北斗精准服务在燃气领域应急管理的应用与展望

文|刘雨晴 米烨彤

北京讯腾智慧科技股份有限公司

一、前言

从1988 年至今，我国城镇燃气管网里程从不足2 万千米增长至105 万余千米，城镇燃气普及率达97%。受设计、施工或外部环境等因素影响，不少管网从一开始就埋下了精准位置缺失、风险点不可知不可控等隐患，加上管道老化、腐蚀加剧，与日俱增的安全隐患与落后的燃气应急管理方式的矛盾，造成燃气安全事故多发势头难遏。另一方面，燃气企业与地方政府各有失职也是燃气事故发生的重要因素，政企双方信息不对称、安全意识不到位、隐患排查不彻底是悲剧发生的主观原因。2021 年12 月2 日，国务院安委办通报近期多起燃气典型事故，部署在全国范围内开展燃气安全隐患排查整治，切实提升燃气安全。

2020 年起，北斗系统已全面进入规模化、产业化、国际化发展新阶段，为市政领域创新化发展、精细化管理带来崭新机遇，也给燃气领域应急管理提供新思路。应用北斗系统，推进燃气领域应急管理体系和治理能力现代化，具有重要意义。

二、燃气领域应急管理模式

应急管理是公共管理的一种特殊形态，是紧急状态下的公共管理，旨在通过政府主导、非政府组织等社会成员参与的方式，尽可能在短时间内有效应对、处置具有不确定性的突发事件，并预防、减缓和消除由此带来的危害。自2003 年抗击非典以来，我国已迈入应急管理研究的快速发展时期，并逐渐形成了以“一案三制”为核心的应急管理体系建设。燃气领域应急管理是国内应急管理的重要领域，相关责任单位在突发事件的事前预防、事发应对、事中处置和善后恢复过程中，通过建立必要的应对机制，采取一系列必要措施，整合利用现有的网络资源、通信设备及数据资源，全面提升燃气事故的应急处置能力，减少人员伤亡和财产损失。

1.传统燃气应急管理模式

传统燃气应急管理主要依托人工手段完成，受限于管道铺设年代久远、设计和运维标准不一、地面环境设施变动等因素影响，传统燃气应急管理存在着较多问题。首先是燃气安全监管力度不够，一方面，管理燃气的多个政府部门间权责不明、协调不力；另一方面，政府对于企业的监管，由于信息不对称，获取的内容未必全面有效。其次是应急预案操作性不强，燃气管理人员在泄漏事故发生后，需要现场评判具体情况、分析泄漏原因，并在破坏路面的状态下进行检修，应急处置效率低下；由于市政施工缺乏统一标准，在图纸不精准的状态下难以避开已埋设的管道，存在因施工引发的燃气事故隐患。最后，燃气泄漏察觉意识不强，因燃气泄漏检测方式落后、居民用气安全意识不高等因素，未能做到有效的事前预防。鉴于此，传统城市燃气应急管理面临的问题也逐渐被重视，科技的发展为燃气应急管理带来新的机遇。

2.智慧燃气应急管理模式

2018 年4 月，我国正式挂牌成立应急管理部。在数字化时代，随着大数据、云计算、5G、人工智能和北斗等先进技术的不断发展，智慧应急理念正在蓬勃兴起，为应急管理注入新的活力。2022 年2月14 日发布的《“十四五”国家应急体系规划》指出，到2035 年，我国要全面实现依法应急、科学应急、智慧应急。

就燃气领域应急管理而言，科技资源、产业资源、信息资源等应急要素资源配置更加优化，为提升燃气应急管理水平提供了必要的硬件支持。例如，北斗系统可以精准定位燃气泄漏点，有效将事后维修转变为事前预防；大数据信息平台可对收集到的气体浓度数据进行分析，对燃气安全进行实时监测并对风险隐患进行预警；人工智能依托深度学习模式，对无人机、机器人采集数据动态分析，辅助应急管理部门进行决策，制定应急预案和现场处理方案，准确安排岗位及工作人员；5G 通信、传感器技术将现场采集画面实时同步至云端，便于工作人员进行监督与总结。

三、北斗精准服务对燃气领域应急管理的赋能

北斗系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具备短报文通信能力。当前，北斗系统已成为国防安全、经济建设、社会生活中不可或缺的重要组成部分，是国家重大的空间和信息化基础设施，是体现现代化大国地位、国家综合实力与国际竞争优势的重要标志。

