摘　要：天然氣的快速發(fā)展為燃氣企業(yè)帶來了很大的發(fā)展機遇，而企業(yè)規(guī)模的擴大、生產(chǎn)安全要求的提高以及市場競爭的加劇，對燃氣企業(yè)生產(chǎn)運營工作也提出了更高的要求。通過信息化技術(shù)和手段，對現(xiàn)有燃氣網(wǎng)進行智能化升級和改造，以達到提高企業(yè)運營效率、保障企業(yè)運營安全的目的，是各個燃氣企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和專家的一致共識。智能燃氣網(wǎng)建設(shè)不是一個對原有體系推倒重建的過程，如何在燃氣企業(yè)現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上，把先進的IT軟硬件技術(shù)如物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能終端等整合進來，實現(xiàn)生產(chǎn)運營過程管理的電子化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、智能化，是本文重點探討的問題。

關(guān)鍵詞：智能燃氣網(wǎng)　物聯(lián)網(wǎng)　云計算　生產(chǎn)運營　安全管理

1　概述

1．1　燃氣企業(yè)運營管理面臨新的挑戰(zhàn)

十八大報告中，把“大力推進生態(tài)文明建設(shè)”提到了前所未有的高度，天然氣作為優(yōu)質(zhì)廉價的綠色清潔能源，在我國必將得到進一步的高速發(fā)展，燃氣企業(yè)正面臨著前所未有的發(fā)展機遇。同時，隨著企業(yè)用戶數(shù)量持續(xù)增長、管網(wǎng)規(guī)?？焖贁U張，以及政府和社會對公共安全更高的要求，燃氣企業(yè)的生產(chǎn)運營工作也面臨著越來越嚴峻的挑戰(zhàn)。主要體現(xiàn)在以下幾點：

(1)城市環(huán)境的復(fù)雜，管網(wǎng)規(guī)模的擴大，使得燃氣管網(wǎng)面臨更加嚴重的安全威脅，管網(wǎng)腐蝕、第三方破壞等引起的燃氣泄漏事故時有發(fā)生，如何通過技術(shù)和管理手段，進一步提升管網(wǎng)本質(zhì)安全，是燃氣企業(yè)需要重點關(guān)注的內(nèi)容；

(2)在出現(xiàn)燃氣供氣不足或泄漏等應(yīng)急情況時，燃氣企業(yè)原有的應(yīng)急指揮體系由于信息化程度不高，對人的因素依賴大，已經(jīng)越來越難以滿足當(dāng)前人們對事故事件處置自動診斷、小范圍影響、快速恢復(fù)的要求；

(3)上游供氣的不確定因素、公服用戶的增多、季節(jié)性用氣的不均勻，如何保障對用戶可靠、穩(wěn)定供氣對燃氣企業(yè)現(xiàn)有的燃氣輸配調(diào)度體系提出了更高的挑戰(zhàn)；

(4)激烈的市場競爭客觀上要求燃氣企業(yè)通過提高內(nèi)部管理效率，降低綜合管理成本來增強自己的綜合競爭力。

1．2　智能燃氣網(wǎng)是燃氣企業(yè)發(fā)展的方向

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，北京燃氣提出了“智能燃氣網(wǎng)”建設(shè)理念——通過把“物聯(lián)網(wǎng)”、“云計算”、位置服務(wù)、智能終端、商業(yè)智能等IT技術(shù)與專業(yè)燃氣業(yè)務(wù)相融合，在原有燃氣企業(yè)的信息化基礎(chǔ)上進行縱向應(yīng)用深化以及橫向業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，打破數(shù)據(jù)的孤立和流程的隔離，在統(tǒng)一的企業(yè)私有云服務(wù)基礎(chǔ)上，構(gòu)建燃氣企業(yè)各類業(yè)務(wù)智能化應(yīng)用以及頂層的決策分析平臺，促進燃氣企業(yè)通過信息化軟硬件建設(shè)全面提高燃氣企業(yè)綜合管理水平。

“智能燃氣網(wǎng)”本質(zhì)上是通過技術(shù)革新和管理創(chuàng)新的方式，全面提高燃氣企業(yè)生產(chǎn)運營水平，降低燃氣企業(yè)綜合運營成本，它是技術(shù)和管理發(fā)展的內(nèi)在要求，是燃氣企業(yè)發(fā)展韻必然方向。

