智慧燃氣大數據平臺的建設及應用

劉銘炎

(潮州市潮安區中凱聯達燃氣管網有限公司，廣東 潮州 515646)

0 引言

2022年4月國家出臺“十四五”《能源領域科技創新規劃》，規劃明確提出了推動能源行業數字化和智能提升的任務，為此建立完善的計算機網絡和信息安全體系，以加速能源行業的數字化轉型，是當務之急。黨的二十大明確提出“推動新型工業發展”“加速建成數字中國、網絡強國”等系列重大決策戰略部署，為實現全方位建成社會主義現代化大國的宏偉目標給出了強有力的指導，為未來五年乃至更長時期的工業和信息化蓬勃發展打下了扎實的基石。因此，數字化和智能化發展已成為城市燃氣行業面臨的重大課題。

1 智慧燃氣大數據平臺的建設背景

中凱聯達公司燃氣管道鋪設至今已十余年，公司的中控系統、管網巡線系統、客戶終端監測系統等平臺設施也使用了一定年限，如今面臨著系統各自獨立、信息孤島、數據無法互聯互通的問題，缺少統一的管理平臺，各業務環節產生的數據不能高效地共享與更新，不便于整體把握管道狀態[1]。通過進行智慧燃氣大數據平臺建設，所有的數據采集都是自動化的，并且可以根據日常的生產需求和業務流程，自動生成我們需要的數據，確保企業的數據實時可用性。同時，多數據源集成于指揮調度大屏，當有緊急情況發生時，可以快速根據問題點做出跨部門的響應，更直觀、方便地與其他部門員工進行聯動，相互配合處理。

作為城市燃氣行業的企業，中凱聯達公司對數字化轉型和科技創新尤為重視。燃氣管網是一個縱橫交錯的巨大網絡，公司因發展原因管網升級改造頻繁，由于燃氣管網多埋于地下，且相鄰管線錯綜復雜，導致在進行搶修和決策時不能迅速分析判斷故障點和故障影響范圍，且管網管線地下埋設難以探測管壁、管質材料等特質，燃氣管網CAD圖紙和設計環節資料繁多，維護耗費人工、時間量巨大，管網信息化過程中缺乏有效的資料存檔和更新，造成事故發生時無法針對管網目前全方位信息的評估。因此，在提高管理、決策、事故處理能力水平方面，該公司積極向數字化，智慧化方向發展，實現數字化轉型，建設以5G+智慧燃氣管網大數據平臺可謂勢在必行[2]。

2 智慧燃氣大數據平臺的設計

5G+互聯網技術的出現，為燃氣行業的數字化智能化轉型創造了可靠的環境，它的高速傳輸、廣覆蓋范圍、低時延和安全特性，使得5G與智慧設施、網絡、人工智能等新型信息完美結合，并且帶來多種新場景、應用、產品和商業模式，利用5G高速傳輸可以有效解決數據傳輸能力不足、設備通訊及時性不足、采集成本過高等問題，從而提升網絡的整體性能。通過大數據平臺底座能力整合現有管網全要素地理信息系統、SCADA、廠站控制系統、視頻AI智能監控、人員巡檢WEB/APP、用戶管理，報表管理及設備資產管理臺賬應用系統，實現全場景調度指揮為中心的全業務融通管理平臺，實現 “全場景智慧燃氣一張圖展示”。通過實時采集設備運行數據和GIS系統提供的管網全要素基礎數據，搭建統一的全場景調度綜合指揮管理平臺。5G應用示意圖如圖1所示。

圖1 5G應用示意圖

智慧燃氣大數據平臺的設計將以計算機網絡為基礎，總體框架科學、合理應對城市管網、場站等發生的各類燃氣安全事故，利用智能手機及車輛定位系統，構建快速反應、科學分析、統一指揮、處置的智能應急平臺，提升應急處置能力，實現安全預防、快速的應急搶修過程。實現運營資源(人員、車輛、物資等)的統一集成，讓管理人員可以快速掌握管網內運營資源的分布狀況及活動狀態，便于職能部門對公司內部所有信息資源的統一管理。

