基于云計算的城市智能燃氣網(wǎng)架構(gòu)

　　1.概述

　　城市智能燃氣網(wǎng)，在燃氣網(wǎng)建設(shè)階段，以數(shù)字管道為基礎(chǔ)進行建設(shè)；在運行維護階段，以風險預(yù)評價體系為基礎(chǔ)進行無事故預(yù)防型管理；在用戶服務(wù)方面，以高級計量體系為基礎(chǔ)進行需求側(cè)管理?？煽颗c智能是城市智能燃氣網(wǎng)發(fā)展的基本要求。城市智能燃氣網(wǎng)具有全面監(jiān)測、及時可靠的數(shù)據(jù)傳送、智能處理等特征，其中智能處理需要對海量的信息進行分析和處理，進而對管網(wǎng)實施智能化的控制。

　　目前，我國大部分燃氣供應(yīng)企業(yè)都逐步建立了輸配管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）、地理信息系統(tǒng)（GIS系統(tǒng)）、企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM系統(tǒng)）、管網(wǎng)運行系統(tǒng)、模擬仿真系統(tǒng)等諸多與燃氣管網(wǎng)建設(shè)運營相關(guān)的子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)都包含大量的數(shù)據(jù)信息和一定的分析處理能力，并且多處于信息分散且無共享的狀態(tài)。如何構(gòu)建數(shù)據(jù)共享、流程整合的城市智能燃氣網(wǎng)信息系統(tǒng)，這個問題的解決可為城市智能燃氣網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展提供信息保障。

　　近年來，云計算作為一種新興的計算模式被提出，并迅速從概念走向應(yīng)用。云計算是結(jié)合虛擬化技術(shù)，以網(wǎng)絡(luò)為載體，以提供基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺、軟件等服務(wù)為形式，整合大規(guī)?？蓴U展的計算、存儲、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等分布式計算資源，進行協(xié)同工作的超級計算模式。云計算的超大規(guī)模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是城市智能燃氣網(wǎng)規(guī)?；?、智能化發(fā)展所需要的。

　　目前，我國大部分燃氣供應(yīng)企業(yè)都逐步建立了輸配管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）、地理信息系統(tǒng)（GIS系統(tǒng)）、企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM系統(tǒng)）、管網(wǎng)運行系統(tǒng)、模擬仿真系統(tǒng)等諸多與燃氣管網(wǎng)建設(shè)運營相關(guān)的子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)都包含大量的數(shù)據(jù)信息和一定的分析處理能力，并且多處于信息分散且無共享的狀態(tài)。如何構(gòu)建數(shù)據(jù)共享、流程整合的城市智能燃氣網(wǎng)信息系統(tǒng)，這個問題的解決可為城市智能燃氣網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展提供信息保障。

　　近年來，云計算作為一種新興的計算模式被提出，并迅速從概念走向應(yīng)用。云計算是結(jié)合虛擬化技術(shù)，以網(wǎng)絡(luò)為載體，以提供基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺、軟件等服務(wù)為形式，整合大規(guī)模可擴展的計算、存儲、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等分布式計算資源，進行協(xié)同工作的超級計算模式。云計算的超大規(guī)模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是城市智能燃氣網(wǎng)規(guī)?；⒅悄芑l(fā)展所需要的。

　　2.城市智能燃氣網(wǎng)與云計算的概念

　　2.1城市智能燃氣網(wǎng)

　　城市智能燃氣網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)，從技術(shù)結(jié)構(gòu)方面，主要包括5個層次：感知層、通信層、數(shù)據(jù)層、決策分析層、執(zhí)行層；從業(yè)務(wù)模塊方面，主要包括規(guī)劃建設(shè)、運營調(diào)度、完整性管理、應(yīng)急搶險、用戶服務(wù)管理等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、及時互動、智能決策等目標。

