智慧管网的基本概念与总体建设思路北大核心

智慧管网建设必须解决基本概念与总体思路的认识和统一问题。基于人工智能技术发展现状,对智慧管网相关基本概念进行解读,并根据工程应用实际,对概念的内涵与外延进行修正。提出了工业智慧的概念,指出智慧工业的实质在于工业智慧的数字化应用,即机器能够识别和应用人类知识,智慧管网是智慧工业所属的一个门类。基于人的智慧特征,提出了智慧管网的定义、能力、特征以及建设目标。重新定义了工业知识的概念,提出了智慧管网由知识驱动的理念,阐明了基于工业知识库的管网运行智能决策技术路线。提出了智慧管网总体建设思路:构建数字孪生管网系统及人工智能大脑系统,基于智慧管网云平台,实现管网智能化运行。明确了人在整个智慧管网架构中的主要作用,即为智慧管网创造和供应知识。研究结果可为智慧管网建设实践提供参考和借鉴。     

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。     

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。     

智慧管道总体架构设计及关键技术

随着中国油气管道建设步伐不断加快,基于互联网+、大数据、云计算等先进技术与油气管网创新融合的智慧管道建设,成为新形势下实现管道可视化、网络化、智能化管理的重要方法和途径。智慧管道建设首先要实现管道的智能感知,在感知层进行管道本体、关键设备、外界环境及维护资源等信息的全面感知,实现采集、处理及传输一体化,为管道运行决策提供可靠的数据基础。其次,是信息的网络化,在网络层将所有人、物及环境信息全部接入网络平台,实现信息流和资源流的统一。再次,是数据的标准化,在数据层对所有接入的数据进行清洗、转化及标记;在算法层采用人工智能算法对数据进行深度挖掘,抽取故障信息,预测运行状态,优化资源调配。最终,通过具体的业务平台实现"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。     

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。     

智慧管网总体架构与发展策略思考北大核心

为进一步提升管道行业对智能化发展的认识和理解,调研分析了国内外智慧行业发展现状及趋势,收集了国外智能管道相关应用案例,总结了中国智慧管网建设已开展工作成果及中俄东线智能管道工程实践做法。国内外智慧行业(包括智慧管网)建设总体上均处于发展的初级阶段,发展方向主要集中在物联网、数字孪生、机器人、设备智能诊断、工业互联网平台应用等方面,同时提出了数据统一、系统集成以及标准化发展的总体思路。基于此,提出了智慧管网建设系统全面且具有工程可操作性的总体解决方案:基于业务维度、智慧维度、能力维度构建了智慧管网总体架构,并明确了各维度具体内容,以结果为导向建立了智慧管网能力成熟度评价的基本模型。依据"由简到难、由点到面、由局部到整体"的原则,提出了"智能化、智慧化、平台化"三大阶段逐步递进的智慧管网发展路线图。最后,对当前智慧管网建设中存在的问题进行了深入分析,提出了有针对性的发展策略。(图5,表3,参58)     

智慧管道站场设备状态监测关键技术

以"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"的智慧管道建设为背景,探讨了物联网、大数据、云计算、人工智能等信息技术在智慧管道站场设备状态监测中的应用方式。为了满足状态监测的新需求和新模式,提出并研究了4项智慧管道站场设备状态监测关键技术:信息感知技术、数据存储技术、数据挖掘与智能分析技术、可视化展示技术。基于此,设计了包含4个层级的设备状态监测平台框架结构,分别为智能感知层、数据存储层、智能诊断层及可视化层。研究成果为智慧管道关键设备状态监测提供了技术方法。     

西气东输智慧管网建设实践

随着大数据、物联网、云计算、人工智能等智能技术的不断发展及应用,管道行业由传统管理模式逐步向数字化、智能化发展。国家管网集团西气东输公司坚持以"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"为目标,聚焦智慧管网,经过管理创新与技术革新,建立了人工智能与管道行业深度融合的新模式:在已有管道运营体系的基础上,引入工业互联网、机器学习、智能控制等技术,形成了站场智能巡检、分输智能控制、流量计智能检定等核心技术,推动了天然气管道站场智能运行技术的发展;大力发展天然气管道关键设备全面智能感知技术,开展了天然气泄漏检测、站场运维巡检智能化管控、压缩机组与流量计智能监测等核心技术创新;构建管道风险智能管控技术体系,推进了管道线路风险智能识别、光纤安全预警、管道智能防腐等核心技术的提档升级。在此基础上,国家管网集团西气东输公司高效推进智能管道运行效率再升级,构建了"全方位感知、综合性预判、一体化管控、自适应优化"的智能管网雏形,为中国油气管道的智慧化发展提供了重要借鉴。     

