油气管网可靠性计算方法评述

油气管网可靠性研究是提升管网风险评价定量化水平的必然选择,充分吸收可靠性的现有研究成果,对油气管网的可靠性研究具有重要的促进作用。从单元、系统、网络3个层面总结了目前比较典型的可靠性计算方法,介绍了不同方法的计算思路,结合油气管网的特点,分析了不同方法在油气管网可靠性计算中的应用前景。对于单元的可靠性计算,概率统计法和机理建模法是应用最多、发展最成熟的方法;对于系统的可靠性计算,布尔法和马尔科夫方法在其他行业应用都比较成熟,而马尔可夫方法在处理单元的共因失效和相关失效方面更具优势;对于油气管网网络可靠性的计算,目前的连通可靠度计算方法可以直接应用,而容量可靠度理论尚需根据油气管网的自身运行特点进行发展。     

中外智慧管网发展现状与对策方案

智慧管网具有全面感知、自动预判、自适应、自反馈、自学习等特征优势,近年来得到迅速发展,国内外智慧管网的侧重点有所不同,国外侧重于使用现代模型方法升级传统技术方法,而国内侧重于智慧系统的规划和整体设计。目前中国智慧管网建设仍处于起步阶段,在数字孪生体构建、传感技术、精准检测和评价、决策支持、模型构建、信息共享、大数据深度挖掘等方面缺乏系统性、规划性、科学性,基础模型和智能决策不足。阐述了智慧管网在国家管网多条管道上的开发与应用,逐步实现了设计、施工、运行等多环节覆盖。针对存在的问题,提出了解决方案:管网智能巡护,智慧管网的人工智能,视频实时监控智能识别,管道智能化应急防范,构建基于多源数据的智能化管理平台,灾害一体化智能监测与预警,管道完整性大数据融合、建模、决策支持等。建议进一步采用物联网、云平台、区块链等技术,研究建立管道全生命周期数据标准,构建管道全生命周期数据库,开展智能管网平台设计,包括管道全生命周期资产管控、运行控制、决策支持,最终形成基于多源数据融合的智能一体化管理平台。     

智慧管网建设进展及存在问题

随着中国油气管道骨干管网初具规模,运维体系日趋完善以及大数据、人工智能、物联网技术的应用,智慧管网的建设成为可能。以中国石油天然气集团有限公司智慧管网的建设为例,基于智慧管网现有设计方案,梳理了现阶段智慧管网在科技、信息、物联网方面各个系统的建设进展,介绍了中俄东线和中缅油气管道试点工程的最新成果,提出了智慧管网建设仍需解决的问题。通过明确智慧管网建设的原则及目标,实践探索出一条智慧管网建设的有效途径,最终实现“数据全面统一、感知交互可视、系统融合互连、供应精准匹配、运行智能高效、预测预警可控”的管道智能化运行目标。     

从旁接油罐到管网联运再到智能调控——中国输油管道工艺技术50年发展回顾与展望

在"八三"管道工程建设50周年之际,回顾了中国石油管道工艺技术50年发展历程,梳理了输油管道密闭运行及水击控制保护技术、易凝高黏原油输送技术、成品油顺序输送与优化运行技术、大落差管道设计及投产运行技术、输油管道运行仿真技术的科学研究与工程应用成果,总结了下一步发展目标。展望了输油管道智能化发展愿景,提出相关建议:确定国家管网系统建设统一数据平台的模式;形成适用于油气管道的专业工业化软件;研究基于海量数据+AI算法的智能决策系统;建立输油管道系统数字体、意识体的构建原则、目标及应用评价方法;建立国家管道和设备失效数据库及发布平台;研制自主可控的基于数据和机理模型的大型输油管网在线和离线分析预测软件;研究国内外SCADA系统软件协调运行及国产软件大规模应用技术;研究精细管理下大型油气管网节能增效技术。以上建议期望为智慧互联大管网的构建提供参考。(图2,参33)     

煮糖结晶过程数据驱动控制方法

煮糖结晶过程是蔗糖生产行业唯一没有实现全自动化的工序,由于该过程存在大时滞、非线性的特点,目前的研究尚难以从机理模型方向对煮糖结晶过程进行控制。针对煮糖结晶过程尚未实现全自动化的问题,研究基于紧格式动态线性化的无模型自适应数据驱动控制方法。结合煮糖结晶过程控制的实际要求,对数据驱动控制系统框架进行设计与实现。利用紧格式动态线性化方法构建动态线性化模型,将非线性系统线性化。实现无模型自适应控制和预测控制的融合,既保留了无模型自适应控制单调收敛性和有界输入输出稳定性的显著特点,又加入预测控制方法控制效果好、鲁棒性强的优点。与比例-积分-导数(proportion-integral-derivate,简称PID)控制方法的仿真对比分析表明,所用方法取得了更好的控制效果,验证了基于紧格式动态线性化的无模型自适应数据驱动方法的有效性和优越性。     