　　城市智能燃氣網(wǎng)依托更先進的智能感知、網(wǎng)絡(luò)通信、智能控制等技術(shù)，實現(xiàn)對燃氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成，建設(shè)方便數(shù)據(jù)存儲和訪問的數(shù)據(jù)共享模式，為智能決策和控制提供強大的支撐。城市智能燃氣網(wǎng)技術(shù)包括了傳感感知、傳輸通道、分析處理、行業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。

　　2.2云計算

　　按照維基百科的定義，云計算是將動態(tài)、易擴展且被虛擬化的計算資源通過互聯(lián)網(wǎng)提供出來的一種服務(wù)。虛擬化、動態(tài)擴展、分布式存儲、分布式計算和多用戶是云計算的關(guān)鍵技術(shù)。

　?、偬摂M化技術(shù)

　　虛擬化技術(shù)將物理資源進行了替換，呈現(xiàn)給用戶的是一個與物理資源有相同功能和接口的虛擬資源。虛擬化技術(shù)根據(jù)對象不同可分為存儲虛擬化、計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等，計算虛擬化又分為系統(tǒng)級虛擬化、應(yīng)用級虛擬化和桌面虛擬化。

　?、趧討B(tài)擴展云能力技術(shù)

　　動態(tài)擴展云能力技術(shù)為不同的應(yīng)用架構(gòu)設(shè)定不同的集群類型，每一種集群類型都有特定的擴展方式，然后通過監(jiān)控負載的動態(tài)變化，自動為應(yīng)用集群增加或者減少資源。

　　③分布式存儲技術(shù)

　　分布式存儲可利用云環(huán)境中多臺服務(wù)器的資源，來滿足單臺服務(wù)器所不能滿足的存儲需求。存儲資源能夠被抽象表示和統(tǒng)一管理，并且能夠保證數(shù)據(jù)讀寫與操作的安全性、可靠性。

　　④分布式計算技術(shù)

　　分布式計算將大型任務(wù)分成很多細小的子任務(wù)，這些子任務(wù)在多個計算節(jié)點上進行調(diào)度和計算，從而獲得對海量數(shù)據(jù)的處理能力。

　?、荻嘤脩艏夹g(shù)

　　多用戶技術(shù)在于使不同用戶能夠共享同一云平臺的資源，每個用戶按需使用資源，能夠?qū)浖?wù)進行客戶化配置，而不影響其他用戶使用。

　　3.城市智能燃氣網(wǎng)的業(yè)務(wù)功能需求

　?、倏蛻粲脷夥?wù)及管理

　　客戶服務(wù)管理的對象有居民、商業(yè)、工業(yè)、采暖空調(diào)、汽車、電站等，目的是提供安全、方便、節(jié)能、環(huán)保的用氣服務(wù)，以及有利于燃氣供應(yīng)企業(yè)安全、平穩(wěn)供氣的用氣管理。功能上可提供安全指導(dǎo)和定期巡檢、呼叫服務(wù)、便捷的付費結(jié)算、用能信息及用能策略服務(wù)；從用氣量到用氣性質(zhì)分析其對峰谷負荷的貢獻，制定相應(yīng)的管理方案等。

　?、谌細夤芫W(wǎng)運行自動監(jiān)控

　　自動監(jiān)控的目的是更好地保障供氣可靠性、降低運營成本。應(yīng)具有安全保護、故障預(yù)警自診斷、三遙（遙測、遙調(diào)、遙控）等功能。

　　③全面及時的完整性管理及應(yīng)急搶險

　　完整性管理的對象有管道和廠站，其功能包括風險評價、管理決策等。應(yīng)急搶險系統(tǒng)由組織、預(yù)案、資源、技術(shù)、法律等要素組成，要求具有一個全方位、立體化、多層次和綜合性的應(yīng)急管理網(wǎng)絡(luò)，能動員各級政府力量的多維度、多領(lǐng)域和多層級的協(xié)作，包括應(yīng)急準備、監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急恢復(fù)等。

