北斗精準服務在燃氣領域應急管理的應用與展望

文|劉雨晴 米燁彤

北京訊騰智慧科技股份有限公司

一、前言

從1988 年至今，我國城鎮燃氣管網里程從不足2 萬千米增長至105 萬余千米，城鎮燃氣普及率達97%。受設計、施工或外部環境等因素影響，不少管網從一開始就埋下了精準位置缺失、風險點不可知不可控等隱患，加上管道老化、腐蝕加劇，與日俱增的安全隱患與落后的燃氣應急管理方式的矛盾，造成燃氣安全事故多發勢頭難遏。另一方面，燃氣企業與地方政府各有失職也是燃氣事故發生的重要因素，政企雙方信息不對稱、安全意識不到位、隱患排查不徹底是悲劇發生的主觀原因。2021 年12 月2 日，國務院安委辦通報近期多起燃氣典型事故，部署在全國范圍內開展燃氣安全隱患排查整治，切實提升燃氣安全。

2020 年起，北斗系統已全面進入規模化、產業化、國際化發展新階段，為市政領域創新化發展、精細化管理帶來嶄新機遇，也給燃氣領域應急管理提供新思路。應用北斗系統，推進燃氣領域應急管理體系和治理能力現代化，具有重要意義。

二、燃氣領域應急管理模式

應急管理是公共管理的一種特殊形態，是緊急狀態下的公共管理，旨在通過政府主導、非政府組織等社會成員參與的方式，盡可能在短時間內有效應對、處置具有不確定性的突發事件，并預防、減緩和消除由此帶來的危害。自2003 年抗擊非典以來，我國已邁入應急管理研究的快速發展時期，并逐漸形成了以“一案三制”為核心的應急管理體系建設。燃氣領域應急管理是國內應急管理的重要領域，相關責任單位在突發事件的事前預防、事發應對、事中處置和善后恢復過程中，通過建立必要的應對機制，采取一系列必要措施，整合利用現有的網絡資源、通信設備及數據資源，全面提升燃氣事故的應急處置能力，減少人員傷亡和財產損失。

1.傳統燃氣應急管理模式

傳統燃氣應急管理主要依托人工手段完成，受限于管道鋪設年代久遠、設計和運維標準不一、地面環境設施變動等因素影響，傳統燃氣應急管理存在著較多問題。首先是燃氣安全監管力度不夠，一方面，管理燃氣的多個政府部門間權責不明、協調不力；另一方面，政府對于企業的監管，由于信息不對稱，獲取的內容未必全面有效。其次是應急預案操作性不強，燃氣管理人員在泄漏事故發生后，需要現場評判具體情況、分析泄漏原因，并在破壞路面的狀態下進行檢修，應急處置效率低下；由于市政施工缺乏統一標準，在圖紙不精準的狀態下難以避開已埋設的管道，存在因施工引發的燃氣事故隱患。最后，燃氣泄漏察覺意識不強，因燃氣泄漏檢測方式落后、居民用氣安全意識不高等因素，未能做到有效的事前預防。鑒于此，傳統城市燃氣應急管理面臨的問題也逐漸被重視，科技的發展為燃氣應急管理帶來新的機遇。

2.智慧燃氣應急管理模式

2018 年4 月，我國正式掛牌成立應急管理部。在數字化時代，隨著大數據、云計算、5G、人工智能和北斗等先進技術的不斷發展，智慧應急理念正在蓬勃興起，為應急管理注入新的活力。2022 年2月14 日發布的《“十四五”國家應急體系規劃》指出，到2035 年，我國要全面實現依法應急、科學應急、智慧應急。

就燃氣領域應急管理而言，科技資源、產業資源、信息資源等應急要素資源配置更加優化，為提升燃氣應急管理水平提供了必要的硬件支持。例如，北斗系統可以精準定位燃氣泄漏點，有效將事后維修轉變為事前預防；大數據信息平臺可對收集到的氣體濃度數據進行分析，對燃氣安全進行實時監測并對風險隱患進行預警；人工智能依托深度學習模式，對無人機、機器人采集數據動態分析，輔助應急管理部門進行決策，制定應急預案和現場處理方案，準確安排崗位及工作人員；5G 通信、傳感器技術將現場采集畫面實時同步至云端，便于工作人員進行監督與總結。

三、北斗精準服務對燃氣領域應急管理的賦能

北斗系統可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具備短報文通信能力。當前，北斗系統已成為國防安全、經濟建設、社會生活中不可或缺的重要組成部分，是國家重大的空間和信息化基礎設施，是體現現代化大國地位、國家綜合實力與國際競爭優勢的重要標志。

