大數(shù)據(jù)背景下天然氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用

徐堅

浙江浙能天然氣運行有限公司 浙江杭州 310000

1 大數(shù)據(jù)背景下天然氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用

1.1 天然氣管網(wǎng)的負荷預(yù)測

天然氣管網(wǎng)負荷預(yù)測是管網(wǎng)調(diào)度的主要依據(jù)，其精確程度直接關(guān)系到管網(wǎng)調(diào)度的可靠性及運行的經(jīng)濟性，同時為設(shè)備科學(xué)檢修提供依據(jù)，因而直接影響管網(wǎng)運行水平。天然氣管網(wǎng)負荷預(yù)測存在一系列特點，包括高不確定性、多因素耦合、多顆粒度等。由于建模機制與出發(fā)點不同，因此存在不同的負荷預(yù)測方法，目前此領(lǐng)域研究主要集中在專家系統(tǒng)、模糊邏輯、灰色理論及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等預(yù)測方法。在大數(shù)據(jù)背景下，隨著深度學(xué)習技術(shù)的發(fā)展，可以通過高層次抽象提高負荷預(yù)測精度。為了充分利用大量管網(wǎng)歷史負荷數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習方法，從特征提取和時序預(yù)測等方面對歷史數(shù)據(jù)進行利用[1]。

1.2 管網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)與日常數(shù)據(jù)收集

完整性管理的數(shù)據(jù)收集需要在建設(shè)初期就開始進行，通過相應(yīng)的技術(shù)手段和評價方法對建設(shè)過程中的風險進行預(yù)判，最大程度的保證管道使用過程中的完整性。另外，管道的設(shè)計、建設(shè)、維護等相關(guān)信息，應(yīng)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，便于管理人員對數(shù)據(jù)進行分析，從而做出科學(xué)的決策。數(shù)據(jù)的收集主要包括兩個方面:一是歷史數(shù)據(jù)的收集；二是后期日常數(shù)據(jù)的采集。

（1）歷史數(shù)據(jù)收集。應(yīng)盡量多的收集管道相關(guān)數(shù)據(jù)，為燃氣管道完整性管理提供數(shù)據(jù)支撐。歷史數(shù)據(jù)包括管道建設(shè)初期的設(shè)計資料和圖紙、周邊地區(qū)的地形圖、施工檢測報告、驗收報告、選用材料證書、參考的各種規(guī)程規(guī)范等。

（2）日常數(shù)據(jù)采集。收集日常定期檢查數(shù)據(jù)，管道在交工投入使用后應(yīng)當進行定期檢查，做好定期檢查過程中的數(shù)據(jù)收集。外腐蝕對于管道的壽命有著嚴重的影響，因此外腐蝕評價可以直接用于管道完整性管理的風險評估。但由于城市燃氣管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，給定期檢查帶來了很大的挑戰(zhàn)，如果依然延用過去逐個檢測的方法，不但會浪費大量人力物力，而且容易延誤對管道的修復(fù)時間，導(dǎo)致某些已經(jīng)出現(xiàn)問題的管道無法得到及時有效的修復(fù)。因此需要制定特殊的檢測方案，并配套相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備。目前外腐蝕的情況評價主要從以下五個數(shù)據(jù)來判斷：①外部防腐層的腐蝕情況（與建設(shè)初期的厚度進行對比）；②陰極的腐蝕情況；③土壤環(huán)境（土壤濕度、酸堿性等等）；④雜散電流干擾情況；⑤管道內(nèi)部泄漏情況監(jiān)測。城鎮(zhèn)管網(wǎng)的檢測需要使用多種儀器進行配合，并且對檢測的精細程度也有一定的要求。例如，檢測的時候，應(yīng)當以陰極的腐蝕情況作為出發(fā)點，對于某些間隔太小的管道，可以使用試片法檢測。目標管道的防腐層腐蝕情況通過電位梯度法進行分析。雜散電流容易使防腐層破壞，可以通過管路線上交流電壓的變化看出，但是需要使用精確度更高的專用電流表。實際檢測時要重點關(guān)注防腐層的厚度較小和雜散電流電壓較大的位置，要做到以陰極保護為主，用檢測手段來輔助，使評價過程更加的高效，評價結(jié)果更加的貼近實際[2]。