　?、軞庠吹膬?yōu)化配置

　　多氣源已是城市燃氣供應(yīng)體系的現(xiàn)狀，合理配置才有利于供氣安全、節(jié)能環(huán)保、企業(yè)效益，智能燃氣網(wǎng)需有對氣源配置進行優(yōu)化分析及自動調(diào)配的功能。

　?、荼匾男畔⒄故?br>

　　為提高服務(wù)管理質(zhì)量及各級運營管理人員的工作效率，各類信息展示是很必要的，是城市智能燃氣網(wǎng)必不可少的一項功能。

　　4.基于云計算的城市智能燃氣網(wǎng)架構(gòu)

　　4.1 云計算特征分析

　　①海量的信息處理

　　城市智能燃氣網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺需要存儲輸配管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、EAM系統(tǒng)等在不同時間采集及存檔的海量資料和信息，并對這些信息進行分類、統(tǒng)計、備份，這需要彈性增長的存儲資源和大規(guī)模的并行計算能力。另外，城市智能燃氣網(wǎng)涉及用氣服務(wù)及管理、供氣管網(wǎng)運行、完整性管理、應(yīng)急搶險、氣源配置等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，不同業(yè)務(wù)的流程和功能存在較大差異，具有決策分析類型繁雜的特點。因此可采用分布式存儲和云計算構(gòu)建信息平臺。

　?、谝约煞?wù)方式提供決策能力

　　從城市智能燃氣網(wǎng)運營角度來看，每一個業(yè)務(wù)模塊都存在智能決策的需求，都需要對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，因此可以將這部分功能從業(yè)務(wù)流程中剝離出來，包裝成面向不同業(yè)務(wù)的服務(wù)，以平臺服務(wù)方式提供給各業(yè)務(wù)單位，業(yè)務(wù)單位只要滿足服務(wù)接口要求，就能享受到這些功能服務(wù)。例如對于模擬仿真系統(tǒng)等與燃氣管網(wǎng)運行相關(guān)的分析計算功能，規(guī)劃建設(shè)、運營調(diào)度、科研等業(yè)務(wù)部門都有需求，因此整合該計算分析系統(tǒng)及相關(guān)數(shù)據(jù)庫，就能為各業(yè)務(wù)部門提供相應(yīng)的服務(wù)，避免了各部門各自為戰(zhàn)、重復(fù)勞動的情況，從而提高人員工作效率和企業(yè)運行效率。

　　4.2基于云計算的城市智能燃氣網(wǎng)架構(gòu)

　　基于云計算的城市智能燃氣網(wǎng)架構(gòu)可初步設(shè)計為5個層次：感知層、通信層、數(shù)據(jù)層、決策分析層、執(zhí)行層，見圖1。

圖1 基于云計算的城市智能燃氣網(wǎng)架構(gòu)

　?、俑兄獙樱阂獙Τ鞘腥細夤?yīng)系統(tǒng)上的各種設(shè)備、管道、人員調(diào)配等全面、及時地實施監(jiān)控，需要借助各種感知設(shè)備，如各種智能傳感器、GPS等獲取有用信息，這些設(shè)備構(gòu)成了智能燃氣網(wǎng)的感知層。

　?、谕ㄐ艑樱褐饕糜诟兄獢?shù)據(jù)的傳輸，為了不重復(fù)建設(shè)，可最大限度地整合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件，如專網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)、物聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)、因特網(wǎng)等通信方式。

　　③數(shù)據(jù)層：基于云計算、云存儲技術(shù)設(shè)計，實現(xiàn)分散資源的集中管理以及集中資源的分散服務(wù)，支撐高效海量數(shù)據(jù)的存儲與處理。數(shù)據(jù)層包括GIS庫、實時庫、資產(chǎn)庫、生產(chǎn)庫等基礎(chǔ)庫。該層實現(xiàn)各類感知資源的規(guī)范接入、整合、交換與存儲，實現(xiàn)各類感知設(shè)備的基礎(chǔ)信息管理，實現(xiàn)感知信息資源目錄發(fā)布，實現(xiàn)感知設(shè)備證書發(fā)布與認證，為感知設(shè)備的分建共享提供全面支撐服務(wù)。

