国家北斗精准服务网在城市燃气运营管理中的应用探讨
摘要：
北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统，可为全球各类用户提供全天候、全天时的精准位置、精准授时和短报文通信服务。作为我国重要的空间基础设施，北斗的应用对加强城市燃气企业构建高效的安全管理体系减少损失有着深远的影响。本文介绍了北斗卫星导航系统的发展现状、技术优势和定位原理，并重点分析国家北斗精准服务网在城市燃气运营管理中的典型应用，为我国城市燃气事业智慧化发展和技术进步树立典范。
关键词：北斗精准定位 燃气 运营管理 应用
1、北斗卫星导航系统现状
北斗卫星导航系统是我国自行研发独立运行的全球卫星定位与通信系统，是继美国全球卫星定位系统和俄罗斯全球卫星导航系统之后第三个成熟的卫星导航系统。该系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠性的精准位置、精准授时与短报文通信服务。截至目前，我国已成功发射34颗北斗卫星，北斗民用用户已超过1亿，服务覆盖范围达到200余个国家和地区，日服务次数约2亿次，日活跃用户约2000万。
与其他卫星导航系统相比，北斗卫星导航系统具有7项技术优势：①导航定位与通信集成，定位和授时精度高，且系统具备双向短报文通信功能；②覆盖的范围广；③特别适合集团用户大范围、远程监控管理和远程数据采集、传输应用；④融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大核心资源；⑤采用混合星座定位模式；⑥兼容美国GPS、俄罗斯(格洛纳斯)GLONASS、欧盟伽利略（GALILEO），兼容性更强；⑦我国自行研发，自主控制，安全保密。[1]
2、北斗卫星导航系统精准定位原理概述
北斗卫星导航系统定位原理是根据北斗信号接收机在某一时刻得到的4颗或者4颗以上的北斗卫星的导航电文及其他信息，从中解算卫星的伪距以及对应卫星的位置，采用空间距离交汇的方法求得接收机天线所在点的三维坐标。[2]
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，使得民用的定位精度只有数十米量级。为提高定位精度，普遍采用差分定位技术（如DGPS、DGNSS），建立地面基准站 (差分台)进行卫星观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分定位技术，定位精度可提高到米级。[3]
3、北斗精准定位在城市燃气运营管理中的应用
随着我国经济社会的快速发展，城镇化进程不断加快，城镇燃气已成为基础性能源，服务功能和作用日益突出，管网规模不断扩大。截至2017年底，我国城镇燃气管网总长度达到76万公里，由于管网规模持续扩张，管道老化、腐蚀加剧，随之而来的安全问题面临巨大挑战，加之燃气管网的不可见性，极易遭到第三方施工破坏。据不完全统计，有一半以上的燃气管网事故是因为缺少精准位置信息而受到第三方破坏。
安全管理作为城市燃气企业日常重点工作之一，为提高自身市场竞争力，各地燃气企业逐渐走向信息化道路，构建更加高效的燃气安全管理体系。在当前“互联网＋”的背景下，城市燃气企业不断响应科技创新的国家政策，以先进的科技“武装”企业，精准的燃气管线位置信息已成为燃气行业发展的重中之重。加之北斗卫星导航系统逐步发展，国家北斗精准服务网在行业中的应用成为其落地的一个重要环节。
3.1燃气行业北斗应用技术路线
在北斗精准位置服务的基础上，将计算机、地理信息系统、互联网、物联网、大数据、VR/AR等先进信息化技术与燃气管网业务流程相融合，结合相应的北斗精准时空数据模块化应用，利用北斗精准定位终端和管网运行检测设备融合对接实现采集管网建设及运行过程中，如施工管理、智能巡检、防腐检测、泄漏检测、应急开挖等产生的附有北斗精准时空信息的专业检测数据，建立城市管网完整性管理平台。利用管网拓扑分析、管网泄漏分析、管网完整性评估、管网仿真以及管网大数据、管网虚拟现实等信息化技术对数据进行综合计算和挖掘分析，在统一的云服务基础上，构建城市燃气行业各类业务智能化应用以及顶层的决策分析平台，从而达到及时发现管网设备和管理流程中的安全隐患，预防管网安全事故发生的目的。
基于北斗精准定位的城市燃气管网完整性管理总体技术流程如下图所示：
总体技术路线流程图
3.2 北斗精准定位技术在燃气行业中的应用实践
为解决城市燃气行业普遍存在的问题，北斗精准服务为燃气管网高风险点提供精准位置信息，创造性地解决了管网高风险点精准位置服务需求。在燃气管线出现隐患时，北斗精准服务可将技术人员迅速带到问题管线的位置并进行修复，克服路面积水、障碍物等干扰，并在施工管理、智能巡检、防腐检测、泄漏检测、应急开挖、LNG运输槽车监控调度等各项生产业务中发挥极大作用，充分提升了管网的安全管理水平，对我国燃气行业发展和技术进步具有重要的示范作用，北斗精准定位技术在燃气管网中的具体应用实践如下。