3 智慧燃氣大數據平臺基于GIS應用

3.1 數據對接

通過數據庫、API接口、日志等方式接入客戶管理系統的數據到數據倉庫。數據接入協議支持配置數據源等方式完成。在數據接入層面，可以對接中控、scada、視頻監控、地理信息、管網巡線系統等業務系統，也可以對接裝備物聯網平臺，獲取設備的實時狀態數據。OPC UA技術是一種用于控制設備和應用的技術，它的全稱是Object Linking and Embedding。出于方便自動化行業中不同廠家的產品和軟件之間交換數據，規定了某個操作系統的接口函數，即OPC技術標準。OPC是一種基于互聯網的技術，它能夠通過一致的方式訪問來自各個廠商的產品數據，并用于在產品和軟件之間進行數據交換。

3.2 GIS應用技術底層

本系統采用基于WebGL的地圖引擎。Cesium提出了一種全新的二三維地圖展示方式，它可以支援球面和平面模式，并且能夠實現出色的三維圖形標繪和交互功能，以及場景模擬表達能力，具有卓越的性能、精度、視覺質量和易用性，可以顯示海量的三維模型數據分析信息、影片數據分析信息和矢量數據信息，其中三維模型格式支援gltf，三維瓦片建模格式支援3d tiles，矢量數據信息支援geojson和topojson格式，為用戶帶來更加便捷的地圖展示體驗。數據支持Wmts和STK格式，可以提交高程信息。

3.3 信息系統

基于國家大地2000坐標系，綜合物探科學技術、測量技術和電子計算機，構建了一個完整的地理數據庫，用于收集和分析地下管線的空間信息。為了適應現代城市復雜多變的環境，北斗地面增強型CORS管理系統可以提供更精確的定位服務，從而有效地改善燃氣管網的管理效率[3]。

3.4 硬件平臺

中控系統安全設計：為確保中控系統的網絡安全，對中控系統采取內網訪問方式，堅持數據不直接出外網原則，通過配置內網前置機抓取中控系統報表數據，同時通過配置網閘將中控主機和內網前置機與外網進行物理隔離，以確保中控系統的安全。平臺安全方面，將平臺部署在潮州聯通等保安全機房，并按照國家等保二級防護要求，配備云防火墻、日志審計和主機安全防護，同時提供等保二級測評服務且取得測評證書，確保平臺的安全、合規性。

3.5 數據預處理

對獲取到的GIS地理數據進行加工處理，使其滿足平臺加載與渲染顯示的標準，如進行坐標轉換、格式轉換等。GIS地理數據與地圖底圖等可能存在坐標系不一致的情況，在平臺展示過程中，如果二者需要疊加顯示，就需要對坐標系進行轉換，滿足項目的地圖投影要求。針對燃氣管道及附近構筑物等，通常是采用外業勘測工作，形成地形圖。普遍采用CAD等軟件進行繪制，并保存為dwg等通用格式。而系統展示時通常是采用shapef ile、geojson等格式進行地理信息發布，形成滿足OGC標準的地理服務。

3.6 數據入庫及發布服務

對符合質量要求的數據進行入庫。包括創建空間數據庫、建立數據表空間、數據入庫等操作，結合基礎地理數據和業務數據，根據OGC標準提供地圖要素服務接口，支持的常用服務發布功能，發布成功的底圖服務，地圖服務的核心元數據，支持加載多種地圖底圖，主要包括矢量地圖、影像地圖、地形圖，支持鼠標點擊管網、場站信息，實現高亮顯示選中要素，并展示要素屬性查詢結果，支持基礎信息編輯維護。應用架構示意圖如圖2所示。

圖2 應用架構示意圖

4 智慧燃氣大數據平臺子系統的應用

4.1 大屏應急指揮系統

集成氣源站中控報警、scada報警、出站及客戶流量計參數、客戶狀態(在用/未用)、氣源點供氣壓力監控、管道末端壓力監控、中控系統流量曲線圖、管網人員位置、每巡線完成率、管網風險點上報、風險點信息、安防監控等數據，實現一屏全面掌握運營管控實時情況。

