计算机信息技术在燃气管网运维中的应用研究

戴清云

（太原学院建筑与环境工程系 山西 太原 030032）

0 引言

互联网背景下，人类已经进入信息化时代，计算机信息技术已被广泛应用于人类日常生活、工作中，并带来了很多便利。在现代社会中，燃气管网利用率非常高，燃气市场规模也越来越大，在人类日常生活以及经济发展中发挥着重要作用。同时，燃气行业具有一定的垄断性，市场竞争力小，使得经营管理缺乏技术创新，且地下燃气管网纵横交错，燃气设备数量众多，给管理与维护增加了难度，在一定程度上阻碍了燃气行业的发展，故结合计算机信息技术做好燃气设施的维护工作，保证燃气设施的安全稳定运行十分重要，只有掌握信息技术多维服务维度的应用，才能不断提高燃气安全管理水平。

1 计算机信息技术概述

计算机信息技术是计算机信息基础的重要组成部分，是计算机信息处理与管理的总称，其通过利用计算机软件、硬件与互联网相结合，实现了对信息资源的收集、分析与存储。计算机信息技术的设计开发通常采用计算机技术与通信技术，并在相关的硬件和软件环境中实现，硬件包括集线器、显示屏、交换机等，软件包含驱动程序与应用软件等[1]。计算机信息技术主要有以下3个方面的特征：（1）操作简单：计算机信息技术的界面简洁，操作非常简单，在使用前经过简单的学习培训，便能轻松掌握操作技巧；（2）系统运行较可靠：计算机信息管理系统包含多个子系统，且每个系统都具有完善的维护功能，有效保障了计算机信息数据管理过程中信息数据的安全性与真实性；（3）在网络上即可实现管理：计算机信息系统在运行过程中需要完善各个硬件管理系统，降低了数据在信息系统存储中所占比例，保证了计算机信息管理系统的稳定运行，避免了数据丢失的问题[2]。

2 信息技术的运用对燃气运维的重要性

社会经济快速发展，环境状况日益恶化，人们逐渐意识到清洁能源开发的重要性。燃气是一种清洁、优质的原料，如何运营现有的燃气管网是当下面临的重要问题。计算机信息技术在燃气行业的应用主要是通过相关软件预测当前市场情况，建立用户等级与需求预测模型，利用大数据技术对现有数据进行整理和分析，挖掘数据背后的有用信息，使城市燃气管网建设工作顺利开展[3]。

3 计算机信息技术在燃气管网运维中的应用

3.1 GIS技术

GIS系统具有良好的信息定位功能，是在计算机软硬件、数据组织等支持下，对地理空间进行采集与分析的一种特殊的空间信息系统，将GIS技术应用到燃气管网中可以使燃气管网信息系统生成电子地图，以便实时观测燃气管网建设情况，GIS技术在燃气管网中的系统设计图见图1，工作人员根据燃气管网信息系统中的GIS地图分布设计可以实现管道爆裂、上下游分析等功能。

如图1所示，燃气管网GIS系统包括8个功能：①高级查询模块：首先，该模块可以查询指定位置信息以及与之相关的特性，如工作人员想知道管道属性，在区域地图的工具栏上单击查询按钮，单击表示管道的元素，查询结果窗口将打开并显示数据库中管道的所有属性；其次，该模块还可以查询给定条件元素的位置，如特定距离内的管道埋设位置等；②数字化模块：该模块通过分析空间数据及属性数据深入开发了燃气管道信息系统，实现了燃气流向分析、管道检修分析、以及事故应急处理等功能；③三维分析模块：实现了地理信息的三维视图功能，方便燃气管线的巡查；④超级维护终端模块：该模块主要功能是定期检修燃气设备，如微机、电源等，确保其处于良好状态，系统能够安全运行；⑤安全管理模块：保障了燃气管网系统网络安全与数据库安全；⑥系统认证模块与客户端模块：实现了数据库用户权限管理的功能，系统管理员拥有最高权限，客户端只能进行普通查询与打印；⑦发布服务器端模块：实现了内部燃气信息系统数据共享[4-5]。

3.2 SCADA系统

SCADA即数据采集系统，可以实时采集现场数据，对燃气管网地下系统进行远程自动控制，可以保证燃气生产的安全、合理配置以及优化调度，使管理者及时掌握管网运行情况，其硬件配置图见图2。

其在燃气管网中的建设及应用主要包括以下几方面。

（1）SCADA系统构建：SCADA系统主要由4部分组成：①现场仪表：包括显示温度、压力的显示仪表以及变送仪表与执行机构，现场仪表主要负责燃气管网运行参数的测试以及现场设备的控制；②站控系统：可以先建立该系统，让其独立运行，然后集成到SCADA系统中，利用计算机技术监测与采集本站生产运行数据，提高燃气管网生产过程中的安全管理水平；③通信系统：常用的通信系统有冗余通信、备用通信与无线通信，主要负责将燃气管网各站点运行数据传输至调度中心；④调度中心：是整个系统最重要的部分，也是数据最集中、安全性要求最高的地方，该系统采用标准的开放式局域网结构，支持网络上所有连接设备之间的数据交换[6]。