1.北斗精准服务

近年来，为更好将北斗系统应用于公共领域，在自然资源部（原国家测绘地理信息局）领导下，北斗精准服务网应运而生，以向城市生命线、智能交通及社会生活等领域提供精准时空服务。北斗精准服务的“精准”体现在两方面：一是精准定位授时服务，北斗系统通过地基增强系统，运用差分定位算法，提高定位精度，并根据信号完好性算法提高系统的完好性、可用性和连续性指标，以提供厘米级定位服务。二是“精于需求，准于服务”体现了北斗系统集成物联网、可视化、5G、大数据等技术，已广泛应用于公共安全、精准农业、交通出行、健康医疗、市政燃气等行业领域，并精准提供各行业发展所需的技术支持。

2012 年起，北京讯腾智慧科技股份有限公司和北京燃气集团着手研究将北斗精准服务应用于燃气生产运营业务中，开启了燃气行业应用北斗的序幕。随后，中国燃气、华润燃气、新奥燃气、昆仑燃气、港华燃气等五大燃气集团以及深圳燃气、重庆燃气等城市燃气企业以燃气供应业务为核心，根据各自的发展理念，依托不同领域的资源开展了广泛的业务延伸和市场化运营，逐渐形成差异化的产品特点和发展特征。2014 年8 月9 日，中国卫星导航定位协会与中国城市燃气协会在京签署战略合作协议。至此，北斗系统在城镇燃气行业的深化应用进入新阶段。

2.企业履行安全义务领域应急管理应用

根据《城镇燃气管理条例》要求，燃气企业的安全义务主要体现在安全供气、定期安检两处。在应急管理方面，主要依托北斗系统提供的精准位置坐标信息，燃气企业可以从精准定位燃气管道、应急现场前期侦查、排查燃气泄漏隐患等主要维度，进一步履行安全义务。

（1）精准定位燃气管道

燃气管道位置在管道铺设、泄漏检查、市政施工等方面均有重要作用，亦是事故应急开展的必要数据支撑，但过去在数据收集方面还有较多不足。首先，过去因为老旧管道铺设年代不同，也缺乏统一的设计和运维标准，收集到的数据类型不统一。其次，传统的GPS 定位精度大约为水平10m、高程15m，定位精度远远不能满足管道高风险点厘米级精度的位置服务需求。在应急管理工作开展时，因缺失有效数据指导，无法精确定位管道，会引起诸多不便。

北斗精准服务可将定位精度误差控制在厘米级范围之内，精准收集基础应用数据，为预案提供数据支撑。第一，全面记录数据。搭载北斗精准服务的检测设备可记录位置数据、时间数据、浓度数据，较其他检测仪器能记录的数据更为全面。第二，自定安全阈值。根据实际工作需求，工作人员可以在应用中设置阈值，将泄漏数据分为安全数据、边界数据及危险数据3 类，较其他检测仪器更为敏感地判断燃气泄漏点。第三，实时数据共享。北斗精准服务所收集的数据可上传集团内部专网，权限内手持终端即可获得实时上传的更新结果，实现数据共享，便于协同作业。

（2）应急现场前期侦察

在燃气事故第一现场，未明确具体泄漏点的情况下介入人力具有较大风险性。结合《“十四五”国家应急体系规划》要求，可将北斗燃气智能巡检机器人（简称北斗机器人）配备与应用在燃气事故应急现场。

通过北斗机器人进行应急现场前期侦察、任务中的看护监督和作业辅助，为后续处置提供及时、可靠的应急一线信息，提高现场指挥调度效率，避免不必要的人员伤亡。搭载北斗精准服务、人工智能、大数据分析、5G 网络通信、机器人技术、非接触检测技术、多传感器融合技术、图像识别技术及物联网通信技术的北斗机器人，可实现在易燃易爆和有毒有害环境应急救援任务中多维传感数据的融合传输，大大增强现场数据获取能力，为应急决策指挥提供统一、准确、实时的信息情报来源。

此前，北斗机器人已广泛应用于燃气场站日常巡检，经过系列的升级改造，目前已经具备了自动避障、有效防爆功能。将其应用于应急现场前期侦查，即使在现场遭遇爆炸，亦可保证系统安全。2021 年12 月2 日，深圳市龙华区组织14 个单位开展燃气安全应急救援演练，已安排北斗机器人进行探测，取得良好成效（图1—图2）。

