基于云计算的城市智能燃气网架构

1.概述

城市智能燃气网，在燃气网建设阶段，以数字管道为基础进行建设；在运行维护阶段，以风险预评价体系为基础进行无事故预防型管理；在用户服务方面，以高级计量体系为基础进行需求侧管理。可靠与智能是城市智能燃气网发展的基本要求。城市智能燃气网具有全面监测、及时可靠的数据传送、智能处理等特征，其中智能处理需要对海量的信息进行分析和处理，进而对管网实施智能化的控制。

目前，我国大部分燃气供应企业都逐步建立了输配管网数据采集与监控系统（SCADA系统）、地理信息系统（GIS系统）、企业资产管理系统（EAM系统）、管网运行系统、模拟仿真系统等诸多与燃气管网建设运营相关的子系统。这些子系统都包含大量的数据信息和一定的分析处理能力，并且多处于信息分散且无共享的状态。如何构建数据共享、流程整合的城市智能燃气网信息系统，这个问题的解决可为城市智能燃气网的建设发展提供信息保障。

近年来，云计算作为一种新兴的计算模式被提出，并迅速从概念走向应用。云计算是结合虚拟化技术，以网络为载体，以提供基础架构、平台、软件等服务为形式，整合大规模可扩展的计算、存储、数据、应用等分布式计算资源，进行协同工作的超级计算模式。云计算的超大规模、虚拟化、多用户、高可靠性、高可扩展性等特点正是城市智能燃气网规模化、智能化发展所需要的。

目前，我国大部分燃气供应企业都逐步建立了输配管网数据采集与监控系统（SCADA系统）、地理信息系统（GIS系统）、企业资产管理系统（EAM系统）、管网运行系统、模拟仿真系统等诸多与燃气管网建设运营相关的子系统。这些子系统都包含大量的数据信息和一定的分析处理能力，并且多处于信息分散且无共享的状态。如何构建数据共享、流程整合的城市智能燃气网信息系统，这个问题的解决可为城市智能燃气网的建设发展提供信息保障。

近年来，云计算作为一种新兴的计算模式被提出，并迅速从概念走向应用。云计算是结合虚拟化技术，以网络为载体，以提供基础架构、平台、软件等服务为形式，整合大规模可扩展的计算、存储、数据、应用等分布式计算资源，进行协同工作的超级计算模式。云计算的超大规模、虚拟化、多用户、高可靠性、高可扩展性等特点正是城市智能燃气网规模化、智能化发展所需要的。

2.城市智能燃气网与云计算的概念

2.1城市智能燃气网

城市智能燃气网的总体结构，从技术结构方面，主要包括5个层次：感知层、通信层、数据层、决策分析层、执行层；从业务模块方面，主要包括规划建设、运营调度、完整性管理、应急抢险、用户服务管理等系统，这些系统之间实现数据共享、及时互动、智能决策等目标。

城市智能燃气网依托更先进的智能感知、网络通信、智能控制等技术，实现对燃气管网数据的统一集成，建设方便数据存储和访问的数据共享模式，为智能决策和控制提供强大的支撑。城市智能燃气网技术包括了传感感知、传输通道、分析处理、行业应用等领域。

2.2云计算

按照维基百科的定义，云计算是将动态、易扩展且被虚拟化的计算资源通过互联网提供出来的一种服务。虚拟化、动态扩展、分布式存储、分布式计算和多用户是云计算的关键技术。

①虚拟化技术

虚拟化技术将物理资源进行了替换，呈现给用户的是一个与物理资源有相同功能和接口的虚拟资源。虚拟化技术根据对象不同可分为存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。

②动态扩展云能力技术

动态扩展云能力技术为不同的应用架构设定不同的集群类型，每一种集群类型都有特定的扩展方式，然后通过监控负载的动态变化，自动为应用集群增加或者减少资源。

③分布式存储技术

分布式存储可利用云环境中多台服务器的资源，来满足单台服务器所不能满足的存储需求。存储资源能够被抽象表示和统一管理，并且能够保证数据读写与操作的安全性、可靠性。

④分布式计算技术

分布式计算将大型任务分成很多细小的子任务，这些子任务在多个计算节点上进行调度和计算，从而获得对海量数据的处理能力。

⑤多用户技术

多用户技术在于使不同用户能够共享同一云平台的资源，每个用户按需使用资源，能够对软件服务进行客户化配置，而不影响其他用户使用。

3.城市智能燃气网的业务功能需求

①客户用气服务及管理

客户服务管理的对象有居民、商业、工业、采暖空调、汽车、电站等，目的是提供安全、方便、节能、环保的用气服务，以及有利于燃气供应企业安全、平稳供气的用气管理。功能上可提供安全指导和定期巡检、呼叫服务、便捷的付费结算、用能信息及用能策略服务；从用气量到用气性质分析其对峰谷负荷的贡献，制定相应的管理方案等。

②燃气管网运行自动监控

自动监控的目的是更好地保障供气可靠性、降低运营成本。应具有安全保护、故障预警自诊断、三遥（遥测、遥调、遥控）等功能。

[page] ③全面及时的完整性管理及应急抢险

完整性管理的对象有管道和厂站，其功能包括风险评价、管理决策等。应急抢险系统由组织、预案、资源、技术、法律等要素组成，要求具有一个全方位、立体化、多层次和综合性的应急管理网络，能动员各级政府力量的多维度、多领域和多层级的协作，包括应急准备、监测预警、应急响应、应急恢复等。