天然气长输管网优化建模及求解研究进展

天然气管网优化对于降低管网运营成本、提升天然气供应可靠性具有重要意义。将天然气管网优化模型分为基于物理属性与基于经济属性两类，系统总结回顾了天然气长输管网优化建模及求解的研究进展。现有研究多集中于解决特定阶段下单一属性的管网优化问题，但要提高管网的经济性、可靠性及可持续性，需要综合考虑经济属性与物理属性，并系统统筹设计优化与运行优化。当前，中国在天然气管网优化建模方面的研究主要集中在基于物理属性的建模方法上，未来还需关注天然气市场均衡模型在管网优化中的应用。在模型求解方面，总结了多种启发式算法。从管道安全优化、非稳态优化及市场均衡建模3个方面，对未来天然气管网优化建模的发展趋势进行了展望。（图1，参71）     

1种面向猪舍的信息物理融合系统模型

针对传统的信息物理融合系统建模方法大多局限于时间域内的分析,且没有考虑计算过程和物理过程,通过网络实时交互对系统行为所带来的影响等问题,扩展了传统模型以刻画系统中的时空相关、网络交互以及模型结合等问题,将时间和空间的事件信息明确地抽象到编程模型中,在大数据背景下进行形式化的描述及一体化建模。以猪舍中风扇开启为例,对每个环节进行详细分析,证明该模型可应用于精准农业中,从而有利于设计人员更好地分析网络化计算过程在与物理过程融合、物理环境交互中的动态行为,对加深系统的理解和应用具有重要的意义。     

基于混合模型的井虚拟计量方法与应用

虚拟计量作为物理计量装置的补充或替代计量方案，被越来越广泛地应用于油气田上游计量场景。为了提升单井虚拟计量系统的准确性并改善系统维护的便捷性，在传统的动态多相流机理模型的基础上，提出了机理模型与机器学习模型相结合的新式混合模型虚拟计量方案，建立了井工况数据机器学习模型、井机理模型的交互逻辑与系统架构，实现了实时测量数据驱动下新式混合模型虚拟计量系统的稳定、准确运行。结果表明：混合模型虚拟计量系统可实现实时测量数据输入条件下的各相计量稳定输出；利用现场试井数据对新式虚拟计量结果进行评价，液相流量和气体流量的整体误差分别小于5%和3%，计量准确性有一定程度提升；相较基于机理模型的虚拟计量，新式混合模型虚拟计量系统在后期维护上更便捷，仅需根据测井数据中含水率与气油比的变化程度来调整模型设置，且计量适用范围更广。研究结果可为传统虚拟计量在多技术融合发展方面提供可行的研究方向。（图12，表4，参25）     

中俄东线智能化工艺运行基础与实现的思考

随着数字化、智能化等技术的发展,油气管道运行管理模式将发生根本性转变,形成以智能管道、智慧管网为核心的发展理念。从管道运行工艺角度对中国智能管道建设的基础及实现条件进行了分析:①从智能管道的定义、国内外智能管道的发展现状以及油气管道智能运行的物联网基础与技术准备3个方面论述了智能管道建设的基础及所需实现的功能,指出智能管道在油气生产过程中的应用性是智能管道建设的核心问题;②探讨了天然气管网数据、建模及计算复杂性的根源,明确了智能管道、智慧管网的建设思路;③以中俄东线天然气管道为例,阐述了中俄东线智能运行的目标、基础以及工艺运行智能化组成的设想,其中工艺运行智能化组成包括管道工艺仿真系统建设、基于管道数据的数字孪生体构建以及综合运行调度和可靠性评价。最后,针对智能管道技术发展与应用面临的形势与挑战,给出几点认识及建议。     

大数据时代人工智能技术在农业领域的研究进展

随着人工智能和大数据技术的飞速发展及对农业领域的全面普及,作为信息技术与农业领域深度融合的标志性技术——智慧农业,必将为现代农业带来革命性的技术创新。文中分析了人工智能和大数据技术在国内外农业领域应用的研究现状,通过案例重点阐述了大数据时代人工智能技术带来的农业生产方式的新模式、农产品经营状态的新体系、农业领域管理服务的新思维,并通过大数据时代下群体智能、混合—增强智能与自主智能等人工智能技术的发展方向,展望了未来农业的应用前景,为我国智慧农业的发展提供理论基础。     