1．3　智能化技術(shù)改造目標(biāo)和內(nèi)容

“智能燃氣網(wǎng)”涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，包含廣泛的物聯(lián)網(wǎng)感知體系，有線、無線、自組等多樣化的網(wǎng)絡(luò)通訊體系，基于共享數(shù)據(jù)中心的，能夠為全企業(yè)提供數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)服務(wù)的“企業(yè)私有云”體系，融合管網(wǎng)完整性管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、應(yīng)急指揮管理、客戶關(guān)系管理等核心業(yè)務(wù)的企業(yè)運營標(biāo)準(zhǔn)化體系，頂層應(yīng)用數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘的決策分析體系等等。圖l是智能燃氣網(wǎng)建設(shè)總體架構(gòu)。

要想在單獨一篇技術(shù)論文中，把“智能燃氣網(wǎng)”建設(shè)方案全部闡述清楚幾乎是不可能的，在本文中，將重點闡述燃氣企業(yè)如何在現(xiàn)有的管理和信息化基礎(chǔ)之上，通過技術(shù)改造和升級，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合、流程的統(tǒng)一以及各類智能化應(yīng)用，為最終實現(xiàn)“智能燃氣網(wǎng)”打下一個堅實的基礎(chǔ)。具體內(nèi)容包括：

(1)燃氣企業(yè)私有云——說明燃氣企業(yè)如何在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進行數(shù)據(jù)的融合和統(tǒng)一，為燃氣企業(yè)生產(chǎn)運營各類專業(yè)化應(yīng)用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和服務(wù)。

(2)綜合調(diào)度平臺——在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和流程基礎(chǔ)上，通過信息的統(tǒng)·和流程的整合，搭建燃氣企業(yè)綜合調(diào)度平臺，為燃氣企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)、管網(wǎng)運行、應(yīng)急搶修等核心業(yè)務(wù)提供全面的信息化支撐。

(3)智能化應(yīng)用——在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，增加各類專家模塊，為用戶提供智能化管理支持。

2　技術(shù)方案

2．1　企業(yè)私有云

隨著云汁算技術(shù)的發(fā)展，IT資源的應(yīng)用和共享方式發(fā)生了巨大的變化。企業(yè)私有云為智能燃氣網(wǎng)數(shù)據(jù)集成與業(yè)務(wù)集成提供基礎(chǔ)性服務(wù)，它用來解決目前國內(nèi)燃氣企業(yè)信息化中普遍存在的數(shù)據(jù)孤島和業(yè)務(wù)隔離現(xiàn)象，在燃氣企業(yè)信息化建設(shè)中，，GIS地理信息系統(tǒng)、SCADA生產(chǎn)與監(jiān)控建設(shè)、客戶關(guān)系系統(tǒng)以及其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)都是逐步建設(shè)完成的，這造成了很多關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的相瓦隔離，不利于管理過程的流程化和精細化，并使得很多高級的智能化應(yīng)用無法實現(xiàn)。在這里不討論和硬件相關(guān)的通用技術(shù)部分，企業(yè)私有云建設(shè)主要包括共享數(shù)據(jù)中心建設(shè)和云服務(wù)平臺建設(shè)。

2．1．1共享數(shù)據(jù)中心

智能燃氣網(wǎng)企業(yè)私有云建設(shè)首先要解決的問題是數(shù)據(jù)的集成。燃氣企業(yè)運營數(shù)據(jù)主要包括地理數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、管網(wǎng)完整性檔案數(shù)據(jù)、各類專業(yè)管理數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)非常龐大，數(shù)據(jù)之間有著密切關(guān)聯(lián)。不同的數(shù)據(jù)存儲和訪問方式可能差別巨大，如GIS地理數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，都有各自鮮明的專業(yè)特點。由于這些差距，智能燃氣網(wǎng)企業(yè)私有云有自己的行業(yè)特點，數(shù)據(jù)的集成并不需要把這些完全統(tǒng)一存儲起來，而是在多個數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上構(gòu)建一個邏輯上的共享數(shù)據(jù)中心，為用戶提供對象統(tǒng)一訪問服務(wù)。如圖2所示。

