劉銘炎

(潮州市潮安區(qū)中凱聯(lián)達(dá)燃?xì)夤芫W(wǎng)有限公司，廣東 潮州 515646)

0 引言

2022年4月國家出臺“十四五”《能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，規(guī)劃明確提出了推動能源行業(yè)數(shù)字化和智能提升的任務(wù)，為此建立完善的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息安全體系，以加速能源行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是當(dāng)務(wù)之急。黨的二十大明確提出“推動新型工業(yè)發(fā)展”“加速建成數(shù)字中國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國”等系列重大決策戰(zhàn)略部署，為實(shí)現(xiàn)全方位建成社會主義現(xiàn)代化大國的宏偉目標(biāo)給出了強(qiáng)有力的指導(dǎo)，為未來五年乃至更長時期的工業(yè)和信息化蓬勃發(fā)展打下了扎實(shí)的基石。因此，數(shù)字化和智能化發(fā)展已成為城市燃?xì)庑袠I(yè)面臨的重大課題。

1 智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺的建設(shè)背景

中凱聯(lián)達(dá)公司燃?xì)夤艿冷佋O(shè)至今已十余年，公司的中控系統(tǒng)、管網(wǎng)巡線系統(tǒng)、客戶終端監(jiān)測系統(tǒng)等平臺設(shè)施也使用了一定年限，如今面臨著系統(tǒng)各自獨(dú)立、信息孤島、數(shù)據(jù)無法互聯(lián)互通的問題，缺少統(tǒng)一的管理平臺，各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不能高效地共享與更新，不便于整體把握管道狀態(tài)[1]。通過進(jìn)行智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺建設(shè)，所有的數(shù)據(jù)采集都是自動化的，并且可以根據(jù)日常的生產(chǎn)需求和業(yè)務(wù)流程，自動生成我們需要的數(shù)據(jù)，確保企業(yè)的數(shù)據(jù)實(shí)時可用性。同時，多數(shù)據(jù)源集成于指揮調(diào)度大屏，當(dāng)有緊急情況發(fā)生時，可以快速根據(jù)問題點(diǎn)做出跨部門的響應(yīng)，更直觀、方便地與其他部門員工進(jìn)行聯(lián)動，相互配合處理。

作為城市燃?xì)庑袠I(yè)的企業(yè)，中凱聯(lián)達(dá)公司對數(shù)字化轉(zhuǎn)型和科技創(chuàng)新尤為重視。燃?xì)夤芫W(wǎng)是一個縱橫交錯的巨大網(wǎng)絡(luò)，公司因發(fā)展原因管網(wǎng)升級改造頻繁，由于燃?xì)夤芫W(wǎng)多埋于地下，且相鄰管線錯綜復(fù)雜，導(dǎo)致在進(jìn)行搶修和決策時不能迅速分析判斷故障點(diǎn)和故障影響范圍，且管網(wǎng)管線地下埋設(shè)難以探測管壁、管質(zhì)材料等特質(zhì)，燃?xì)夤芫W(wǎng)CAD圖紙和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)資料繁多，維護(hù)耗費(fèi)人工、時間量巨大，管網(wǎng)信息化過程中缺乏有效的資料存檔和更新，造成事故發(fā)生時無法針對管網(wǎng)目前全方位信息的評估。因此，在提高管理、決策、事故處理能力水平方面，該公司積極向數(shù)字化，智慧化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建設(shè)以5G+智慧燃?xì)夤芫W(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺可謂勢在必行[2]。

2 智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺的設(shè)計(jì)

5G+互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，為燃?xì)庑袠I(yè)的數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型創(chuàng)造了可靠的環(huán)境，它的高速傳輸、廣覆蓋范圍、低時延和安全特性，使得5G與智慧設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等新型信息完美結(jié)合，并且?guī)矶喾N新場景、應(yīng)用、產(chǎn)品和商業(yè)模式，利用5G高速傳輸可以有效解決數(shù)據(jù)傳輸能力不足、設(shè)備通訊及時性不足、采集成本過高等問題，從而提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能。通過大數(shù)據(jù)平臺底座能力整合現(xiàn)有管網(wǎng)全要素地理信息系統(tǒng)、SCADA、廠站控制系統(tǒng)、視頻AI智能監(jiān)控、人員巡檢WEB/APP、用戶管理，報(bào)表管理及設(shè)備資產(chǎn)管理臺賬應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全場景調(diào)度指揮為中心的全業(yè)務(wù)融通管理平臺，實(shí)現(xiàn) “全場景智慧燃?xì)庖粡垐D展示”。通過實(shí)時采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和GIS系統(tǒng)提供的管網(wǎng)全要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，搭建統(tǒng)一的全場景調(diào)度綜合指揮管理平臺。5G應(yīng)用示意圖如圖1所示。