3.2.1 施工管理
管道基础设施数据采集是新建管道及改线管道精准数据的初始来源，还用于管网数据补充及检核，保障城市燃气管道完整性及安全性。根据城市燃气管网分布、建设等特点，在施工过程中，只有对管网的焊缝、弯管、三通、穿跨越、阀门等高风险点进行精准定位，才能有效保证工程数据的准确性与完整性，实现高效率的施工，有效把状态数据对应到具体的管网高风险点上。利用北斗精准定位技术快速对管线关键节点数据进行采集，获取精准位置信息，并对施工现场相关照片进行保存，实现当天采集数据，当天即可上载和共享，有效完善工程数据，为工程精细化管理提供精准数据支撑，利于分析整个施工作业进度。
3.2.2 智能巡检
管线巡检作业面积大、线路长、环境复杂，需要巡线工作人员对辖区内管线位置十分熟悉；巡线人员无法准确判断现场施工及占压是否对管线安全造成影响；巡检过程中，基于纸面的信息难以及时反馈至管理人员，无法应对复杂多变的现场情况。为有效避免与降低事故的发生，燃气企业需定期巡视、检查管网，保证燃气输送的安全，防止第三方施工破坏、违规占压、偷气、漏气等现象发生，燃气管网巡检是城市燃气管网安全运行的重要工作之一。
北斗精准定位移动终端设备替代手工记录和传统终端设备，将北斗精准位置服务结合各类管线巡检业务流程，可实时记录巡检人员的精准轨迹，运行人员与管线位置关系可在燃气管网影像图上直观地显示。并可针对突发事件，实现基于精准位置的及时上报，快速的将巡检数据、位置、现场照片等信息实时采集上传后台管理系统，确保巡线人员按计划完成工作任务，使管网运行质量、运行效率得到较大提升，并为异常监控和管理提供可靠的精准位置数据基础。
另外，通过北斗精准定技术结合AR（增强现实）头戴式显示器，可实现基于AR的智能管线巡检，工作人员站在地上便可以“透视”到地下管线与相关设备设施的精准位置信息，实现地下管线和地上场景的“一体化管理”。
3.2.3 防腐检测
随着时间推移，城市燃气管网在施工、土壤腐蚀、地面沉降等因素影响下，管道的防腐层会发生老化、剥离、脱落等现象，从而造成管道的腐蚀穿孔，从而引发泄漏事故，因此燃气管网的防腐检测管理是各个燃气企业运营管理的重中之重。但由于埋地管网铺设、地理环境复杂多变，使用常规方法进行检测难度较大，通过北斗精准定位设备与通用的PCM+管道防腐层状况检测仪，把获取的精准位置数据与防腐层位置、管道测量编号、防腐层状况、破损点等数据上传后，即时评估检测点防腐层质量状况。同时，后台管理系统可对检测结果进行历史数据查询、同比、环比等统计分析，为防腐层风险预测提供数据支撑。
3.2.4 泄漏检测
随着城市快速化发展，燃气管网也已遍布各个乡镇，因燃气泄漏引发生的中毒、爆燃、爆炸等事故时有发生，造成较大社会影响。通过泄漏检测，及时发现泄漏隐患，通过北斗精准定位技术，并与激光甲烷检测车系统结合，可对泄漏点位置、浓度、时间等信息进行采集，与GIS数据对接，确保检测轨迹与管线实际位置相符，读取并上传泄漏检测作业全程数据，实现检测数据与精准位置的自动匹配，持续扩充管网异常信息库，为管网的完整性管理奠定坚实基础。
3.2.5 应急开挖
随着我国供气规模不断扩大，天然气管网已经遍布大街小巷，市政道路上的天然气管道多为埋地高中压管道，带压管道一旦损伤泄漏，后果不堪设想。在管网的应急开挖过程中，应用北斗精准服务，通过防爆差分手机与燃气公司调度中心联控，实时基于北斗精准位置信息的现场活动视频影像采集，规范管道维抢修过程中的开挖施工，实现基于GIS的管网设备档案数据库，为后续管道的维抢修提供数字化档案依据，从而提高管道开挖施工中的安全，降低作业风险和成本。
3.2.6 LNG/CNG运输槽车监控调度
LNG/CNG运输槽车相对于天然气管道运输具有机动灵活的特点，是对管道运输不可或缺的重要补充。但因LNG/CNG属于危险化学品，在存储与运输过程中需要严格保证其安全性，为有效避免LNG槽车因长途运输、罐体磨损等造成的安全事故，日常的安全监测与检修显得非常重要。基于北斗精准定位技术的LNG运输槽车，将实时监测的运输罐车工况数据，如压力、温度、液位、阀门、精准位置信息集成到生产调度信息管理平台，图形化显示现场数据，并对采集数据超过报警上、下限数值的情况，进行异常报警，可有效提升槽车运行与调度安全。
4、结束语
近年来，随着燃气行业数字化建设发展迅猛，借助高科技管理手段并结合自身实际，促进燃气行业的信息化建设，各燃气企业需学习和借鉴先进技术与经验，充分应用信息化、智能化技术，全面提升我国城市燃气企业的信息化管理水平，促进燃气公司从供应商向服务商的转型，营造更完美的用户体验，从而打开我国智慧城市燃气产业的数字化、高效化、健康化、成熟化发展的新局面。