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深圳市燃气集团股份有限公司 深圳 518000
摘要：通过分析管网巡查巡检现状，针对性提出本地城市天然气管网GPS巡检系统的需求，研究适用、灵活的系统架构，在燃气巡检基本平台上的基础上，开发设计智能巡检系统前端和后台基本模块功能，涵盖管网巡查巡检各业务内容，有效地提升作业效率和管理水平。
关键词：天然气管网；GPS；巡检系统
巡查和巡检是保障天然气管网这一城市重要基础设施安全、稳定的运行关键环节，是管道完整性管理概念中确保管道始终处于受控状态的前提条件。通过巡检人员的周期性巡查，及时获取最新巡线数据，对管线运行状况进行及时监测，为管网运行控制、异常处理提供必要的数据支持与业务支持，提高管道安全、稳定运行系数。
梧州深燃公司是深圳燃气集团控股管理的城市管道天然气运营单位，在管网完整性管理和巡查巡检标准上较早就开始考虑运用现代化的技术工具，执行严格的标准，天然气管网GPS巡检系统的开发研究是其中重要的手段，梧州深然公司根据管网的运行技术状况也在不断研究适合自身特点的智能巡检系统。
一、管网巡查巡检现状
梧州深燃公司现有地下天然气管网150公里，地上管网600多栋高、多层楼宇，地下管径范围为DN110-DN250，燃气设施包括地下燃气阀门、出地面中压燃气阀门、凝水器、放散阀、调压器、工商业用户流量表等，有中压和低压两种压力等级，市政中压管道系统设计压力0.3MPa，运行压力不超过0.2MPa；小区楼栋和工商业用户调压器后燃气管道为低压供气，管道运行压力为1500～3000Pa，地下管埋深一般为0.8～1.5米，最深处约为4～6米。
在巡查巡检方式上，根据管道材质、带气状况、使用年限和周围环境（人口密度、地质、道路情况）等因素综合考虑，并从管网巡查巡检工作合理安排出发，将巡查巡检的管网设施分为A、B、C、D、Z共五个等级：A级是市政地下管网设施，重要工商业用户燃气设施；B级为居民小区庭院地下管网设施、地上外墙立管设施、一般工商业用户燃气设施；C级为在建工程管网设施；D级是居民小区楼宇天面共用燃气管网设施；以上A、B、C、D四个等级的管网设施出现需要增强巡查巡检力度的情况时，调整为Z级。巡查内容包括地理环境变化、周围生态异常、第三方施工影响、管道附件完备性、燃气用户使用、调压器调压箱和工商业用户燃气设施等方面。巡查周期为A级每天巡查一次，B级每二天巡查一次，C级每周（7天）巡查一次，D级每个月（30天）巡查一次，Z级每天巡查二次及以上。
二、巡查巡检需求分析
针对梧州天然气管网巡查巡检现状，总体上要求开发一套智能巡检监管、检测和记录系统，全面指导日常巡查巡检工作的开展。这套系统主要应用全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和无线网络传输等关键技术，结合智能终端设备进行综合开发。巡检人员持智能终端，完成并记录日常巡查和巡检作业，如现场的事件类别信息、事件内容、事件位置、事件现场图片或视频等信息传送到公司监管或调度室，后端管理人员可对巡查人员的实时位置进行调度和指挥，远程布置巡检任务等，以提高巡查效率。具体而言，主要达到以下要求：
1.快速体现天然气管网设施的运作情况，通过及时采集管网运行的基础数据（包括阀门状态、调压器压力、管道隐患数据等），建立完整、可靠、动态更新的天然气管网运行数据库。
2.对巡查人员进行实时、有效的监管，通过位置计算和系统检测，发现巡查人员巡检缺位、错线、错时和周期错误等情况，发出修正、提示等警告指令，督促巡查人员及时归位巡查，有效地解决传统巡查打卡、人工抽查等方式的缺陷。
3.针对管网设施的意外故障，设立故障事件应对方案，提供专业解决指导方案和调度安排。
4.利用管网运行基础数据库中的海量数据，实现有效的查询、统计和分析，还可以进一步开展数据挖掘，对天然气管网设施的运行现状进行评估，对未来趋势给出预测；还能通过联网技术，将巡查数据和分析结果传输到其他管理部门，特别是与管道完备性管理和安全管理信息系统对接，为管道安全管理提供现状信息和决策支持。
三、系统架构
