計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)維中的應(yīng)用研究

戴清云

（太原學(xué)院建筑與環(huán)境工程系 山西 太原 030032）

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)背景下，人類已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于人類日常生活、工作中，并帶來了很多便利。在現(xiàn)代社會中，燃?xì)夤芫W(wǎng)利用率非常高，燃?xì)馐袌鲆?guī)模也越來越大，在人類日常生活以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，燃?xì)庑袠I(yè)具有一定的壟斷性，市場競爭力小，使得經(jīng)營管理缺乏技術(shù)創(chuàng)新，且地下燃?xì)夤芫W(wǎng)縱橫交錯(cuò)，燃?xì)庠O(shè)備數(shù)量眾多，給管理與維護(hù)增加了難度，在一定程度上阻礙了燃?xì)庑袠I(yè)的發(fā)展，故結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)做好燃?xì)庠O(shè)施的維護(hù)工作，保證燃?xì)庠O(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要，只有掌握信息技術(shù)多維服務(wù)維度的應(yīng)用，才能不斷提高燃?xì)獍踩芾硭健?/p>

1 計(jì)算機(jī)信息技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)是計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)的重要組成部分，是計(jì)算機(jī)信息處理與管理的總稱，其通過利用計(jì)算機(jī)軟件、硬件與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對信息資源的收集、分析與存儲。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的設(shè)計(jì)開發(fā)通常采用計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)，并在相關(guān)的硬件和軟件環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，硬件包括集線器、顯示屏、交換機(jī)等，軟件包含驅(qū)動程序與應(yīng)用軟件等[1]。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)主要有以下3個(gè)方面的特征：（1）操作簡單：計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的界面簡潔，操作非常簡單，在使用前經(jīng)過簡單的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，便能輕松掌握操作技巧；（2）系統(tǒng)運(yùn)行較可靠：計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)包含多個(gè)子系統(tǒng)，且每個(gè)系統(tǒng)都具有完善的維護(hù)功能，有效保障了計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)管理過程中信息數(shù)據(jù)的安全性與真實(shí)性；（3）在網(wǎng)絡(luò)上即可實(shí)現(xiàn)管理：計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要完善各個(gè)硬件管理系統(tǒng)，降低了數(shù)據(jù)在信息系統(tǒng)存儲中所占比例，保證了計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免了數(shù)據(jù)丟失的問題[2]。

2 信息技術(shù)的運(yùn)用對燃?xì)膺\(yùn)維的重要性

社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，環(huán)境狀況日益惡化，人們逐漸意識到清潔能源開發(fā)的重要性。燃?xì)馐且环N清潔、優(yōu)質(zhì)的原料，如何運(yùn)營現(xiàn)有的燃?xì)夤芫W(wǎng)是當(dāng)下面臨的重要問題。計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在燃?xì)庑袠I(yè)的應(yīng)用主要是通過相關(guān)軟件預(yù)測當(dāng)前市場情況，建立用戶等級與需求預(yù)測模型，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的有用信息，使城市燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)工作順利開展[3]。

3 計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)維中的應(yīng)用

3.1 GIS技術(shù)

GIS系統(tǒng)具有良好的信息定位功能，是在計(jì)算機(jī)軟硬件、數(shù)據(jù)組織等支持下，對地理空間進(jìn)行采集與分析的一種特殊的空間信息系統(tǒng)，將GIS技術(shù)應(yīng)用到燃?xì)夤芫W(wǎng)中可以使燃?xì)夤芫W(wǎng)信息系統(tǒng)生成電子地圖，以便實(shí)時(shí)觀測燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)情況，GIS技術(shù)在燃?xì)夤芫W(wǎng)中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖見圖1，工作人員根據(jù)燃?xì)夤芫W(wǎng)信息系統(tǒng)中的GIS地圖分布設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)管道爆裂、上下游分析等功能。

如圖1所示，燃?xì)夤芫W(wǎng)GIS系統(tǒng)包括8個(gè)功能：①高級查詢模塊：首先，該模塊可以查詢指定位置信息以及與之相關(guān)的特性，如工作人員想知道管道屬性，在區(qū)域地圖的工具欄上單擊查詢按鈕，單擊表示管道的元素，查詢結(jié)果窗口將打開并顯示數(shù)據(jù)庫中管道的所有屬性；其次，該模塊還可以查詢給定條件元素的位置，如特定距離內(nèi)的管道埋設(shè)位置等；②數(shù)字化模塊：該模塊通過分析空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)深入開發(fā)了燃?xì)夤艿佬畔⑾到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)饬飨蚍治?、管道檢修分析、以及事故應(yīng)急處理等功能；③三維分析模塊：實(shí)現(xiàn)了地理信息的三維視圖功能，方便燃?xì)夤芫€的巡查；④超級維護(hù)終端模塊：該模塊主要功能是定期檢修燃?xì)庠O(shè)備，如微機(jī)、電源等，確保其處于良好狀態(tài)，系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行；⑤安全管理模塊：保障了燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)庫安全；⑥系統(tǒng)認(rèn)證模塊與客戶端模塊：實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫用戶權(quán)限管理的功能，系統(tǒng)管理員擁有最高權(quán)限，客戶端只能進(jìn)行普通查詢與打??；⑦發(fā)布服務(wù)器端模塊：實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部燃?xì)庑畔⑾到y(tǒng)數(shù)據(jù)共享[4-5]。