1.北斗精準服務

近年來，為更好將北斗系統應用于公共領域，在自然資源部（原國家測繪地理信息局）領導下，北斗精準服務網應運而生，以向城市生命線、智能交通及社會生活等領域提供精準時空服務。北斗精準服務的“精準”體現在兩方面：一是精準定位授時服務，北斗系統通過地基增強系統，運用差分定位算法，提高定位精度，并根據信號完好性算法提高系統的完好性、可用性和連續性指標，以提供厘米級定位服務。二是“精于需求，準于服務”體現了北斗系統集成物聯網、可視化、5G、大數據等技術，已廣泛應用于公共安全、精準農業、交通出行、健康醫療、市政燃氣等行業領域，并精準提供各行業發展所需的技術支持。

2012 年起，北京訊騰智慧科技股份有限公司和北京燃氣集團著手研究將北斗精準服務應用于燃氣生產運營業務中，開啟了燃氣行業應用北斗的序幕。隨后，中國燃氣、華潤燃氣、新奧燃氣、昆侖燃氣、港華燃氣等五大燃氣集團以及深圳燃氣、重慶燃氣等城市燃氣企業以燃氣供應業務為核心，根據各自的發展理念，依托不同領域的資源開展了廣泛的業務延伸和市場化運營，逐漸形成差異化的產品特點和發展特征。2014 年8 月9 日，中國衛星導航定位協會與中國城市燃氣協會在京簽署戰略合作協議。至此，北斗系統在城鎮燃氣行業的深化應用進入新階段。

2.企業履行安全義務領域應急管理應用

根據《城鎮燃氣管理條例》要求，燃氣企業的安全義務主要體現在安全供氣、定期安檢兩處。在應急管理方面，主要依托北斗系統提供的精準位置坐標信息，燃氣企業可以從精準定位燃氣管道、應急現場前期偵查、排查燃氣泄漏隱患等主要維度，進一步履行安全義務。

（1）精準定位燃氣管道

燃氣管道位置在管道鋪設、泄漏檢查、市政施工等方面均有重要作用，亦是事故應急開展的必要數據支撐，但過去在數據收集方面還有較多不足。首先，過去因為老舊管道鋪設年代不同，也缺乏統一的設計和運維標準，收集到的數據類型不統一。其次，傳統的GPS 定位精度大約為水平10m、高程15m，定位精度遠遠不能滿足管道高風險點厘米級精度的位置服務需求。在應急管理工作開展時，因缺失有效數據指導，無法精確定位管道，會引起諸多不便。

北斗精準服務可將定位精度誤差控制在厘米級范圍之內，精準收集基礎應用數據，為預案提供數據支撐。第一，全面記錄數據。搭載北斗精準服務的檢測設備可記錄位置數據、時間數據、濃度數據，較其他檢測儀器能記錄的數據更為全面。第二，自定安全閾值。根據實際工作需求，工作人員可以在應用中設置閾值，將泄漏數據分為安全數據、邊界數據及危險數據3 類，較其他檢測儀器更為敏感地判斷燃氣泄漏點。第三，實時數據共享。北斗精準服務所收集的數據可上傳集團內部專網，權限內手持終端即可獲得實時上傳的更新結果，實現數據共享，便于協同作業。

（2）應急現場前期偵察

在燃氣事故第一現場，未明確具體泄漏點的情況下介入人力具有較大風險性。結合《“十四五”國家應急體系規劃》要求，可將北斗燃氣智能巡檢機器人（簡稱北斗機器人）配備與應用在燃氣事故應急現場。

通過北斗機器人進行應急現場前期偵察、任務中的看護監督和作業輔助，為后續處置提供及時、可靠的應急一線信息，提高現場指揮調度效率，避免不必要的人員傷亡。搭載北斗精準服務、人工智能、大數據分析、5G 網絡通信、機器人技術、非接觸檢測技術、多傳感器融合技術、圖像識別技術及物聯網通信技術的北斗機器人，可實現在易燃易爆和有毒有害環境應急救援任務中多維傳感數據的融合傳輸，大大增強現場數據獲取能力，為應急決策指揮提供統一、準確、實時的信息情報來源。

此前，北斗機器人已廣泛應用于燃氣場站日常巡檢，經過系列的升級改造，目前已經具備了自動避障、有效防爆功能。將其應用于應急現場前期偵查，即使在現場遭遇爆炸，亦可保證系統安全。2021 年12 月2 日，深圳市龍華區組織14 個單位開展燃氣安全應急救援演練，已安排北斗機器人進行探測，取得良好成效（圖1—圖2）。