系统目标方面，天然气管网GPS智能巡检系统应该由管理平台（后台）和前端手持设备（PDA）以C-S结构方式构建。前端手持设备要内置GPS接收机，不间断读取卫星定位信息，并报告自身位置，巡检工作人员将定位信息运用于巡检线路，将设备检修记录保存于前端手持设备数据库，并通过GPRS或CDMA等通讯方式将数据实时上传至调度管理室。调度管理室可以实时监测巡检人员所处位置及所进行的各项工作任务，对于突发事件， 前端手持设备和管理平台可实现及时双向通讯。
根据巡查巡检需求和系统目标，系统架构可分为表现层、业务逻辑层、服务层和外部系统四方面。表现层应用于管理平台和巡线人员的手持设备，业务逻辑层包含监控模块和资源管理、巡线计划管理、电话管理、事件管理、统计与分析报表等应用功能的开发，服务层主要包括数据库、通讯单元和应用程序等支持模块，在外部系统方面，留下管道完整性系统、WEBGIS系统和GPS系统的数据接口。
图1：GPS智能巡检系统架构
四、功能实现
梧州天然气管网GPS巡检系统的功能应充分反映梧州深燃公司管网巡检现状和需求，公司在燃气集团GPS巡檢基本平台的基础上进行二次开发，包括管理平台（后台）和前端手持设备2大部分，具体主要考虑以下功能的实现：
1.管理平台。管理平台对GIS基础数据和巡查数据、事件和前端手持设备信息进行全面存储、监控和管理，是调度人员、管理人员巡线管理的窗口。主要功能包括：
图2：智能巡检系统管理平台
A人员信息管理：管理内容包括添加、修改、删除、查询巡查人员信息，设置巡查人员权限、角色。巡查人员基本信息包括：账号，密码，姓名、性别、班组、巡查区域等。巡查人员动态信息包括：在线状态、在岗状态、关键位置到位情况，上下班打卡时间、坐标、移动速度、有效巡查管网长度等。
B排班管理：对巡查人员进行日常工作排班，做出排班计划表并进行动态调整，巡查人员未按计划到岗到线到位时，管理系统发出报警提醒，在管理平台会记录每位巡查人员的迟到记录，供查询统计。
C对GIS模块的管理：内置梧州坐标系矢量数据地图和GIS模块。
D信息传输：发送信息给手持设备，下达任务指令和支持信息。
E第三方施工工地和隐患管理：后台管理系统统一对施工和隐患信息进行管理，形成历史和现状信息表。
F查询统计及报表：可以按不同的条件查询统计巡查和事件信息。
2.前端手持设备。
图3：前端手持设备
前端手持设备支持安卓2.1以上系统平台搭载使用，对手机品牌、型号、通信运营商没有特别要求。基本功能包括：
A基本地图功能：可进行地图查询定位、图层设置、比例调整、距离
摘要：通过分析管网巡查巡检现状，针对性提出本地城市天然气管网GPS巡检系统的需求，研究适用、灵活的系统架构，在燃气巡检基本平台上的基础上，开发设计智能巡检系统前端和后台基本模块功能，涵盖管网巡查巡检各业务内容，有效地提升作业效率和管理水平。
关键词：天然气管网；GPS；巡检系统
巡查和巡检是保障天然气管网这一城市重要基础设施安全、稳定的运行关键环节，是管道完整性管理概念中确保管道始终处于受控状态的前提条件。通过巡检人员的周期性巡查，及时获取最新巡线数据，对管线运行状况进行及时监测，为管网运行控制、异常处理提供必要的数据支持与业务支持，提高管道安全、稳定运行系数。
梧州深燃公司是深圳燃气集团控股管理的城市管道天然气运营单位，在管网完整性管理和巡查巡检标准上较早就开始考虑运用现代化的技术工具，执行严格的标准，天然气管网GPS巡检系统的开发研究是其中重要的手段，梧州深然公司根据管网的运行技术状况也在不断研究适合自身特点的智能巡检系统。
一、管网巡查巡检现状
梧州深燃公司现有地下天然气管网150公里，地上管网600多栋高、多层楼宇，地下管径范围为DN110-DN250，燃气设施包括地下燃气阀门、出地面中压燃气阀门、凝水器、放散阀、调压器、工商业用户流量表等，有中压和低压两种压力等级，市政中压管道系统设计压力0.3MPa，运行压力不超过0.2MPa；小区楼栋和工商业用户调压器后燃气管道为低压供气，管道运行压力为1500～3000Pa，地下管埋深一般为0.8～1.5米，最深处约为4～6米。
在巡查巡检方式上，根据管道材质、带气状况、使用年限和周围环境（人口密度、地质、道路情况）等因素综合考虑，并从管网巡查巡检工作合理安排出发，将巡查巡检的管网设施分为A、B、C、D、Z共五个等级：A级是市政地下管网设施，重要工商业用户燃气设施；B级为居民小区庭院地下管网设施、地上外墙立管设施、一般工商业用户燃气设施；C级为在建工程管网设施；D级是居民小区楼宇天面共用燃气管网设施；以上A、B、C、D四个等级的管网设施出现需要增强巡查巡检力度的情况时，调整为Z级。巡查内容包括地理环境变化、周围生态异常、第三方施工影响、管道附件完备性、燃气用户使用、调压器调压箱和工商业用户燃气设施等方面。巡查周期为A级每天巡查一次，B级每二天巡查一次，C级每周（7天）巡查一次，D级每个月（30天）巡查一次，Z级每天巡查二次及以上。