圖1 5G應(yīng)用示意圖

智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺的設(shè)計(jì)將以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，總體框架科學(xué)、合理應(yīng)對城市管網(wǎng)、場站等發(fā)生的各類燃?xì)獍踩鹿剩弥悄苁謾C(jī)及車輛定位系統(tǒng)，構(gòu)建快速反應(yīng)、科學(xué)分析、統(tǒng)一指揮、處置的智能應(yīng)急平臺，提升應(yīng)急處置能力，實(shí)現(xiàn)安全預(yù)防、快速的應(yīng)急搶修過程。實(shí)現(xiàn)運(yùn)營資源(人員、車輛、物資等)的統(tǒng)一集成，讓管理人員可以快速掌握管網(wǎng)內(nèi)運(yùn)營資源的分布狀況及活動狀態(tài)，便于職能部門對公司內(nèi)部所有信息資源的統(tǒng)一管理。

3 智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺基于GIS應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)對接

通過數(shù)據(jù)庫、API接口、日志等方式接入客戶管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)接入?yún)f(xié)議支持配置數(shù)據(jù)源等方式完成。在數(shù)據(jù)接入層面，可以對接中控、scada、視頻監(jiān)控、地理信息、管網(wǎng)巡線系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，也可以對接裝備物聯(lián)網(wǎng)平臺，獲取設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)。OPC UA技術(shù)是一種用于控制設(shè)備和應(yīng)用的技術(shù)，它的全稱是Object Linking and Embedding。出于方便自動化行業(yè)中不同廠家的產(chǎn)品和軟件之間交換數(shù)據(jù)，規(guī)定了某個操作系統(tǒng)的接口函數(shù)，即OPC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。OPC是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，它能夠通過一致的方式訪問來自各個廠商的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并用于在產(chǎn)品和軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.2 GIS應(yīng)用技術(shù)底層

本系統(tǒng)采用基于WebGL的地圖引擎。Cesium提出了一種全新的二三維地圖展示方式，它可以支援球面和平面模式，并且能夠?qū)崿F(xiàn)出色的三維圖形標(biāo)繪和交互功能，以及場景模擬表達(dá)能力，具有卓越的性能、精度、視覺質(zhì)量和易用性，可以顯示海量的三維模型數(shù)據(jù)分析信息、影片數(shù)據(jù)分析信息和矢量數(shù)據(jù)信息，其中三維模型格式支援gltf，三維瓦片建模格式支援3d tiles，矢量數(shù)據(jù)信息支援geojson和topojson格式，為用戶帶來更加便捷的地圖展示體驗(yàn)。數(shù)據(jù)支持Wmts和STK格式，可以提交高程信息。

3.3 信息系統(tǒng)

基于國家大地2000坐標(biāo)系，綜合物探科學(xué)技術(shù)、測量技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)，構(gòu)建了一個完整的地理數(shù)據(jù)庫，用于收集和分析地下管線的空間信息。為了適應(yīng)現(xiàn)代城市復(fù)雜多變的環(huán)境，北斗地面增強(qiáng)型CORS管理系統(tǒng)可以提供更精確的定位服務(wù)，從而有效地改善燃?xì)夤芫W(wǎng)的管理效率[3]。

3.4 硬件平臺

中控系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)：為確保中控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，對中控系統(tǒng)采取內(nèi)網(wǎng)訪問方式，堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)不直接出外網(wǎng)原則，通過配置內(nèi)網(wǎng)前置機(jī)抓取中控系統(tǒng)報(bào)表數(shù)據(jù)，同時通過配置網(wǎng)閘將中控主機(jī)和內(nèi)網(wǎng)前置機(jī)與外網(wǎng)進(jìn)行物理隔離，以確保中控系統(tǒng)的安全。平臺安全方面，將平臺部署在潮州聯(lián)通等保安全機(jī)房，并按照國家等保二級防護(hù)要求，配備云防火墻、日志審計(jì)和主機(jī)安全防護(hù)，同時提供等保二級測評服務(wù)且取得測評證書，確保平臺的安全、合規(guī)性。