大数据时代人工智能技术在农业领域的研究进展

随着人工智能和大数据技术的飞速发展及对农业领域的全面普及,作为信息技术与农业领域深度融合的标志性技术——智慧农业,必将为现代农业带来革命性的技术创新。文中分析了人工智能和大数据技术在国内外农业领域应用的研究现状,通过案例重点阐述了大数据时代人工智能技术带来的农业生产方式的新模式、农产品经营状态的新体系、农业领域管理服务的新思维,并通过大数据时代下群体智能、混合—增强智能与自主智能等人工智能技术的发展方向,展望了未来农业的应用前景,为我国智慧农业的发展提供理论基础。     

基于增强现实的管网安全评价数字孪生方法

数字孪生技术被广泛认为是解决信息物理交互融合难题的关键技术,而增强现实技术作为辅助数字孪生虚实交互的有效手段之一,为融合人、管道数字孪生体以及现场环境提供了解决途径。集成数字孪生、增强现实、分布式光纤监测等技术,构建地下管网结构安全评价数字孪生框架,并详细阐述了物理管网、虚拟管网、基于增强现实的数字孪生服务的构建理论,并将该理论及方法应用于某地下管网。结果表明：数字孪生与增强现实融合驱动的地下管网结构安全评价方法实现了虚拟管网与物理管网在现场环境中的一一映射关联,通过数字孪生技术进行管道结构状态的实时定量评价,帮助现场人员更加全面地感知、理解甚至超越现实世界,可为提升现场即时处置能力提供技术支持。（图9,表1,参20）     

在役油气管道数字孪生体的构建及应用

中缅油气管道是中国首条经过数字化恢复构建数字孪生体的在役山地管道。通过基准点测量、管道中线探测、航空摄影测量、三维激光扫描、三维地形构建、倾斜摄影、数字三维建模等技术进行数据收集、校验及对齐,对管道建设期的设计、采办、施工及部分运行期的数据进行恢复,对站场及管道的设备、建筑等构建数字三维模型,形成管道线路数据资产库和站场数据资产库,构建中缅油气管道的数字孪生体。通过多系统融合,深入发掘数据价值,实现管道可视化运行、设备拆解培训、指导维检修作业及应急抢险作业等,为实现管网智慧化运营奠定了数据基础。(图1,表1,参25)     

管道数字孪生体模型的构建及应用

根据智慧管网的概念和管道企业现状,提出数字孪生是实现智慧管网的基本方法和理论依据。基于数字孪生理论和数字孪生五维模型,构建了包含实体管道、虚拟管道、管道服务系统、管道孪生数据的管道数字孪生体模型,阐述了模型内涵、各元素之间关系、运行机制以及云计算、大数据、人工智能、物联网等关键技术的具体应用,重点分析了实体管道与虚拟管道之间的交互和融合,并探讨了管道数字孪生体模型在管道设计、施工、运行、维修等场景中的作用。在管道的全生命周期中应用管道数字孪生体,通过数据共享、信息可视化、智能分析等手段,优化了资源配置,增强了安全预警水平,提升了决策能力,为管道行业向信息化、智能化转型提供了支持。(图1,参33)     

我国智慧农业研究和应用最新进展分析

【目的】对我国智慧农业的研究和应用最新进展进行梳理和评述,并对未来智慧农业的发展方向进行展望。【方法】文章在系统总结智慧农业研究文献基础上,深入分析了农业感知、传输、分析、控制、应用等智慧农业核心领域研究进展和应用状况,并科学展望了未来智慧农业发展方向。【结果】研究认为,传感器、GPS、遥感及RFID等技术形成了农业智能感知的技术体系,传感器技术目前应用最为广泛。智慧农业中数据传输方式要包括有线通信传输、无线通信传输及无线传输与有线传输结合等3种方式,无线传输与有线传输结合的方式是目前常用的数据传输方式,ZigBee技术是应用最为广泛的无线传输方式。模拟模型、大数据技术及云计算技术是智能诊断分析的关键技术。智慧农场、智慧果园、智慧养殖、农业经营、农业管理与服务等是目前智慧农业的主要应用领域。【结论】数据安全标准、数据融合、数据挖掘、关键技术及系统集成等技术问题、围绕天地空一体化的遥感数据获取体系对智慧大田的深入研究、智慧农业发展模式及推广模式创新研究等则是未来智慧农业研究发展的方向。     

