天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)構(gòu)建

胡 堯 何 沙 韓群群 鐘 虹 王 好

西南石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

0 引言

2017年國(guó)內(nèi)冬季天然氣供應(yīng)緊張現(xiàn)象（“氣荒”）直接影響了民生和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?！皻饣摹钡闹苯釉蚴恰八{(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”中“煤改氣”的快速推進(jìn)、我國(guó)天然氣進(jìn)口某主要來(lái)源國(guó)的不可控因素以及我國(guó)天然氣消費(fèi)量的階梯式增長(zhǎng)，但其深層次原因則在于：①我國(guó)缺乏有效的手段方法對(duì)天然氣供需態(tài)勢(shì)進(jìn)行預(yù)判，應(yīng)對(duì)能力相對(duì)滯后；②中游基礎(chǔ)設(shè)施（輸送管網(wǎng)、儲(chǔ)氣設(shè)施和LNG接收站）建設(shè)滯后[1-2]，天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰資源未實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化利用；③政府以及油氣企業(yè)相互間協(xié)調(diào)能力較低等。因此。我國(guó)急需尋求有效的方法以解決上述問(wèn)題。從長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中不斷增加供給比例，加大天然氣開(kāi)發(fā)力度與加快儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施的建設(shè)是第一選擇，而中短期規(guī)劃中如何整合利用現(xiàn)有儲(chǔ)氣調(diào)峰資源以應(yīng)對(duì)天然氣短缺現(xiàn)象則是當(dāng)務(wù)之急。

2015年3月，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出制定“互聯(lián)網(wǎng)＋”行動(dòng)計(jì)劃，推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等與現(xiàn)代制造業(yè)的結(jié)合[3]，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用正引領(lǐng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)推動(dòng)我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展。天然氣生產(chǎn)、進(jìn)口、儲(chǔ)存、運(yùn)輸與消費(fèi)的過(guò)程中會(huì)不斷產(chǎn)生體量巨大的數(shù)據(jù)，借助于同時(shí)日趨成熟的大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)以應(yīng)對(duì)天然氣短缺現(xiàn)象，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 相關(guān)概念界定

1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)又稱超量數(shù)據(jù)，通常所涉及的數(shù)據(jù)規(guī)模巨大，利用新處理模式實(shí)現(xiàn)收集、儲(chǔ)存、分析與應(yīng)用的信息資產(chǎn)[4]。大數(shù)據(jù)技術(shù)是利用數(shù)據(jù)分布式集成模型，將大數(shù)據(jù)隱藏關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行高效快速地提取、分析與應(yīng)用[5]。當(dāng)前各行各業(yè)的發(fā)展都與大數(shù)據(jù)技術(shù)密切相關(guān)，例如何偉等[6]將地災(zāi)監(jiān)測(cè)與大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行融合，構(gòu)建了大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，提高了地震監(jiān)測(cè)預(yù)警能力；馬麗梅等[7]將大數(shù)據(jù)技術(shù)成功運(yùn)用到鐵路交通行業(yè)中，通過(guò)構(gòu)建大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)，提升了貨物的運(yùn)輸能力與安全管控水平。

大數(shù)據(jù)技術(shù)是大數(shù)據(jù)處理全過(guò)程的基礎(chǔ)支撐，包括以下技術(shù)。

1.1.1 大數(shù)據(jù)采集技術(shù)

數(shù)據(jù)的采集指利用數(shù)據(jù)庫(kù)將網(wǎng)絡(luò)、傳感器等方式形成的各種數(shù)據(jù)由系統(tǒng)外部輸送到系統(tǒng)內(nèi)部的接口[8]。天然氣數(shù)據(jù)的來(lái)源十分廣泛，包括以天然氣開(kāi)采與進(jìn)口為主的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、以儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施為主的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、以管網(wǎng)與槽車為主的運(yùn)輸數(shù)據(jù)以及以工業(yè)用戶與居民用戶為主的消費(fèi)數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)的來(lái)源主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不間斷傳輸進(jìn)入油氣企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，可采用Hive數(shù)據(jù)采集框架Flume進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，F(xiàn)lume是建立數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)構(gòu)架，其提供了一系列的工具進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效采集。

