多源參數(shù)辨識(shí)在工商業(yè)燃?xì)庥?jì)量儀表安全管理中的應(yīng)用

劉興偉

一、概述

天然氣在北京市經(jīng)歷了快速發(fā)展階段，目前北京市已經(jīng)形成了龐大的天然氣計(jì)量服務(wù)體系。天然氣計(jì)量設(shè)施作為燃?xì)膺\(yùn)行系統(tǒng)的重要組成部分，在運(yùn)行過程中容易受到破壞和干擾，不僅造成計(jì)量失效，而且會(huì)帶來安全隱患。尤其一些用氣量較大的工商業(yè)用戶，發(fā)生破壞和干擾計(jì)量設(shè)備事件較為頻繁，給燃?xì)馄髽I(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。

圍繞燃?xì)庥?jì)量設(shè)施本體防護(hù)及安全監(jiān)測需求，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)在綜合防護(hù)方案設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)方面開展了系統(tǒng)研究，形成了工商業(yè)燃?xì)庥?jì)量儀表安全監(jiān)測多源辨識(shí)方案，開發(fā)了安全智能產(chǎn)品，并搭建了多源信息監(jiān)測展示平臺(tái)。利用現(xiàn)有成果，可以對(duì)影響計(jì)量的主要因素進(jìn)行分析，為識(shí)別儀表性能的異常狀態(tài)及判別用戶端存在的不正常用氣提供技術(shù)支撐，為制定科學(xué)合理的管控方案提供參考。

二、計(jì)量儀表安全監(jiān)測多源辨識(shí)方案介紹

在本體防干擾方面，針對(duì)計(jì)量儀表運(yùn)行過程中溫度或壓力傳感器易受到破壞或干擾，軸承卡頓、異物插入、葉輪缺損、摻入雜質(zhì)、外力沖擊表體等異常場景，采用多種運(yùn)行工況參數(shù)（溫度、壓力、壓損、振動(dòng)和高低頻脈沖）監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)干擾的檢測和預(yù)警。具體包括，采用自診斷技術(shù)分析及歷史時(shí)間序列替代值算法，實(shí)現(xiàn)溫度、壓力的異常報(bào)警和異常值的替代;采用兩級(jí)脈沖傳感器，通過高低頻脈沖數(shù)據(jù)比對(duì)分析，實(shí)現(xiàn)儀表葉片異常的識(shí)別，如圖1所示;通過流速—壓損映射關(guān)系和壓損數(shù)據(jù)分析，判斷軸承是否存在異常，如圖2所示;通過獲取計(jì)量端運(yùn)行與振動(dòng)規(guī)律，分析振動(dòng)異常狀態(tài)特性，有效識(shí)別儀表端存在的非正常振動(dòng)信息，如圖3所示。

圖1 高頻和低頻脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)比對(duì)異常診斷示意圖

圖2 流量—壓損異常識(shí)別技術(shù)示意圖

圖3 振動(dòng)參數(shù)異常識(shí)別技術(shù)示意圖

在用戶非正常用氣方面，針對(duì)鍋爐房用戶存在異常用氣行為且日常巡檢模式固定、缺少動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制的特點(diǎn)，主要根據(jù)各鍋爐房用氣量及用氣特征，建立基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的用氣量預(yù)測模型，進(jìn)行用氣時(shí)間上的多維度特征分析比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶異常用氣行為的檢測。同時(shí)，輔助安排工作人員對(duì)可能存在非正常用氣的用戶加強(qiáng)巡檢。另外，還可以結(jié)合不同區(qū)域以及不同用戶用氣高峰時(shí)間段特點(diǎn)，合理安排不同時(shí)段的燃?xì)夤?yīng)。

三、安全智能技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)和多源信息監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)搭建

