基于北斗時(shí)空信息的城市燃?xì)夤I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

賈婧媛 李 寧 楊夢(mèng)馨 王 博

1 北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 北京 100081

2 北京訊騰智慧科技股份有限公司 北京 100029

3 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 北京 100124

引言

當(dāng)前，制造業(yè)成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的焦點(diǎn)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求迫切。同時(shí)，新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展，積極向制造業(yè)滲透，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革。制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切需求與信息技術(shù)向制造領(lǐng)域加速滲透的趨勢(shì)相互交織融合，催生了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為本質(zhì)特征的第四次工業(yè)革命正在興起。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，通過(guò)對(duì)人、機(jī)、物的全面互聯(lián)，構(gòu)建起全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈、全面連接的新型生產(chǎn)制造和服務(wù)體系，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)現(xiàn)途徑，是實(shí)現(xiàn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵力量[1]。為搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大歷史機(jī)遇，世界主要國(guó)家和地區(qū)加強(qiáng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略布局，全球領(lǐng)先企業(yè)積極行動(dòng)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局正孕育形成[2]。

黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。習(xí)近平總書(shū)記連續(xù)四年對(duì)推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展做出重要指示。2021年2月21日，中央政治局會(huì)議再次強(qiáng)調(diào)，要推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)加快發(fā)展。3月4日，中央政治局常委會(huì)作出加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度的重要部署[3]。

然而，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在數(shù)據(jù)、算力、模型及應(yīng)用等方面還有很多問(wèn)題需要突破和解決。從5G、大數(shù)據(jù)、人工智能到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，環(huán)環(huán)相扣，構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集、傳輸、計(jì)算、分析、應(yīng)用的數(shù)據(jù)閉環(huán)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的群體性突破和協(xié)同性創(chuàng)新。

縱觀燃?xì)庑袠I(yè)信息化的發(fā)展進(jìn)程，經(jīng)歷1.0信息化發(fā)展(實(shí)現(xiàn)實(shí)物資產(chǎn)、運(yùn)行狀態(tài)、業(yè)務(wù)流程可視化)、2.0自動(dòng)化發(fā)展(結(jié)合大量數(shù)據(jù)采集分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控)、3.0智能化發(fā)展(實(shí)現(xiàn)智能分析和預(yù)判，設(shè)備自動(dòng)調(diào)控，故障預(yù)診斷)、4.0智慧化發(fā)展(實(shí)現(xiàn)自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng))等階段，正在由3.0時(shí)代向4.0時(shí)代的跨越時(shí)期。

在這一時(shí)期燃?xì)庑袠I(yè)要實(shí)現(xiàn)更透徹的感知、更互聯(lián)的通訊、更集成的數(shù)據(jù)、更精準(zhǔn)的調(diào)控、更科學(xué)的運(yùn)營(yíng)、更智慧的決策、更便捷的服務(wù)[4]。

1 燃?xì)庑袠I(yè)業(yè)務(wù)概述

城市輸配系統(tǒng)是指從接收長(zhǎng)輸管道供氣的門(mén)站到用戶的整個(gè)系統(tǒng)，主要包括門(mén)站、輸配管網(wǎng)、儲(chǔ)氣站、氣化站、調(diào)壓站及用戶端。

1)門(mén)站。門(mén)站的任務(wù)是接收天然氣長(zhǎng)輸管道來(lái)氣，并根據(jù)需要進(jìn)行凈化、調(diào)壓、計(jì)量、加臭后，向城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)或儲(chǔ)配站輸送商品燃?xì)狻?/p>

2)輸配管網(wǎng)。輸配管網(wǎng)的任務(wù)是接收門(mén)站的燃?xì)?，并將其輸送和分配給城市內(nèi)的各類(lèi)用戶，并保證沿途輸氣安全可靠。

3)儲(chǔ)氣站。儲(chǔ)氣站的任務(wù)是儲(chǔ)存天然氣，用來(lái)調(diào)節(jié)城市晝夜用氣的不均衡性。其站內(nèi)的主要設(shè)備是各種不同類(lèi)型的儲(chǔ)氣罐。配氣站是輸氣管的終點(diǎn)，又是城市配氣的起點(diǎn)和總樞紐。其任務(wù)是接收干線輸氣管的來(lái)氣，并將天然氣除塵、計(jì)量、調(diào)壓后，根據(jù)用戶的要求輸入城市配氣管網(wǎng)。當(dāng)儲(chǔ)氣站與配氣站合并時(shí)，就稱(chēng)為儲(chǔ)配站。

