城市地下管线运行行安全综合管理系统

城市地下管线

运行安全综合管理系统

建设方案

城市地下管线运行安全综合管理系统

一、建设背景

随着城市燃气事业日新月异的蓬勃发展，生产与消费规模越来越大，使用场所、使用方式越来越多，违规违章建设、施工、储存、经营、操作等难以根除，规避监管的手法、手段向隐蔽化、复杂化发展， 城市燃气安全隐患日益凸显，燃气安全事故屡有发生。燃气行业的安全监管面临的形势日趋严峻，现有的管理手段及设备已跟不上燃气事业飞速发展的步伐。如不及时创新管理理念、管理手段和管理方式， 加强对燃气设施和从业人员的监管，极有可能发生重特大安全事故。

能源是现代都市的命脉，在大、中城市，管道燃气以其方便快捷、输送效率高、费用低廉而成为重要的供能方式。随着中国经济的高速发展，城市规模的日益扩大，燃气管网密度的不断增加，部分管网设备出现年久老化，城市建设中的违章施工，一种潜在的威胁随之而来，那就是燃气泄漏。泄漏的燃气不仅构成了对环境的污染，人员的伤害，更可能造成灾难性的后果，可能给国家和人民的生命财产造成重大损失。

现代光纤传感技术和计算机及其网络技术的快速发展，使管线健康状态的实时监测变为现实，有效的实时监测可以大大减少管线的保养维修。

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二、系统设计

城市地下管线运行安全监测系统主要包括三大部分，即：光传感网络分析仪、各类光纤传感器以及传输光缆。

光传感分析仪：

主要功能是收集由传感器传来的数据；进行读书的信号处理、采集数据的初步处理和储存；然后通过光缆传到监测中心的数据处理和分析系统。

传感器系统：

根据对管线整体结构模型的优化分析，在整个管线安装传感器， 包括有：气体泄漏浓度光纤传感器、管道受压光纤传感器、管道变形应变光纤传感器、管道输送介质流量传感器、管道输送介质压力传感器等。

传输系统：

网络操作系统平台、站点的设立、安全监测局域网的网络协议、与其他局域网或主干网的连接。

网络系统：

系统采用环型拓扑结构设计，要求设备能构成一个闭合链路，而且要求有自愈倒换技术形成一个自愈环。目前可选用 SDH、MSTP 等同步数字体系设备，采用令牌环(Token Ring)的介质访问控制。可选型的设备有标准化的接口，各种速率设备可选，光纤传输速率高。采用

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SDH、MSTP 技术，既能传输各种监控信号，也能传输视频信号。此处视频信号一般为 IP 传输方式。也有极少数设备能提供 TDM 非 IP 方式的视频信号传输，使光纤带宽利用率达到极限的同时，保证监控信号的实时，并且通道物理隔离，各种数据安全可控。自愈环的构成， 使任何一处光缆中断或某一节点故障时，数据监控信号可以通过迂回方式，倒换到另一环上传送，不影响整体网络的运营，网络可靠性高。

有、无线混合网络总体设计

同时，在管线离监控指挥中心距离比较远的情况，也可以采用有线和无线相结合的方式进行网络设计。

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三、功能设计

1、光纤在线监测部分

管线健康监测的新概念与传统的监测技术不同，地下管线健康监控不仅是为了结构状态的实时监控和智能化评估，也可为管线的“身体健康”提供相应的依据。由于目前管线运行安全方面管理手段的局限性，城市地下管线运行安全实时监测系统包括管线各种状态参数， 如气体浓度、应变、压力、振动、位移等，这些信息实时传输到管线运营管理部门。

系统软件由数据监测模块、数据分析模块、数据管理模块、数据输出模块、数据报警模块构成。

1、数据监测模块

采集各类传感器的监测数据，并对采集到得数据信号进行分析， 根据建立好的数学模型进行物理量计算，并输出至监测界面和实时数据库中。可采集的传感器信号类型主要包括气体浓度监测、位移监测、应力监测、压力监测、振动监测等。

2、数据分析模块

通过快速不间断的对坝体安装的传感器进行信号采集存储后后， 可统一对所有数据进行实时显示。对现场传感器安装情况进行模拟平面图显示，实时显示各点监测数据，并根据报警级别显示报警状态并定位到具体传感器位置。提供传感器实时数据列表显示，并根据报警级别显示报警状态并定位到具体传感器位置。

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3、数据管理模块

可通过数据查询界面对所有传感器在某时段的历史数据和报警 数据，并进行进一步比较分析。根据现场安装情况设置传感器参数， 很方便的对传感器进行在线修改和调零设置。

4、数据输出模块

通过对历史数据的分析，可以对所有传感器的监测数据进行统计分析，整理形成日报表、月报表和年报表进行进一步分析、打印。对每个传感器可形成数据变化曲线，直观的对统计结果进行分析评价。

