基于系统工程的智慧管网关键技术问题分析

【摘要】时代在不断进步,社会也在不断发展,我们已然进入了大数据时代,科学技术也是达到了前所未有的高度,在科学技术的支持下,我们的生活都在向智能化迈进,首当其冲的就是工业的智能化,我国目前正着力于研究智慧管网的建设。本篇文章首先介绍了智慧管网的由来和目前发展的水平,同时也指出了智慧管网涉及到的关键技术和问题,同时给出了系统性的解决办法。主要阐述了要构建管网物联网,方便数据的采集;制定数据标准,达到系统的互联互通;通过现有的感知技术和云存储来实现大量数据的共享,以此达到智慧管网的全面智能化感知;构建智慧管网数据中心,利用大数据分析技术,提高数据的处理速度,加强工作效率,以此来保证智慧管网的安全环保运行。

 

【关键词】智慧管网;大数据分析;物联网;智能化;数据中心

 

智慧管网提出的背景

 

“数字地球”这一理念是在上世纪末期的时候被提出来的,最先提出这一理念的是戈尔,他当时是美国的副总统,在当时美国也是相对先进的国家,所以这一理念一经提出,全球就都在研究。同时也是因为这一理念的出现,使将数字技术与管道建设相融合成为了可能。随着不断的深入研究,全球又开始了“智慧管网”的研究。

通过多年的研究与应用,人们已经深刻的意识到“智慧管网”可以给我们的生活带来很多便利,所以为了国家的快速发展,在2011年的时候,各个部门联合印发了《关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见》,中心主旨就是要把智能化作为发展的大方向,尽最大努力推广大数据分析、云计算等现代化技术,并将这些技术应用到管道的建设中,推动工业向更高层次发展。

 

通过不断的实践,人们已经发现,将现代化技术与管道建设相融合有很大的发展空间,所以各大企业也是在不断加强研究的力度,其间更是出现了很多试点示范单位,其中中国石化九江石化分公司尤为突出。随着技术的不断发展,带来的便利不断增多,这一项目已经受到了国家的重视,在2015年的时候,国家总理李克强更是在工作中直接提出了“互联网+”的理念,这也标志着中国从此刻开始走上了新时代。在这一理念提出的三个月之后,国务院就发表了《关于积极推进互联网行动的指导意见》,其中启动了11项重点任务,其中的一项就是智慧能源。其主旨就是要将现代化技术和智慧能源相结合,以此达到更好的效果。就油气管道来说,不断向智能化发展才是他的主要发展方向,这就是智慧能源其中的一个组成部分。因为云计算、物联网等现代化信息技术的不断革新和加强,所以将管道智能化就有了坚实的基础。“智慧管网”就是在这个项目的不断进步中产生的,也标志着现代化技术与管网建设的融合越来越成熟。

 

智慧管网发展现状

 

2014年的时候,全世界第一个“智能管道解决方案”被提出,在第二年的时候又被美国的管道公司应用到实践中。这个方案在最大范围内整合了数据,将设备监测系统、风险管理系统等系统都囊括在内,同时也接收外界数据,比如海啸、龙卷风等数据,处理过后的数据具有开放性,可以实时更新信息。

 

本国的管网智能化建设才刚刚开始,所以技术还不是很成熟。在2014年的时候,中国石化才正式成立智能管网的研究项目组,项目组主要研发数字化管理、完整性管理等六大功能的研究。

 

随着研究的不断深入,信息技术也在不断的加强,构建数字化管网已经成为了不可更改的发展大方向。近几年,在这个领域研究最深的还是中国石化,中国石化也是在这个领域取得了不小的成就,也就是这些成就为以后建设智慧管网打下了坚实的基础。从2003年起,各个管网就已经开始陆陆续续加入数字化管网的元素了,但是因为理论不够充实,技术也不够完善,所以并没有大面积的应用数字化管网,只是在局部小范围内应用。在实践中不断总结经验,然后在进行更深入的研发。在2016年的时候,数字化管网的构建才算基本成型。在2017年下旬的时候,中国石化又指出“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”的智慧管网构建概念,由此开始,中国才开始正式进入到智慧管网的建设中。

 

构建智慧管网的最终目的,就是在节约成本的基础上提高安全系数,同时还要增加收益。智慧管网的构建主要利用了传感技术,传感技术可以传播管道的实时状况,这样在遇到突发状况的时候,人们就可以在第一时间知道并且制定正确的解决方案,同时智慧管网还利用了云存储和大数据分析技术,云存储可以存放大量的数据,这样就优化了系统资源,大数据分析技术还加快了数据的处理速度。到现在为止,智慧管网还是一个全新的理念,对此,中国石化给出了这样的定义:以传统管网为基础,再运用现代化技术,使管网可以达到共享互通,同时做到网络化、可视化、智能化管理。

 

智慧管道建设关键技术、面临问题与解决方案

 

3.1 全面统一数据标准

 

随着不断地研究和发展,几个核心系统已经构建完成了。(1)管道ERP系统主要是提高系统的宏观掌控能力,把握住资金流向及企业物流信息;(2PCM系统主要着力于实现数据共享,保证在施工期间业主和承包商可以完美合作;(3PPS系统的主要功能是处理管道在建设期间的生产问题,由以前的分散管理转变到现在的集中管理,这样就节省了大量的人力物力;(4PIS系统主要保证管道的安全性,在整体上把握管道的状态,日常护理等工作也是由这个系统完成。