3.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對獲取到的GIS地理數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，使其滿足平臺加載與渲染顯示的標(biāo)準(zhǔn)，如進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換等。GIS地理數(shù)據(jù)與地圖底圖等可能存在坐標(biāo)系不一致的情況，在平臺展示過程中，如果二者需要疊加顯示，就需要對坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，滿足項(xiàng)目的地圖投影要求。針對燃?xì)夤艿兰案浇鼧?gòu)筑物等，通常是采用外業(yè)勘測工作，形成地形圖。普遍采用CAD等軟件進(jìn)行繪制，并保存為dwg等通用格式。而系統(tǒng)展示時通常是采用shapef ile、geojson等格式進(jìn)行地理信息發(fā)布，形成滿足OGC標(biāo)準(zhǔn)的地理服務(wù)。

3.6 數(shù)據(jù)入庫及發(fā)布服務(wù)

對符合質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫。包括創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫、建立數(shù)據(jù)表空間、數(shù)據(jù)入庫等操作，結(jié)合基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，根據(jù)OGC標(biāo)準(zhǔn)提供地圖要素服務(wù)接口，支持的常用服務(wù)發(fā)布功能，發(fā)布成功的底圖服務(wù)，地圖服務(wù)的核心元數(shù)據(jù)，支持加載多種地圖底圖，主要包括矢量地圖、影像地圖、地形圖，支持鼠標(biāo)點(diǎn)擊管網(wǎng)、場站信息，實(shí)現(xiàn)高亮顯示選中要素，并展示要素屬性查詢結(jié)果，支持基礎(chǔ)信息編輯維護(hù)。應(yīng)用架構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 應(yīng)用架構(gòu)示意圖

4 智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺子系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 大屏應(yīng)急指揮系統(tǒng)

集成氣源站中控報(bào)警、scada報(bào)警、出站及客戶流量計(jì)參數(shù)、客戶狀態(tài)(在用/未用)、氣源點(diǎn)供氣壓力監(jiān)控、管道末端壓力監(jiān)控、中控系統(tǒng)流量曲線圖、管網(wǎng)人員位置、每巡線完成率、管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)上報(bào)、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)信息、安防監(jiān)控等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一屏全面掌握運(yùn)營管控實(shí)時情況。

4.2 場站管理系統(tǒng)

場站工藝流程以組態(tài)畫面的形式展示出來，并且即時展示流量、氣壓、溫度、流向、濃度、啟閉等技術(shù)參數(shù)和主要設(shè)備狀況，以及重要設(shè)施設(shè)備的安全運(yùn)行情況，對于日常主要記錄參數(shù)整體顯示在一張表上，同時場站以3D建模方式實(shí)現(xiàn)整體效果圖，通過現(xiàn)場測繪獲取各場站的全景和設(shè)備模型素材，并利用數(shù)字化建模技術(shù)優(yōu)化模型數(shù)據(jù)，將其分塊，實(shí)現(xiàn)立體化的畫面展示。

4.3 管網(wǎng)管理系統(tǒng)

定制燃?xì)夤芫W(wǎng)巡線系統(tǒng)，實(shí)時展示巡線點(diǎn)位、調(diào)度、查詢實(shí)時軌跡與建立提醒機(jī)制。巡檢人員可以通過手機(jī)AP實(shí)時上報(bào)發(fā)現(xiàn)的隱患信息，管理者可以在電子地圖或手機(jī)上查看相關(guān)情況。此外，根據(jù)隱患的具體情況，系統(tǒng)還會生成處理工單，并及時派發(fā)給維護(hù)人員。維護(hù)人員可以隨時接收處理信息并上傳。采用JeecgBoot前后端分離架構(gòu)，解決大量開發(fā)重復(fù)性工作，精準(zhǔn)快速分析業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，使業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與實(shí)際業(yè)務(wù)高度結(jié)合。開發(fā)時靈活配置，大大提高效率，降低成本。采用MySQL高容量、高可靠性的海量數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)安全性高監(jiān)控性高。

4.4 客戶管理系統(tǒng)