　?、軟Q策分析層：基于豐富的數(shù)據(jù)資源，依據(jù)強大的計算能力（依托云計算平臺），將數(shù)據(jù)庫與算法庫、模擬庫、知識庫緊密結(jié)合在一起，構(gòu)建一個功能豐富的決策分析服務(wù)平臺。該層包含一個面向主題分析的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)決策分析的相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘，以及對分析結(jié)果的多維報表展示、運營指令展示、分析圖形展示等內(nèi)容。

　?、輬?zhí)行層：主要包括各部門實際使用的各種業(yè)務(wù)軟件及硬件。運行執(zhí)行層的軟件，可通過調(diào)用決策分析層提供的通用接口，設(shè)計出符合實際運行使用的業(yè)務(wù)軟件，例如智能調(diào)壓器的安全自檢軟件及壓力預(yù)設(shè)處理軟件；執(zhí)行層的硬件則指各種自動控制執(zhí)行系統(tǒng)和裝置。運行執(zhí)行層的用戶可分為3類：廠站執(zhí)行人員、相關(guān)技術(shù)人員、領(lǐng)導(dǎo)決策人員。廠站執(zhí)行人員可以實時查看前端感知信息，并對設(shè)備進行控制；相關(guān)技術(shù)人員可以使用平臺提供的各種程序的服務(wù)接口和各設(shè)備的運行狀態(tài)，保證管網(wǎng)的正常運行；領(lǐng)導(dǎo)決策人員通過系統(tǒng)智能分析的協(xié)助，對人員和資源進行指揮調(diào)度。

　　5.城市智能燃氣網(wǎng)需解決的關(guān)鍵問題

　?、賾?yīng)在燃氣供應(yīng)企業(yè)發(fā)展需求的引導(dǎo)下確立企業(yè)智能化發(fā)展的方向。各燃氣供應(yīng)企業(yè)由于業(yè)務(wù)范圍、經(jīng)營模式、服務(wù)等側(cè)重點不同，智能化建設(shè)的目標有所差異，因此根據(jù)企業(yè)自身的需求制定發(fā)展建設(shè)方向是避免浪費、合理經(jīng)營的前提。

　?、谥悄芑夹g(shù)的進步源于燃氣供應(yīng)企業(yè)的業(yè)務(wù)需求。燃氣供應(yīng)企業(yè)要根據(jù)自身的發(fā)展需求提出業(yè)務(wù)要求，從而引導(dǎo)智能技術(shù)的發(fā)展。比如對于智能燃氣表，我們希望其能實現(xiàn)便捷付費（包括分時計價結(jié)算功能、自助繳費功能）、信息通告及直觀展示等功能，則儀表企業(yè)就會朝著這樣的需求方向推進技術(shù)的發(fā)展。

　　③數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要為決策系統(tǒng)服務(wù)，因此要積極構(gòu)建各業(yè)務(wù)模塊的決策系統(tǒng)方案。

　?、苄畔⑾到y(tǒng)之間的鏈接和共享依賴于標準的制定。

　?、莘e極開展城市智能燃氣網(wǎng)的功能建設(shè)，優(yōu)化云平臺服務(wù)和計算模型，提升云管理能力，以增強城市智能燃氣網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺應(yīng)對業(yè)務(wù)量不斷增長的要求。城市智能燃氣網(wǎng)應(yīng)用和用戶的規(guī)模越大，構(gòu)建在云計算上的城市智能燃氣網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺的作用就越明顯，就越能發(fā)揮智能技術(shù)在城市燃氣網(wǎng)運行中的價值。

來源：CIO時代網(wǎng)

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