CN111383152B - 一种城市燃气管网的安全状态分析方法和系统 - Google Patents
一种城市燃气管网的安全状态分析方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种城市燃气管网的安全状态分析方法和系统，所述方法包括：步骤S1：构建多层管网模型；步骤S2：获取多层管网模型参数；步骤S3：对每层管网模型的模型参数进行层内安全状态检查；步骤S4：进行层间模型参数预测安全状态检查。本发明能够通过多个层次进行多角度的安全状态分析和检查，基于各个层次的模型进行层间以及层内数据分析，从而从整体的角度上进行安全状态分析，能够提早发现问题；基于模型的参数计算方法以及基于目标的检查下发方式，降低了对于燃气管网的硬件设施要求，提高了兼容性。
Description
技术领域
本发明属于城市管网建设技术领域，尤其涉及一种城市燃气管网的安全状态分析方法和系统。
背景技术
随着科学技术的发展，管道燃气已经普遍应用于人们的生活之中，燃气的种类很多，包括天然气、人工燃气、液化石油气和沼气、煤制气等。天然气管道，又称输气管道，是将天然气(包括油田生产的伴生气)从开采地或处理厂输送到城市配气中心或工业企业用户的管道。天然气管网包括天然气管道，是连接资源与城市的纽带。现有的管道燃气管理条例中没有根据燃气居民用户的不同级别提供相对应的服务处理，容易造成燃气服务处理上的安全隐患，既给燃气居民用户带来不便，同时也降低了燃气管理工作者的工作效率。城市地下管网一旦发生管道失效事故，将有可能造成中毒、火灾、爆炸等恶性事故，同时将有可能在城市生命线系统中导致链式反应，引发此生、衍生灾害，造成大面积的人员伤亡和财产损失。燃气管道内部结构复杂，危险区域较多，典型的危险区域包括压缩机组、配电室、空气压缩机房、运输作业过程、压力容器充装工作区、工艺装置区。现有技术中缺乏对燃气管网安全状态分析和检查的相关手段，检查方法相对单一，仅仅是针对特定参数值进行简单的异常排查来发现问题，但是这样往往会带来大量的误查，而且不能提前的发现问题。本发明能够通过多个层次进行多角度的安全状态分析和检查，基于各个层次的模型进行层间以及层内数据分析，从而从整体的角度上进行安全状态分析，能够提早发现问题；基于模型的参数计算方法以及基于目标的检查下发方式，降低了对于燃气管网的硬件设施要求，提高了兼容性。
【发明内容】
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种城市燃气管网的安全状态分析方法和系统，所述方法包含：
步骤S1：构建多层管网模型；
步骤S2：获取多层管网模型参数；
步骤S3：对每层管网模型的模型参数进行层内安全状态检查；
步骤S4：进行层间模型参数预测安全状态检查。
进一步的，所述方法还包括步骤S5:基于层内安全状态检查和层间安全状态检查结果确定城市燃气管网的安全状态。
进一步的，所述步骤S1具体为:构建以燃气管连接拓扑结构为基础的多层次管网模型。
进一步的，所述构建以燃气管连接拓扑结构为基础的多层次管网模型，具体为：构建三层管网模型，分别是燃气管关键点管网模型、燃气管站点管网模型、燃气管辖区管网模型。
进一步的，所述关键点为燃气管连接点、燃气管关键枢纽等。
进一步的，关键点参数为关键点位置、泄漏量、关键点燃气浓度等。
进一步的，所述步骤S2具体为：获取多层管网模型中每一层的模型参数。
进一步的，基于安全状态分析的范围确定当前安全检查所涉及的关键点、站点和辖区集合，并针对这些集合中包含的关键点、站点和辖区获取相应的模型参数。
进一步的，所述步骤S3具体为：对每层管网模型的模型参数依次进行异常检查、设定检查和模型参数关联性检查。
