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城市燃气管网智能巡检系统的应用研究
  截至2021年底，北京市有燃气管道7295km、阀门井6763座、凝水缸2636个、调压站646座、调压箱3086座。2021年，北京市燃气集团输配分公司在全北京市燃气管网安装巡检管理系统。虽然提升了管网运行到位率和检查质量，对管网运行管理工作起到一定作用，但还存在不合理的因素，有待进一步改善。如管道运行和调压站运行各一套系统，运行人员拿两个巡检仪不方便；出现问题没有解决方案，不能快速解决问题；没有对数据的分析，并从中找出一些规律性的问题来，预防事故的发生。
1 北京市燃气输配系统的运行管理
    为了确保输配系统不间断地、可靠地给用户供气，在运行管理方面应是在安全的状况下，依据管道的压力级制规定检查周期，按计划对管道、阀门井、凝水缸、调压站、调压箱运行状况，填写记录，对存在的问题及时修复或上报，并对设备进行定期维护保养。
1.1 燃气管道的运行管理
    ① 燃气管道的运行计划：管道系统在投入运行前必需完成试压、吹扫等工序，投入运行后必需定期检漏、清洗及进行日常修理保养。它包括管道、阀门井、凝水缸，其运行按照管道压力级制、重要程度、已使用年限、腐蚀程度等因素，由高到低分设一、二、三、四共四个等级。压力p≥0.8MPa，天天巡检一遍，等级为一级；压力p≥0.01MPa，每周巡检两遍，等级为二级；压力p≤0.01MPa，每周巡检一遍，等级为三级，此压力级制通气一个月内运行合格的，每两周巡检一遍，等级为四级。
    ② 燃气管道运行内容：管道安全保护距离内不应有土壤塌陷、滑坡、下沉、人工取土、堆积垃圾或重物、管道裸露、种植深根植物及搭建建(构)筑物等。
    ③ 燃气管道设备(阀门井、凝水缸)的运行内容：应定期检查设备，有无燃气泄漏、损坏等现象，阀门井应无积水、塌陷，无妨碍阀门操作的堆积物等。
④ 燃气管道运行信息录入内容：运行日期、时间、部位、基本状况；隐患、违章、险情及处理方法；配合施工工程对燃气管道的保护措施等。
1.2 燃气调压站、箱的运行管理
    ① 燃气调压站、箱的运行计划：运行人员应每日对管辖区域内调压站、区域调压箱巡检；锅炉用调压箱冬季每周巡检一次，其他时期每月巡检一次；楼栋式调压箱每月巡检一次。
    ② 燃气调压站、箱的运行内容：调压装置的巡检内容应包括调压器、过滤器、安全放散设施、仪器、仪表等设备的运行工况，应无泄漏等异常状况，一般在日常改换压力记录纸的同时对设备及附件进行检查。
    ③ 燃气调压站、箱运行信息录入内容：站(箱)名称、运行日期、时间、部位、运行压力、异常状况、处理方法等。
2 现有巡检管理系统的使用状况
    2021年，输配分公司在全市燃气管网安装巡检管理系统。其中每座调压站各安装3个射频卡，每座调压箱、阀门井各安装1个射频卡，截至2021年底共安装11787个射频卡。现有巡检系统的特点是可以对巡检人员实施有效的监督。它可以准确了解运行人员巡检到位状况并进行记录和考核。但还存在着管理上和技术上的缺陷，如人为因素较多；对巡检工作内容无法进行有效监督；管理不便，不能够及时准确地反映线路设备的运行状况。
    具体分析如下：
    ① 现有巡检系统仅记录了时间、地点，只能起到考勤打卡作用，不能确保巡检检查的质量。假设巡检人员责任心不强，会带来管网和设备漏检或漏项问题。现有系统对巡检人员是否对管网上的每一个设备、项目进行认真检查、对巡检人员的工作质量不能作出准确的定量考核。
    ② 无法全面采集管网运行的一线数据，如设备正常状况(设备开启状况)，设备缺陷状况(设备漏气、管道隐患)等。由于现有巡检体系不够科学规范，人员素养的凹凸对巡检质量影响很大。受巡检人员知识和经验的限制，检查效果和数据记录的质量参差不齐。并且由于采纳人工纸记录方式，存在记录的不准确性，容易产生漏记、误记的问题。
    ③ 现有系统没有灵活的巡检任务管理功能，缺乏缺陷巡查的应对方案，对已发现的问题没有处理方案和反馈记录。