 

以上四个核心系统都有针对性的任务,所以数据存储的模式也是适应自己的任务的模式,这样在数据汇总的时候,就会出现很多问题,海量的数据就变得多样,因此就无法保证数据的准确性。

 

所以,达到数据标准统一是构建“智能管道、智慧管网”的重中之重。中国石化已经针对各个系统作出了标准的数据规范,但是这些规范也只是在自己的领域内适用,在分类结构和数据结构方面还是存在着差异的,因此在进行数据共享的时候就会出现问题。

 

想要解决上述问题,就要在最基础的层面进行改进,首先就要弄清楚建设期与运维期的数据联系,然后确定管道从开始设计到最后淘汰的所有数据标准。然后就要规定数据存储的格式以及编码形式。弄清这两样以后,在进行大数据共享的时候就不会再出现问题,就达到了提高工作效率的目的。

 

3.2 构建管道物联网,达到管道全面智能感知

 

想要构建智慧管网,最主要的就是构建完善的管道物联网,可以通过物联网的传感技术,实时监控管道的建设状况和一切突发的状况。这样,在出现问题的时候,计算机就可以在第一时间取得数据,并且进行分析,这样就有足够的时间处理,可以大大降低因为突发状况而造成的损失。

 

物联网主要可以分为三个层次:

 

1)最重要的一层就是感知层,顾名思义,感知层就是用来采集数据的,这个层次是整个物联网的核心所在。感知层主要是由各种传感器与传感器网组成的,如果用人来比喻,感知层就是人的感觉神经,用来鉴别物体并且得到有用的信息。比如管道温度监测系统,当管道的温度不正常时,这个系统就是通过温度传感器得知的这个信息。

 

2)其次就是网络层,网络层的作用与人的神经中枢一致,主要是通过相关技术来进行数据的采集和传递。网络层主要应用无线通信技术和有线通信技术。无线通信技术主要应用于短距离的监测,比如蓝牙耳机等。有线通信技术就不一样了,当我们需要远程操作的时候,有线通信技术就无法满足我们的需要了,就要应用到无线通信技术。无线通信技术主要是采用光纤通信和卫星通信。光纤通信就是采用金属电缆等有形介质来传输信息。卫星通信主要是采用可以进行数据交付的机器,比如无人机,我们可以人为的操控无人机的运行轨迹,然后利用无人机安装的高清摄像头或者红外感知技术来测量我们需要的数据,然后利用互联网与地上的设备连接,进而进行数据传输。

 

3)最后一层就是应用层,应用层就相当于人的大脑,在整个系统中起着至关重要的作用。应用层主要是通过云存储来存储感知层采集的大量数据,并且要做到这些数据的不丢失,同时还要利用大数据分析技术对采集的数据进行分析和整理,然后得出有效的结论,为管理决策层做决定时提供坚实可靠的数据依据。比如,在建设管道的时候,首先就要监测施工环境,我们可以通过采集的数据分析出当前的施工地点近期内会不会发生地震,如果大概率会发生地震,那么在近期内就不建议施工,以免造成人员的伤亡。所以为了分析的准确性,全面和准确的数据监测就是实现物联网功能的重要基石。因此,我们就要不断的学习和创新云存储和大数据分析技术,采集国内外相关技术的优点,应用到自己的系统中来,那样我们的智慧管网构建技术才会越来越好。

 

3.3 构建管道数据中心,达到智能化应用

 

随着社会的不断发展,科学技术也在不断的提高,人们的需求也就在增加,需求量最大的就是提高工作速度,因此就有必要建立一个管道数据中心。在大数据时代,云存储和计算已经应用到了各个领域,智慧管网的构建就用到了云存储和计算,这大大提高了工作效率和数据的准确性,但是也只是提高了管道各个系统的工作效率。当需要进行数据汇总的时候,就会出现各种各样的状况,比如数据编码格式不一样,无法进行直接的比对;系统不兼容,别的系统的数据在自己的系统打不开;平台跨度太大等问题。我们如果想要进行数据汇总,就只有在解决了这些问题以后才可以做到,这就浪费了很多时间,所以要构建数据中心,以此来达到统一管理的目的。当数据传输到数据中心的时候,就会进行清洗、转换和加载,并且存储在数据中心。这样当我们需要用到具体数据的时候,就可以直接使用,而不必再浪费时间整理。其次不同的行业肯定需要不同的数据,如果靠自己,想在海量的数据中找到自己想要的,难度可想而知,所以数据中心就可以根据数据的类型不同或者服务的行业不同而进行分块存储,这样在我们需要用到指定的相关数据的时候,只要根据关键字或者相关类型直接进行检索就可以,这就在很大程度上解决了浪费时间找数据的问题。(作者 任宏博 安徽省建科建设监理有限公司)

 

结束语:

 

全球都在向智能化发展,这是不可更改的趋势,所以管道行业的发展方向也要向更高层次的智能化迈进。就目前来看,与发达国家相比,我们国家的智慧管网构建技术还不够完善,但是我们要不断学习和研究,朝着这个方向坚定不移的走下去,尽早做到管网的智能化。

 

参考文献:

[1] 杨帆,倪娜,刘伟.基于系统工程的智慧管网关键技术研究与应用[J].中国科技成果,2018,19(17):52-54.

[2] 韩志平,王凯让,杨帆.基于系统工程的智慧管网关键技术研究与应用[Z].北京无线电计量测试研究所.2017.


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