物联网技术在城市管道燃气系统中的应用研究
赵大朋
[摘 要]为提高数字化技术在城市天然气管网建设与运维管理中的应用。本文采用基于二三维相结合的GIS技术，集成现有外系统，叠加管网实时生产数据信息，创新性地建立了新型城市数字化天然气管网信息系统。
[关键词]数字化；城市天然气管网； GIS技术
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0349-01
引言
中海石油气电集团有限责任公司（简称“气电集团”或“气电”）是中国海洋石油总公司（简称“总公司”）经营与管理城市然气等六大板块业务的全资子公司，在响应总公司建设“数字海油”的基础上提出建设 “数字管网”、“数字场站”等“数字气电”的目标。“数字管网”是以信息基础设施为基础，以多尺度多种类的空间基础地理信息为支撑，按照数字地球的构想充分利用高新技术，构筑一个数字化平台，集成管道的各种信息，为管道建设与管理提供一个科学、高效的管理工具。
1 城市管网的现状与特点
1.1 城市管网特点
准确把握城市管网特点是建设城市管网数字化系统的重要前提条件，城市管网一般具有以下特点：
（1）城市管網具有隐蔽性，大部分管线都埋设于地下明显标记相对稀少，对管线的维护需要有准确完整的管线资料；
（2）城市管网具有复杂性，整体来说城市管网是一个庞大的网络系统，当其中一处发生故障时，将对周围管网等产生重大影响；
（3）城市发展日新月异，城市管网在也不断地改建、扩建和更新，尤其是城镇化进程神速，城市管网的布设范围、密度不断增大，因此管网数据也要动态更新。
1.2 城市管网管理现状
随着经济和社会的高速发展，城市管网管理工作也取得了很大进展，但由于历史和现实的种种原因，城市管网管理仍滞后于城市建设和信息化发展水平，城市管网传统管理方式主要存在以下问题：
（1）长期以来因历史和现实多种因素的影响，存在重地上、轻地下、重审批、轻监管、重建设、轻养护的倾向，已不能满足城市现代化管理的需要；
（2）城市管网缺乏统一管理，城市管网资料以图纸、图表等纸介质记录保存和管理，资料不全、查询不便、更新速度慢，造成信息与现状不符；地下管网信息分类存放，很难以直观的形式表达管网的综合状况，不能满足规划、管理和施工的需求；管线种类繁多，产权投资分属管理，各部门缺乏统一协调，造成重复开挖，“拉链式道路”不断出现，影响道路使用寿命，造成大量的施工事故和经济损失。
（3）城市管网的有效监管力度不够。主管部门在要求施工单位按规定移交相关资料方面缺乏有效手段，无法形成统一的城市管网信息的档案系统；难以对现有的信息进行深层次的综合统计和分析，不能给决策部门提供全面的决策信息。
2 数字化技术在城市天然气管网中的应用
2.1 实际应用案例
在前期研究的基础上，将中海油气电集团几家天然气公司的数据整合到城市数字化天然气管网信息系统上，实现不仅可以查看整个城市天然气管网的布局，还可以定位到企业，查看企业实时生产动态。
2.2 三维GIS及场景全息化管理
系统搭建三维全息平台，纳入气电集团管网路由及项目公司位置信息。将集团所有已建、在建规划中的管线、场站集成在全息平台上，通过全息平台，可清楚的了解、查看集团业务分布情况。实现了对集团公司及下属项目公司的分布情况的宏观掌控。
系统能够快速定位到各项目公司，查看各项目公司的三维场景。通过多种方式在三维场景中漫游，可以全方位、多视角、立体化的观察厂区、设备、工艺流程等三维场景信息，实现在三维场景中查询设备设施的地理位置、基本属性等信息。
2.3 管道完整性管理
系统通过数据采集与控制系统、全球定位系统、地理信息系统、业务管理信息系统、计算机网络和多媒体技术等手段，对管道资源、环境、社会、经济等各个复杂系统的数字化等信息集成整合[12]，实现城市管网的三维可视化管理，具体实现了如下功能：