（2）系统软件：SCADA系统软件主要包括操作系统软件与上位SCADA软件两部分。操作系统软件包括SCADA服务器、通信服务器、数据库服务器等，操作系统通常采用Windows平台操作系统；上位SCADA软件采用iFIX软件，是一套应用程序套装软件，运行在中文版Windows XP操作系统上，具有开放性、结构可伸缩、冗余数量大特性，该系统软件应用的主要目的是保障燃气管网运行数据的完整性。

（3）SCADA系统安全：该系统是以燃气管网运行系统实际情况为基础，对SCADA系统提出一种基于身份识别、访问控制、数据加密等的安全体系实施方案，即SCADA系统在保证物理安全和网络运行安全的基础上，加强信息安全管理，采用相应的加密技术和设备，严格执行安全策略，确保燃气管网运行信息在生成、存储、传输和处理过程中的保密性、完整性、可用性和不可否认性[7]。

3.3 GPS-RTK技术

在燃气管网管道信息采集过程中，合理使用GPS-RTK技术可以保证地图制图精度，保证管道测量的及时性，GPS-RTK技术的基本原理见图3。

其在燃气管网运维中的应用主要体现在以下几个方面。

（1）GPS-RTK技术用于地形测量：燃气用户数量不断增加，管道已延伸至城市各个角落，但城市地形也在不断变化，故需要定时更新管网地图，以往通常使用经纬仪测图，成本较高且效率低，而RTK测量可以随时显示当前位置的三维坐标，故可以使用RTK测量地形目标点并记录其序列号与特征值，内业通常采用数字化成图软件。在实践中，独立特征的序列号应该尽可能连续，测量时要现场绘制草图，在外业工作结束后，根据草图绘制地形图，对于接收卫星信号差以及接收不到卫星信号的地方，可以在接收卫星条件较好的地方临时设置两个控制点，然后由全站进行补充测量，且RTK可以实现当前位置的实时动态显示，因此在测量过程中极易控制其他构筑物的线路走向与几何关系，具体见图4。

（2）GPS-RTK技术用于控制点布设测量：在城市建筑物较高或建筑物密集的地方，无线电干扰大，卫星信号接收差，这时可通过在管道附近街道交叉处设置控制点，再利用控制点数据建立全站仪测量的管道三维数据来采集燃气管道坐标与高程，RTK测量范围在20 km以内，点位平面的标称精度为3 cm，而I级导点点位误差为5 cm，故RTK测量完全能满足I级以下导线点的技术规范要求。

（3）GPS-RTK技术用于燃气管道测量：当需要在新建道路管道附近进行测量时，可以在临街高层建筑上设置GPS基站，在新街道上覆盖基站信号，利用移动基站在管道上采集数据，直接保存在手册中，然后通过数据传输软件输出数据。例如某燃气公司利用GPS-RTK技术，在GIS系统中完成了一万多个管点与一千多个阀门的三维坐标数据测量，高效完成了系统建设[8-9]。

GPS-RTK技术在城市燃气信息系统管道测绘中保证了测量精度，大大提高了工作效率，降低了劳动强度，从而提高经济效益，并对测绘技术产生了重大影响。

3.4 PDA技术

PDA即个人数字助理，是PDA系统的组成基础，有着采集数据与定位功能。PDA在CPUC（U1）微处理器的操控下管理整个手机的工作，具体功能的实现由后台操作系统实时控制U1处理器，手机功能由手机模块中的系统软件控制GSM模块（U2）完成，通过相应的管理流程实现在手机完成燃气管网运维的相关工作，其工作原理见图5。

PDA技术在燃气管网的运行管理中可以起到很好的辅助作用，比如可以帮助燃气供应相关工作人员对燃气设施完成常规巡视、记录和操作等工作，通过对燃气管网运行进行日常检查与管理，了解燃气管网运行人员的运行时间、质量以及路线等，以此发现违章、临近管网施工、漏气等安全隐患，从而及时进行干预和处理。利用异常状况管理模块实现燃气管网生产运行和维护检修过程中产生的异常情况，通过PDA定位、异常情况及其图像的采集，借助GPRS将其实时传输至服务器，并自动生成燃气管网异常信息记录登记，监测系统后台工作人员安排维修人员进行调查与处理维修。在整个系统的管理过程中，对每条异常信息均进行严格处理，通过详细的流程管理，实现从上报到信息调查处理、结果反馈全流程的责任落实，形成过程控制与燃气管网内部闭环管理模式，具体管理流程见图6。

4 结语

综上所述，城市燃气管网运维是一项较复杂且具有挑战性的工作，加强计算机信息技术在天然气管网运行维护中的应用研究分析，对管网良好的运行维护效果具有重要意义，本文详细分析了GIS技术、SCADA系统、PDA技术以及GPS-RTK技术在燃气管网运维中的应用分析，以期促进燃气管网建设工作的高效开展，提高燃气管网管理的科学性。