一种城市燃气管网的安全状态分析系统，所述系统包含：燃气管网关键点、站点和辖区，分析平台和传感器；所述系统用于执行权利要求1-9中任一项所述的方法。
本发明的有益效果包括：能够通过多个层次进行多角度的安全状态分析和检查，基于各个层次的模型进行层间以及层内数据分析，从而从整体的角度上进行安全状态分析，能够提早发现问题；基于模型的参数计算方法以及基于目标的检查下发方式，降低了对于燃气管网的硬件设施要求，提高了兼容性。
附图说明
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明的城市燃气管网的安全状态分析方法示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
对本发明所应用的一种城市燃气管网的安全状态分析方法进行详细说明，如附图1所示，所述方法包含：
步骤S1：构建多层管网模型；具体为：构建以燃气管连接拓扑结构为基础的多层次管网模型；
所述构建以燃气管连接拓扑结构为基础的多层次管网模型，具体为：构建三层管网模型，分别是燃气管关键点管网模型、燃气管站点管网模型、燃气管辖区管网模型；
其中：所述关键点为燃气管的关键点，例如：燃气管连接点、燃气管关键枢纽等；基于所述燃气管的管道连接结构构建燃气管关键点模型，所述燃气管关键点管网模型包括基于所述关键点的连接拓扑结构图，以及关键点参数；关键点参数为关键点位置、泄漏量、关键点燃气浓度等；关键点参数传感器进行实时测量得到；
所述燃气管站点管网模型包括基于站点的连接拓扑结构图，以及站点参数；其中：所述燃气管站点管网模型包括基于所述站点的连接拓扑结构图，以及站点参数；所述站点的连接为站点之间的数据通信连接关系；站点参数包括站点管理范围内所包括的关键点，以及站点自身的监测数据和历史数据等；站点可以为阀室或站场、或者管理点；相邻的站点之间通过无线通信网络数据连接；
所述燃气管辖区管网模型包括基于辖区的连接拓扑结构图，以及辖区参数；其中：所述辖区的连接拓扑结构图表征了辖区之间的位置关系，相邻的辖区之间为具有连接关系的辖区；辖区参数包括辖区管理范围内所包含的站点，以及辖区自身监测数据和历史数据等；辖区包括一个或多个连接的站点；
步骤S2：获取多层管网模型参数；具体为：获取多层管网模型中每一层的模型参数；
优选的：基于安全状态分析的范围确定当前安全检查所涉及的关键点、站点和辖区集合，并针对这些集合中包含的关键点、站点和辖区获取相应的模型参数；
所述获取多层次管网模型中每一层的模型参数，具体为：实时获取燃气管关键点模型的模型参数；周期性获取燃气管站点管网模型和燃气管辖区管网模型的模型参数；
所述实时获取燃气管关键点模型的模型参数，具体为：设置在关键点的传感器实时的获取关键点参数，并将关键点参数发送给站点(或分析平台)；所述发送方式为通过无线的方式发送或者手工监测并发送给站点(分析平台)；
所述周期性获取燃气管站点管网模型的模型参数，具体为：获取关键点发送的模型参数、关键点的连接拓扑结构图，基于所述模型参数，连接拓扑结构图中关键点的拓扑连接关系来计算站点参数；所述计算的周期为第一周期；计算的具体方法可以为对于一项站点参数，获取其对应的多个关键点参数，并对关键点参数进行数学计算后，根据拓扑连接关系来计算所述一项站点参数；其中：所述数据计算可以为计算平均值；
优选的：在关键点参数发送给分析平台的情况下，由分析平台进行计算病获取燃气管站点管网模型的模型参数；
所述周期性获取燃气管辖区管网模型的模型参数，具体为：获取站点管网模型的模型参数，站点的连接拓扑结构图，基于所述站点管网模型的模型参数，站点连接拓扑结构图中站点的连接关系来计算辖区模型参数；所述计算的周期为第二周期；