如何才能把不同種類的數(shù)據(jù)利用物理或者邏輯的方式集成起來?答案是通過統(tǒng)一的管網(wǎng)設(shè)備設(shè)施編碼，它同樣是智能燃氣網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)體系里面的重要內(nèi)容。北京燃氣集團從多年前就開始管網(wǎng)設(shè)備設(shè)施和物資體系的標(biāo)準(zhǔn)化工作，如存GIS地理信息系統(tǒng)里面就已經(jīng)采用了l5位的統(tǒng)一管網(wǎng)編碼，但大部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施的編碼體系還不完全一致，需要轉(zhuǎn)換或者對照才能把這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。圖3足數(shù)據(jù)從串聯(lián)到完全關(guān)聯(lián)的過程。

為了提高數(shù)據(jù)訪問和處理的效率，還需要把經(jīng)常訪問的對象數(shù)據(jù)緩存到企業(yè)私有云共享數(shù)據(jù)中心物理數(shù)據(jù)庫中。通過構(gòu)建一個功能強大的數(shù)據(jù)交換平臺，利用管網(wǎng)對象統(tǒng)一編碼規(guī)則，可以完成各類數(shù)據(jù)的交換和同步工作。

2．1．2企業(yè)私有云服務(wù)

數(shù)據(jù)的集成最終是為了數(shù)據(jù)的有效利用和業(yè)務(wù)的集成，智能燃氣網(wǎng)企業(yè)私有云需要完成云計算PAAS層研發(fā)建設(shè)工作(IAAS層由于GIS數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)庫的相對獨立以及專業(yè)性，并不需要在硬件層面上完全虛擬化構(gòu)建)，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供各類標(biāo)準(zhǔn)化計算與服務(wù)，如圖4所示。

企業(yè)私有云提供的平臺服務(wù)主要包括：

安全認證服務(wù)——用戶必須通過安全認證，才能訪問授權(quán)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)訪問安全；

對象實時數(shù)據(jù)訪問服務(wù)——為用戶提供對象的實時數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，可訪問對象的當(dāng)前實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，該服務(wù)主要是針對管網(wǎng)的各類節(jié)點如調(diào)壓站箱、計量儀表等；

對象位置數(shù)據(jù)訪問服務(wù)——為用戶提供對象的位置數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，如對象的空間地理坐標(biāo)，某個區(qū)域范同內(nèi)的某類對象集合等；

對象檔案數(shù)據(jù)訪問服務(wù)——每個管理對象的靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和重要、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都會統(tǒng)一入檔，可以通過該服務(wù)查看對象的完整的檔案數(shù)據(jù)；

組件注冊服務(wù)——用戶可以在平臺上發(fā)布注冊自己的自定義組件，供自己或不同系統(tǒng)調(diào)用；

組件訪問服務(wù)——用戶可以通過名稱或索引搜索可訪問組件并調(diào)用；

流程集成服務(wù)——系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)流程引擎，流程被注冊后可以跨系統(tǒng)調(diào)用不同的已注冊組件，實現(xiàn)基于SOA架構(gòu)的業(yè)務(wù)集成；

數(shù)據(jù)交換服務(wù)——可通過數(shù)據(jù)交換服務(wù)，自動把子系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與云平臺同步。

2．2　綜合調(diào)度平臺

企業(yè)私有云完成了數(shù)據(jù)的集成和服務(wù)的統(tǒng)一，如何把這些數(shù)據(jù)和服務(wù)有效的利用起來，為用戶提供各類專業(yè)化服務(wù)，才是系統(tǒng)建設(shè)的真正目的。燃氣企業(yè)在信息化建設(shè)過程巾，形成了各個獨立的系統(tǒng)如GIS／scADA／CRM／EAM等等，用戶要想完成某件事情，比如應(yīng)急過程中需要查看某個調(diào)壓箱沒備的確切位置、當(dāng)前實時數(shù)據(jù)、設(shè)備類型、維修保養(yǎng)歷史等等，往往要到多個系統(tǒng)才能實現(xiàn)，非常的小方便，而實際上，這些數(shù)據(jù)都是相互關(guān)聯(lián)的，對一個管網(wǎng)對象，用戶往往需要在同一個視圖界面中，完成對他們的查看和操作。而綜合調(diào)度平臺就是在企業(yè)私有云的基礎(chǔ)上，進一步完成對用戶視圖界面的集成，為用戶的各類專業(yè)化應(yīng)用提供全面的支撐。

