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國家北斗精準服務網在城市燃氣運營管理中的應用探討
博燃網● 2018-11-15
  摘  要:北斗衛星導航系統是我國自主建設、獨立運行的衛星導航系統,可為全球各類用戶提供全天候、全天時的精準位置、精準授時和短報文通信服務。作為我國重要的空間基礎設施,北斗的應用對加強城市燃氣企業構建高效的安全管理體系減少損失有著深遠的影響。本文介紹了北斗衛星導航系統的發展現狀、技術優勢和定位原理,并重點分析北斗精準定位技術在城市燃氣運營管理中的典型應用,為我國城市燃氣事業智慧化發展和技術進步樹立典范。
  關鍵詞:北斗精準定位 燃氣 運營管理 應用
 
1、北斗衛星導航系統現狀
  北斗衛星導航系統是我國自行研發獨立運行的全球衛星定位與通信系統,是繼美國全球衛星定位系統和俄羅斯全球衛星導航系統之后第三個成熟的衛星導航系統。該系統由空間端、地面端和用戶端組成,可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠性的精準位置、精準授時與短報文通信服務。截至目前,我國已成功發射34顆北斗衛星,北斗民用用戶已超過1億,服務覆蓋范圍達到200余個國家和地區,日服務次數約2億次,日活躍用戶約2000萬。
  與其他衛星導航系統相比,北斗衛星導航系統具有7項技術優勢:①導航定位與通信集成,定位和授時精度高,且系統具備雙向短報文通信功能;②覆蓋的范圍廣;③特別適合集團用戶大范圍、遠程監控管理和遠程數據采集、傳輸應用;④融合北斗導航定位系統和衛星增強系統兩大核心資源;⑤采用混合星座定位模式;⑥兼容美國GPS、俄羅斯(格洛納斯)GLONASS、歐盟伽利略(GALILEO),兼容性更強;⑦我國自行研發,自主控制,安全保密。[1]
2、北斗衛星導航系統精準定位原理概述
  北斗衛星導航系統定位原理是根據北斗信號接收機在某一時刻得到的4顆或者4顆以上的北斗衛星的導航電文及其他信息,從中解算衛星的偽距以及對應衛星的位置,采用空間距離交匯的方法求得接收機天線所在點的三維坐標。[2]
  由于衛星運行軌道、衛星時鐘存在誤差,大氣對流層、電離層對信號的影響,使得民用的定位精度只有數十米量級。為提高定位精度,普遍采用差分定位技術(如DGPS、DGNSS),建立地面基準站 (差分臺)進行衛星觀測,利用已知的基準站精確坐標,與觀測值進行比較,從而得出一修正數,并對外發布。接收機收到該修正數后,與自身的觀測值進行比較,消去大部分誤差,得到一個比較準確的位置。實驗表明,利用差分定位技術,定位精度可提高到米級。[3]
3、北斗精準定位在城市燃氣運營管理中的應用
  隨著我國經濟社會的快速發展,城鎮化進程不斷加快,城鎮燃氣已成為基礎性能源,服務功能和作用日益突出,管網規模不斷擴大。截至2017年底,我國城鎮燃氣管網總長度達到76萬公里,由于管網規模持續擴張,管道老化、腐蝕加劇,隨之而來的安全問題面臨巨大挑戰,加之燃氣管網的不可見性,極易遭到第三方施工破壞。據不完全統計,有一半以上的燃氣管網事故是因為缺少精準位置信息而受到第三方破壞。
  安全管理作為城市燃氣企業日常重點工作之一,為提高自身市場競爭力,各地燃氣企業逐漸走向信息化道路,構建更加高效的燃氣安全管理體系。在當前“互聯網+”的背景下,城市燃氣企業不斷響應科技創新的國家政策,以先進的科技“武裝”企業,精準的燃氣管線位置信息已成為燃氣行業發展的重中之重。加之北斗衛星導航系統逐步發展,北斗精準服務在行業中的應用成為其落地的一個重要環節。