4)氣化站。氣化站的任務(wù)是接收液化天然氣，將液化天然氣氣化。如果液化天然氣只是用作補(bǔ)充時(shí)，則用來(lái)調(diào)節(jié)城市季節(jié)用氣的不均衡性。

5)調(diào)壓站。調(diào)壓站設(shè)于城市配氣管網(wǎng)系統(tǒng)中的不同壓力級(jí)別管道之間，或設(shè)于某些專(zhuān)門(mén)用戶之前。根據(jù)用戶對(duì)壓力的要求，使配氣管網(wǎng)中的天然氣保持必要的壓力。

6)用戶端。燃?xì)庥脩舭凑帐褂眯再|(zhì)通常分為居民住宅、商業(yè)和工業(yè)企業(yè)三類(lèi)用戶。

由于城市燃?xì)獾目焖侔l(fā)展，燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，威脅燃?xì)夤芫W(wǎng)安全運(yùn)行的因素越來(lái)越多，鑒于燃?xì)饩哂幸兹家妆奶匦?，保證燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行，成為所有燃?xì)馄髽I(yè)共同關(guān)注的重點(diǎn)。同時(shí)，隨著市場(chǎng)開(kāi)發(fā)增速減緩，燃?xì)鈨啥藘r(jià)格剛性，從運(yùn)營(yíng)要效益，也成了各燃?xì)馄髽I(yè)未來(lái)的大趨勢(shì)。特別是2020年全球新冠疫情的爆發(fā)，使得燃?xì)庑袠I(yè)信息化的訴求更多的向可持續(xù)運(yùn)營(yíng)、可視化、遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)變，如表1所示。

表1 疫情前后燃?xì)庑袠I(yè)信息化訴求轉(zhuǎn)變

對(duì)于很多中小規(guī)模的燃?xì)馄髽I(yè)(30～50萬(wàn)用戶)來(lái)說(shuō)，采購(gòu)大型管理軟件的能力較弱(如SCADA系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)采集平臺(tái)、EAM、ERP、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、BI分析等)，迫切需要一種無(wú)需企業(yè)部署和維護(hù)可直接應(yīng)用服務(wù)的“即買(mǎi)即用”的服務(wù)應(yīng)用形式。

基于北斗應(yīng)用的燃?xì)庑袠I(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是一款為智慧燃?xì)饨ㄔO(shè)提供基礎(chǔ)支撐的云服務(wù)產(chǎn)品。它通過(guò)在云端集成管網(wǎng)基礎(chǔ)檔案、管線地圖、拓?fù)潢P(guān)系等數(shù)據(jù)，為燃?xì)馄髽I(yè)實(shí)現(xiàn)人網(wǎng)合一的管網(wǎng)查詢體系。通過(guò)與傳感監(jiān)測(cè)和物聯(lián)網(wǎng)采集技術(shù)融合，借助大數(shù)據(jù)分析與人工智能形成設(shè)備設(shè)施與工藝流程精確可控的管網(wǎng)運(yùn)維體系，提高管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)安全和運(yùn)營(yíng)效率，大幅提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和綜合競(jìng)爭(zhēng)力，幫助企業(yè)跨越式進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)+燃?xì)獾臅r(shí)代。

2 基于北斗應(yīng)用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賦能燃?xì)庑袠I(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

2.1 賦能要點(diǎn)

基于北斗應(yīng)用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賦能燃?xì)庑袠I(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要解決如下問(wèn)題。

1)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)難

將物聯(lián)網(wǎng)、北斗精準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)和燃?xì)夤芫W(wǎng)三網(wǎng)融合，形成多網(wǎng)融合互聯(lián)互通的智能感知體系，滿足如下功能：支持海量接入；有機(jī)融合多種網(wǎng)絡(luò)方式；提供芯片級(jí)終端解決方案。