圖1 北斗機器人與檢測車在龍華區應急演練現場

圖2 北斗機器人管理平臺

（3）排查燃氣泄漏隱患

過去管道泄漏檢測主要依靠人力，存在諸多不足之處。第一，人工檢測管道長度約每天3 ～5km，檢測的范圍十分有限，要完成“全國一張網”的檢測耗時巨大；第二，過去依靠手持的PPM 精度的檢測設備，精度不足；第三，由“6·13 十堰燃爆”事故暴露出來隱患排查整改長期不落實、企業應急處置嚴重錯誤；第四，若遭遇極端天氣或新冠疫情等情況，人工檢測將受到嚴重限制。

鑒于此，搭載北斗高精準燃氣泄漏檢測系統（圖3）的檢測車（簡稱檢測車）、檢測無人機和便攜式檢測儀等設備出現，為城市燃氣泄漏檢測提供新方案，進一步助力燃氣事故提前防范。以檢測車為例，與傳統檢測方式進行比較。第一，檢測精度更高。北斗精準服務讓管網檢測精度提升至PPB 級別（十億分之一），為傳統檢測設備的一千倍；第二，檢測速度更快。隨著精度的提升，檢測車能以更快的速度（最高90km/h）對城市管網進行檢測；第三，數據更為有效。北斗系統可記錄時空數據，通過多次對同一位置的檢測，可排除溫度、風向、沼氣、汽車尾氣等易對人力檢測造成干擾的影響因素，更為精準地判斷泄漏點。

圖3 北斗高精準燃氣泄漏檢測系統終端地圖界面

截至2021 年12 月，檢測車已經完成150 余個檢測任務，檢測30 余萬千米燃氣管線，為全國100 余個燃氣公司提供檢測支撐。以“6·13 十堰燃爆”事故為例，事故發生后的第一時間，檢測車在十堰市累計檢測上千千米燃氣管線。檢測范圍覆蓋了城市主要干道和重點居民小區。檢測結束后，生成風險云圖，配合平臺進行數據化管理，對安全隱患進行整體排查，完成了一次有效全面的應急管理措施。

3.政府強化監督職責領域應急管理應用

按照《城鎮燃氣管理條例》，地方政府的責任在應急管理領域主要體現在精準監測預警風險、有效預防燃氣事故、合理制定應急方案。

（1）精準監測預警風險

政府作為燃氣安全管理者，需不斷創新監管方式，以提高自身應急管理能力。傳統的燃氣管網監控系統在實踐中產生了諸多問題。一方面，利用傳統模式，通過人工整合存儲工程信息，整個工作過程不夠嚴密，信息傳輸速度慢，在工程驗收過程中，數據收集不全面，還存在信息偽造等情況。另一方面，不同時點對于同一位置進行檢測，受到溫度、風向等自然因素干擾，對天然氣源的判斷可能會產生不同結果，受限于檢測精度、效率不高，傳統的辦法無法在較短時間內得到較為準確的分析。鑒于此，燃氣經營企業的安全檢查未能發現長期存在于企業中的問題，政府部門難以獲得準確、清晰的城市燃氣管網真實狀況，在應急管理時更無法合理履行監督職責，對城市管網風險進行整體把握。

北斗精準服務為政府部門更好地行使監督權利義務提供窗口。首先，北斗精準服務提供的精準定位可實現對施工過程中的設備實施、管線節點時間、空間數據的精準采集；其次，依靠北斗精準服務的精準數據，結合GIS 系統、SCADA 系統、物聯網傳感技術、數據庫技術、VR 等技術，實現平臺化運營，保障燃氣管網的綜合管理效果，同時將城市管網情況生成可視化云圖，政府可更直觀地把握管網整體情況，制定應急預警方案，進行燃氣風險監控（圖4）。

圖4 城市燃氣管網安全監測預警平臺界面

（2）有效預防燃氣事故

城市化發展過程中，埋下的地下管網錯綜復雜，市政工程施工過程中燃氣管道時常被破壞，處理不慎便有可能造成燃氣事故。針對燃氣突發事故的特點，結合過往應急經驗教訓，通過北斗精準服務對老舊管道進行定位改造、合理規劃新的燃氣管網，有效預防燃氣事故，形成安全閉環。