3.1燃氣行業北斗應用技術路線
  在北斗精準位置服務的基礎上,將計算機、地理信息系統、互聯網、物聯網、大數據、VR/AR等先進信息化技術與燃氣管網業務流程相融合,結合相應的北斗精準時空數據模塊化應用,利用北斗精準定位終端和管網運行檢測設備融合對接實現采集管網建設及運行過程中,如施工管理、智能巡檢、防腐檢測、泄漏檢測、應急開挖等產生的附有北斗精準時空信息的專業檢測數據,建立城市管網完整性管理平臺。利用管網拓撲分析、管網泄漏分析、管網完整性評估、管網仿真以及管網大數據、管網虛擬現實等信息化技術對數據進行綜合計算和挖掘分析,在統一的云服務基礎上,構建城市燃氣行業各類業務智能化應用以及頂層的決策分析平臺,從而達到及時發現管網設備和管理流程中的安全隱患,預防管網安全事故發生的目的。
  基于北斗精準定位的城市燃氣管網完整性管理總體技術流程如下圖所示:
總體技術路線流程圖
 3.2 北斗精準定位技術在燃氣行業中的應用實踐
  為解決城市燃氣行業普遍存在的問題,北斗精準服務為燃氣管網高風險點提供精準位置信息,創造性地解決了管網高風險點精準位置服務需求。在燃氣管線出現隱患時,北斗精準服務可將技術人員迅速帶到問題管線的位置并進行修復,克服路面積水、障礙物等干擾,并在施工管理、智能巡檢、防腐檢測、泄漏檢測、應急開挖、LNG運輸槽車監控調度等各項生產業務中發揮極大作用,充分提升了管網的安全管理水平,對我國燃氣行業發展和技術進步具有重要的示范作用,北斗精準定位技術在燃氣管網中的具體應用實踐如下。
  3.2.1 施工管理
  管道基礎設施數據采集是新建管道及改線管道精準數據的初始來源,還用于管網數據補充及檢核,保障城市燃氣管道完整性及安全性。根據城市燃氣管網分布、建設等特點,在施工過程中,只有對管網的焊縫、彎管、三通、穿跨越、閥門等高風險點進行精準定位,才能有效保證工程數據的準確性與完整性,實現高效率的施工,有效把狀態數據對應到具體的管網高風險點上。利用北斗精準定位技術快速對管線關鍵節點數據進行采集,獲取精準位置信息,并對施工現場相關照片進行保存,實現當天采集數據,當天即可上載和共享,有效完善工程數據,為工程精細化管理提供精準數據支撐,利于分析整個施工作業進度。
  3.2.2 智能巡檢
  管線巡檢作業面積大、線路長、環境復雜,需要巡線工作人員對轄區內管線位置十分熟悉;巡線人員無法準確判斷現場施工及占壓是否對管線安全造成影響;巡檢過程中,基于紙面的信息難以及時反饋至管理人員,無法應對復雜多變的現場情況。為有效避免與降低事故的發生,燃氣企業需定期巡視、檢查管網,保證燃氣輸送的安全,防止第三方施工破壞、違規占壓、偷氣、漏氣等現象發生,燃氣管網巡檢是城市燃氣管網安全運行的重要工作之一。
  北斗精準定位移動終端設備替代手工記錄和傳統終端設備,將北斗精準位置服務結合各類管線巡檢業務流程,可實時記錄巡檢人員的精準軌跡,運行人員與管線位置關系可在燃氣管網影像圖上直觀地顯示。并可針對突發事件,實現基于精準位置的及時上報,快速的將巡檢數據、位置、現場照片等信息實時采集上傳后臺管理系統,確保巡線人員按計劃完成工作任務,使管網運行質量、運行效率得到較大提升,并為異常監控和管理提供可靠的精準位置數據基礎。
  另外,通過北斗精準定技術結合AR(增強現實)頭戴式顯示器,可實現基于AR的智能管線巡檢,工作人員站在地上便可以“透視”到地下管線與相關設備設施的精準位置信息,實現地下管線和地上場景的“一體化管理”。