5G技術(shù)的發(fā)展更加賦能人、機(jī)、物的互聯(lián)。未來(lái)工廠里的移動(dòng)機(jī)器人、自動(dòng)運(yùn)輸車(chē)輛，以及AR眼鏡等輔助工具，都得基于高性能的無(wú)線基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器和系統(tǒng)之間的高效通信。而5G不僅可以確保移動(dòng)設(shè)備和無(wú)線傳感器的高效聯(lián)網(wǎng)，還將與邊緣計(jì)算、AI等融合，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)本地云實(shí)時(shí)控制機(jī)器人。

2)數(shù)據(jù)的安全顧慮

燃?xì)庑袠I(yè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常的做法是在燃?xì)饨K端通過(guò)采集板采集各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)通信模塊傳輸?shù)角爸脵C(jī)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類(lèi)分析；其中數(shù)據(jù)是明文傳輸?shù)模菀妆唤孬@和篡改。為了保證數(shù)據(jù)的可信和保密性，在通訊芯片中加裝安全模塊，通過(guò)安全模塊的簽名和加密等功能來(lái)保證數(shù)據(jù)來(lái)源的可追溯性和數(shù)據(jù)的安全性。加密算法支持國(guó)密算法SM2、SM9等。專(zhuān)為燃?xì)庑袠I(yè)定制北斗+NB+安全的芯片，提供高可信通訊的芯片解決方案。

3)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)復(fù)雜

基于北斗精準(zhǔn)時(shí)空信息貫通了燃?xì)庑袠I(yè)全生命周期的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合(設(shè)計(jì)/施工/驗(yàn)收/運(yùn)行/維護(hù)/搶修)，全生命周期涉及多類(lèi)數(shù)據(jù)，僅傳感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就存在多傳感器數(shù)據(jù)和多源信息可能來(lái)自同一平臺(tái)或多個(gè)平臺(tái)，各數(shù)據(jù)源具有不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型和傳感機(jī)理，數(shù)據(jù)源之間不能保持同步，所感知的目標(biāo)、事件或者態(tài)勢(shì)可能存在變化?；诟接斜倍肪珳?zhǔn)時(shí)空信息的燃?xì)夤芫W(wǎng)施工、生產(chǎn)運(yùn)行、檢測(cè)檢驗(yàn)、陰極保護(hù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和管道材料、自然環(huán)境、服役參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立多源異步異構(gòu)數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)模型與數(shù)據(jù)量化融合處理方法，對(duì)多種來(lái)源的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換、集成，最終形成表述燃?xì)庑袠I(yè)全生命周期管線資產(chǎn)及設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

4)數(shù)據(jù)用不好

沿著燃?xì)鈽I(yè)務(wù)鏈條門(mén)站—管線—調(diào)壓站/箱/井/樁—用戶，基于如上的數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲(chǔ)體系，融合地理信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等在燃?xì)鈽I(yè)務(wù)鏈條的各個(gè)環(huán)節(jié)創(chuàng)新推出數(shù)字化、智慧化的各項(xiàng)應(yīng)用。

2.2 門(mén)站

門(mén)站管理著重從無(wú)人、自主化智能監(jiān)測(cè)，門(mén)站全局狀態(tài)下安全風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)感知方面進(jìn)行。其主要應(yīng)用技術(shù)為：5G(解決數(shù)據(jù)通訊)；AI(解決基于圖像的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)識(shí)別，狀態(tài)識(shí)別)；邊緣計(jì)算(巡檢機(jī)器人的智能避障、導(dǎo)航)；北斗高精準(zhǔn)位置服務(wù)(巡檢機(jī)器人導(dǎo)航精準(zhǔn)定位，管線和設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)的精準(zhǔn)定位)。

2.2.1 移動(dòng)式門(mén)站/場(chǎng)站狀態(tài)監(jiān)測(cè)——場(chǎng)站/門(mén)站智能巡檢機(jī)器人