（1）管道走向信息三维展示
系统通过整合管道的走向数据，同时通过融入遥感影像数据，宏观上能够展现整个管道设施在地理上的分布位置及走向，包括途经的行政区域、河流、山脉等情况。
（2）地下管网数据三维可视化查看
通过整合管道业务数据，在微观上能够以俯视剖切、侧面剖切和自定义剖切等多种方式展现具体某段管线在地下埋设的管体情况（如焊缝、弯管、埋深等）、三桩一牌等情况。
（3）管道穿跨越及其他附属工程可视化监查
提供对隧道、穿跨越、水工保护及其他重点附属工程的三维可视化查询，将穿跨越工程图纸和施工数据通过数字化手段转变为真实的三维模型，可通过剖切查看其工程尺寸、埋设情况、多层地质等信息。
（4）管道业务属性三维可视化管理
通过整合管道业务数据，对于大量的管线及设施数据，按照线路关系、行政区划、组织机构、施工标段在三维场景中查询管线、阀门、焊缝、站场、隧道、穿越、三桩一排、水工保护、固定墩、绝缘接头、违章占压等信息，实现所见即所得的关联查询，并能将查询结果以表格、图形等方式进行显示，支持打印或导出。
（5）管线设施综合查询
实现综合查询功能，可以通过查询范围、起始点、里程等信息查询所需信息，在显示的结果列表里直接点击管线设施名称，就能直接定位到三维场景里，显示其详细属性信息。
2.4 生产数据监控整合管理
城市管网数字化系统将几家天然气分公司SCADA系统、地理信息系统、GPS系统、智能抄表系统等生产运营管理系统的实时数据进行整合与可视化监控管理。
（1）实时生产数据监控
一方面，基于三维可视化平台，可通过列表方式展现气电集团各企业整合的各类生产监控数据，可按照企业、专业系统、所属区域、监测数据项等分类方式进行查询与管理。另一方面，在三维场景中点击任一监测点，即可实时获取当前监测信息。
（2）场站生产数据管理
1）设备装置查询管理
系统可对气电集团各个场站内设备设施进行分类管理，并可在三维场景中，采用所见即所得的方式查询设备设施的基本属性信息。
2）工艺流程参数管理
系统可实现各项目公司主要工艺流程的可视化管理，将纸质PID图纸中的工艺流经过程动态展示，包括管线流动效果的动态展示、流经设备的工作参数和状态管理等。系统支持暂停功能，可以实时改变观察角度，对场景中流经装置设备的名称和属性参数进行查询。
3）监控报警管理
系统可对主要生产数据，如：压力、流量等参数设置上下阈值，当超过或低于临界量时，系统能迅速在三维场景中定位异常点所在工艺区域及设备，并发出报警，如图10所示。系统还可自动弹出相关异常处理方法等信息。
2.5 工业视频监控整合管理
系统将各项目公司的视频监控系统数据进行整合，用户能够在三维场景中对厂区所有摄像头分布情况一目了然。选择某一摄像头，不仅可以弹出窗口，實时显示现场工业视频监控系统的视频画面，并控制云台，调整摄像头的转向、景深、焦距等，还可以根据当前该视频设备的云台参数，模拟显示与视频监控对应范围和内容的三维全息画面，用户可以将视频画面与三维全息场景进行比对。
3 结论
城市然气管网系统数字化是未来的一个重要发展方向，以二三维一体化GIS为基础，集成管网、管网运行实时数据、调度、监测、营业、办公审批等各项业务，形成管网与运营、服务集成的系统。数字化系统建设以数据为基础，以管理为中心，以服务为桥梁，以业务为导向，以集成为目标，实现城市管网系统全面数字化。
参考文献
[1] 安迪，易文虎.基于ArcEngine的三维 GIS 演示系统实现的研究[J].甘肃科技，2013，29（11）：48-52.
[2] 张昀，李朋江，段晓云，张瑜春.天然气生产管网数字化管理技术开发[J].石油化工应用，2011，30（8）：53-55.