4.2 場站管理系統

場站工藝流程以組態畫面的形式展示出來，并且即時展示流量、氣壓、溫度、流向、濃度、啟閉等技術參數和主要設備狀況，以及重要設施設備的安全運行情況，對于日常主要記錄參數整體顯示在一張表上，同時場站以3D建模方式實現整體效果圖，通過現場測繪獲取各場站的全景和設備模型素材，并利用數字化建模技術優化模型數據，將其分塊，實現立體化的畫面展示。

4.3 管網管理系統

定制燃氣管網巡線系統，實時展示巡線點位、調度、查詢實時軌跡與建立提醒機制。巡檢人員可以通過手機AP實時上報發現的隱患信息，管理者可以在電子地圖或手機上查看相關情況。此外，根據隱患的具體情況，系統還會生成處理工單，并及時派發給維護人員。維護人員可以隨時接收處理信息并上傳。采用JeecgBoot前后端分離架構，解決大量開發重復性工作，精準快速分析業務數據，使業務數據與實際業務高度結合。開發時靈活配置，大大提高效率，降低成本。采用MySQL高容量、高可靠性的海量數據存儲，數據安全性高監控性高。

4.4 客戶管理系統

客戶管理系統數據對接包括報表查詢中廠家名、時間、溫度、壓力、工況流量、標況、IC卡余額、抄表累積量、累積量上限和下限、今日累積量、昨日累積量、今日IC卡扣除量；曲線查詢中實時流量分析、日累計流量分析、周累計流量分析等分析數據；通過定義IC卡余額預警規則，溫度、壓力上下限對客戶使用燃氣情況提前預警，實現對客戶數據進行系統管理。

4.5 管網巡檢APP

巡檢人員通過GPS巡檢APP實時上報(位置、描述、照片等)，生成隱患處理工單；支持在閥門信息采集中編輯閥門編號和狀態；支持查詢中控報警系統信息、編輯狀態及上報異常事件；支持繪制管網巡線軌跡。采用vue2.0前端開發框架，調用uni-app前端應用，實現可同時多個平臺運行，組件化開發，數據與結構相分離，代碼量少，提升開發效率。單頁面應用，頁面局部刷新，加快訪問速度，提升用戶體驗。

4.6 爆管分析

根據客戶使用壓力檢測及管網供氣壓力之間的差異系統將會迅速自動分析，界面將顯示受影響的區域范圍、管道位置及管徑、控制閥門、影響客戶數量、客戶名稱以及預估的供氣量，并能夠第一時間響應在最近管網巡線人員，這將有助于應急中心管理人員快速指揮搶修搶險部門進行處理，降低管網被第三方破壞造成的影響，確保人民群眾的生命財產安全。爆管分析示意圖如圖3所示。

圖3 爆管分析示意圖

5 結語

通過中凱聯達智慧燃氣大數據平臺建設，以燃氣管網運營調度各項核心業務為主要抓手，通過GIS應用全要素作為地理基礎數據為數據的數字化機制，以大數據平臺底座靈活可拓展能力，對管網升級改造歷史數字化，管網異常歷史數據分析總結規律和應對措施預案，建立針對管損、爆管、氣體泄漏等緊急情況的響應機制，搭建配置以GIS為基礎的應急指揮、scada、管網巡線、中控設備管理、視頻AI監控等信息系統，系統間數據流通，信息協作來作為數字化轉型。智慧燃氣大數據平臺的建設及投入應用，將公司獨立的系統進行統一對接，實現在同一個平臺滿足對多個平臺的數據需求，通過加大工業信息化的投入，系統轉型升級、提質增效，加快數字化、智能化改造。該項目從調研、設計、研發到落地交付，經過10個月的奮戰搭建起全場景、全天候、全定制的智慧燃氣大數據平臺，為公司安全生產、運營管理、指揮調度提供了數字化工具。經評估，該平臺目前達到全省同行業標桿領先水平，助力企業數字化建設實現了從1.0到3.0的跨越，達到預期目標。隨著此次中凱聯達智慧燃氣大數據平臺順利上線，未來將在集團旗下子公司全面推廣應用，為當地陶瓷行業供應燃氣服務保駕護航，在鞏固信息安全底座的同時，也助力集團在國家雙碳政策下齊頭并進。同時，該項目建設也可供全國范圍內的燃氣公司推廣應用，擴大應用價值。