油氣場(chǎng)站智能巡檢機(jī)器人融合多種先進(jìn)技術(shù)，包括北斗導(dǎo)航定位、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、5G網(wǎng)絡(luò)通訊、機(jī)器人技術(shù)、非接觸檢測(cè)技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)等，進(jìn)行面域/區(qū)域狀態(tài)監(jiān)測(cè)。機(jī)器人配置多種高精度傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集分析和預(yù)警等功能，是解決有毒有害、高溫高壓等危險(xiǎn)區(qū)域巡檢，減少安全風(fēng)險(xiǎn)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度的重要手段?？蓱?yīng)用于天然氣凈化廠、集氣站、增壓站、聯(lián)合站等易燃易爆等場(chǎng)合，執(zhí)行全天候不間斷巡檢任務(wù)。助力油氣場(chǎng)站實(shí)現(xiàn)降本增效、提升巡檢作業(yè)效率和精度，提升油氣企業(yè)的本質(zhì)安全水平。

1)基于時(shí)空信息的自主檢測(cè)分析

油氣場(chǎng)站智能巡檢機(jī)器人融合多種檢測(cè)分析技術(shù)，包括自然環(huán)境氣體檢測(cè)、高精準(zhǔn)激光光譜氣體檢測(cè)、紅外熱成像分析、聲譜識(shí)別分析、圖像識(shí)別技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)場(chǎng)站的全方位監(jiān)測(cè)。不同檢測(cè)指標(biāo)的結(jié)果數(shù)據(jù)往往相對(duì)獨(dú)立，精準(zhǔn)時(shí)空信息使這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，能夠更大地發(fā)揮檢測(cè)數(shù)據(jù)的價(jià)值。此外，機(jī)器人在進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)理工作時(shí)，基于北斗的精準(zhǔn)時(shí)空服務(wù)是實(shí)現(xiàn)高效指揮調(diào)度的技術(shù)基礎(chǔ)。

2)多技術(shù)融合的自主行駛

油氣場(chǎng)站內(nèi)，重要設(shè)備設(shè)施眾多，工藝復(fù)雜、易燃易爆。機(jī)器人在進(jìn)行無(wú)人化巡檢時(shí)需要準(zhǔn)確導(dǎo)航、平穩(wěn)行駛，能夠?qū)β肪€上出現(xiàn)的障礙物等異常情況進(jìn)行快速識(shí)別判斷，并重新規(guī)劃路線。自主行駛能力是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主智能巡檢的基礎(chǔ)。油氣場(chǎng)站智能巡檢機(jī)器人融合磁導(dǎo)航、SLAM自主定位導(dǎo)航、北斗精準(zhǔn)定位導(dǎo)航等多種導(dǎo)航技術(shù)，滿足多種導(dǎo)航需求。自主行駛是當(dāng)前機(jī)器人運(yùn)行的主要模式，在場(chǎng)站巡檢工作中可實(shí)現(xiàn)全程自主巡檢，無(wú)需人工參與。為了能保障機(jī)器人自主安全運(yùn)行，機(jī)器人通過(guò)安裝在車(chē)體前后和兩側(cè)的激光避障雷達(dá)，確保了機(jī)器人在任何情況下都不會(huì)發(fā)生碰撞，并且在行駛過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)障礙物的檢測(cè)，當(dāng)接近障礙物后，可進(jìn)行停下或避障處理。

3)人工智能+5G+北斗

場(chǎng)站內(nèi)環(huán)境，人工智能快速識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)人員、煙霧、火焰等危險(xiǎn)因素，讀取各類(lèi)儀表數(shù)據(jù)、判斷設(shè)備狀態(tài)?；?G通訊技術(shù)，極大提高數(shù)據(jù)識(shí)別、傳輸速度，降低網(wǎng)絡(luò)延遲、使指令傳達(dá)更加迅速、指揮操作更加精準(zhǔn)?；诒倍返木珳?zhǔn)位置服務(wù)，為場(chǎng)站內(nèi)給設(shè)備設(shè)施之間形成物聯(lián)網(wǎng)提供時(shí)空信息基礎(chǔ)。

場(chǎng)站外作業(yè)環(huán)境，北斗精準(zhǔn)服務(wù)為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控駕駛提供導(dǎo)航基礎(chǔ)，人工智能對(duì)調(diào)度過(guò)程中的環(huán)境進(jìn)行識(shí)別分析，快速判斷危險(xiǎn)因素，保證調(diào)度過(guò)程順利進(jìn)行；5G網(wǎng)絡(luò)通訊以其高帶寬、低延遲的特性，使人工智能、北斗精準(zhǔn)服務(wù)、自主行駛等技術(shù)能夠發(fā)揮更大作用。