图1 北斗机器人与检测车在龙华区应急演练现场

图2 北斗机器人管理平台

（3）排查燃气泄漏隐患

过去管道泄漏检测主要依靠人力，存在诸多不足之处。第一，人工检测管道长度约每天3 ～5km，检测的范围十分有限，要完成“全国一张网”的检测耗时巨大；第二，过去依靠手持的PPM 精度的检测设备，精度不足；第三，由“6·13 十堰燃爆”事故暴露出来隐患排查整改长期不落实、企业应急处置严重错误；第四，若遭遇极端天气或新冠疫情等情况，人工检测将受到严重限制。

鉴于此，搭载北斗高精准燃气泄漏检测系统（图3）的检测车（简称检测车）、检测无人机和便携式检测仪等设备出现，为城市燃气泄漏检测提供新方案，进一步助力燃气事故提前防范。以检测车为例，与传统检测方式进行比较。第一，检测精度更高。北斗精准服务让管网检测精度提升至PPB 级别（十亿分之一），为传统检测设备的一千倍；第二，检测速度更快。随着精度的提升，检测车能以更快的速度（最高90km/h）对城市管网进行检测；第三，数据更为有效。北斗系统可记录时空数据，通过多次对同一位置的检测，可排除温度、风向、沼气、汽车尾气等易对人力检测造成干扰的影响因素，更为精准地判断泄漏点。

图3 北斗高精准燃气泄漏检测系统终端地图界面

截至2021 年12 月，检测车已经完成150 余个检测任务，检测30 余万千米燃气管线，为全国100 余个燃气公司提供检测支撑。以“6·13 十堰燃爆”事故为例，事故发生后的第一时间，检测车在十堰市累计检测上千千米燃气管线。检测范围覆盖了城市主要干道和重点居民小区。检测结束后，生成风险云图，配合平台进行数据化管理，对安全隐患进行整体排查，完成了一次有效全面的应急管理措施。

3.政府强化监督职责领域应急管理应用

按照《城镇燃气管理条例》，地方政府的责任在应急管理领域主要体现在精准监测预警风险、有效预防燃气事故、合理制定应急方案。

（1）精准监测预警风险

政府作为燃气安全管理者，需不断创新监管方式，以提高自身应急管理能力。传统的燃气管网监控系统在实践中产生了诸多问题。一方面，利用传统模式，通过人工整合存储工程信息，整个工作过程不够严密，信息传输速度慢，在工程验收过程中，数据收集不全面，还存在信息伪造等情况。另一方面，不同时点对于同一位置进行检测，受到温度、风向等自然因素干扰，对天然气源的判断可能会产生不同结果，受限于检测精度、效率不高，传统的办法无法在较短时间内得到较为准确的分析。鉴于此，燃气经营企业的安全检查未能发现长期存在于企业中的问题，政府部门难以获得准确、清晰的城市燃气管网真实状况，在应急管理时更无法合理履行监督职责，对城市管网风险进行整体把握。

北斗精准服务为政府部门更好地行使监督权利义务提供窗口。首先，北斗精准服务提供的精准定位可实现对施工过程中的设备实施、管线节点时间、空间数据的精准采集；其次，依靠北斗精准服务的精准数据，结合GIS 系统、SCADA 系统、物联网传感技术、数据库技术、VR 等技术，实现平台化运营，保障燃气管网的综合管理效果，同时将城市管网情况生成可视化云图，政府可更直观地把握管网整体情况，制定应急预警方案，进行燃气风险监控（图4）。

图4 城市燃气管网安全监测预警平台界面

（2）有效预防燃气事故

城市化发展过程中，埋下的地下管网错综复杂，市政工程施工过程中燃气管道时常被破坏，处理不慎便有可能造成燃气事故。针对燃气突发事故的特点，结合过往应急经验教训，通过北斗精准服务对老旧管道进行定位改造、合理规划新的燃气管网，有效预防燃气事故，形成安全闭环。