1.1.2 大數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

天然氣有關(guān)數(shù)據(jù)為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括所有格式的辦公文檔、文本、圖片、標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語(yǔ)言下的子集XML、HTML、各類報(bào)表、圖像和音頻、視頻等信息，體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)種類與來(lái)源的多樣性，數(shù)據(jù)參雜了噪音和干擾項(xiàng)，給數(shù)據(jù)的分析處理帶來(lái)一定的難度，需經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理這一環(huán)節(jié)，一方面將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，另一方面將數(shù)據(jù)進(jìn)行“凈化”，提高數(shù)據(jù)的可靠度[9]?？梢圆捎肕ediator/Wrapper技術(shù)，由包裝器Wrapper與中間器mediator構(gòu)成，利用中介模式特點(diǎn)，將數(shù)據(jù)源進(jìn)行包裝與封裝，轉(zhuǎn)化為能提供一致訪問(wèn)的中介數(shù)據(jù)形式[10]。

1.1.3 大數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)技術(shù)

超量的數(shù)據(jù)無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的集中式進(jìn)行儲(chǔ)存，需要利用分布式儲(chǔ)存技術(shù)，考慮到天然氣有關(guān)數(shù)據(jù)的繁雜性和多元化，可采用Hadoop分布式文件系統(tǒng)技術(shù)（HDFS），利用高容錯(cuò)性與高吞吐量的特點(diǎn)，采用可擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)儲(chǔ)存服務(wù)器的分擔(dān)能力與服務(wù)器定位存儲(chǔ)能力將超量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分區(qū)儲(chǔ)存[11]。

1.1.4 大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)

天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)的核心是挖掘出天然氣相關(guān)數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)信息，為解決天然氣短缺現(xiàn)象提供決策輔助方案，因此需要利用大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)，依托各類算法模型，對(duì)儲(chǔ)存的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而得到預(yù)估的結(jié)果[12]?？梢圆捎糜晒雀韫驹O(shè)計(jì)的MapReduce技術(shù)[13]，運(yùn)用并列式數(shù)據(jù)處理模式，通過(guò)“Map”分解能力與“Reduce”合并處置能力為數(shù)據(jù)挖掘和分析提供技術(shù)支撐。

1.1.5 大數(shù)據(jù)解釋技術(shù)

大數(shù)據(jù)分析結(jié)果由各類抽象數(shù)據(jù)組成，而天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)的終端使用者為平臺(tái)決策人員，如何有效地將抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為文字圖像的形式展示給決策人員，需要利用大數(shù)據(jù)解釋技術(shù)提供平臺(tái)技術(shù)支撐，本文主要采用可視化技術(shù)和GIS技術(shù)。可視化技術(shù)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處置技術(shù)，把數(shù)據(jù)調(diào)整為圖形或者圖像通過(guò)屏幕展示出來(lái)，并給予交互處置的理論和方式[14]。GIS技術(shù)又被稱為地理信息系統(tǒng)技術(shù)，以地理空間為基礎(chǔ)，通過(guò)地理分析模型，不但能夠提供具備空間性質(zhì)的天然氣資源地理信息[15-16]，而且能夠?qū)Σ煌A段的天然氣資源情況和生產(chǎn)運(yùn)輸消費(fèi)變動(dòng)給予動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與解析對(duì)比，為解決資源調(diào)度問(wèn)題及保障可持續(xù)供應(yīng)提供技術(shù)支持。

1.2 大數(shù)據(jù)背景下天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)定義

筆者結(jié)合天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰、相關(guān)平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的相關(guān)定義，提出了天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)定義，即以國(guó)家發(fā)布的法律、政策、規(guī)范等有關(guān)文件為依據(jù)，以天然氣決策部門為指揮中心，利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸途徑，以天然氣生產(chǎn)、進(jìn)口、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、調(diào)峰、消費(fèi)過(guò)程為主線，基于大數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理、儲(chǔ)存、分析及應(yīng)用5大技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)與硬件工具支撐的天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰保障系統(tǒng)[17]。該平臺(tái)能夠提供數(shù)據(jù)匯聚、信息展示、預(yù)警通知、輔助恢復(fù)等功能，可為決策者提供全面的信息支持以應(yīng)對(duì)天然氣短缺現(xiàn)象。