国家管网智慧管网标准体系三维业务框架设计

【目的】智慧管网标准体系是指导管网企业智慧化发展的重要技术文件和技术标准化管理的基础,但现有油气管网标准体系不能满足智慧化建设需求,迫切需要建立一套适用于智慧管网建设的标准体系框架。【方法】基于油气管网的“智慧化特征”,分析其在可研与设计、施工验收、运行维护及废弃封存4个阶段的内涵与功能。选用国家管网集团标准系统架构作为智慧管网标准体系架构的基础,参考智慧电网的标准体系框架,提出了由对象、全生命周期、互操作3个维度构成的智慧管网标准体系业务框架模型。【结果】对象维度包括线路、站场、储气库、LNG接收站;全生命周期维度包括可研与设计、施工与验收、运行维护、废弃封存;互操作维度包括应用层、交互层及感知层。基于智慧管网全生命周期各项业务的关键技术和标准化对象,并结合标准化要素在互操作层级中相互作用的二维映射关系,构建了智慧管网标准体系架构。以二维互操作维度的应用层为例,分析了在建立标准体系时需填充缺失和新建的标准。【结论】研究成果可为智慧管网标准体系建设提供指导。（图6,表3,参20）     

基于大数据的全生命周期智能管网解决方案

智能管网可以解决当前系统繁多及数据采集与应用脱节的问题,实现油气管道安全、高效、可持续发展。全面阐述了国内外数字化管道、智能管网的实施进展,分析了智能管网发展的特点、难点以及存在的问题,研究建立了管道全生命周期数据标准,构建了管道全生命周期数据库。提出了全生命周期智能管网的设计架构,包括管道全生命周期资产设施管控、运行管理控制、决策支持3个方面。提出了基于GIS的智能化管理平台方案,搭建了管道建设与运维一体化智能管理平台,一是用于建设期施工数据采集、数字化数据库移交、施工质量可视化管理;二是用于运营期腐蚀防护电位控制,在线完整性评估,高后果区、地区等级升级地区的风险评估,以及无人机巡线等完整性管理循环;三是用于管网的决策支持,包括大数据建模、应急决策支持、焊缝大数据风险识别、基于物联网的灾害监测预警、管道泄漏实时监测、远程设备维护培训、远程故障隐患可视化巡检、移动应用等。智能管网的推广应用,有利于管道管理水平的提升,为决策者提供足够的信息,从而保障管道安全、高效运营。     

国内外油气管道运行管理现状与智能化趋势

根据国家发改委、能源局于2017年发布的《中长期油气管网规划》,油气管网将实现倍增式发展,对管道本质安全和运营效率同时提出了更高要求,推进管道智能化将有助于管道企业把握"保安全"和"求效益"的平衡点。为深化认识在工业4.0背景下管道企业由数字化向智能化升级所面临的挑战,从人均管理里程、管道失效频率、综合能耗率、设备国产化率4个方面对国内外油气管道运行管理现状进行了对比分析,梳理了国内外管道企业在智能化建设方面的先进做法,探讨了中国开展管道智能化建设面临的自动化、信息化、智能化3个方面的挑战,给出了智慧管网/智能管道建设的应对策略:同步推进管道自动化和信息化升级换代,积极开展管道智能化试点、示范工程建设,逐步缩小与国外先进油气管道运行管理的差距。     

农情信息智能感知及解析的研究进展

现代农业中,农业生产者需要实时、准确、全面地了解农田环境和农作物的生长状态,并对得到的农田信息数据做出相应分析、归纳和决策。农情信息智能感知和解析技术在现代农业生产中具有不可替代的地位。本文从农情智能感知和信息解析技术2个方面展开论述,重点分析了国内外农业物联网农情信息智能感知技术和基于大数据分析的农情解析方法研究进展,详细介绍了基于农情信息的智能决策技术在农机装备智能化应用的研究现状,总结了目前农用传感器应用存在的问题,并对今后在农情感知、信息解析技术、农业数据库技术以及智能决策技术方面的发展提出了建议,以期为智慧农业的深入发展提供参考。     

福州国家森林公园智慧旅游景区建设探析

对智慧旅游的概念及功能进行论述,从通信网络、智能管理系统、资源信息智能采集、智能导览系统、互联网宣传、智能安防与应急处置响应系统等方面对福州国家森林公园智慧旅游建设现状进行分析总结,探讨福州国家森林公园智慧旅游建设的方案,提出实现景区无线WiFi全覆盖、数据资料后台维护、增加互动式体验和建设旅游大数据管理平台等策略。     

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)     