3.2 SCADA系統(tǒng)

SCADA即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對燃?xì)夤芫W(wǎng)地下系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動控制，可以保證燃?xì)馍a(chǎn)的安全、合理配置以及優(yōu)化調(diào)度，使管理者及時(shí)掌握管網(wǎng)運(yùn)行情況，其硬件配置圖見圖2。

其在燃?xì)夤芫W(wǎng)中的建設(shè)及應(yīng)用主要包括以下幾方面。

（1）SCADA系統(tǒng)構(gòu)建：SCADA系統(tǒng)主要由4部分組成：①現(xiàn)場儀表：包括顯示溫度、壓力的顯示儀表以及變送儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)場儀表主要負(fù)責(zé)燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的測試以及現(xiàn)場設(shè)備的控制；②站控系統(tǒng)：可以先建立該系統(tǒng)，讓其獨(dú)立運(yùn)行，然后集成到SCADA系統(tǒng)中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)監(jiān)測與采集本站生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)生產(chǎn)過程中的安全管理水平；③通信系統(tǒng)：常用的通信系統(tǒng)有冗余通信、備用通信與無線通信，主要負(fù)責(zé)將燃?xì)夤芫W(wǎng)各站點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)度中心；④調(diào)度中心：是整個(gè)系統(tǒng)最重要的部分，也是數(shù)據(jù)最集中、安全性要求最高的地方，該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的開放式局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，支持網(wǎng)絡(luò)上所有連接設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換[6]。

（2）系統(tǒng)軟件：SCADA系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)軟件與上位SCADA軟件兩部分。操作系統(tǒng)軟件包括SCADA服務(wù)器、通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，操作系統(tǒng)通常采用Windows平臺操作系統(tǒng)；上位SCADA軟件采用iFIX軟件，是一套應(yīng)用程序套裝軟件，運(yùn)行在中文版Windows XP操作系統(tǒng)上，具有開放性、結(jié)構(gòu)可伸縮、冗余數(shù)量大特性，該系統(tǒng)軟件應(yīng)用的主要目的是保障燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的完整性。

（3）SCADA系統(tǒng)安全：該系統(tǒng)是以燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)際情況為基礎(chǔ)，對SCADA系統(tǒng)提出一種基于身份識別、訪問控制、數(shù)據(jù)加密等的安全體系實(shí)施方案，即SCADA系統(tǒng)在保證物理安全和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)信息安全管理，采用相應(yīng)的加密技術(shù)和設(shè)備，嚴(yán)格執(zhí)行安全策略，確保燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行信息在生成、存儲、傳輸和處理過程中的保密性、完整性、可用性和不可否認(rèn)性[7]。

3.3 GPS-RTK技術(shù)

在燃?xì)夤芫W(wǎng)管道信息采集過程中，合理使用GPS-RTK技術(shù)可以保證地圖制圖精度，保證管道測量的及時(shí)性，GPS-RTK技術(shù)的基本原理見圖3。

其在燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)維中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）GPS-RTK技術(shù)用于地形測量：燃?xì)庥脩魯?shù)量不斷增加，管道已延伸至城市各個(gè)角落，但城市地形也在不斷變化，故需要定時(shí)更新管網(wǎng)地圖，以往通常使用經(jīng)緯儀測圖，成本較高且效率低，而RTK測量可以隨時(shí)顯示當(dāng)前位置的三維坐標(biāo)，故可以使用RTK測量地形目標(biāo)點(diǎn)并記錄其序列號與特征值，內(nèi)業(yè)通常采用數(shù)字化成圖軟件。在實(shí)踐中，獨(dú)立特征的序列號應(yīng)該盡可能連續(xù)，測量時(shí)要現(xiàn)場繪制草圖，在外業(yè)工作結(jié)束后，根據(jù)草圖繪制地形圖，對于接收衛(wèi)星信號差以及接收不到衛(wèi)星信號的地方，可以在接收衛(wèi)星條件較好的地方臨時(shí)設(shè)置兩個(gè)控制點(diǎn)，然后由全站進(jìn)行補(bǔ)充測量，且RTK可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前位置的實(shí)時(shí)動態(tài)顯示，因此在測量過程中極易控制其他構(gòu)筑物的線路走向與幾何關(guān)系，具體見圖4。