結(jié)合多源參數(shù)辨識(shí)方案，同時(shí)考慮用戶體驗(yàn)，從通信方式、數(shù)據(jù)安全方案、費(fèi)控方式、功能提升等多方面出發(fā)，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)自主研發(fā)了非民用智能燃?xì)獗?，如圖4所示。儀表安裝有人體紅外釋熱傳感器和攝像頭，可為人為破壞行為提供證據(jù)。同時(shí)，儀表具有基于工況參數(shù)（溫度、壓力、壓損、振動(dòng)和高低頻脈沖）進(jìn)行多種異常場景辨識(shí)功能，可實(shí)現(xiàn)智能表故障前置邊緣分析。除此之外，該儀表還具有以下一系列先進(jìn)功能：市電加內(nèi)置鋰電雙供電自切換功能，滿足用戶多樣化的數(shù)據(jù)傳輸量和頻率需求;表端和后臺(tái)費(fèi)控模式自適應(yīng)及高頻率遠(yuǎn)程調(diào)價(jià)功能，可提高用戶充值便捷性，避免調(diào)價(jià)延遲造成的損失;遠(yuǎn)傳主信道和輔助信道互補(bǔ)的通信方式，主信道可選4G或NB，輔助信道可選藍(lán)牙方式，可滿足數(shù)據(jù)傳輸及采集需求;表具使用安全芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)加解密和安全認(rèn)證，藍(lán)牙通信協(xié)議使用過程密鑰，確保一表一密，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠?p>

圖4 智能安全計(jì)量儀表

為直觀顯示計(jì)量儀表多源異常安全狀態(tài)，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)還開發(fā)了融合用戶計(jì)量數(shù)據(jù)和表端工況數(shù)據(jù)的可視化監(jiān)測展示平臺(tái)。平臺(tái)界面主要對(duì)流速—壓損、紅外圖像、振動(dòng)以及溫度、壓力等工況參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)對(duì)設(shè)備ID、位置信息及狀態(tài)進(jìn)行展示。平臺(tái)通過調(diào)取后端數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息，將算法模型與后端數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)表端工況數(shù)據(jù)和綜合信息的可視化展示，為管理人員及時(shí)處理隱患并實(shí)時(shí)調(diào)整監(jiān)管策略提供支撐。

四、成果應(yīng)用前景

上述多源參數(shù)辨識(shí)方案，通過增加傳感終端結(jié)合自診斷技術(shù)、時(shí)空序列等分析技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量儀表多種異常場景狀態(tài)的識(shí)別，提高燃?xì)獗砉r異常監(jiān)測水平、豐富預(yù)警手段，進(jìn)一步有效防止偷盜燃?xì)夂透蓴_計(jì)量設(shè)施事件的發(fā)生。

開發(fā)的智能安全計(jì)量產(chǎn)品，則可直接推廣應(yīng)用于北京市燃?xì)庥脩簦谷細(xì)獗硐蛴?jì)量更精準(zhǔn)、功能更健全、通信更安全可靠、服務(wù)更便捷的智能化方向發(fā)展，為北京市智能計(jì)量、智能氣網(wǎng)的建設(shè)提供技術(shù)支持。

搭建的多源信息監(jiān)測展示平臺(tái)，通過智能算法和大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用，可以對(duì)計(jì)量運(yùn)行中關(guān)鍵影響因素進(jìn)行直觀展示和關(guān)聯(lián)分析，為安全隱患識(shí)別及應(yīng)急事件聯(lián)動(dòng)處置提供工具。

北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)開發(fā)的這一系列成果，將在北京市典型工商用戶中開展示范應(yīng)用，可有效提升燃?xì)庠O(shè)施安全防護(hù)水平、完善燃?xì)獗O(jiān)測預(yù)警與安全處置能力，對(duì)于實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)精細(xì)化管理具有重要的支撐作用。同時(shí)，這些技術(shù)產(chǎn)品及方案還可移植至其他業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)進(jìn)行推廣與應(yīng)用，并帶動(dòng)上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（責(zé)任編輯：鞠阿蓮）