計算機信息技術在燃氣管網運維中的應用研究

戴清云

（太原學院建筑與環境工程系 山西 太原 030032）

0 引言

互聯網背景下，人類已經進入信息化時代，計算機信息技術已被廣泛應用于人類日常生活、工作中，并帶來了很多便利。在現代社會中，燃氣管網利用率非常高，燃氣市場規模也越來越大，在人類日常生活以及經濟發展中發揮著重要作用。同時，燃氣行業具有一定的壟斷性，市場競爭力小，使得經營管理缺乏技術創新，且地下燃氣管網縱橫交錯，燃氣設備數量眾多，給管理與維護增加了難度，在一定程度上阻礙了燃氣行業的發展，故結合計算機信息技術做好燃氣設施的維護工作，保證燃氣設施的安全穩定運行十分重要，只有掌握信息技術多維服務維度的應用，才能不斷提高燃氣安全管理水平。

1 計算機信息技術概述

計算機信息技術是計算機信息基礎的重要組成部分，是計算機信息處理與管理的總稱，其通過利用計算機軟件、硬件與互聯網相結合，實現了對信息資源的收集、分析與存儲。計算機信息技術的設計開發通常采用計算機技術與通信技術，并在相關的硬件和軟件環境中實現，硬件包括集線器、顯示屏、交換機等，軟件包含驅動程序與應用軟件等[1]。計算機信息技術主要有以下3個方面的特征：（1）操作簡單：計算機信息技術的界面簡潔，操作非常簡單，在使用前經過簡單的學習培訓，便能輕松掌握操作技巧；（2）系統運行較可靠：計算機信息管理系統包含多個子系統，且每個系統都具有完善的維護功能，有效保障了計算機信息數據管理過程中信息數據的安全性與真實性；（3）在網絡上即可實現管理：計算機信息系統在運行過程中需要完善各個硬件管理系統，降低了數據在信息系統存儲中所占比例，保證了計算機信息管理系統的穩定運行，避免了數據丟失的問題[2]。

2 信息技術的運用對燃氣運維的重要性

社會經濟快速發展，環境狀況日益惡化，人們逐漸意識到清潔能源開發的重要性。燃氣是一種清潔、優質的原料，如何運營現有的燃氣管網是當下面臨的重要問題。計算機信息技術在燃氣行業的應用主要是通過相關軟件預測當前市場情況，建立用戶等級與需求預測模型，利用大數據技術對現有數據進行整理和分析，挖掘數據背后的有用信息，使城市燃氣管網建設工作順利開展[3]。

3 計算機信息技術在燃氣管網運維中的應用

3.1 GIS技術

GIS系統具有良好的信息定位功能，是在計算機軟硬件、數據組織等支持下，對地理空間進行采集與分析的一種特殊的空間信息系統，將GIS技術應用到燃氣管網中可以使燃氣管網信息系統生成電子地圖，以便實時觀測燃氣管網建設情況，GIS技術在燃氣管網中的系統設計圖見圖1，工作人員根據燃氣管網信息系統中的GIS地圖分布設計可以實現管道爆裂、上下游分析等功能。

如圖1所示，燃氣管網GIS系統包括8個功能：①高級查詢模塊：首先，該模塊可以查詢指定位置信息以及與之相關的特性，如工作人員想知道管道屬性，在區域地圖的工具欄上單擊查詢按鈕，單擊表示管道的元素，查詢結果窗口將打開并顯示數據庫中管道的所有屬性；其次，該模塊還可以查詢給定條件元素的位置，如特定距離內的管道埋設位置等；②數字化模塊：該模塊通過分析空間數據及屬性數據深入開發了燃氣管道信息系統，實現了燃氣流向分析、管道檢修分析、以及事故應急處理等功能；③三維分析模塊：實現了地理信息的三維視圖功能，方便燃氣管線的巡查；④超級維護終端模塊：該模塊主要功能是定期檢修燃氣設備，如微機、電源等，確保其處于良好狀態，系統能夠安全運行；⑤安全管理模塊：保障了燃氣管網系統網絡安全與數據庫安全；⑥系統認證模塊與客戶端模塊：實現了數據庫用戶權限管理的功能，系統管理員擁有最高權限，客戶端只能進行普通查詢與打印；⑦發布服務器端模塊：實現了內部燃氣信息系統數據共享[4-5]。

3.2 SCADA系統

SCADA即數據采集系統，可以實時采集現場數據，對燃氣管網地下系統進行遠程自動控制，可以保證燃氣生產的安全、合理配置以及優化調度，使管理者及時掌握管網運行情況，其硬件配置圖見圖2。

其在燃氣管網中的建設及應用主要包括以下幾方面。

（1）SCADA系統構建：SCADA系統主要由4部分組成：①現場儀表：包括顯示溫度、壓力的顯示儀表以及變送儀表與執行機構，現場儀表主要負責燃氣管網運行參數的測試以及現場設備的控制；②站控系統：可以先建立該系統，讓其獨立運行，然后集成到SCADA系統中，利用計算機技術監測與采集本站生產運行數據，提高燃氣管網生產過程中的安全管理水平；③通信系統：常用的通信系統有冗余通信、備用通信與無線通信，主要負責將燃氣管網各站點運行數據傳輸至調度中心；④調度中心：是整個系統最重要的部分，也是數據最集中、安全性要求最高的地方，該系統采用標準的開放式局域網結構，支持網絡上所有連接設備之間的數據交換[6]。

