智慧燃气大数据平台的建设及应用

刘铭炎

(潮州市潮安区中凯联达燃气管网有限公司，广东 潮州 515646)

0 引言

2022年4月国家出台“十四五”《能源领域科技创新规划》，规划明确提出了推动能源行业数字化和智能提升的任务，为此建立完善的计算机网络和信息安全体系，以加速能源行业的数字化转型，是当务之急。党的二十大明确提出“推动新型工业发展”“加速建成数字中国、网络强国”等系列重大决策战略部署，为实现全方位建成社会主义现代化大国的宏伟目标给出了强有力的指导，为未来五年乃至更长时期的工业和信息化蓬勃发展打下了扎实的基石。因此，数字化和智能化发展已成为城市燃气行业面临的重大课题。

1 智慧燃气大数据平台的建设背景

中凯联达公司燃气管道铺设至今已十余年，公司的中控系统、管网巡线系统、客户终端监测系统等平台设施也使用了一定年限，如今面临着系统各自独立、信息孤岛、数据无法互联互通的问题，缺少统一的管理平台，各业务环节产生的数据不能高效地共享与更新，不便于整体把握管道状态[1]。通过进行智慧燃气大数据平台建设，所有的数据采集都是自动化的，并且可以根据日常的生产需求和业务流程，自动生成我们需要的数据，确保企业的数据实时可用性。同时，多数据源集成于指挥调度大屏，当有紧急情况发生时，可以快速根据问题点做出跨部门的响应，更直观、方便地与其他部门员工进行联动，相互配合处理。

作为城市燃气行业的企业，中凯联达公司对数字化转型和科技创新尤为重视。燃气管网是一个纵横交错的巨大网络，公司因发展原因管网升级改造频繁，由于燃气管网多埋于地下，且相邻管线错综复杂，导致在进行抢修和决策时不能迅速分析判断故障点和故障影响范围，且管网管线地下埋设难以探测管壁、管质材料等特质，燃气管网CAD图纸和设计环节资料繁多，维护耗费人工、时间量巨大，管网信息化过程中缺乏有效的资料存档和更新，造成事故发生时无法针对管网目前全方位信息的评估。因此，在提高管理、决策、事故处理能力水平方面，该公司积极向数字化，智慧化方向发展，实现数字化转型，建设以5G+智慧燃气管网大数据平台可谓势在必行[2]。

2 智慧燃气大数据平台的设计

5G+互联网技术的出现，为燃气行业的数字化智能化转型创造了可靠的环境，它的高速传输、广覆盖范围、低时延和安全特性，使得5G与智慧设施、网络、人工智能等新型信息完美结合，并且带来多种新场景、应用、产品和商业模式，利用5G高速传输可以有效解决数据传输能力不足、设备通讯及时性不足、采集成本过高等问题，从而提升网络的整体性能。通过大数据平台底座能力整合现有管网全要素地理信息系统、SCADA、厂站控制系统、视频AI智能监控、人员巡检WEB/APP、用户管理，报表管理及设备资产管理台账应用系统，实现全场景调度指挥为中心的全业务融通管理平台，实现 “全场景智慧燃气一张图展示”。通过实时采集设备运行数据和GIS系统提供的管网全要素基础数据，搭建统一的全场景调度综合指挥管理平台。5G应用示意图如图1所示。

图1 5G应用示意图

智慧燃气大数据平台的设计将以计算机网络为基础，总体框架科学、合理应对城市管网、场站等发生的各类燃气安全事故，利用智能手机及车辆定位系统，构建快速反应、科学分析、统一指挥、处置的智能应急平台，提升应急处置能力，实现安全预防、快速的应急抢修过程。实现运营资源(人员、车辆、物资等)的统一集成，让管理人员可以快速掌握管网内运营资源的分布状况及活动状态，便于职能部门对公司内部所有信息资源的统一管理。