二、巡查巡检需求分析
针对梧州天然气管网巡查巡检现状，总体上要求开发一套智能巡检监管、检测和记录系统，全面指导日常巡查巡检工作的开展。这套系统主要应用全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和无线网络传输等关键技术，结合智能终端设备进行综合开发。巡检人员持智能终端，完成并记录日常巡查和巡检作业，如现场的事件类别信息、事件内容、事件位置、事件现场图片或视频等信息传送到公司监管或调度室，后端管理人员可对巡查人员的实时位置进行调度和指挥，远程布置巡检任务等，以提高巡查效率。具体而言，主要达到以下要求：
1.快速体现天然气管网设施的运作情况，通过及时采集管网运行的基础数据（包括阀门状态、调压器压力、管道隐患数据等），建立完整、可靠、动态更新的天然气管网运行数据库。
2.对巡查人员进行实时、有效的监管，通过位置计算和系统检测，发现巡查人员巡检缺位、错线、错时和周期错误等情况，发出修正、提示等警告指令，督促巡查人员及时归位巡查，有效地解决传统巡查打卡、人工抽查等方式的缺陷。
3.针对管网设施的意外故障，设立故障事件应对方案，提供专业解决指导方案和调度安排。
4.利用管网运行基础数据库中的海量数据，实现有效的查询、统计和分析，还可以进一步开展数据挖掘，对天然气管网设施的运行现状进行评估，对未来趋势给出预测；还能通过联网技术，将巡查数据和分析结果传输到其他管理部门，特别是与管道完备性管理和安全管理信息系统对接，为管道安全管理提供现状信息和决策支持。
三、系统架构
系统目标方面，天然气管网GPS智能巡检系统应该由管理平台（后台）和前端手持设备（PDA）以C-S结构方式构建。前端手持设备要内置GPS接收机，不间断读取卫星定位信息，并报告自身位置，巡检工作人员将定位信息运用于巡检线路，将设备检修记录保存于前端手持设备数据库，并通过GPRS或CDMA等通讯方式将数据实时上传至调度管理室。调度管理室可以实时监测巡检人员所处位置及所进行的各项工作任务，对于突发事件， 前端手持设备和管理平台可实现及时双向通讯。
根据巡查巡检需求和系统目标，系统架构可分为表现层、业务逻辑层、服务层和外部系统四方面。表现层应用于管理平台和巡线人员的手持设备，业务逻辑层包含监控模块和资源管理、巡线计划管理、电话管理、事件管理、统计与分析报表等应用功能的开发，服务层主要包括数据库、通讯单元和应用程序等支持模块，在外部系统方面，留下管道完整性系统、WEBGIS系统和GPS系统的数据接口。
图1：GPS智能巡检系统架构
四、功能实现
梧州天然气管网GPS巡检系统的功能应充分反映梧州深燃公司管网巡检现状和需求，公司在燃气集团GPS巡檢基本平台的基础上进行二次开发，包括管理平台（后台）和前端手持设备2大部分，具体主要考虑以下功能的实现：
1.管理平台。管理平台对GIS基础数据和巡查数据、事件和前端手持设备信息进行全面存储、监控和管理，是调度人员、管理人员巡线管理的窗口。主要功能包括：
图2：智能巡检系统管理平台
A人员信息管理：管理内容包括添加、修改、删除、查询巡查人员信息，设置巡查人员权限、角色。巡查人员基本信息包括：账号，密码，姓名、性别、班组、巡查区域等。巡查人员动态信息包括：在线状态、在岗状态、关键位置到位情况，上下班打卡时间、坐标、移动速度、有效巡查管网长度等。
B排班管理：对巡查人员进行日常工作排班，做出排班计划表并进行动态调整，巡查人员未按计划到岗到线到位时，管理系统发出报警提醒，在管理平台会记录每位巡查人员的迟到记录，供查询统计。
C对GIS模块的管理：内置梧州坐标系矢量数据地图和GIS模块。
D信息传输：发送信息给手持设备，下达任务指令和支持信息。
E第三方施工工地和隐患管理：后台管理系统统一对施工和隐患信息进行管理，形成历史和现状信息表。
F查询统计及报表：可以按不同的条件查询统计巡查和事件信息。
2.前端手持设备。
图3：前端手持设备
前端手持设备支持安卓2.1以上系统平台搭载使用，对手机品牌、型号、通信运营商没有特别要求。基本功能包括：
A基本地图功能：可进行地图查询定位、图层设置、比例调整、距离