2．3　智能計算模塊

“智能燃氣網(wǎng)”通過企業(yè)私有云，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和服務(wù)的集成，通過調(diào)度視窗，實現(xiàn)了界面和功能的集成。但要想實現(xiàn)真正的各類專業(yè)智能化應(yīng)用，還需要對原有的很多業(yè)務(wù)進行智能化改造。“智能燃氣網(wǎng)”的智能化很大程度體現(xiàn)在諸多專業(yè)的智能計算模型上，通過凋用這些計算模塊，可以為生產(chǎn)作業(yè)、管網(wǎng)運行、應(yīng)急指揮、技改大修計劃等核心業(yè)務(wù)提供智能化支持。以下對部分智能模塊進行說明。

2．3．1智能運行

燃氣安全事故事件的發(fā)生，有著一定的規(guī)律和特點，據(jù)統(tǒng)計，將近90％的燃氣事故事件都是由腐蝕泄漏和第三方破壞引起的。燃氣公司通過諸多的技術(shù)和管理手段來保障管網(wǎng)運營安全，其中，對管網(wǎng)進行巡檢運行，及時發(fā)現(xiàn)并處置管網(wǎng)異常，預(yù)防消除事故事件隱患，是各個燃氣企業(yè)普遍采用的方法。

對管網(wǎng)巡檢運行系統(tǒng)的智能化技術(shù)改造主要體現(xiàn)在利用GPS定位技術(shù)和嵌入式GIS技術(shù)動態(tài)記錄人員軌跡，利用語音輔助功能實時指引運行人員最優(yōu)行進路線，運行人員可以隨時查看管網(wǎng)設(shè)備各類數(shù)據(jù)。管理層通過對運行覆蓋率進行分析，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運行盲區(qū)，改進管網(wǎng)運行計劃，全面提升管網(wǎng)運行工作效率和質(zhì)量。

2．3．2智能輸配調(diào)度

智能輸配結(jié)合先進的自動控制技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)，靈活配置資源進行輸配調(diào)度工作，實時監(jiān)測及調(diào)控管網(wǎng)運行狀況，保證城市燃氣管網(wǎng)正常運行；將SCADA系統(tǒng)與GIS地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，準(zhǔn)確顯示實際地理位置的管網(wǎng)壓力、流量等情況，對管網(wǎng)監(jiān)控更加真實、具體，實現(xiàn)管網(wǎng)輸配全景監(jiān)控。

在企業(yè)運營規(guī)則的指導(dǎo)下，根據(jù)約束條件運用各種優(yōu)化算法及模型，達到提高運行可靠性、節(jié)省運行費用等優(yōu)化目標(biāo)，在管網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的狀態(tài)下實現(xiàn)企業(yè)運營的最優(yōu)化。例如：通過SCADA系統(tǒng)從遠程設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)，動態(tài)模擬計算出管線的效率等參數(shù)，最后根據(jù)這些參數(shù)及預(yù)測的用氣量求解出運行方案，確定系統(tǒng)的運行方式、壓縮機及調(diào)節(jié)閥等的控制參數(shù)和各氣源的供氣量。

通過智能輸配模塊可對管網(wǎng)運行進行有效控制，當(dāng)發(fā)生較大故障時，仍然能夠保障燃氣的正常供應(yīng)；在局部遇到自然災(zāi)害、突發(fā)性破壞時，也能夠盡量保證管網(wǎng)安全運行。

2．3．3智能故障診斷

在管網(wǎng)日常運行監(jiān)控過程中，通過SCADA系統(tǒng)提供的實時數(shù)據(jù)，對管網(wǎng)運行狀態(tài)進行在線整合、分析、計算，根據(jù)計算結(jié)果判斷當(dāng)前運行狀況是否安全、穩(wěn)定，對疑似危險點進行預(yù)判，再根據(jù)分析結(jié)果是否可能發(fā)生故障，提前采取應(yīng)對措施。例如：燃氣企業(yè)可以利用管網(wǎng)模型，對未來一段時間內(nèi)的用氣趨勢做預(yù)測。假設(shè)在一個一周內(nèi)某電廠的用氣模型里，到了某個節(jié)點，實際情況跟模型所預(yù)測的不符合，就意味著出了問題：可能是用戶用法發(fā)生了變化，也有可能是管道發(fā)生泄漏了。