2.2.2 固定式門(mén)站/場(chǎng)站狀態(tài)監(jiān)測(cè)—“燃視通”激光甲烷可視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

固定式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能滿足面域/區(qū)域狀態(tài)監(jiān)測(cè)，解決有毒有害、高溫高壓等危險(xiǎn)區(qū)域巡檢，減少安全風(fēng)險(xiǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。系統(tǒng)可應(yīng)用于天然氣凈化廠、集氣站、增壓站、聯(lián)合站等易燃易爆等場(chǎng)合，執(zhí)行全天候不間斷巡檢任務(wù)，如場(chǎng)站區(qū)域的安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)，區(qū)域內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度、視頻安防、周界安全等。

“燃視通”通過(guò)激光探頭、攝像頭及云臺(tái)的組合，構(gòu)建出可視化氣體泄漏監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)30米距離范圍內(nèi)的甲烷氣體濃度進(jìn)行長(zhǎng)期、自動(dòng)、可視化、遠(yuǎn)距離、精準(zhǔn)監(jiān)控，并對(duì)監(jiān)控所得的濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析，具有自標(biāo)定、聲光報(bào)警燈功能，并具有安全加密技術(shù)保障用戶數(shù)據(jù)傳輸安全。

2.3 管線

管線的管理要實(shí)現(xiàn)基于北斗高精準(zhǔn)時(shí)空信息的資產(chǎn)全生命周期可視化，以達(dá)到管網(wǎng)資產(chǎn)精準(zhǔn)定位“一目了然”，危險(xiǎn)感知精準(zhǔn)定位“火眼金睛”，應(yīng)急處置精準(zhǔn)定位“有的放矢”。其應(yīng)用技術(shù)主要有：北斗高精準(zhǔn)位置服務(wù)(管線地圖、管網(wǎng)設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)、風(fēng)險(xiǎn)隱患、應(yīng)急處置導(dǎo)航、搶修服務(wù)等精準(zhǔn)定位，服務(wù)于燃?xì)夤芫€全生命周期應(yīng)用)；AR(基于北斗精準(zhǔn)定位技術(shù)，使得地下管網(wǎng)以虛擬場(chǎng)景在真實(shí)環(huán)境直接可視)。AR可視化與日常巡線終端、泄漏檢測(cè)終端(HS660、X3110等點(diǎn)檢終端)、防腐檢測(cè)終端等聯(lián)合應(yīng)用，提升巡檢精準(zhǔn)度；PPB級(jí)激光泄漏檢測(cè)技術(shù)；大數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)(區(qū)域泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)；施工—日常巡檢—檢測(cè)維護(hù)—應(yīng)急安全。

2.3.1 管網(wǎng)位置采集終端+管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1)采集終端

管網(wǎng)采集終端需完成在施管道管線數(shù)據(jù)采集，針對(duì)燃?xì)夤艿朗┕?、修?fù)、切改等過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備設(shè)施(閥門(mén)、套管、調(diào)壓站/箱等)定位。以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，融合北斗精準(zhǔn)定位和信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新建、改造工程施工檔案管理、數(shù)據(jù)采集、成圖入庫(kù)、數(shù)據(jù)共享服務(wù)等功能。其產(chǎn)品組成包括：北斗RTK、庭院采集套件、數(shù)據(jù)平板等。

2)管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)針對(duì)管網(wǎng)測(cè)繪數(shù)據(jù)、管網(wǎng)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)、新建、修復(fù)、切改等過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集入庫(kù)成圖分析，以特定的數(shù)據(jù)模型輸入、組織、存儲(chǔ)和管理(包括更新)地理數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)地理空間位置訪問(wèn)數(shù)據(jù)，或根據(jù)專(zhuān)題屬性訪問(wèn)數(shù)據(jù)，以地圖的形式表示地理數(shù)據(jù)，如圖1所示。以空間數(shù)據(jù)分析和關(guān)聯(lián)分析結(jié)果的地理圖形形式進(jìn)行展示，可以準(zhǔn)確地把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管道、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、巡檢人員的工作狀況等信息以各種矢量圖形和分析圖表、文字報(bào)表等基于地理一張圖進(jìn)行管理。