④气源的优化配置

多气源已是城市燃气供应体系的现状，合理配置才有利于供气安全、节能环保、企业效益，智能燃气网需有对气源配置进行优化分析及自动调配的功能。

⑤必要的信息展示

为提高服务管理质量及各级运营管理人员的工作效率，各类信息展示是很必要的，是城市智能燃气网必不可少的一项功能。

4.基于云计算的城市智能燃气网架构

4.1 云计算特征分析

①海量的信息处理

城市智能燃气网业务平台需要存储输配管网SCADA系统、GIS系统、EAM系统等在不同时间采集及存档的海量资料和信息，并对这些信息进行分类、统计、备份，这需要弹性增长的存储资源和大规模的并行计算能力。另外，城市智能燃气网涉及用气服务及管理、供气管网运行、完整性管理、应急抢险、气源配置等业务系统，不同业务的流程和功能存在较大差异，具有决策分析类型繁杂的特点。因此可采用分布式存储和云计算构建信息平台。

②以集成服务方式提供决策能力

从城市智能燃气网运营角度来看，每一个业务模块都存在智能决策的需求，都需要对采集的数据进行分析处理，因此可以将这部分功能从业务流程中剥离出来，包装成面向不同业务的服务，以平台服务方式提供给各业务单位，业务单位只要满足服务接口要求，就能享受到这些功能服务。例如对于模拟仿真系统等与燃气管网运行相关的分析计算功能，规划建设、运营调度、科研等业务部门都有需求，因此整合该计算分析系统及相关数据库，就能为各业务部门提供相应的服务，避免了各部门各自为战、重复劳动的情况，从而提高人员工作效率和企业运行效率。

4.2基于云计算的城市智能燃气网架构

基于云计算的城市智能燃气网架构可初步设计为5个层次：感知层、通信层、数据层、决策分析层、执行层，见图1。

图1 基于云计算的城市智能燃气网架构

①感知层：要对城市燃气供应系统上的各种设备、管道、人员调配等全面、及时地实施监控，需要借助各种感知设备，如各种智能传感器、GPS等获取有用信息，这些设备构成了智能燃气网的感知层。

②通信层：主要用于感知数据的传输，为了不重复建设，可最大限度地整合现有网络条件，如专网、无线宽带网、移动通信网、政务网、物联数据网、因特网等通信方式。

③数据层：基于云计算、云存储技术设计，实现分散资源的集中管理以及集中资源的分散服务，支撑高效海量数据的存储与处理。数据层包括GIS库、实时库、资产库、生产库等基础库。该层实现各类感知资源的规范接入、整合、交换与存储，实现各类感知设备的基础信息管理，实现感知信息资源目录发布，实现感知设备证书发布与认证，为感知设备的分建共享提供全面支撑服务。

④决策分析层：基于丰富的数据资源，依据强大的计算能力（依托云计算平台），将数据库与算法库、模拟库、知识库紧密结合在一起，构建一个功能丰富的决策分析服务平台。该层包含一个面向主题分析的数据库，实现决策分析的相关数据挖掘，以及对分析结果的多维报表展示、运营指令展示、分析图形展示等内容。

⑤执行层：主要包括各部门实际使用的各种业务软件及硬件。运行执行层的软件，可通过调用决策分析层提供的通用接口，设计出符合实际运行使用的业务软件，例如智能调压器的安全自检软件及压力预设处理软件；执行层的硬件则指各种自动控制执行系统和装置。运行执行层的用户可分为3类：厂站执行人员、相关技术人员、领导决策人员。厂站执行人员可以实时查看前端感知信息，并对设备进行控制；相关技术人员可以使用平台提供的各种程序的服务接口和各设备的运行状态，保证管网的正常运行；领导决策人员通过系统智能分析的协助，对人员和资源进行指挥调度。

5.城市智能燃气网需解决的关键问题

①应在燃气供应企业发展需求的引导下确立企业智能化发展的方向。各燃气供应企业由于业务范围、经营模式、服务等侧重点不同，智能化建设的目标有所差异，因此根据企业自身的需求制定发展建设方向是避免浪费、合理经营的前提。

②智能化技术的进步源于燃气供应企业的业务需求。燃气供应企业要根据自身的发展需求提出业务要求，从而引导智能技术的发展。比如对于智能燃气表，我们希望其能实现便捷付费（包括分时计价结算功能、自助缴费功能）、信息通告及直观展示等功能，则仪表企业就会朝着这样的需求方向推进技术的发展。

③数据库建设主要为决策系统服务，因此要积极构建各业务模块的决策系统方案。

④信息系统之间的链接和共享依赖于标准的制定。

⑤积极开展城市智能燃气网的功能建设，优化云平台服务和计算模型，提升云管理能力，以增强城市智能燃气网业务平台应对业务量不断增长的要求。城市智能燃气网应用和用户的规模越大，构建在云计算上的城市智能燃气网业务平台的作用就越明显，就越能发挥智能技术在城市燃气网运行中的价值。

在不久的将来，云计算一定会彻底走入我们的生活，有兴趣入行未来前沿产业的朋友，可以收藏云计算，及时获取人工智能、大数据、云计算和物联网的前沿资讯和基础知识，让我们一起携手，引领人工智能的未来！

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