优选的：第一周期和第二周期是不同的；优选的：第二周期大于等于第一周期；
步骤S3：对每层管网模型的模型参数进行层内安全状态检查；具体为：对每层管网模型的模型参数依次进行异常检查、设定检查和模型参数关联性检查；
所述进行异常检查，具体为：将每个模型参数和相应类型模型参数的正常范围进行比较，如果所述模型参数的参数值在所述正常范围内，则所述模型参数为正常，否则，为异常；其中：正常范围为根据模型参数的类型及所述模型所预设的；
所述进行设定检查，具体为：判断模型参数是否满足设定检查条件，如果是，则认为所述模型参数为正常，否则，为异常；
优选的：设定检查条件为动态设置的检查条件，根据检查范围、检查条件、检查硬件、环境等因素的变化进行动态的设置；具有设置权限的用户或者分析平台经过对检查条件的设置因素的变化进行分析后，进行检查条件的动态设置；有权限的用户通过登录分析平台的方式进行设定检查条件的设置；分析平台对检查条件进行预处理后，将检查条件根据其针对的检查对象发送给相应的检查对象；检查对象为关键点、站点和/或辖区，关键点、站点和辖区根据所述检查条件进行所述设定检查；
优选的：由分析平台执行关键点管网模型的模型参数的层内安全性检查；
所述对检查条件进行预处理，包括如下步骤：
步骤SA1：将检查条件根据其所针对的检查对象进行整理；具体的：在每次收到新的检查条件时，将所述检查条件根据其所针对的检查对象进行解析，并将经过解析后的检查条件保存到和所述检查对象关联的检查条件存储区域中；检查对象为具体的关键点、站点或者辖区；
其中：解析为对检查条件的检查对象进行解析，当检查条件针对多个检查对象时，将所述检查条件解析为多个检查条件，并将所述多个检查条件分别进行保存；
步骤SA2：将针对同一检查对象的多个检查条件进行去矛盾；具体的：如果多个检查条件中存在明显矛盾的项目时，根据检查条件设置主体的进行检查条件的去矛盾，保留高权限用户设置的条件，并去掉低权限用户设置的检查条件；对于分析平台的设置，需要对分析平台进行权限级别的对照设置；
步骤SA3：对经过去矛盾的多个检查条件进行合并；具体的：当检查条件中存在重合的检查项目时，将检查条件包含的项目进行合并；例如：对同一检查对象的同一模型参数进行参数值大小范围的检查，此时可以将检查所针对的大小范围进行合并以进行检查条件的合并；
步骤SA4：针对检查目标进行检查条件的格式转换；用户可接受能力以及检查对象的多样性，针对不同的检查对象进行格式转化能够提高整个系统的兼容性；
优选的：还包括步骤SA5:根据检查对象的处理能力进行检查条件的修改；例如：对于计算能力受限的检查目标进行检查条件的去复杂化，对于存储能力受限的检查对象进行检查条件的分组发送或者删除等；
通过上述预处理，能够有针对性的进行检查条件的下发，避免的多余的通信开销，减少检查的次数和重复检查；对于能力受限的检查条件能够尽量的降低其处理难度，例如：关键点的计算和存储能力都很有限，进行上述预处理能够大大提高系统兼容性；
所述模型参数关联性检查，具体为：判断模型参数之间是否符合预设的关联关系，如果是，则通过所述关联性检查，否则对第一时间范围内连续获取的多组模型参数中的每组模型参数进行关联性检查，如果通过安全性检查的通过率大于第一阈值，则通过所述关联性检查，否则，根据冗余设置确定是否进行第二时间范围内的检查；如果冗余设置为是，则对第二时间范围内连续获取的多组模型参数中的每组模型参数进行关联性检查，如果通过安全性检查的通过率大于第二阈值，则通过所述关联性检查，如果为否，则未通过关联性检查；如果冗余设置为否，则未通过关联性检查；其中：第二时间范围大于等于第一时间范围；当第二时间范围等于第一时间范围时进行重复关联性检查，此时，第一时间范围和第二时间范围所跨越的时间不重合；例如：第一时间范围为t时刻向前推第一时间范围，而第二时间范围为t时刻向后推第二时间范围；当第二时间范围大于第一时间范围时，第二时间范围跨越的范围包含第一时间范围；第一阈值和第二阈值均是预设值；安全性检查的通过率为连续获取的多组模型参数中通过关联性检查的模型参数组数占总的模型参数组数的比例值；在冗余设置为是的情况下对安全检查的冗余程度较高，反之亦然；