圖1 管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.3.2 管網(wǎng)日常巡線/巡檢移動(dòng)端

基于精準(zhǔn)位置的地下管網(wǎng)開(kāi)展日常巡線或者基于經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)軌跡開(kāi)展日常巡檢是管網(wǎng)管理的重要一環(huán)。全面基于北斗精準(zhǔn)定位進(jìn)行巡線，針對(duì)巡線任務(wù)進(jìn)行人員巡線范圍、頻次、周期、必經(jīng)點(diǎn)等的分配；終端可實(shí)現(xiàn)以表單、照片、語(yǔ)音和視頻等多種記錄形式進(jìn)行記錄上報(bào)或異常上報(bào)；后臺(tái)分析巡檢軌跡，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)巡線盲區(qū)，主動(dòng)提醒管理者；可輔助開(kāi)展巡檢到位率計(jì)算。同時(shí)結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維方式，形成巡檢任務(wù)“搶單”，員工資質(zhì)評(píng)級(jí)的日常運(yùn)維管理機(jī)制，形成“主動(dòng)工作、多勞多得、優(yōu)質(zhì)特權(quán)”的工作氛圍。

2.3.3 地下管網(wǎng)AR可視系統(tǒng)

基于北斗精準(zhǔn)定位實(shí)現(xiàn)地下管線、閘井、調(diào)壓箱、調(diào)壓站等設(shè)備設(shè)施信息的可視化，工作人員可通過(guò)AR程序在現(xiàn)場(chǎng)看到地下管線走向、分布，所有虛擬模型在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行擬合顯示并可以通過(guò)點(diǎn)擊方式來(lái)查看相關(guān)信息，還可以根據(jù)管線和設(shè)備設(shè)施的類(lèi)別進(jìn)行分類(lèi)篩選。地下管網(wǎng)AR可視化系統(tǒng)可與日常巡線終端、泄漏檢測(cè)終端(HS660、X3110等點(diǎn)檢終端)、防腐檢測(cè)終端等聯(lián)合應(yīng)用，可以獲得更有效的檢測(cè)結(jié)果。

2.3.4 PPB級(jí)高精準(zhǔn)泄漏檢測(cè)車(chē)+泄漏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)

高精準(zhǔn)泄漏檢測(cè)設(shè)備制備及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的建設(shè)能夠有效地解決區(qū)域范圍內(nèi)日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)的快速泄漏風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)、燃?xì)庑孤┍O(jiān)測(cè)、燃?xì)夤芫€常規(guī)巡檢、管線建設(shè)規(guī)劃和管理、管線隱患排查、應(yīng)急搶修、大型活動(dòng)及重要會(huì)議保障、惡劣天氣或?yàn)?zāi)后快速巡查等。

1)高精準(zhǔn)泄漏檢測(cè)終端

系統(tǒng)組成部分如圖2所示。

圖2 PPB級(jí)高精準(zhǔn)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)

2)泄漏風(fēng)險(xiǎn)云圖分析系統(tǒng)

將原始檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，使用平臺(tái)設(shè)定的模型參數(shù)，分別對(duì)檢測(cè)區(qū)域甲烷及乙烷濃度分布情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果為平面(2D)和立體(3D)兩種，可依據(jù)需求自由選擇。泄漏風(fēng)險(xiǎn)分析用來(lái)分析檢測(cè)區(qū)域泄漏點(diǎn)分布情況，泄漏點(diǎn)比較密集區(qū)域?yàn)楦唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，為燃?xì)馄髽I(yè)提供宏觀和微觀各個(gè)層面、多角度的決策支持。

2.3.5 泄漏點(diǎn)檢測(cè)裝置(ABB檢測(cè)背包)

高精準(zhǔn)燃?xì)庑孤┡c檢測(cè)背包組成主要包括分析儀主機(jī)、高精準(zhǔn)北斗定位模塊和泄漏檢測(cè)分析軟件，泄漏點(diǎn)檢測(cè)裝置采用腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)，可在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)區(qū)分沼氣與天然氣，快速測(cè)量甲烷含量，通過(guò)內(nèi)置藍(lán)牙及Wi-Fi模塊，檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸至智能手機(jī)及平板電腦。