就燃气管道而言，造成燃气管道破损的原因众多，但其中很多事故发生主要是因为燃气管道本身老化破损以及后续市政施工对已埋设的管线造成破坏。以上两种情况都需要对已埋设管道位置精准掌握，而早期地下管道埋设缺乏统一规划，地下管线图纸与实地不符，难以精确获得其位置。利用北斗精准服务，可以对城市规划管理进行建档。充分发挥北斗系统的时空定位功能，对于管道进行实时监控。由于地下管线运输的密闭性，对于管线内压力、流量和温度等参数的实时监控非常重要。通过监控这些参数，人们可以尽早发现可能存在的泄漏隐患并及时维修，以保证管线本身和附近居民的安全。各市政领域可将管道数据上传至内部专网，充分考虑各类因素，便于规划出更安全合理的线路，大大减少事故发生。即使发生突发事件，救援人员与事故处理部分亦能通过北斗精准服务迅速定位泄漏点，并根据管线位置和特点进行有效维修、救援及疏散活动。

（3）合理应急处置

应急管理的实质是体现团队协作。面对燃气事故，需要政府各个部门、相关企业和人员之间全力配合，履行燃气专项应急预案中所明确的具体职责，最大程度减少事故损失。

由于应急阶段涉及部门人员、社会资源较多，平台提供的位置、温度、浓度数据对于在紧急状态下保持高效协调尤其重要，通过北斗定位技术，可实现应急人员、装备、物资、车辆以及应急处置过程中的关键点定位，为合理有效地应急处置带来诸多便利。第一，直观性。北斗高精准燃气泄漏检测系统可精准记录、分析各项数据，通过可视化大屏综合分析后迅速定位泄漏点。第二，有效性。应急管理人员可观察现场甲烷与乙烷浓度数据、环境温度数据、巡检地图，为应急救援现场指挥调度工作提供重要支撑，有效防止次生灾害与事故的发生。第三，精准性。应急抢险过程中分秒必争，精准的位置服务能够为消防人员争取到黄金时间，少走弯路。

在真实的应急处置情景中，北斗机器人亦能发挥重要作用，在危险区域进行泄漏点探测，最大程度减少人员伤亡。通过北斗精准服务收集的全维度数据通过远传，可为应急处置方案提供标准化作业流程指导和历史依据参考，更高程度地提升政府应急力量和应急水平。

四、北斗精准服务对燃气领域应急管理的风险

北斗精准服务为燃气领域应急管理带来许多好处，但同样有一些因素是值得我们深入考虑的。第一，对应急人员技术水平要求更高。新技术的产生必将一定程度上地替代老方法，因此对工作人员的综合素质提出更高要求；第二，政府官员对新技术利用流于表面的风险。北斗系统正式开通全球服务有着重要的政治及经济意义，北斗系统本身作为国之重器，可能会造成一些官员过度追求新技术、高指标，不管可持续发展而盲目靠拢，从而可能偏离应急管理的本质要求；第三，技术本身的不确定性。无论是北斗系统本身设计，还是北斗精准服务在应急管理的场景应用，其研发者、设计者归根结底是人本身，囿于人类知识限度，对于应用设计的不确定性是无法完全把握的。

五、展望

北斗系统高级顾问孙家栋院士曾说：“天上好用，地上用好。”随着北斗系统开通全球服务，现在应当着力探索北斗应用，充分挖掘北斗精准服务优势，也对其潜在风险进行把控。随着国家战略规划的持续推动与北斗相关产业的进一步成熟，应用北斗精准服务对燃气领域应急管理的重要意义也逐渐凸显。为促进北斗精准服务对燃气领域的赋能，提出以下展望：

第一，完善北斗燃气应急准备场景。加强燃气事故事前预防能力，以最大可能降低其出现概率。在突发燃气事故应急演练管理、燃气管线监测预警、老旧管网应急体检等场景中强化北斗应用，并不断创新为城镇燃气安全提供更多思路。

第二，推进北斗燃气应急应用市场化、规模化发展。在燃气市政领域、应急管理领域扩大北斗应用规模、提高应用普及率、培育北斗发展新动能，可促进北斗产业发展、更高水平保障燃气安全。通过政策引领、市场驱动的商业化模式，以提升北斗精准服务在燃气应急领域应用活力。

第三，推动北斗应用在应急管理领域开放化发展。北斗精准服务在燃气领域应急管理的应用为实现智慧应急提供思路，围绕应急管理的重点行业领域，共享北斗系统建设发展成果，提供高精度、高可靠、高可用技术支持，推动北斗典型应用在应急管理更多场景落地。