就燃氣管道而言，造成燃氣管道破損的原因眾多，但其中很多事故發生主要是因為燃氣管道本身老化破損以及后續市政施工對已埋設的管線造成破壞。以上兩種情況都需要對已埋設管道位置精準掌握，而早期地下管道埋設缺乏統一規劃，地下管線圖紙與實地不符，難以精確獲得其位置。利用北斗精準服務，可以對城市規劃管理進行建檔。充分發揮北斗系統的時空定位功能，對于管道進行實時監控。由于地下管線運輸的密閉性，對于管線內壓力、流量和溫度等參數的實時監控非常重要。通過監控這些參數，人們可以盡早發現可能存在的泄漏隱患并及時維修，以保證管線本身和附近居民的安全。各市政領域可將管道數據上傳至內部專網，充分考慮各類因素，便于規劃出更安全合理的線路，大大減少事故發生。即使發生突發事件，救援人員與事故處理部分亦能通過北斗精準服務迅速定位泄漏點，并根據管線位置和特點進行有效維修、救援及疏散活動。

（3）合理應急處置

應急管理的實質是體現團隊協作。面對燃氣事故，需要政府各個部門、相關企業和人員之間全力配合，履行燃氣專項應急預案中所明確的具體職責，最大程度減少事故損失。

由于應急階段涉及部門人員、社會資源較多，平臺提供的位置、溫度、濃度數據對于在緊急狀態下保持高效協調尤其重要，通過北斗定位技術，可實現應急人員、裝備、物資、車輛以及應急處置過程中的關鍵點定位，為合理有效地應急處置帶來諸多便利。第一，直觀性。北斗高精準燃氣泄漏檢測系統可精準記錄、分析各項數據，通過可視化大屏綜合分析后迅速定位泄漏點。第二，有效性。應急管理人員可觀察現場甲烷與乙烷濃度數據、環境溫度數據、巡檢地圖，為應急救援現場指揮調度工作提供重要支撐，有效防止次生災害與事故的發生。第三，精準性。應急搶險過程中分秒必爭，精準的位置服務能夠為消防人員爭取到黃金時間，少走彎路。

在真實的應急處置情景中，北斗機器人亦能發揮重要作用，在危險區域進行泄漏點探測，最大程度減少人員傷亡。通過北斗精準服務收集的全維度數據通過遠傳，可為應急處置方案提供標準化作業流程指導和歷史依據參考，更高程度地提升政府應急力量和應急水平。

四、北斗精準服務對燃氣領域應急管理的風險

北斗精準服務為燃氣領域應急管理帶來許多好處，但同樣有一些因素是值得我們深入考慮的。第一，對應急人員技術水平要求更高。新技術的產生必將一定程度上地替代老方法，因此對工作人員的綜合素質提出更高要求；第二，政府官員對新技術利用流于表面的風險。北斗系統正式開通全球服務有著重要的政治及經濟意義，北斗系統本身作為國之重器，可能會造成一些官員過度追求新技術、高指標，不管可持續發展而盲目靠攏，從而可能偏離應急管理的本質要求；第三，技術本身的不確定性。無論是北斗系統本身設計，還是北斗精準服務在應急管理的場景應用，其研發者、設計者歸根結底是人本身，囿于人類知識限度，對于應用設計的不確定性是無法完全把握的。

五、展望

北斗系統高級顧問孫家棟院士曾說：“天上好用，地上用好。”隨著北斗系統開通全球服務，現在應當著力探索北斗應用，充分挖掘北斗精準服務優勢，也對其潛在風險進行把控。隨著國家戰略規劃的持續推動與北斗相關產業的進一步成熟，應用北斗精準服務對燃氣領域應急管理的重要意義也逐漸凸顯。為促進北斗精準服務對燃氣領域的賦能，提出以下展望：

第一，完善北斗燃氣應急準備場景。加強燃氣事故事前預防能力，以最大可能降低其出現概率。在突發燃氣事故應急演練管理、燃氣管線監測預警、老舊管網應急體檢等場景中強化北斗應用，并不斷創新為城鎮燃氣安全提供更多思路。

第二，推進北斗燃氣應急應用市場化、規模化發展。在燃氣市政領域、應急管理領域擴大北斗應用規模、提高應用普及率、培育北斗發展新動能，可促進北斗產業發展、更高水平保障燃氣安全。通過政策引領、市場驅動的商業化模式，以提升北斗精準服務在燃氣應急領域應用活力。

第三，推動北斗應用在應急管理領域開放化發展。北斗精準服務在燃氣領域應急管理的應用為實現智慧應急提供思路，圍繞應急管理的重點行業領域，共享北斗系統建設發展成果，提供高精度、高可靠、高可用技術支持，推動北斗典型應用在應急管理更多場景落地。