2 天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

要構(gòu)建天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣短缺現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、處置等全過(guò)程動(dòng)態(tài)管理和控制。依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過(guò)主體體系構(gòu)建與總體框架，從以下兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立三級(jí)天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)。

2.1 平臺(tái)主體體系構(gòu)建

根據(jù)《加快儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)和完善儲(chǔ)氣調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制的意見(jiàn)》要求，明確政府與企業(yè)的責(zé)任和義務(wù)，因此平臺(tái)主體對(duì)象包括國(guó)家、省級(jí)（包括省、自治區(qū)、直轄市，下同）政府以及企業(yè)三級(jí)層面，構(gòu)建以國(guó)家總平臺(tái)為第一層，省級(jí)平臺(tái)為中間層，企業(yè)平臺(tái)為基礎(chǔ)層的三位一體化儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)體系（圖1）。其中國(guó)家儲(chǔ)氣調(diào)峰總平臺(tái)負(fù)責(zé)全國(guó)儲(chǔ)氣調(diào)峰工作，管理全國(guó)所有調(diào)峰資源；省級(jí)儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)負(fù)責(zé)省、自治區(qū)、直轄市的儲(chǔ)氣調(diào)峰工作，受國(guó)家級(jí)儲(chǔ)氣調(diào)峰總平臺(tái)的統(tǒng)一指揮；企業(yè)調(diào)峰設(shè)施平臺(tái)負(fù)責(zé)本企業(yè)儲(chǔ)氣調(diào)峰工作，受省級(jí)儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)的指揮，儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施由企業(yè)所屬，包括儲(chǔ)氣庫(kù)、管網(wǎng)、氣田、LNG接氣站與LNG儲(chǔ)罐等。

圖1 儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)圖

三級(jí)平臺(tái)整體運(yùn)行的模式與工作流程是相同的，只是管理區(qū)域與職能權(quán)力不同。國(guó)家級(jí)總平臺(tái)、省級(jí)平臺(tái)與企業(yè)級(jí)平臺(tái)之間實(shí)行縱向信息互聯(lián)互通，企業(yè)調(diào)峰設(shè)施間實(shí)現(xiàn)平行信息共享，當(dāng)發(fā)生天然氣短缺現(xiàn)象時(shí)，平臺(tái)間可及時(shí)獲取相關(guān)信息，并充分利用各種調(diào)峰資源力量，進(jìn)行處置及恢復(fù)。

2.2 天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)總體框架

從儲(chǔ)氣調(diào)峰過(guò)程中信息流動(dòng)的全過(guò)程出發(fā)，基于儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)特點(diǎn)，構(gòu)建天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)框架，框架主體由5個(gè)部分組成，即資源收集層、數(shù)據(jù)凈化層、信息儲(chǔ)存層、分析指導(dǎo)層與可視應(yīng)用層[18]（圖2）。

2.2.1 資源收集層

資源收集層作為整個(gè)儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)的第一層，提供天然氣相關(guān)信息的收集。天然氣相關(guān)信息包含基本數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與突發(fā)性數(shù)據(jù)6大數(shù)據(jù)源。所有的數(shù)據(jù)匯集于各企業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此可通過(guò)Hive數(shù)據(jù)采集框架Flume從企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取[18]。

1）基本數(shù)據(jù)：指天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施基本的信息情況，包括儲(chǔ)氣庫(kù)、氣田、LNG接氣站等儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施區(qū)域分布，數(shù)量情況、儲(chǔ)存狀況等多方面的數(shù)據(jù)。

2）專題數(shù)據(jù)：主要指天然氣短缺應(yīng)急預(yù)案資料、應(yīng)急處置情況、恢復(fù)演練信息以及天然氣調(diào)峰專家資料等相關(guān)專題數(shù)據(jù)。