（2）GPS-RTK技術(shù)用于控制點(diǎn)布設(shè)測量：在城市建筑物較高或建筑物密集的地方，無線電干擾大，衛(wèi)星信號接收差，這時(shí)可通過在管道附近街道交叉處設(shè)置控制點(diǎn)，再利用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)建立全站儀測量的管道三維數(shù)據(jù)來采集燃?xì)夤艿雷鴺?biāo)與高程，RTK測量范圍在20 km以內(nèi)，點(diǎn)位平面的標(biāo)稱精度為3 cm，而I級導(dǎo)點(diǎn)點(diǎn)位誤差為5 cm，故RTK測量完全能滿足I級以下導(dǎo)線點(diǎn)的技術(shù)規(guī)范要求。

（3）GPS-RTK技術(shù)用于燃?xì)夤艿罍y量：當(dāng)需要在新建道路管道附近進(jìn)行測量時(shí)，可以在臨街高層建筑上設(shè)置GPS基站，在新街道上覆蓋基站信號，利用移動基站在管道上采集數(shù)據(jù)，直接保存在手冊中，然后通過數(shù)據(jù)傳輸軟件輸出數(shù)據(jù)。例如某燃?xì)夤纠肎PS-RTK技術(shù)，在GIS系統(tǒng)中完成了一萬多個(gè)管點(diǎn)與一千多個(gè)閥門的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)測量，高效完成了系統(tǒng)建設(shè)[8-9]。

GPS-RTK技術(shù)在城市燃?xì)庑畔⑾到y(tǒng)管道測繪中保證了測量精度，大大提高了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度，從而提高經(jīng)濟(jì)效益，并對測繪技術(shù)產(chǎn)生了重大影響。

3.4 PDA技術(shù)

PDA即個(gè)人數(shù)字助理，是PDA系統(tǒng)的組成基礎(chǔ)，有著采集數(shù)據(jù)與定位功能。PDA在CPUC（U1）微處理器的操控下管理整個(gè)手機(jī)的工作，具體功能的實(shí)現(xiàn)由后臺操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制U1處理器，手機(jī)功能由手機(jī)模塊中的系統(tǒng)軟件控制GSM模塊（U2）完成，通過相應(yīng)的管理流程實(shí)現(xiàn)在手機(jī)完成燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)維的相關(guān)工作，其工作原理見圖5。

PDA技術(shù)在燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行管理中可以起到很好的輔助作用，比如可以幫助燃?xì)夤?yīng)相關(guān)工作人員對燃?xì)庠O(shè)施完成常規(guī)巡視、記錄和操作等工作，通過對燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行日常檢查與管理，了解燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行人員的運(yùn)行時(shí)間、質(zhì)量以及路線等，以此發(fā)現(xiàn)違章、臨近管網(wǎng)施工、漏氣等安全隱患，從而及時(shí)進(jìn)行干預(yù)和處理。利用異常狀況管理模塊實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤芫W(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)檢修過程中產(chǎn)生的異常情況，通過PDA定位、異常情況及其圖像的采集，借助GPRS將其實(shí)時(shí)傳輸至服務(wù)器，并自動生成燃?xì)夤芫W(wǎng)異常信息記錄登記，監(jiān)測系統(tǒng)后臺工作人員安排維修人員進(jìn)行調(diào)查與處理維修。在整個(gè)系統(tǒng)的管理過程中，對每條異常信息均進(jìn)行嚴(yán)格處理，通過詳細(xì)的流程管理，實(shí)現(xiàn)從上報(bào)到信息調(diào)查處理、結(jié)果反饋全流程的責(zé)任落實(shí)，形成過程控制與燃?xì)夤芫W(wǎng)內(nèi)部閉環(huán)管理模式，具體管理流程見圖6。

4 結(jié)語

綜上所述，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)維是一項(xiàng)較復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的工作，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在天然氣管網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)中的應(yīng)用研究分析，對管網(wǎng)良好的運(yùn)行維護(hù)效果具有重要意義，本文詳細(xì)分析了GIS技術(shù)、SCADA系統(tǒng)、PDA技術(shù)以及GPS-RTK技術(shù)在燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)維中的應(yīng)用分析，以期促進(jìn)燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)工作的高效開展，提高燃?xì)夤芫W(wǎng)管理的科學(xué)性。