2.4 調(diào)壓站/箱井/樁

調(diào)壓站/箱井/樁的管理重點(diǎn)在工藝狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與調(diào)控、預(yù)測(cè)性故障維檢修、風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患的及時(shí)告警等方面。應(yīng)用的主要技術(shù)有：北斗高精準(zhǔn)位置服務(wù)—管網(wǎng)設(shè)備設(shè)施資產(chǎn)的高精準(zhǔn)定位；5G—低時(shí)延高可靠的數(shù)據(jù)通訊；北斗短報(bào)文—數(shù)據(jù)通訊應(yīng)急災(zāi)備通道；數(shù)據(jù)通訊安全加密技術(shù)—數(shù)據(jù)加密芯片；大數(shù)據(jù)分析機(jī)理模型—調(diào)壓箱故障自診斷模型。

2.4.1 智能監(jiān)測(cè)終端

傳感器是數(shù)據(jù)最底層的感知觸手。針對(duì)已有的燃?xì)庠O(shè)施，通過(guò)各類(lèi)傳感器和傳輸(NB-IoT)技術(shù)，將燃?xì)鈱?zhuān)用設(shè)備與北斗精準(zhǔn)定位、物聯(lián)網(wǎng)通訊三位一體相結(jié)合，形成基于北斗定位系統(tǒng)的燃?xì)夤芫€及設(shè)備設(shè)施精準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)。

2.4.2 調(diào)壓箱自診斷

調(diào)壓箱自診斷是通過(guò)采集中低壓調(diào)壓器進(jìn)出口壓力，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法(EMD算法模型)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，及時(shí)挖掘出狀態(tài)異常數(shù)據(jù)，根據(jù)異常數(shù)據(jù)識(shí)別故障設(shè)備，再通過(guò)對(duì)故障設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行人工智能分析[5]，判斷其故障形式、故障來(lái)源、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)，如圖3所示。根據(jù)分析診斷結(jié)果在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前進(jìn)行及時(shí)維修。

圖3 調(diào)壓器故障診斷系統(tǒng)

2.4.3 工藝監(jiān)控

在工藝監(jiān)控方面，通過(guò)工藝組態(tài)軟件及設(shè)備接入?yún)f(xié)議配置，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓站/調(diào)壓箱/場(chǎng)站內(nèi)設(shè)備及工藝流程的三維立體化畫(huà)面展示，同時(shí)在工藝流程圖相應(yīng)的位置上(例如管道)實(shí)時(shí)顯示與之對(duì)應(yīng)的壓力、溫度、流量、濃度等參數(shù)，以及設(shè)備的工作狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 管道工藝監(jiān)控

2.5 用戶

用戶管理方面需重點(diǎn)關(guān)注整體供銷(xiāo)差分析、偷盜氣分析，局部用戶資產(chǎn)明晰、計(jì)量準(zhǔn)確、服務(wù)到位、行為分析等，如圖5所示。用戶管理主要的應(yīng)用技術(shù)為：數(shù)據(jù)通訊安全加密技術(shù)—數(shù)據(jù)加密芯片；大數(shù)據(jù)分析模型—供銷(xiāo)差分析、偷盜氣分析、用戶行為分析等。

圖5 用戶統(tǒng)計(jì)與分析

3 結(jié)語(yǔ)

在燃?xì)庑袠I(yè)信息化發(fā)展3.0時(shí)代向4.0時(shí)代的跨越時(shí)期，燃?xì)庑袠I(yè)在感知、通訊、運(yùn)營(yíng)等方面的智慧化需求增長(zhǎng)，應(yīng)用高精準(zhǔn)的北斗定位技術(shù)、5G及物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通訊技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能、安全加密技術(shù)、云應(yīng)用等，研發(fā)基于高精準(zhǔn)北斗應(yīng)用的燃?xì)庑袠I(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，提供人、機(jī)、物全面互聯(lián)的服務(wù)體系，泛在連接、彈性供給、高效配置的應(yīng)用環(huán)境，為燃?xì)馄髽I(yè)提供低成本、免部署、易應(yīng)用的服務(wù)具有重要的意義。