基于面向对象和二叉树的油气集输管网水力计算北大核心

为了更好地掌握油田集输管网的水力情况,针对油田常见的单管环状掺水集输流程,提出一种基于面向对象思想与二叉树的水力计算方法。该方法将油气集输管网表征为实例化对象的组合,以字段、属性存储对象参数,建立了水力计算模型,基于二叉树理论对系统集油和掺水管网部分的流量、温度、压力分别采用不同遍历顺序进行求解。据此开发了油气集输管网水力计算软件,可对实际的生产集输系统进行计算。结果表明:该方法能大幅减少前期建模工作量,同时具备计算速度快、适应性强、稳定性好等优点,并且最终计算误差约为5%,具有较强的实际应用价值。     

大型天然气管网可靠性评价方法研究进展

天然气管网是连接资源与市场的纽带,确保天然气管网安全运行与平稳供气是油气储运界的重要课题。当前,对天然气管网运行与供气可靠性的研究尚处于起步阶段,经典可靠性理论不能满足现实需要。论述了经典可靠性理论在天然气管网单元可靠性评价的适用性与在管网系统运行及其供气可靠性评价方面的局限,指出了天然气管网可靠性研究的关键问题,分析了国内外在该领域的研究现状和发展方向,总结了相近领域可供借鉴的研究成果。目前,评价天然气管网可靠性需要解决的主要问题包括:构造全方位、多维度的评价指标体系;整合现有理论与方法,将工程方法与经典理论相统一,建立完善的单元与系统可靠性评价方法;针对天然气管网的运行特点和用户需求构造基于可靠性的优化模型等。     

国内大数据赋能的智慧推荐资源管理技术研究进展

[目的 /意义]为资源化数据并支持智慧推荐服务多样化、提升用户交互体验,系统分析国内大数据赋能的用户兴趣建模、项目信息管理技术研究成果,阐述智慧推荐中用户及项目信息规范管理的技术体系。[方法 /过程]文章用文献研究法归纳了507篇文献内容,从用户兴趣建模、项目信息管理两方面对国内大数据赋能的智慧推荐资源管理技术进行总结分析：前者包括模型表示、初始化、进化,后者包括数据采集、挖掘、存储、更新、解释。[结果 /结论]大数据赋能的用户兴趣建模技术核心研究依托大数据技术在线、离线赋能用户兴趣数据分类采集及预处理、模型进化;大数据赋能的用户、项目信息管理技术核心研究用大数据技术赋能数据分类采集,并用大数据计算基础设施赋能数据离线挖掘、数据存储、数据更新、数据在线解释。现有研究需强化用户、数据双驱型的智慧推荐方案设计、实践研究,且需强化数据安全研究。     

基于遥感技术的土壤质地空间预测方法研究进展

土壤质地影响土壤持水持肥性和透气性，进而驱动一系列与土壤有关的物理化学过程，结合高效快速的遥感技术预测土壤质地空间分布，对土壤质量评价与农业生产规划具有重要的理论和实践意义。本文从遥感预测土壤质地的数据、方法和模型的应用出发，介绍了用于土壤质地遥感预测的雷达、地形和植被指数等辅助数据，提出了光谱响应、特征波长选择和遥感解译这三种基于遥感特征预测土壤质地空间分布的方法，梳理了统计学、地统计学和机器学习这三类模型与遥感结合对土壤质地空间预测的应用效果，总结了几种典型方法的优缺点与适用情况，并分析了遥感预测土壤质地的应用条件和精度验证方法，最后提出未来研究需侧重于深入提取各种遥感光谱特征、利用遥感技术获取多类型环境变量和开发土壤物理属性与数据驱动机器学习特征相结合的多算法混合模型，旨在为开展不同区域尺度下土壤质地空间预测研究提供依据与技术支撑。     

基于面向对象和二叉树的油气集输管网水力计算

为了更好地掌握油田集输管网的水力情况,针对油田常见的单管环状掺水集输流程,提出一种基于面向对象思想与二叉树的水力计算方法。该方法将油气集输管网表征为实例化对象的组合,以字段、属性存储对象参数,建立了水力计算模型,基于二叉树理论对系统集油和掺水管网部分的流量、温度、压力分别采用不同遍历顺序进行求解。据此开发了油气集输管网水力计算软件,可对实际的生产集输系统进行计算。结果表明:该方法能大幅减少前期建模工作量,同时具备计算速度快、适应性强、稳定性好等优点,并且最终计算误差约为5%,具有较强的实际应用价值。(图7,表2,参25)