃氣管網(wǎng)的設(shè)備完整性管理，提高管網(wǎng)運行可靠性；通過智能燃氣網(wǎng)物理感知層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、共享數(shù)據(jù)層、運營執(zhí)行層、決策分析層等多層平臺的建沒，建設(shè)燃氣企業(yè)全數(shù)字化虛擬工廠；通過數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘和分析、搜索引擎等先進技術(shù)，實現(xiàn)對企業(yè)運營數(shù)據(jù)的有效利用，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)提供全面的輔助決策支持，真正實現(xiàn)“智慧”的管網(wǎng)。
3 智能燃氣網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架
    智能燃氣網(wǎng)是一個綜合的系統(tǒng)建設(shè)工程，它主要包括5個層次：物理感知層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、共享數(shù)據(jù)層、運營執(zhí)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(wǎng)內(nèi)集成了控制、測量、傳感、通訊等功能的各種終端設(shè)備，如各種門站監(jiān)測儀表、儲罐區(qū)監(jiān)測儀表、調(diào)壓站/箱監(jiān)測儀表、閘井監(jiān)測器、視頻監(jiān)控器等。
    沒有廣泛的數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場監(jiān)控，管理層和決策層就無法及時得到有效的數(shù)據(jù)，管理創(chuàng)新和決策智慧就是空中樓閣，不可能很好的實現(xiàn)。因此，物理感知層是所有智能燃氣網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。
3.2 網(wǎng)絡(luò)通訊層
    網(wǎng)絡(luò)通訊層主要負責(zé)燃氣管網(wǎng)不同節(jié)點之間各類數(shù)據(jù)的傳輸與交換，包括各類數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，如有線專網(wǎng)、無線APN、城域網(wǎng)、廣域互聯(lián)網(wǎng)、無線自組網(wǎng)等。
    傳統(tǒng)的管網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)主要通過有線傳輸來完成，而新的智能燃氣網(wǎng)將在原有的通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)施基礎(chǔ)上，拓展多種無線通訊方式，構(gòu)建由通信網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)組成的物聯(lián)智能網(wǎng)絡(luò)通訊體系，現(xiàn)場數(shù)據(jù)能夠以多種方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，用戶可以通過各種終端(電腦、筆記本、工業(yè)PDA、智能手機、平板電腦等)隨時隨地的訪問授權(quán)許可的數(shù)據(jù)。
3.3 共享數(shù)據(jù)層
    共享數(shù)據(jù)層主要負責(zé)智能燃氣網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲與訪問。
    目前，大部分燃氣倉業(yè)管|酬設(shè)備設(shè)施相關(guān)的基礎(chǔ)信息、地理信息、實時信息等核心數(shù)據(jù)都分散在GIS地理信息、SCADA、設(shè)備管理等諸多信息系統(tǒng)中，并沒有有效集成，各自孤立的數(shù)據(jù)體系無法滿足企業(yè)高效可靠的企業(yè)運營要求。集成管網(wǎng)設(shè)備的基礎(chǔ)檔案信息、地理位置信息、實時動態(tài)信息，最終打造基于云計算技術(shù)的燃氣企業(yè)共享數(shù)據(jù)中心，將為企業(yè)的規(guī)劃發(fā)展、客戶服務(wù)、生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急作業(yè)、管網(wǎng)運行、設(shè)備維檢修等管理運營工作提供強大的數(shù)據(jù)支撐。如圖3所示。
 

    從孤立的數(shù)據(jù)到可以串聯(lián)的數(shù)據(jù)最終達到共享數(shù)據(jù)中心智能數(shù)據(jù)的目標，真正實現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、關(guān)聯(lián)性、有效性、實時性。從數(shù)據(jù)的集成到?jīng)Q策的智慧，是各個行業(yè)企業(yè)管理信息化發(fā)展的必然途徑和最終目標。
3.4 運營執(zhí)行層
    運營執(zhí)行層主要完成燃氣企業(yè)各類管理業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)登記、過程跟蹤和流程協(xié)作，涵蓋企業(yè)的規(guī)劃發(fā)展、客戶服務(wù)、生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急作業(yè)、設(shè)備維檢修、安全管理等各個方面。
    運營執(zhí)行層各個子系統(tǒng)是燃氣企業(yè)實現(xiàn)其戰(zhàn)略目標所采用的方法途徑，它是燃氣行業(yè)管理知識和信息化軟件技術(shù)的有機結(jié)合。智能燃氣網(wǎng)運營執(zhí)行層建設(shè)的完善和應(yīng)用水平高低決定了企業(yè)綜合管理水平的高低。
    運營執(zhí)行層應(yīng)該基于統(tǒng)一的管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(至少是關(guān)鍵字典統(tǒng)一編碼)，各個子系統(tǒng)可以采用SOA架構(gòu)耦合集成。
3.5 決策分析層
    決策分析層主要為燃氣企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層提供重要的經(jīng)營指標監(jiān)控和決策分析支持。從內(nèi)容上，該層主要包含一個面向主題的數(shù)據(jù)倉庫，決策分析相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘算法，以及對分析結(jié)果的多維報表展示、運營指標展示、分析圖形展示等等內(nèi)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(qū)動，以經(jīng)驗(知識庫)為判斷基礎(chǔ)，以邏輯推理(關(guān)聯(lián)計算、多維分析)為基本方法，對客觀世界收集的信息(業(yè)務(wù)數(shù)據(jù))進行加工、改造、計算、分析，最終，大腦制訂出了為實現(xiàn)這些目標而采取的行動計劃。
4 結(jié)語
   城市智能燃氣網(wǎng)建設(shè)，既是一個基礎(chǔ)的硬件設(shè)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(wǎng)的復(fù)雜程度很高，北京燃氣集團總結(jié)城市燃氣運營管理經(jīng)驗，正在積極開展城市智能燃氣網(wǎng)建設(shè)的探索和實踐，城市智能燃氣網(wǎng)相關(guān)概念的提出和規(guī)劃建設(shè)仍處于探索階段，需要各個燃氣企業(yè)及領(lǐng)域?qū)＜夜餐芯亢吞接憽?/span>
參考文獻
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(本文作者：支曉曄1 高順利1 劉燕1 杜學(xué)平1 劉蓉2 羅青云3 1.北京市燃氣集團有限責(zé)任公司 100035；2北京建筑工程學(xué)院 100044；3.訊騰數(shù)碼科技(北京)有限公司 100029)