3）歷史數(shù)據(jù)：指以往相同或者接近的國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰數(shù)據(jù)。

4）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：針對(duì)包括地下儲(chǔ)氣庫(kù)、管網(wǎng)、氣田、LNG接氣站以及LNG儲(chǔ)罐等基礎(chǔ)調(diào)峰設(shè)施，利用各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備，收集天然氣儲(chǔ)存量、流量、壓力、溫度、濕度等數(shù)據(jù)。

圖2 天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)框架圖

5）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：指天然氣收集、運(yùn)輸乃至儲(chǔ)存過(guò)程中人為登記的有關(guān)數(shù)據(jù)，包含過(guò)程登記、作業(yè)日記、監(jiān)測(cè)登記、會(huì)議記錄等。

6）突發(fā)性數(shù)據(jù)：指天然氣短缺現(xiàn)象發(fā)生前、發(fā)生時(shí)、發(fā)生后三維梯度下產(chǎn)生的突變信息數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)凈化層

數(shù)據(jù)凈化層主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行凈化處理，將通過(guò)上述6大數(shù)據(jù)源收集到的異構(gòu)數(shù)據(jù)運(yùn)用Mediator/Wrapper技術(shù)進(jìn)行辨識(shí)處理，對(duì)數(shù)據(jù)反復(fù)篩選，去掉多余的、內(nèi)容關(guān)聯(lián)不大的數(shù)據(jù)，填補(bǔ)存在格式缺陷的數(shù)據(jù)，把構(gòu)成的文字、聲音、視頻數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)可辨識(shí)的通用模型，同時(shí)把相似的二維碼數(shù)據(jù)源包裝器給予封裝處理，構(gòu)成規(guī)范化數(shù)據(jù)塊，傳輸?shù)叫畔?chǔ)存層[18]。

2.2.3 信息儲(chǔ)存層

信息儲(chǔ)存層是把凈化后的數(shù)據(jù)在平臺(tái)上進(jìn)行分類儲(chǔ)放保存，將分布式儲(chǔ)存區(qū)域命名為“庫(kù)”，利用Hadoop分布式文件系統(tǒng)技術(shù)（HDFS）將凈化后的數(shù)據(jù)按照各自種類特征分層級(jí)分區(qū)域地放置于各自“庫(kù)”中。該層包括5大儲(chǔ)存信息庫(kù)。

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)：主要存放優(yōu)化后的基本數(shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)，包括區(qū)域分布信息，數(shù)量狀態(tài)情況、儲(chǔ)存狀況等一系列調(diào)峰設(shè)施基礎(chǔ)信息、天然氣短缺應(yīng)急預(yù)案信息、天然氣調(diào)峰相關(guān)專家資料、應(yīng)急恢復(fù)配置狀況、應(yīng)急恢復(fù)演練信息等。

2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)：主要存放優(yōu)化后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括天然氣儲(chǔ)存量、流量、壓力、溫度、濕度等數(shù)據(jù)。

3）歷史數(shù)據(jù)庫(kù)：主要存放過(guò)往同類型或全球天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰產(chǎn)生的類似性數(shù)據(jù)。

4）應(yīng)急決策支持庫(kù)：主要提供天然氣產(chǎn)供儲(chǔ)銷動(dòng)態(tài)計(jì)算模式、天然氣短缺風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估模型等應(yīng)急決策支持基礎(chǔ)算法。

5）突發(fā)事件信息庫(kù)：主要存放天然氣短缺現(xiàn)象發(fā)生前、發(fā)生時(shí)、發(fā)生后三梯度下產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)，可為視頻、文字、聲音等內(nèi)容。

