大數據背景下天然氣管網數據挖掘與應用

徐堅

浙江浙能天然氣運行有限公司 浙江杭州 310000

1 大數據背景下天然氣管網數據挖掘與應用

1.1 天然氣管網的負荷預測

天然氣管網負荷預測是管網調度的主要依據，其精確程度直接關系到管網調度的可靠性及運行的經濟性，同時為設備科學檢修提供依據，因而直接影響管網運行水平。天然氣管網負荷預測存在一系列特點，包括高不確定性、多因素耦合、多顆粒度等。由于建模機制與出發點不同，因此存在不同的負荷預測方法，目前此領域研究主要集中在專家系統、模糊邏輯、灰色理論及神經網絡等預測方法。在大數據背景下，隨著深度學習技術的發展，可以通過高層次抽象提高負荷預測精度。為了充分利用大量管網歷史負荷數據，通過深度學習方法，從特征提取和時序預測等方面對歷史數據進行利用[1]。

1.2 管網歷史數據與日常數據收集

完整性管理的數據收集需要在建設初期就開始進行，通過相應的技術手段和評價方法對建設過程中的風險進行預判，最大程度的保證管道使用過程中的完整性。另外，管道的設計、建設、維護等相關信息，應構建數據庫，便于管理人員對數據進行分析，從而做出科學的決策。數據的收集主要包括兩個方面:一是歷史數據的收集；二是后期日常數據的采集。

（1）歷史數據收集。應盡量多的收集管道相關數據，為燃氣管道完整性管理提供數據支撐。歷史數據包括管道建設初期的設計資料和圖紙、周邊地區的地形圖、施工檢測報告、驗收報告、選用材料證書、參考的各種規程規范等。

（2）日常數據采集。收集日常定期檢查數據，管道在交工投入使用后應當進行定期檢查，做好定期檢查過程中的數據收集。外腐蝕對于管道的壽命有著嚴重的影響，因此外腐蝕評價可以直接用于管道完整性管理的風險評估。但由于城市燃氣管網錯綜復雜，給定期檢查帶來了很大的挑戰，如果依然延用過去逐個檢測的方法，不但會浪費大量人力物力，而且容易延誤對管道的修復時間，導致某些已經出現問題的管道無法得到及時有效的修復。因此需要制定特殊的檢測方案，并配套相應的技術設備。目前外腐蝕的情況評價主要從以下五個數據來判斷：①外部防腐層的腐蝕情況（與建設初期的厚度進行對比）；②陰極的腐蝕情況；③土壤環境（土壤濕度、酸堿性等等）；④雜散電流干擾情況；⑤管道內部泄漏情況監測。城鎮管網的檢測需要使用多種儀器進行配合，并且對檢測的精細程度也有一定的要求。例如，檢測的時候，應當以陰極的腐蝕情況作為出發點，對于某些間隔太小的管道，可以使用試片法檢測。目標管道的防腐層腐蝕情況通過電位梯度法進行分析。雜散電流容易使防腐層破壞，可以通過管路線上交流電壓的變化看出，但是需要使用精確度更高的專用電流表。實際檢測時要重點關注防腐層的厚度較小和雜散電流電壓較大的位置，要做到以陰極保護為主，用檢測手段來輔助，使評價過程更加的高效，評價結果更加的貼近實際[2]。

（3）收集日常風險因素數據。風險因素的相關數據收集是管道完整性管理過程中非常重要的一環。目前我國對于管道完整性管理的風險評估主要使用半定量評價方法。半定量評價方法的原理是肯特完整性管理模型，應用到實際中可以把管道使用過程中的風險因素分為以下幾個部分，日常需對風險因素數據進行定期收集。①第三方的破壞風險；②自然腐蝕風險；③設計不合理風險；④施工過程操作失誤風險。

（4）收集日常維修、事故數據。收集日常生產運行維護期間管線檢測、維護、事故案例及應急搶修等歷史數據，能夠為管網完整性管理提供更加安全的搶修方案，從而制定有效的解決辦法。其主要包括:①高風險管道維修方案的收集；②管道維修的管理數據；③管道維修的技術數據。

2 大數據技術應用展望

2.1 多源數據融合

多源數據融合是多學科新技術的集成與應用，其包括數據層融合、特征層融合、決策層融合，為從設計數據、運行數據、維護數據中提取表征設備運行狀態的數據特征提供了有效途徑。隨著多源數據融合技術的廣泛應用，目前已有的數據融合方法種類有限并具有很大的局限性，而且不同數據源、不同精度的數據給數據融合帶來了極大挑戰。因此，發展適用范圍廣、融合精度高的數據融合方法將是數據融合技術未來的研究方向。另外，數據標準化和數據互操作技術是促成多源數據融合在天然氣管網中推廣的關鍵。大數據背景下，多源數據融合在天然氣管網調度、監測和維護中能夠降低數據不確定性，提高準確率，具有重要價值。

2.2 綜合信息平臺建設

天然氣管網綜合信息平臺集數據存儲、數據融合、設備管理、通信管理、運行維護、管網規劃、調度優化、智能分析、健康評估和預測等功能于一體。隨著大數據背景下市場需求和新技術的快速發展，未來天然氣管網綜合信息平臺將朝著集成化、規模化、智能化、標準化的方向發展。多源特征融合是構建綜合信息平臺的基礎，大規模管理是綜合信息平臺的主要特征。數據采集多樣化、監測評價智能化、決策優化化、模塊開發標準化是大型設備管網綜合信息平臺建設的發展趨勢。綜合信息平臺是實現天然氣管網合理配置、安全可靠、優化高效的重要途徑[3-4]。

3 結語

在大數據背景下，通過充分分析和利用天然氣管網數據，可以提高管網管理水平，提高各方面效益，管網數據的應用具有良好的前景和巨大的潛力。通過結合具體的功能需求確定算法及其使用方法，并進一步結合使用需求完成平臺開發，可以更加充分地挖掘數據價值，進一步對管網的調度與管理進行優化，具有重要的工程實際意義。