（2）系統軟件：SCADA系統軟件主要包括操作系統軟件與上位SCADA軟件兩部分。操作系統軟件包括SCADA服務器、通信服務器、數據庫服務器等，操作系統通常采用Windows平臺操作系統；上位SCADA軟件采用iFIX軟件，是一套應用程序套裝軟件，運行在中文版Windows XP操作系統上，具有開放性、結構可伸縮、冗余數量大特性，該系統軟件應用的主要目的是保障燃氣管網運行數據的完整性。

（3）SCADA系統安全：該系統是以燃氣管網運行系統實際情況為基礎，對SCADA系統提出一種基于身份識別、訪問控制、數據加密等的安全體系實施方案，即SCADA系統在保證物理安全和網絡運行安全的基礎上，加強信息安全管理，采用相應的加密技術和設備，嚴格執行安全策略，確保燃氣管網運行信息在生成、存儲、傳輸和處理過程中的保密性、完整性、可用性和不可否認性[7]。

3.3 GPS-RTK技術

在燃氣管網管道信息采集過程中，合理使用GPS-RTK技術可以保證地圖制圖精度，保證管道測量的及時性，GPS-RTK技術的基本原理見圖3。

其在燃氣管網運維中的應用主要體現在以下幾個方面。

（1）GPS-RTK技術用于地形測量：燃氣用戶數量不斷增加，管道已延伸至城市各個角落，但城市地形也在不斷變化，故需要定時更新管網地圖，以往通常使用經緯儀測圖，成本較高且效率低，而RTK測量可以隨時顯示當前位置的三維坐標，故可以使用RTK測量地形目標點并記錄其序列號與特征值，內業通常采用數字化成圖軟件。在實踐中，獨立特征的序列號應該盡可能連續，測量時要現場繪制草圖，在外業工作結束后，根據草圖繪制地形圖，對于接收衛星信號差以及接收不到衛星信號的地方，可以在接收衛星條件較好的地方臨時設置兩個控制點，然后由全站進行補充測量，且RTK可以實現當前位置的實時動態顯示，因此在測量過程中極易控制其他構筑物的線路走向與幾何關系，具體見圖4。

（2）GPS-RTK技術用于控制點布設測量：在城市建筑物較高或建筑物密集的地方，無線電干擾大，衛星信號接收差，這時可通過在管道附近街道交叉處設置控制點，再利用控制點數據建立全站儀測量的管道三維數據來采集燃氣管道坐標與高程，RTK測量范圍在20 km以內，點位平面的標稱精度為3 cm，而I級導點點位誤差為5 cm，故RTK測量完全能滿足I級以下導線點的技術規范要求。

（3）GPS-RTK技術用于燃氣管道測量：當需要在新建道路管道附近進行測量時，可以在臨街高層建筑上設置GPS基站，在新街道上覆蓋基站信號，利用移動基站在管道上采集數據，直接保存在手冊中，然后通過數據傳輸軟件輸出數據。例如某燃氣公司利用GPS-RTK技術，在GIS系統中完成了一萬多個管點與一千多個閥門的三維坐標數據測量，高效完成了系統建設[8-9]。

GPS-RTK技術在城市燃氣信息系統管道測繪中保證了測量精度，大大提高了工作效率，降低了勞動強度，從而提高經濟效益，并對測繪技術產生了重大影響。

3.4 PDA技術

PDA即個人數字助理，是PDA系統的組成基礎，有著采集數據與定位功能。PDA在CPUC（U1）微處理器的操控下管理整個手機的工作，具體功能的實現由后臺操作系統實時控制U1處理器，手機功能由手機模塊中的系統軟件控制GSM模塊（U2）完成，通過相應的管理流程實現在手機完成燃氣管網運維的相關工作，其工作原理見圖5。

PDA技術在燃氣管網的運行管理中可以起到很好的輔助作用，比如可以幫助燃氣供應相關工作人員對燃氣設施完成常規巡視、記錄和操作等工作，通過對燃氣管網運行進行日常檢查與管理，了解燃氣管網運行人員的運行時間、質量以及路線等，以此發現違章、臨近管網施工、漏氣等安全隱患，從而及時進行干預和處理。利用異常狀況管理模塊實現燃氣管網生產運行和維護檢修過程中產生的異常情況，通過PDA定位、異常情況及其圖像的采集，借助GPRS將其實時傳輸至服務器，并自動生成燃氣管網異常信息記錄登記，監測系統后臺工作人員安排維修人員進行調查與處理維修。在整個系統的管理過程中，對每條異常信息均進行嚴格處理，通過詳細的流程管理，實現從上報到信息調查處理、結果反饋全流程的責任落實，形成過程控制與燃氣管網內部閉環管理模式，具體管理流程見圖6。

4 結語

綜上所述，城市燃氣管網運維是一項較復雜且具有挑戰性的工作，加強計算機信息技術在天然氣管網運行維護中的應用研究分析，對管網良好的運行維護效果具有重要意義，本文詳細分析了GIS技術、SCADA系統、PDA技術以及GPS-RTK技術在燃氣管網運維中的應用分析，以期促進燃氣管網建設工作的高效開展，提高燃氣管網管理的科學性。