2.2.4 分析指導(dǎo)層

分析指導(dǎo)層在天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)中占據(jù)核心地位，一方面，其對(duì)信息存儲(chǔ)層中體量巨大的信息資源進(jìn)行提取分析，尋找信息與信息間的相互隱藏關(guān)系；另一方面，其是信息可視應(yīng)用的基礎(chǔ)和依據(jù)，主要作用在于能為解決天然氣短缺現(xiàn)象提供指導(dǎo)意見(jiàn)。這是大數(shù)據(jù)技術(shù)獨(dú)有的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，將大量不同類型的信息進(jìn)行提取、相互整合后提煉出關(guān)鍵信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)分析提出天然氣突發(fā)性短缺應(yīng)急恢復(fù)參考意見(jiàn)。

采用大數(shù)據(jù)技術(shù)中具有較強(qiáng)處理能力的MapReduce技術(shù)，在5大信息庫(kù)中設(shè)立處理節(jié)點(diǎn)，同步式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘，提高數(shù)據(jù)資源的處理效率，提煉數(shù)據(jù)間的隱藏聯(lián)系。數(shù)據(jù)的分析挖掘主要考慮以下兩種情況：①未發(fā)生天然氣短缺現(xiàn)象的日常情況。通過(guò)MapReduce技術(shù)預(yù)測(cè)估算出天然氣短缺現(xiàn)象的發(fā)生概率、發(fā)生地區(qū)與導(dǎo)致的供氣缺口量。②發(fā)生突發(fā)事件的特殊情況。通過(guò)MapReduce技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分析識(shí)別，提供應(yīng)急恢復(fù)參考意見(jiàn)，其中應(yīng)急恢復(fù)參考意見(jiàn)包括供氣缺口量的走勢(shì)、相關(guān)專家人員名單、可采用的儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施、國(guó)家、省級(jí)政府與企業(yè)等相關(guān)負(fù)責(zé)部門機(jī)構(gòu)的應(yīng)急恢復(fù)基本情況[18]。

2.2.5 可視應(yīng)用層

可視應(yīng)用層是儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)中人機(jī)交流界面，分析指導(dǎo)層傳遞的價(jià)值信息通過(guò)大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)形成圖像、圖形等可辨識(shí)形式與GIS地理技術(shù)精準(zhǔn)定位能力在顯示屏中進(jìn)行直觀顯示。顯示內(nèi)容包括3個(gè)方面：預(yù)警通知、信息展示和輔助恢復(fù)。

1）預(yù)警通知：以天然氣短缺量的情況和覆蓋地區(qū)為參考，設(shè)置預(yù)警等級(jí)，確定報(bào)警閾值，利用報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)通知與等級(jí)相匹配的天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)，根據(jù)缺口等級(jí)大小，分別對(duì)應(yīng)通知國(guó)家級(jí)儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)、省級(jí)儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)與企業(yè)間儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)。

2）信息展示：主要指將分析指導(dǎo)層傳遞的天然氣缺口氣量、可調(diào)度的儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施狀況以及缺氣地區(qū)生產(chǎn)與生活狀況等信息通過(guò)大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的人機(jī)交互界面進(jìn)行展示，為決策指揮人員應(yīng)對(duì)天然氣短缺事件提供決策依據(jù)；同時(shí)展示的圖形圖像等信息會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況不間斷地更新變化，力求提供最真實(shí)的情況。

3）輔助恢復(fù)：通過(guò)GIS地理技術(shù)提供天然氣短缺區(qū)域就近地下儲(chǔ)氣庫(kù)、管網(wǎng)天然氣、LNG接氣站及儲(chǔ)罐等應(yīng)急資源位置關(guān)系，并提供天然氣管網(wǎng)、槽車等運(yùn)輸工具的優(yōu)化調(diào)度方案供決策人員參考，此外，對(duì)該地區(qū)天然氣缺口氣量給予及時(shí)監(jiān)測(cè)，追蹤現(xiàn)場(chǎng)狀況，及時(shí)變更應(yīng)急恢復(fù)最優(yōu)調(diào)整方案意見(jiàn)。