客戶管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接包括報(bào)表查詢中廠家名、時間、溫度、壓力、工況流量、標(biāo)況、IC卡余額、抄表累積量、累積量上限和下限、今日累積量、昨日累積量、今日IC卡扣除量；曲線查詢中實(shí)時流量分析、日累計(jì)流量分析、周累計(jì)流量分析等分析數(shù)據(jù)；通過定義IC卡余額預(yù)警規(guī)則，溫度、壓力上下限對客戶使用燃?xì)馇闆r提前預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對客戶數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)管理。

4.5 管網(wǎng)巡檢APP

巡檢人員通過GPS巡檢APP實(shí)時上報(bào)(位置、描述、照片等)，生成隱患處理工單；支持在閥門信息采集中編輯閥門編號和狀態(tài)；支持查詢中控報(bào)警系統(tǒng)信息、編輯狀態(tài)及上報(bào)異常事件；支持繪制管網(wǎng)巡線軌跡。采用vue2.0前端開發(fā)框架，調(diào)用uni-app前端應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)可同時多個平臺運(yùn)行，組件化開發(fā)，數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)相分離，代碼量少，提升開發(fā)效率。單頁面應(yīng)用，頁面局部刷新，加快訪問速度，提升用戶體驗(yàn)。

4.6 爆管分析

根據(jù)客戶使用壓力檢測及管網(wǎng)供氣壓力之間的差異系統(tǒng)將會迅速自動分析，界面將顯示受影響的區(qū)域范圍、管道位置及管徑、控制閥門、影響客戶數(shù)量、客戶名稱以及預(yù)估的供氣量，并能夠第一時間響應(yīng)在最近管網(wǎng)巡線人員，這將有助于應(yīng)急中心管理人員快速指揮搶修搶險(xiǎn)部門進(jìn)行處理，降低管網(wǎng)被第三方破壞造成的影響，確保人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。爆管分析示意圖如圖3所示。

圖3 爆管分析示意圖

5 結(jié)語

通過中凱聯(lián)達(dá)智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺建設(shè)，以燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)營調(diào)度各項(xiàng)核心業(yè)務(wù)為主要抓手，通過GIS應(yīng)用全要素作為地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)的數(shù)字化機(jī)制，以大數(shù)據(jù)平臺底座靈活可拓展能力，對管網(wǎng)升級改造歷史數(shù)字化，管網(wǎng)異常歷史數(shù)據(jù)分析總結(jié)規(guī)律和應(yīng)對措施預(yù)案，建立針對管損、爆管、氣體泄漏等緊急情況的響應(yīng)機(jī)制，搭建配置以GIS為基礎(chǔ)的應(yīng)急指揮、scada、管網(wǎng)巡線、中控設(shè)備管理、視頻AI監(jiān)控等信息系統(tǒng)，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流通，信息協(xié)作來作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型。智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺的建設(shè)及投入應(yīng)用，將公司獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一對接，實(shí)現(xiàn)在同一個平臺滿足對多個平臺的數(shù)據(jù)需求，通過加大工業(yè)信息化的投入，系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效，加快數(shù)字化、智能化改造。該項(xiàng)目從調(diào)研、設(shè)計(jì)、研發(fā)到落地交付，經(jīng)過10個月的奮戰(zhàn)搭建起全場景、全天候、全定制的智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺，為公司安全生產(chǎn)、運(yùn)營管理、指揮調(diào)度提供了數(shù)字化工具。經(jīng)評估，該平臺目前達(dá)到全省同行業(yè)標(biāo)桿領(lǐng)先水平，助力企業(yè)數(shù)字化建設(shè)實(shí)現(xiàn)了從1.0到3.0的跨越，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。隨著此次中凱聯(lián)達(dá)智慧燃?xì)獯髷?shù)據(jù)平臺順利上線，未來將在集團(tuán)旗下子公司全面推廣應(yīng)用，為當(dāng)?shù)靥沾尚袠I(yè)供應(yīng)燃?xì)夥?wù)保駕護(hù)航，在鞏固信息安全底座的同時，也助力集團(tuán)在國家雙碳政策下齊頭并進(jìn)。同時，該項(xiàng)目建設(shè)也可供全國范圍內(nèi)的燃?xì)夤就茝V應(yīng)用，擴(kuò)大應(yīng)用價值。