3 智慧燃气大数据平台基于GIS应用

3.1 数据对接

通过数据库、API接口、日志等方式接入客户管理系统的数据到数据仓库。数据接入协议支持配置数据源等方式完成。在数据接入层面，可以对接中控、scada、视频监控、地理信息、管网巡线系统等业务系统，也可以对接装备物联网平台，获取设备的实时状态数据。OPC UA技术是一种用于控制设备和应用的技术，它的全称是Object Linking and Embedding。出于方便自动化行业中不同厂家的产品和软件之间交换数据，规定了某个操作系统的接口函数，即OPC技术标准。OPC是一种基于互联网的技术，它能够通过一致的方式访问来自各个厂商的产品数据，并用于在产品和软件之间进行数据交换。

3.2 GIS应用技术底层

本系统采用基于WebGL的地图引擎。Cesium提出了一种全新的二三维地图展示方式，它可以支援球面和平面模式，并且能够实现出色的三维图形标绘和交互功能，以及场景模拟表达能力，具有卓越的性能、精度、视觉质量和易用性，可以显示海量的三维模型数据分析信息、影片数据分析信息和矢量数据信息，其中三维模型格式支援gltf，三维瓦片建模格式支援3d tiles，矢量数据信息支援geojson和topojson格式，为用户带来更加便捷的地图展示体验。数据支持Wmts和STK格式，可以提交高程信息。

3.3 信息系统

基于国家大地2000坐标系，综合物探科学技术、测量技术和电子计算机，构建了一个完整的地理数据库，用于收集和分析地下管线的空间信息。为了适应现代城市复杂多变的环境，北斗地面增强型CORS管理系统可以提供更精确的定位服务，从而有效地改善燃气管网的管理效率[3]。

3.4 硬件平台

中控系统安全设计：为确保中控系统的网络安全，对中控系统采取内网访问方式，坚持数据不直接出外网原则，通过配置内网前置机抓取中控系统报表数据，同时通过配置网闸将中控主机和内网前置机与外网进行物理隔离，以确保中控系统的安全。平台安全方面，将平台部署在潮州联通等保安全机房，并按照国家等保二级防护要求，配备云防火墙、日志审计和主机安全防护，同时提供等保二级测评服务且取得测评证书，确保平台的安全、合规性。

3.5 数据预处理

对获取到的GIS地理数据进行加工处理，使其满足平台加载与渲染显示的标准，如进行坐标转换、格式转换等。GIS地理数据与地图底图等可能存在坐标系不一致的情况，在平台展示过程中，如果二者需要叠加显示，就需要对坐标系进行转换，满足项目的地图投影要求。针对燃气管道及附近构筑物等，通常是采用外业勘测工作，形成地形图。普遍采用CAD等软件进行绘制，并保存为dwg等通用格式。而系统展示时通常是采用shapef ile、geojson等格式进行地理信息发布，形成满足OGC标准的地理服务。

3.6 数据入库及发布服务

对符合质量要求的数据进行入库。包括创建空间数据库、建立数据表空间、数据入库等操作，结合基础地理数据和业务数据，根据OGC标准提供地图要素服务接口，支持的常用服务发布功能，发布成功的底图服务，地图服务的核心元数据，支持加载多种地图底图，主要包括矢量地图、影像地图、地形图，支持鼠标点击管网、场站信息，实现高亮显示选中要素，并展示要素属性查询结果，支持基础信息编辑维护。应用架构示意图如图2所示。

图2 应用架构示意图

4 智慧燃气大数据平台子系统的应用

4.1 大屏应急指挥系统

集成气源站中控报警、scada报警、出站及客户流量计参数、客户状态(在用/未用)、气源点供气压力监控、管道末端压力监控、中控系统流量曲线图、管网人员位置、每巡线完成率、管网风险点上报、风险点信息、安防监控等数据，实现一屏全面掌握运营管控实时情况。