3 天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)情景構(gòu)建

“情景構(gòu)建”是一種結(jié)合事故案例、工程技術(shù)模擬，對(duì)事件發(fā)生進(jìn)行全景式描述的方法。根據(jù)天然氣大規(guī)模短缺現(xiàn)象形成的過(guò)程，選擇2017年由天然氣短缺現(xiàn)象演變?yōu)楣饩o張（“氣荒”）事件為此次情景構(gòu)建的原型，利用“空白對(duì)照”理論進(jìn)行情景構(gòu)建。

空白原型描述：隨著2016年“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”政策實(shí)施，“氣代煤”工作已經(jīng)在我國(guó)北方地區(qū)逐步開(kāi)展，2017年1月土庫(kù)曼斯坦以“設(shè)備維修”為理由，減少了管道天然氣的進(jìn)口量，2017年9月國(guó)內(nèi)天然氣市場(chǎng)競(jìng)價(jià)情況火爆，2017年11月河北省率先拉響天然氣供應(yīng)橙色預(yù)警，開(kāi)始限氣、停氣。同年12月上旬，供氣緊張從華北蔓延到華東地區(qū)，到2017年12月底，進(jìn)一步蔓延到西南地區(qū)，從而形成了2017年全國(guó)性“氣荒”現(xiàn)象[19]（表1）。

表1 天然氣短缺演變 氣荒 事件情景信息表

根據(jù)“氣荒”的演變過(guò)程，可以看出，整個(gè)過(guò)程經(jīng)歷初始、顯現(xiàn)、蔓延與形成階段，形成由點(diǎn)到面的多米諾效應(yīng)，首先引發(fā)供需失衡的是企業(yè)，接著蔓延到各省份地區(qū)，最后擴(kuò)散至全國(guó)。整個(gè)過(guò)程發(fā)展迅速，當(dāng)前我國(guó)的調(diào)峰能力不足以應(yīng)對(duì)天然氣短缺演變的“氣荒”事件，因此引入天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰三級(jí)平臺(tái)進(jìn)行情景模擬（圖3）。

天然氣開(kāi)采、進(jìn)口、輸送、儲(chǔ)存與消費(fèi)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，通過(guò)Hive數(shù)據(jù)采集框架Flume進(jìn)行數(shù)據(jù)的不間斷收集，并利用Mediator/Wrapper大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的凈化，將凈化后的數(shù)據(jù)保存在國(guó)家級(jí)、省級(jí)及企業(yè)級(jí)儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)信息儲(chǔ)存層中，采用大數(shù)據(jù)HDFS技術(shù)進(jìn)行辨識(shí)并分類儲(chǔ)存。

2016—2017年1月，天然氣供需矛盾初顯，隨著“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”政策的實(shí)施與“氣代煤”工作的開(kāi)展以及土庫(kù)曼斯坦減少供應(yīng)，企業(yè)調(diào)峰平臺(tái)分析指導(dǎo)層中的MapReduce技術(shù)對(duì)上中游生產(chǎn)、供氣企業(yè)供應(yīng)量突然減少，下游燃?xì)馄髽I(yè)需求量逐步增加進(jìn)行信息關(guān)聯(lián)與判別分析，將分析結(jié)果傳遞到可視應(yīng)用層，進(jìn)行企業(yè)預(yù)警通知，并將天然氣缺口氣量、企業(yè)儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施狀況以及可調(diào)度的調(diào)峰氣量等終端信息通過(guò)大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的人機(jī)交互界面，以圖像文字的形式出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)顯示屏，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS技術(shù)）提供企業(yè)內(nèi)部調(diào)峰設(shè)施最佳調(diào)度方案，給企業(yè)決策者提供一定的指導(dǎo)與參考，并將具體情況反饋給省級(jí)平臺(tái)，供省級(jí)有關(guān)部門對(duì)“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”政策的實(shí)施與“氣代煤”工作的下一步安排，在基礎(chǔ)層面應(yīng)對(duì)天然氣短缺問(wèn)題。