5、数据报警模块

通过对采集的实时数据，对数据进行分析自动计算，并结合相关标准实现分级报警，并可以通过声、光、短信、网页、显示屏等方式进行报警，并可以在软件中设置分级报警后通知相关人员。

5.2 软件功能描述

（1） 在线监测分析

测点的检测值显示：白色为传感器安装点，绿色为正常、橙色为超过橙色报警线（一级报警）、黄色为超过黄色报警线（二级报警）、红色为超过红色报警线（三级报警）。

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基于地图联动的管线安全实时监测

（2） 数据查询

主要是用于测点的数据分类查询，分为传感器查询和报警查询。

（3） 传感器查询——对各个测点进行查询

首先选择要查询的时间段及测点位置，即可看到该传感器在所选时间段的数据列表及其在该一时间段的数据曲线（曲线右侧显示该传感器所在位置及曲线时间段）。如下图

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传感器历史数据查询

（4） 事故预测报警

可实现根据现场设定的报警条件，可实现安全监测中心的联动报警功能，能够支持自动声光报警、自动语音多媒体报警、手机短信报警等多种报警形式。

系统的具体功能设计如下：

1） 报警管理为用户或操作员提示过程控制或设备状态。用户

无需创建额外的监控界面、无需创建额外的点，只需在设定点时选择报警且非零报警优先级即可，参数监测软件 提供最高、高、低、最低、改变速率、偏差、状态等报警类型。

2） 参数监测软件提供有报警摘要、报警记录等显示，并且

带有语音提示报警。报警摘要：报警摘要显示当前的报警和未被认可的报警，每产生一个报警，报警摘要将自动增加一条记录； 当报警认可后，报警摘要将自动消除本条报警信息。报警记录： 报警记录是所有报警的历史记录，而报警摘要只显示当前未被认

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可

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的报警。每产生报警，报警记录都将把此报警记录于报警记录中； 报警认可也将记录于报警记录中。

3） 辅助报警功能：报警优先级、区块报警、报警群组和报警

打印也是参数监测软件 提供的报警辅助功能之一；另外，参数监测软件 还可以对报警进行过滤，对特殊的报警点或监控节点以报警过滤功能，使之失去报警能力。

4） 参数监测软件 提供语音报警及 Email 报警。另外，参数

监测软件支持手机短信功能报警，只要手机短信接收指定 Email 信箱，即可使用此项功能。

（5） 报表统计

主要用于传感器历史数据的报表生成，分为日报表、月报表、年报表。每一报表里均有列表显示、图示显示。列表显示的内容为所选时间段内各测点，图示显示的内容为所选时间段测点的曲线。

（6） 设备管理

可实现对企业监控系统中的监控主机设备、传感器等关键设备的日常运行状态进行自动检测，对设备故障或不处于正常运行等现象能够自动报警并记录保存设备状态报警信息，便于及时对企业进行监督管理，使企业自身的监控系统始终处于良好的运行状态，实现企业自主监控的目标。

（7） 系统维护管理

可实现用户名密码管理、用户操作权限管理、报警界限设置管理、

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远程诊断维护；同时能够设置企业信号接入的各类基础参数（设备编号、IP 信息、监测点信息等）。

2、管线风险评估部分

我公司开发的埋地燃气管网风险评估系统能够根据埋地燃气管网安全运行风险评估体系实现埋地燃气管进行风险评估和风险预警。

2.1 、系统需求分析

本系统使用模糊综合评价法和层次分析法对影响埋地燃气管网安全因素进行分析和评估，根据评估结果对埋地燃气管进行风险预警和提出降低埋地燃气管风险的措施。本系统要实现以下几个主要功能：

2.1.1 建立埋地燃气管网风险评估指标库

要实现埋地燃气管网的风险评估，首先得建立埋地燃气管风险评估指标体系，最终将所有的埋地燃气管网风险评估指标录入数据库中形成埋地燃气管网风险评估指标库。

2.1.2 埋地燃气管网中管道信息管理

为埋地燃气管网进行区域划分，能够添加、修改和删除管道区域信息和管道详细信息。

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2.1.3 埋地燃气管网风险评估

使用模糊综合评价法和层次分析法对埋地燃气管网进行管道失效可能性分析和管道失效后果分析。

2.1.4 埋地燃气管网风险预警

根据埋地燃气管网的管道失效可能性分析和管道失效后果分析结果，评估出埋地燃气管网的风险等级，并提出降低埋地燃气管风险的措施。

2.1.5 埋地燃气管网风险评估历史检索

检索埋地燃气管网管道风险评估的详细信息。

2.1.6 埋地燃气管网风险评估信息统计

对埋地燃气管网的风险评估结果按整个管网管段、区域管段和某网段进行统计。

2.2 、系统总体结构

通过系统的功能分析，埋地燃气管网风险评估系统的总体结构如图所示。系统主要由五个模块组成：管道信息管理模块、风险评估模块、风险预警模块、评估检索模块和评估统计模块。