基于深度强化学习的木材缺陷图像重构及质量评价模型研究

针对典型仿生智能算法处理木材缺陷图像感知及质量决策问题时存在的多维退化因素作用下的缺陷图像失真严重、缺陷图像先验特征提取方差波动频繁、质地不均匀缺陷图像灰度分割失效、异种木材自身纹理泛化能力与学习能力失衡、最优收敛速度随缺陷维度呈迟滞变化等先天不足,提出了一种基于深度强化学习的木材缺陷图像重构及质量评价模型。引入深度学习机制,通过利用深度残差网络进行迭代训练,实现差异性木材多维缺陷图像实时高效重构,构建面向差异性木材多维缺陷精细分割与特征提取的全景自主感知模型,构建大数据量级木材缺陷特征共享资源池;引入强化学习机制,利用深度确定性策略梯度算法建立缺陷特征迭代更新、自主决策、全景可视、深度预测与木材质量评价之间的高维度决策映射,实现多维差异性木材缺陷图像重构及质量评价的横向共享集成。基于Tensorflow开源框架,在Gym Torcs环境下进行模型效能仿真验证,较好解决了典型仿生智能算法处理木材缺陷图像感知及质量决策问题时存在的若干固有缺陷,实现木材缺陷图像自主感知重构及质量评价自主决策,具有缺陷特征感知全面、抗干扰性强、自主决策性高等优势。以浙江省湖州市南湖林场辖区内某经济林木为效能评价载体,对模型进行了工程应用分析,结果表明,该模型可以较好实现木材多维缺陷感知与重构、全局最优质量评价自主智能决策,在感知自主性、重构复现性、自主决策性、模型泛化能力等方面具有明显优势。     

天然气管网互联互通用户侧供需平衡仿真分析

中国油气体制改革进程中,石油公司下辖天然气管道与国家管网集团、省级管网公司下辖管道互联互通构成大型天然气管网,其具有气源/资源类型多样、不同管段设计/运行压力不同、下游用户类型复杂、用气规律多样等特点。为研究该类管网运行供需平衡问题,借助SPS软件对双气源、多用户管网进行仿真建模,在对现有管网运行参数进行可靠性验证的基础上,结合用户2025年用气需求对管网供需平衡问题进行仿真分析,并提出优化运行方案。结果表明：通过分输站对两路气源进行压力平衡的优化方案不仅能够满足下游用户双气源保供需求,同时资源分配更加平衡,尤其在冬季保供期,极大地分担了国家管网冬季保供压力,提升管网整体保供能力,可为管网现场运营调度提供指导。（图6,表5,参24）     

成品油管网调运决策平台的结构设计

为了满足复杂成品油管网调运决策和安全运行的需求,通过引入供应链管理理念,提出油品调运决策平台的结构设计.在提高管网内信息可视性的基础上,通过针对管网供应链模型的仿真、管网和中转库区调运计划的统筹制定,解决油品调运各链接问题,实现调运风险控制,确保调运顺畅和库存优化.阐明了成品油管网调运决策平台结构及平台中信息系统、决策仿真系统、计划编制系统、状态显示系统的功能和关联,为了解决油品调运各链接问题,实现调运风险控制,确保调运顺畅和库存优化.     

基于ZigBee技术的农业智能感知系统的设计与实现

针对当前农业技术信息化和智能化的发展要求,利用ZigBee技术将众多的传感器节点连接成一个智能感知的网络系统.通过ZigBee网络将温湿度传感器、二氧化碳传感器、光电传感器、红外热释电模块以及气体烟雾传感器采集的温室大棚的实时环境参数和状态信息发送至上位机及移动终端.管理人员根据上传的数据信息进行决策,远程控制电气设备的运行状态以调节环境因子,使其更加适宜农作物的生长,从而实现对环境的智能感知和调节.     

中缅原油管道智能化运行辅助决策系统建设方案

管道智能化运行是智慧管网系统的核心业务,辅助决策系统则是支撑管道智能化运行的中枢.基于原中国石油管道有限责任公司智慧管网的顶层设计和总体框架,以中缅原油管道为对象,针对其地形起伏大、地质条件复杂、周边环境敏感等特点,开展智能化运行建设方案试点.通过分析原中国石油管道有限责任公司与国外油气管道的智能化建设框架及实践成果,...     

油气管网仿真技术在智能管网建设中的应用及展望

智能管网建设需要准确描述管网特性和行为，随着智能管网的快速发展和应用，仿真技术成为智能管网建设中不可或缺的一部分。梳理了国内外油气管网仿真技术在理论研究、工程应用及仿真软件研发方面的发展现状，明确了智能管网建设对油气管网仿真技术和仿真平台的需求，从规划与设计、投产、运行维护等不同阶段，阐述了油气管网仿真技术在智能管网建设中的应用场景，并从通用性、高效性、智能化等方面对油气管网仿真技术的发展进行了展望，以期更好地发挥油气管网仿真技术在智能管网建设中的作用。（图2，参42）