4.2 场站管理系统

场站工艺流程以组态画面的形式展示出来，并且即时展示流量、气压、温度、流向、浓度、启闭等技术参数和主要设备状况，以及重要设施设备的安全运行情况，对于日常主要记录参数整体显示在一张表上，同时场站以3D建模方式实现整体效果图，通过现场测绘获取各场站的全景和设备模型素材，并利用数字化建模技术优化模型数据，将其分块，实现立体化的画面展示。

4.3 管网管理系统

定制燃气管网巡线系统，实时展示巡线点位、调度、查询实时轨迹与建立提醒机制。巡检人员可以通过手机AP实时上报发现的隐患信息，管理者可以在电子地图或手机上查看相关情况。此外，根据隐患的具体情况，系统还会生成处理工单，并及时派发给维护人员。维护人员可以随时接收处理信息并上传。采用JeecgBoot前后端分离架构，解决大量开发重复性工作，精准快速分析业务数据，使业务数据与实际业务高度结合。开发时灵活配置，大大提高效率，降低成本。采用MySQL高容量、高可靠性的海量数据存储，数据安全性高监控性高。

4.4 客户管理系统

客户管理系统数据对接包括报表查询中厂家名、时间、温度、压力、工况流量、标况、IC卡余额、抄表累积量、累积量上限和下限、今日累积量、昨日累积量、今日IC卡扣除量；曲线查询中实时流量分析、日累计流量分析、周累计流量分析等分析数据；通过定义IC卡余额预警规则，温度、压力上下限对客户使用燃气情况提前预警，实现对客户数据进行系统管理。

4.5 管网巡检APP

巡检人员通过GPS巡检APP实时上报(位置、描述、照片等)，生成隐患处理工单；支持在阀门信息采集中编辑阀门编号和状态；支持查询中控报警系统信息、编辑状态及上报异常事件；支持绘制管网巡线轨迹。采用vue2.0前端开发框架，调用uni-app前端应用，实现可同时多个平台运行，组件化开发，数据与结构相分离，代码量少，提升开发效率。单页面应用，页面局部刷新，加快访问速度，提升用户体验。

4.6 爆管分析

根据客户使用压力检测及管网供气压力之间的差异系统将会迅速自动分析，界面将显示受影响的区域范围、管道位置及管径、控制阀门、影响客户数量、客户名称以及预估的供气量，并能够第一时间响应在最近管网巡线人员，这将有助于应急中心管理人员快速指挥抢修抢险部门进行处理，降低管网被第三方破坏造成的影响，确保人民群众的生命财产安全。爆管分析示意图如图3所示。

图3 爆管分析示意图

5 结语

通过中凯联达智慧燃气大数据平台建设，以燃气管网运营调度各项核心业务为主要抓手，通过GIS应用全要素作为地理基础数据为数据的数字化机制，以大数据平台底座灵活可拓展能力，对管网升级改造历史数字化，管网异常历史数据分析总结规律和应对措施预案，建立针对管损、爆管、气体泄漏等紧急情况的响应机制，搭建配置以GIS为基础的应急指挥、scada、管网巡线、中控设备管理、视频AI监控等信息系统，系统间数据流通，信息协作来作为数字化转型。智慧燃气大数据平台的建设及投入应用，将公司独立的系统进行统一对接，实现在同一个平台满足对多个平台的数据需求，通过加大工业信息化的投入，系统转型升级、提质增效，加快数字化、智能化改造。该项目从调研、设计、研发到落地交付，经过10个月的奋战搭建起全场景、全天候、全定制的智慧燃气大数据平台，为公司安全生产、运营管理、指挥调度提供了数字化工具。经评估，该平台目前达到全省同行业标杆领先水平，助力企业数字化建设实现了从1.0到3.0的跨越，达到预期目标。随着此次中凯联达智慧燃气大数据平台顺利上线，未来将在集团旗下子公司全面推广应用，为当地陶瓷行业供应燃气服务保驾护航，在巩固信息安全底座的同时，也助力集团在国家双碳政策下齐头并进。同时，该项目建设也可供全国范围内的燃气公司推广应用，扩大应用价值。