步骤S4：进行层间模型参数预测安全状态检查；具体为包括如下步骤：
步骤SB1：对燃气管站点管网模型进行层间安全状态检查；具体的：对于燃气管站点管网模型，获取当前模型参数，将当前模型参数和步骤S2中获取的站点管网模型的模型参数进行比较，如果两者之间一致，则通过；否则，未通过；
所述获取当前模型参数具体为：通过设置在站点的传感器或人为测量获取；
可替换的：基于燃气管站点管网模型的历史模型参数预测当前模型参数；
所述两者之间一致，具体为：两者之间各类模型参数的变化规律一致，并且模型参数的参数之间的差值在预设范围内；
步骤SB2：对于燃气管辖区站点管网模型进行层间安全状态检查；具体的：对于燃气管辖区管网模型，获取当前模型参数，将当前模型参数和步骤S2中获取的辖区管网模型的模型参数进行比较，如果两者之间的一致，则通过；否则，未通过；
所述获取当前模型参数具体为：通过设置在辖区的传感器或人为测量获取；
可替换的：基于燃气管辖区站点管网模型的历史模型参数预测当前模型参数；
所述两者之间一致，具体为：两者之间各类模型参数的变化规律一致，并且模型参数的参数之间的差值在预设范围内；
步骤SB3:基于步骤SB1和步骤SB2的安全状态检查结果确定层间安全状态检查结果；具体为；当步骤SB1和步骤SB2的安全状态检查结果均通过时确定层间安全状态检查通过；否则，确定为未通过；
步骤S5:基于层内安全状态检查和层间安全状态检查结果确定城市燃气管网的安全状态；具体的：当层内安全状态检查和层间安全状态检查均通过时，确定城市燃气管网处于安全状态；否则，当层内安全检查或层间安全检查不通过时，确定安全状态为待核查，此时针对安全检查不通过的具体原因进行关键点、站点、辖区的安全排查；当层内安全状态检查和层间安全状态检查均未通过时，确定安全状态为不通过，此时需要进行安全状态预警；预警情况下需要进行停机整网排查；
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种城市燃气管网的安全状态分析方法，其特征在于，所述方法包含：
步骤S1：构建多层管网模型；具体为：构建以燃气管连接拓扑结构为基础的多层次管网模型；
所述构建以燃气管连接拓扑结构为基础的多层次管网模型，具体为：构建三层管网模型，分别是燃气管关键点管网模型、燃气管站点管网模型、燃气管辖区管网模型；
步骤S2：获取多层管网模型参数；具体为：获取多层管网模型中每一层的模型参数；基于安全状态分析的范围确定当前安全检查所涉及的关键点、站点和辖区集合，并针对这些集合中包含的关键点、站点和辖区获取相应的模型参数；
步骤S3：对每层管网模型的模型参数进行层内安全状态检查；具体为：对每层管网模型的模型参数依次进行异常检查、设定检查和模型参数关联性检查；
所述进行异常检查，具体为：将每个模型参数和相应类型模型参数的正常范围进行比较，如果所述模型参数的参数值在所述正常范围内，则所述模型参数为正常，否则，为异常；其中：正常范围为根据模型参数的类型及所述模型所预设的；
所述进行设定检查，具体为：判断模型参数是否满足设定检查条件，如果是，则认为所述模型参数为正常，否则，为异常；