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系统窗口

管 道风险评估窗口

管 道 评 估 统 计 窗 口

管 道 风 险 预 警 窗 口

管 道 评 估 检 索 窗 口

管 道 信 息 管 理 窗 口

评估统计模块 风险预警模块 评估检索模块

管道信息管理模块

管道评估结果库

风险评估模块

风险评估指标库

管道指标数据库 管道信息库

系统总体架构图

2.3 、系统功能设计

埋地燃气管网风险评估系统主要由五个模块组成：管道信息管理模块、风险评估模块、风险预警模块、评估检索模块和评估统计模块。

2.3.1 管道信息管理模块

管道信息管理模块主要实现对埋地燃气管网进行区域划分，能够添加、修改和删除埋地燃气管网中管道的区域信息和埋地燃气管网中每一划分管道的详细信息。按实现功能该模块可以划分为：管道区域

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管理子模块和管道信息管理子模块。应用管道信息管道信息管理模块实现的管理窗口图所示。

管道信息管理窗口

2.3.2 风险评估模块

风险评估模块主要实现应用模糊综合评价法和层次分析法对埋地燃气管网进行管道失效可能性分析和管道失效后果分析。按实现功能该模块可以划分为：管道失效可能性子模块、管道失效后果子模块、评估数据导入子模块。应用风险评估模块实现的管道失效可能性评估窗口如图所示和管道失效后果评估窗口如图所示。

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管道失效可能性评估窗口

管道失效后果评估窗口

2.3.3 风险预警模块

风险预警模块主要实现根据埋地燃气管网的管道失效可能性分

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析和管道失效后果分析结果，评估出埋地燃气管网管道的风险等级， 并提出降低埋地燃气管风险的措施。按实现功能该模块可以划分为： 管道风险评估子模块、管道评估建议子模块。应用风险预警模块实现管道风险预警窗口如图所示。

管道风险预警窗口

2.3.4 评估检索模块

评估检索模块主要实现检索埋地燃气管网管道风险评估的详细信息。应用评估检索模块实现的管道评估检索窗口如图所示。

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管道评估信息检索窗口

2.3.5 评估统计模块

评估统计模块主要实现对埋地燃气管网的风险评估结果按整个管网管段、区域管段和某网段进行统计。按实现功能该模块可以划分为：整管网评估统计子模块、管道区域评估统计子模块和某一管道评估统计子模块。应用评估统计模块实现的管道评估统计窗口如图所示。

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管道评估统计窗口

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四、系统优点

同时，系统所采用的光纤传感技术具有以下明显优点：

1. 光纤整个现场是不带电的，只用光传输；光纤属本安性的，本身

不带电，不受雷电影响，无需防雷，耐高压、本质安全、长期可靠、易扩展、防爆、体积小、重量轻、易安装等特点。传输距离长，可达 10 公里以上。

2. 传感器端头光纤为经过处理过的二氧化硅材料，封装材料为

专用的耐高压、高温绝缘树脂一次成型注模材料，使用寿命可长达20-25 年。

3. 光纤位移传感器测量精度高，光纤监测系统长期工作无零漂，

无需校正。

4. 系统软件界面友好，直观，易看易懂，采用多级报警，报警形

式多种：声、光、短信等。

5. 整个光纤系统耗电量小，在控制室有一个固定电源就可以了。 6. 光纤传输用的光缆也是非金属，偷走无用, 光纤无后续或极少

的维护成本；光纤系统现场安装简单，尽可能的顾及到全面性。

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光纤气体浓度传感器 光纤压力传感器 光纤应变传感器 光纤监测主机 光纤裂缝传感器 光纤位移传感器 无线管道内部压力和流程传感器 地下管线管井气体浓度无线监测终端

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五、系统报价

序号 项目名称 1 城市地下管线运行安全综合测管理平台 2 3 4 5 6 地下管线气体泄漏浓 度光纤传感器 地下管线受压光纤传 感器 地下管线变形光纤传 感器 地下管线位移光纤传 感器 地下管线管井气体浓度无线监测终端 配置 1 套，B/S 版 单报（万元） 备注 150 万 不含第三方软件和电子地图 数据 每 1000 米设 1 万 置 1 个 易外力破坏或 1 万 受压管段 易外力破坏或 1 万 地质沉降管段 地质沉降管段 1 万 有管井的管线 无线传输、电池供电、传感 器一体机 10 万/台 8 个通道标配 30 万 第三方软件 10 万 第三方软件 5 万/平方公里 定制 0.8 万 7 8 9 10 光纤调制解析主机 地理信息管理系统 Acro server 数据库系统 oracle 地下管线电子地图数 定制 据开发