    ④ 现有系统对各类数据很难进行快速有效的统计分析，无法对管网设备现状作出全面准确的评估。每次巡检后都会产生大量的巡检检查记录，要对这些记录中的数据进行收集、处理、分析，具有相当大的工作量，而且巡检原始记录储存、查询困难。
    ⑤ 现有系统是单机运行，无法做到不同部门之间的信息资源共享。
    ⑥ 现有巡检系统不属于实时数据采集系统，缺乏巡检细节描述，缺乏后续数据分析处理能力。
    通过上述分析，我们发现燃气输配分公司目前采纳的人工巡检，手工记录并辅助以巡检仪进行巡检修理的这种体系架构很难解决上述问题。
3 燃气管网智能巡检系统的应用研究
    巡检工作的目的就是在故障发生前尽可能早地发现隐患，并及时准确地汇报和处理。依据北京市燃气输配系统的实际运行管理状况，在现有巡检系统的基础上，本课题作了进一步的分析研究，将现有巡检管理系统进一步扩展为智能巡检管理系统。即：基于个人数字助理PDA(Personal Digital Assistant)、全球定位系统GPS(Global Positioning System)和通用无线分组业务GPRS(General Packet Radio Service)等技术的巡检管理系统解决方案，智能巡检系统基于GPS和GPRS技术，构建了PDA巡检终端和燃气管网巡检指挥调度中心。通过对管网运行管理实施动态实时监测，更好地督促和配合巡检工作的完成，进一步确保管网的安全稳定运营。
3.1 系统分析
3.1.1 必需求分析
    ① 能及时、准确和可靠地反映供气管网和主要设备的实际运行状况。全面采集管网运行的一线数据，如设备正常状况(设备开启状况)，设备缺陷状况(设备漏气、管道隐患)等。通过智能巡检系统，建立规范科学的燃气管网巡查检修体系。
    ② 能够对巡检人员实施有效的监督管理。目前对巡检人员的管理监督都是沿用传统的“人管人〞的模式，实际操作中易受到人为因素的影响，巡检工作中不可避免地会出现监管的空白和漏洞。通过智能巡检系统将原来的人监督人模式转化为计算机监督的先进模式，真正做到巡检管理监督工作的铁面无私，解决了对一线安全检查人员实施有效监督管理的难题。提升了安全管理水平，杜绝了人为因素在安全工作中造成的隐患。
    ③ 针对供气设施突发缺陷，在智能巡检系统中建立缺陷巡查应对方案，提供专家指导功能和更灵活的调度管理功能。
    ④ 通过智能巡检系统的数据处理功能，能够对燃气管网的各类数据进行快速有效的查询、统计和分析，从而对管网设备现状作出全面准确的评估。
    ⑤ 通过智能巡检系统的数据网络接口，可以利用Internet或Intranet将巡检数据和分析报表等传送到有关部门，实现安检信息与其他各种安全管理系统的整合和信息共享，为进一步的决策支持系统打下合格的基础。
3.1.2 可行性分析
    从行业发展来看，当前计算机技术和网络通信技术迅速发展，同时随着嵌入式技术的成熟，在大范围内采纳PDA作为巡检作业数据采集工具成为可能。因此，研究和建立PDA巡检终端不再是泛泛之谈。
    从技术方面来看，当前计算机硬件水平的飞速提升以及数据库技术的发展使得计算机具备处理大量复杂数据的能力。
    从经济方面来看，计算机硬件设备和软件的价格逐年在下降，同时随着面向对象开发技术的成熟，开发费用也越来越低。而且无论计算机硬件还是软件都是经用品，一次购置，多年使用。
    因此无论从行业、技术还是经济方面来说，智能巡检系统的研究和建立是可行的，已达到了有用阶段。
3.2 系统制定
    系统制定的原则是充分合计目前实际运用的可能和将来发展的必需要，基于已有系统和组织的实际状况来进行制定。
3.2.1 目标制定
在智能巡检系统中，PDA巡检终端内置GPS接收机，可不断读取到卫星发来的定位信息。巡检工作人员将定位信息运用于巡检线路；将设备检修记录储存于PDA数据库，并通过GPRS将数据实时上传至燃气管网巡检指挥调度中心。燃气管网巡检指挥调度中心可以实时监测巡检人员所处位置及所进行的各项工作任务。面对突发缺陷，PDA巡检终端可将请求查询信息上传至燃气管网巡检指挥调度中心寻求帮助。燃气管网巡检指挥调度中心可将专家库指导下传至PDA巡检终端，实现交互式任务处理(系统整体架构见图1)。