  3.2.3 防腐檢測
  隨著時間推移,城市燃氣管網在施工、土壤腐蝕、地面沉降等因素影響下,管道的防腐層會發生老化、剝離、脫落等現象,從而造成管道的腐蝕穿孔,從而引發泄漏事故,因此燃氣管網的防腐檢測管理是各個燃氣企業運營管理的重中之重。但由于埋地管網鋪設、地理環境復雜多變,使用常規方法進行檢測難度較大,通過北斗精準定位設備與通用的PCM+管道防腐層狀況檢測儀,把獲取的精準位置數據與防腐層位置、管道測量編號、防腐層狀況、破損點等數據上傳后,即時評估檢測點防腐層質量狀況。同時,后臺管理系統可對檢測結果進行歷史數據查詢、同比、環比等統計分析,為防腐層風險預測提供數據支撐。
  3.2.4 泄漏檢測
  隨著城市快速化發展,燃氣管網也已遍布各個鄉鎮,因燃氣泄漏引發生的中毒、爆燃、爆炸等事故時有發生,造成較大社會影響。通過泄漏檢測,及時發現泄漏隱患,通過北斗精準定位技術,并與激光甲烷檢測車系統結合,可對泄漏點位置、濃度、時間等信息進行采集,與GIS數據對接,確保檢測軌跡與管線實際位置相符,讀取并上傳泄漏檢測作業全程數據,實現檢測數據與精準位置的自動匹配,持續擴充管網異常信息庫,為管網的完整性管理奠定堅實基礎。
  3.2.5 應急開挖
  隨著我國供氣規模不斷擴大,天然氣管網已經遍布大街小巷,市政道路上的天然氣管道多為埋地高中壓管道,帶壓管道一旦損傷泄漏,后果不堪設想。在管網的應急開挖過程中,應用北斗精準服務,通過防爆差分手機與燃氣公司調度中心聯控,實時基于北斗精準位置信息的現場活動視頻影像采集,規范管道維搶修過程中的開挖施工,實現基于GIS的管網設備檔案數據庫,為后續管道的維搶修提供數字化檔案依據,從而提高管道開挖施工中的安全,降低作業風險和成本。
  3.2.6 LNG/CNG運輸槽車監控調度
  LNG/CNG運輸槽車相對于天然氣管道運輸具有機動靈活的特點,是對管道運輸不可或缺的重要補充。但因LNG/CNG屬于危險化學品,在存儲與運輸過程中需要嚴格保證其安全性,為有效避免LNG槽車因長途運輸、罐體磨損等造成的安全事故,日常的安全監測與檢修顯得非常重要。基于北斗精準定位技術的LNG運輸槽車,將實時監測的運輸罐車工況數據,如壓力、溫度、液位、閥門、精準位置信息集成到生產調度信息管理平臺,圖形化顯示現場數據,并對采集數據超過報警上、下限數值的情況,進行異常報警,可有效提升槽車運行與調度安全。
4、結束語
  近年來,隨著燃氣行業數字化建設發展迅猛,借助高科技管理手段并結合自身實際,促進燃氣行業的信息化建設,各燃氣企業需學習和借鑒先進技術與經驗,充分應用信息化、智能化技術,全面提升我國城市燃氣企業的信息化管理水平,促進燃氣公司從供應商向服務商的轉型,營造更完美的用戶體驗,從而打開我國智慧城市燃氣產業的數字化、高效化、健康化、成熟化發展的新局面。
 
參考文獻
[1]趙康寧,趙勇.面向信息融合的北斗導航系統及應用發展[J].中國鐵路,2013 (4) :1-3;
[2]李玉立,程鋼.北斗RTK測量系統在礦山測量中的應用探討[J].金屬礦山,2015, 44: 191-194.
[3]陸亞峰,蔣海林,彭遙.北斗偽距單點定位與差分定位結果精度分析[J]. 海洋測繪, 2014, 34(4): 28-30.

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