圖3 情景模擬流程圖

2017年2—10月，天然氣供需矛盾進(jìn)一步凸顯，天然氣市場(chǎng)競(jìng)價(jià)情況火爆，企業(yè)需要大量購(gòu)入天然氣才能滿足工業(yè)生產(chǎn)與居民生活的需要，企業(yè)調(diào)峰平臺(tái)已經(jīng)無(wú)法通過(guò)自身能力解決天然氣短缺現(xiàn)象，企業(yè)平臺(tái)將當(dāng)前天然氣缺口氣量等突發(fā)性信息上傳至省級(jí)調(diào)峰平臺(tái)，省級(jí)調(diào)峰平臺(tái)開(kāi)始運(yùn)作，采用相同的大數(shù)據(jù)技術(shù)運(yùn)行機(jī)理，將省內(nèi)天然氣缺口量、可調(diào)峰氣量、調(diào)峰設(shè)施情況以及最優(yōu)調(diào)度方案等相關(guān)信息傳遞給省級(jí)有關(guān)部門，供省級(jí)決策者參考使用，并將具體情況反饋給國(guó)家總平臺(tái)，供國(guó)家有關(guān)部門指定下一步的工作安排，在中間層面應(yīng)對(duì)天然氣短缺問(wèn)題。

2017年11—12月，天然氣供需矛盾完全呈現(xiàn)，隨著河北省率先拉響天然氣供應(yīng)橙色預(yù)警，河南省省級(jí)調(diào)峰平臺(tái)無(wú)法利用省級(jí)調(diào)峰能力去解決天然氣短缺現(xiàn)象，省級(jí)調(diào)峰平臺(tái)將當(dāng)前省內(nèi)天然氣缺口氣量等突發(fā)性信息上傳至國(guó)家級(jí)調(diào)峰總平臺(tái)，國(guó)家級(jí)調(diào)峰總平臺(tái)開(kāi)始運(yùn)作，向國(guó)家能源部門提供全國(guó)可余調(diào)峰氣量、全國(guó)調(diào)峰設(shè)施資源狀況，調(diào)峰資源最優(yōu)調(diào)度路徑、可參考應(yīng)急預(yù)案等相關(guān)信息。國(guó)家能源部門有關(guān)決策者根據(jù)有關(guān)信息指揮各省級(jí)管理部門、儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施所屬企業(yè)開(kāi)展應(yīng)對(duì)工作，同時(shí)將應(yīng)對(duì)信息通過(guò)企業(yè)平臺(tái)、省級(jí)平臺(tái)上傳至國(guó)家級(jí)總平臺(tái)，國(guó)家級(jí)總平臺(tái)根據(jù)反饋信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。通過(guò)一系列的循環(huán)式信息處理，最大化地降低天然氣短缺造成的蔓延影響，防止各省份的缺口出現(xiàn)進(jìn)一步蔓延，造成更嚴(yán)重的“氣荒”現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）結(jié)合我國(guó)《加快儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)和完善儲(chǔ)氣調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制的意見(jiàn)》等政策意見(jiàn)的要求，構(gòu)建了“國(guó)家級(jí)、省級(jí)、企業(yè)級(jí)”三主體儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)體系，將政府職能與企業(yè)能力進(jìn)行無(wú)縫銜接，充分調(diào)動(dòng)政府與企業(yè)相互間的協(xié)調(diào)能力。

2）基于大數(shù)據(jù)處理過(guò)程與大數(shù)據(jù)技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了“資源收集層、數(shù)據(jù)凈化層、信息儲(chǔ)存層、分析指導(dǎo)層與可視應(yīng)用層”五層面天然氣儲(chǔ)氣調(diào)峰平臺(tái)總體框架，實(shí)現(xiàn)了對(duì)天然氣供需狀況與態(tài)勢(shì)的有效預(yù)判和儲(chǔ)氣調(diào)峰資源的優(yōu)化利用。

3）將2017年“氣荒”事件形成過(guò)程分解為初始、顯現(xiàn)、蔓延與形成4個(gè)階段，利用“空白對(duì)照”理論進(jìn)行了情景構(gòu)建，模擬了企業(yè)平臺(tái)、省級(jí)平臺(tái)、國(guó)家總平臺(tái)各層級(jí)應(yīng)對(duì)天然氣短缺現(xiàn)象的處理過(guò)程。