设定检查条件为动态设置的检查条件，根据检查范围、检查条件、检查硬件、环境因素的变化进行动态的设置；具有设置权限的用户或者分析平台经过对检查条件的设置因素的变化进行分析后，进行检查条件的动态设置；有权限的用户通过登录分析平台的方式进行设定检查条件的设置；分析平台对检查条件进行预处理后，将检查条件根据其针对的检查对象发送给相应的检查对象；检查对象为关键点、站点和/或辖区，关键点、站点和辖区根据所述检查条件进行所述设定检查；
所述对检查条件进行预处理，包括如下步骤：
步骤SA1：将检查条件根据其所针对的检查对象进行整理；具体的：在每次收到新的检查条件时，将所述检查条件根据其所针对的检查对象进行解析，并将经过解析后的检查条件保存到和所述检查对象关联的检查条件存储区域中；检查对象为具体的关键点、站点或者辖区；
步骤SA2：将针对同一检查对象的多个检查条件进行去矛盾；具体的：如果多个检查条件中存在明显矛盾的项目时，根据检查条件设置主体的进行检查条件的去矛盾，保留高权限用户设置的条件，并去掉低权限用户设置的检查条件；
步骤SA3：对经过去矛盾的多个检查条件进行合并；具体的：当检查条件中存在重合的检查项目时，将检查条件包含的项目进行合并；
步骤SA4：针对检查目标进行检查条件的格式转换；用户可接受能力以及检查对象的多样性，针对不同的检查对象进行格式转化能够提高整个系统的兼容性；
步骤SA5:根据检查对象的处理能力进行检查条件的修改；
步骤S4：进行层间模型参数预测安全状态检查；具体为包括如下步骤：
步骤SB1：对燃气管站点管网模型进行层间安全状态检查；具体的：对于燃气管站点管网模型，获取当前模型参数，将当前模型参数和步骤S2中获取的站点管网模型的模型参数进行比较，如果两者之间一致，则通过；否则，未通过；
所述获取当前模型参数具体为：通过设置在站点的传感器或人为测量获取；
所述两者之间一致，具体为：两者之间各类模型参数的变化规律一致，并且模型参数的参数之间的差值在预设范围内；
步骤SB2：对于燃气管辖区站点管网模型进行层间安全状态检查；具体的：对于燃气管辖区管网模型，获取当前模型参数，将当前模型参数和步骤S2中获取的辖区管网模型的模型参数进行比较，如果两者之间的一致，则通过；否则，未通过；
步骤SB3:基于步骤SB1和步骤SB2的安全状态检查结果确定层间安全状态检查结果；具体为；当步骤SB1和步骤SB2的安全状态检查结果均通过时确定层间安全状态检查通过；否则，确定为未通过；
步骤S5:基于层内安全状态检查和层间安全状态检查结果确定城市燃气管网的安全状态；具体的：当层内安全状态检查和层间安全状态检查均通过时，确定城市燃气管网处于安全状态；否则，当层内安全检查或层间安全检查不通过时，确定安全状态为待核查，此时针对安全检查不通过的具体原因进行关键点、站点、辖区的安全排查；当层内安全状态检查和层间安全状态检查均未通过时，确定安全状态为不通过，此时需要进行安全状态预警；预警情况下需要进行停机整网排查。
2.根据权利要求1所述的城市燃气管网的安全状态分析方法，其特征在于，所述关键点为燃气管连接点、燃气管关键枢纽。
3.根据权利要求2所述的城市燃气管网的安全状态分析方法，其特征在于，关键点参数为关键点位置、泄漏量、关键点燃气浓度。
4.根据权利要求3所述的城市燃气管网的安全状态分析方法，其特征在于，基于安全状态分析的范围确定当前安全检查所涉及的关键点、站点和辖区集合，并针对这些集合中包含的关键点、站点和辖区获取相应的模型参数。
5.一种城市燃气管网的安全状态分析系统，其特征在于，所述系统包含：燃气管网关键点、站点和辖区，分析平台和传感器；所述系统用于执行权利要求1-4中任一项所述的方法。
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