（3）收集日常風險因素數(shù)據(jù)。風險因素的相關(guān)數(shù)據(jù)收集是管道完整性管理過程中非常重要的一環(huán)。目前我國對于管道完整性管理的風險評估主要使用半定量評價方法。半定量評價方法的原理是肯特完整性管理模型，應(yīng)用到實際中可以把管道使用過程中的風險因素分為以下幾個部分，日常需對風險因素數(shù)據(jù)進行定期收集。①第三方的破壞風險；②自然腐蝕風險；③設(shè)計不合理風險；④施工過程操作失誤風險。

（4）收集日常維修、事故數(shù)據(jù)。收集日常生產(chǎn)運行維護期間管線檢測、維護、事故案例及應(yīng)急搶修等歷史數(shù)據(jù)，能夠為管網(wǎng)完整性管理提供更加安全的搶修方案，從而制定有效的解決辦法。其主要包括:①高風險管道維修方案的收集；②管道維修的管理數(shù)據(jù)；③管道維修的技術(shù)數(shù)據(jù)。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用展望

2.1 多源數(shù)據(jù)融合

多源數(shù)據(jù)融合是多學(xué)科新技術(shù)的集成與應(yīng)用，其包括數(shù)據(jù)層融合、特征層融合、決策層融合，為從設(shè)計數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)中提取表征設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)特征提供了有效途徑。隨著多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)的廣泛應(yīng)用，目前已有的數(shù)據(jù)融合方法種類有限并具有很大的局限性，而且不同數(shù)據(jù)源、不同精度的數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)融合帶來了極大挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展適用范圍廣、融合精度高的數(shù)據(jù)融合方法將是數(shù)據(jù)融合技術(shù)未來的研究方向。另外，數(shù)據(jù)標準化和數(shù)據(jù)互操作技術(shù)是促成多源數(shù)據(jù)融合在天然氣管網(wǎng)中推廣的關(guān)鍵。大數(shù)據(jù)背景下，多源數(shù)據(jù)融合在天然氣管網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)測和維護中能夠降低數(shù)據(jù)不確定性，提高準確率，具有重要價值。

2.2 綜合信息平臺建設(shè)

天然氣管網(wǎng)綜合信息平臺集數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)融合、設(shè)備管理、通信管理、運行維護、管網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度優(yōu)化、智能分析、健康評估和預(yù)測等功能于一體。隨著大數(shù)據(jù)背景下市場需求和新技術(shù)的快速發(fā)展，未來天然氣管網(wǎng)綜合信息平臺將朝著集成化、規(guī)?；⒅悄芑?、標準化的方向發(fā)展。多源特征融合是構(gòu)建綜合信息平臺的基礎(chǔ)，大規(guī)模管理是綜合信息平臺的主要特征。數(shù)據(jù)采集多樣化、監(jiān)測評價智能化、決策優(yōu)化化、模塊開發(fā)標準化是大型設(shè)備管網(wǎng)綜合信息平臺建設(shè)的發(fā)展趨勢。綜合信息平臺是實現(xiàn)天然氣管網(wǎng)合理配置、安全可靠、優(yōu)化高效的重要途徑[3-4]。

3 結(jié)語

在大數(shù)據(jù)背景下，通過充分分析和利用天然氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)，可以提高管網(wǎng)管理水平，提高各方面效益，管網(wǎng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用具有良好的前景和巨大的潛力。通過結(jié)合具體的功能需求確定算法及其使用方法，并進一步結(jié)合使用需求完成平臺開發(fā)，可以更加充分地挖掘數(shù)據(jù)價值，進一步對管網(wǎng)的調(diào)度與管理進行優(yōu)化，具有重要的工程實際意義。