故障診斷是一整套預(yù)警機制。一旦傳感器感應(yīng)到異常的用氣情況變化——比如說管內(nèi)壓力突然減小，故障診斷系統(tǒng)在接收到來自傳感器的數(shù)據(jù)之后就可以立刻報警，提示管理人員管網(wǎng)存在泄漏的可能性，使管道工人從繁復(fù)的日常排查中解放出來。

配合不同類型的傳感器，故障診斷也可以做出其他預(yù)警。一套能夠感知氣質(zhì)環(huán)境的傳感器就可以做氣質(zhì)預(yù)警，以檢測出在管道內(nèi)化學(xué)物的位置和分布情況。

當(dāng)管網(wǎng)發(fā)生故障時，故障診斷系統(tǒng)根據(jù)接收到的信息數(shù)據(jù)診斷故障設(shè)備、類型，排除誤報警情況；確定故障類型及設(shè)備后，通過分析計算向調(diào)度人員提供故障處理方案，輔助完成決策選擇；同時調(diào)動相關(guān)基礎(chǔ)平臺實時在線分析、評估，給出調(diào)整結(jié)果，平衡管網(wǎng)運行狀態(tài)，使管網(wǎng)運行在最佳狀態(tài)。

除了對管網(wǎng)壓力、流量數(shù)據(jù)分析之外，還對管網(wǎng)上的設(shè)備屬性參數(shù)進行記錄及保存，根據(jù)對設(shè)備的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析計算，判斷是否出現(xiàn)需要維修的情況，并根據(jù)維修記錄、事故頻率及類型制定維護計劃。

2．3．4多氣源供應(yīng)優(yōu)化

“十二五”期間，北京將實現(xiàn)多氣源供應(yīng)，將增加進口LNG和煤制天然氣，多氣源涉及氣源置換、供氣安全、氣源分配優(yōu)化調(diào)度等新課題。

智能燃氣網(wǎng)需要有對氣源配置進行優(yōu)化分析及自動調(diào)配的功能。

3　總結(jié)

以上重點介紹了燃氣企業(yè)如何來在現(xiàn)有的信息化基礎(chǔ)上進行智能化技術(shù)改造，主要包括形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，構(gòu)建企業(yè)私有云，為用戶提供統(tǒng)一的綜合調(diào)度平臺，冉在這些基礎(chǔ)上搭建各類智能化應(yīng)用模塊，為企業(yè)的生產(chǎn)運營、應(yīng)急指揮、輸配調(diào)度等提供全面的史撐。

智能化技術(shù)改造方案包含很多技術(shù)和管理思路的突破，主要有以下幾點：

(1)創(chuàng)新性把企業(yè)私有云技術(shù)應(yīng)用到燃氣企業(yè)信息化過程當(dāng)中，對如何基于管網(wǎng)對象統(tǒng)一編碼構(gòu)建燃氣企業(yè)共享數(shù)據(jù)中心提出了具體可行的思路；

(2)對如何在企業(yè)私有云基礎(chǔ)上，搭建燃氣企業(yè)統(tǒng)一的綜合調(diào)度平臺提出了技術(shù)改造方案，徹底解決原有多個系統(tǒng)需要分別登陸，數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，功能分散的弊端；

(3)對專業(yè)化模塊如何集成到綜合平臺中進行了說明，解決原有的專業(yè)系統(tǒng)往往是孤立系統(tǒng)，無法在具體應(yīng)用中發(fā)揮更大作用的缺點；

(4)智能運行、智能輸配等智能化模塊，對具體專業(yè)管理領(lǐng)域內(nèi)的智能化技術(shù)改造提出了詳細的方案，具有很強的理論和實踐意義。

燃氣企業(yè)智能化技術(shù)改造不但是技術(shù)的革新，由于流程的集成和管理的精細化，它還是一個管理的革新，在建設(shè)和實施過程中，涉及大量工作人員職能的提升和工作方法的改進，這個是尤為需要重視的。