1.概述
城市智能燃氣網，在燃氣網建設階段，以數字管道為基礎進行建設；在運行維護階段，以風險預評價體系為基礎進行無事故預防型管理；在用戶服務方面，以高級計量體系為基礎進行需求側管理。可靠與智能是城市智能燃氣網發展的基本要求。城市智能燃氣網具有全面監測、及時可靠的數據傳送、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，進而對管網實施智能化的控制。
目前，我國大部分燃氣供應企業都逐步建立了輸配管網數據采集與監控系統(SCADA系統)、地理信息系統(GIS系統)、企業資產管理系統(EAM系統)、管網運行系統、模擬仿真系統等諸多與燃氣管網建設運營相關的子系統。這些子系統都包含大量的數據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。如何構建數據共享、流程整合的城市智能燃氣網信息系統，這個問題的解決可為城市智能燃氣網的建設發展提供信息保障。
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用。云計算是結合虛擬化技術，以網絡為載體，以提供基礎架構、平臺、軟件等服務為形式，整合大規模可擴展的計算、存儲、數據、應用等分布式計算資源，進行協同工作的超級計算模式。云計算的超大規模、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規模化、智能化發展所需要的。
目前，我國大部分燃氣供應企業都逐步建立了輸配管網數據采集與監控系統(SCADA系統)、地理信息系統(GIS系統)、企業資產管理系統(EAM系統)、管網運行系統、模擬仿真系統等諸多與燃氣管網建設運營相關的子系統。這些子系統都包含大量的數據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。如何構建數據共享、流程整合的城市智能燃氣網信息系統，這個問題的解決可為城市智能燃氣網的建設發展提供信息保障。
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用。云計算是結合虛擬化技術，以網絡為載體，以提供基礎架構、平臺、軟件等服務為形式，整合大規模可擴展的計算、存儲、數據、應用等分布式計算資源，進行協同工作的超級計算模式。云計算的超大規模、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規模化、智能化發展所需要的。
2.城市智能燃氣網與云計算的概念
2.1城市智能燃氣網
城市智能燃氣網的總體結構，從技術結構方面，主要包括5個層次：感知層、通信層、數據層、決策分析層、執行層；從業務模塊方面，主要包括規劃建設、運營調度、完整性管理、應急搶險、用戶服務管理等系統，這些系統之間實現數據共享、及時互動、智能決策等目標。
城市智能燃氣網依托更先進的智能感知、網絡通信、智能控制等技術，實現對燃氣管網數據的統一集成，建設方便數據存儲和訪問的數據共享模式，為智能決策和控制提供強大的支撐。城市智能燃氣網技術包括了傳感感知、傳輸通道、分析處理、行業應用等領域。
2.2云計算
按照維基百科的定義，云計算是將動態、易擴展且被虛擬化的計算資源通過互聯網提供出來的一種服務。虛擬化、動態擴展、分布式存儲、分布式計算和多用戶是云計算的關鍵技術。
①虛擬化技術
虛擬化技術將物理資源進行了替換，呈現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。虛擬化技術根據對象不同可分為存儲虛擬化、計算虛擬化、網絡虛擬化等，計算虛擬化又分為系統級虛擬化、應用級虛擬化和桌面虛擬化。
②動態擴展云能力技術
動態擴展云能力技術為不同的應用架構設定不同的集群類型，每一種集群類型都有特定的擴展方式，然后通過監控負載的動態變化，自動為應用集群增加或者減少資源。
③分布式存儲技術
分布式存儲可利用云環境中多臺服務器的資源，來滿足單臺服務器所不能滿足的存儲需求。存儲資源能夠被抽象表示和統一管理，并且能夠保證數據讀寫與操作的安全性、可靠性。
④分布式計算技術
分布式計算將大型任務分成很多細小的子任務，這些子任務在多個計算節點上進行調度和計算，從而獲得對海量數據的處理能力。
⑤多用戶技術
多用戶技術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，能夠對軟件服務進行客戶化配置，而不影響其他用戶使用。
3.城市智能燃氣網的業務功能需求
①客戶用氣服務及管理
客戶服務管理的對象有居民、商業、工業、采暖空調、汽車、電站等，目的是提供安全、方便、節能、環保的用氣服務，以及有利于燃氣供應企業安全、平穩供氣的用氣管理。功能上可提供安全指導和定期巡檢、呼叫服務、便捷的付費結算、用能信息及用能策略服務；從用氣量到用氣性質分析其對峰谷負荷的貢獻，制定相應的管理方案等。
②燃氣管網運行自動監控
自動監控的目的是更好地保障供氣可靠性、降低運營成本。應具有安全保護、故障預警自診斷、三遙(遙測、遙調、遙控)等功能。
③全面及時的完整性管理及應急搶險
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。應急搶險系統由組織、預案、資源、技術、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急管理網絡，能動員各級政府力量的多維度、多領域和多層級的協作，包括應急準備、監測預警、應急響應、應急恢復等。
④氣源的優化配置
多氣源已是城市燃氣供應體系的現狀，合理配置才有利于供氣安全、節能環保、企業效益，智能燃氣網需有對氣源配置進行優化分析及自動調配的功能。
⑤必要的信息展示
為提高服務管理質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，是城市智能燃氣網必不可少的一項功能。
4.基于云計算的城市智能燃氣網架構
4.1 云計算特征分析
①海量的信息處理
城市智能燃氣網業務平臺需要存儲輸配管網SCADA系統、GIS系統、EAM系統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、統計、備份，這需要彈性增長的存儲資源和大規模的并行計算能力。另外，城市智能燃氣網涉及用氣服務及管理、供氣管網運行、完整性管理、應急搶險、氣源配置等業務系統，不同業務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建信息平臺。
②以集成服務方式提供決策能力
從城市智能燃氣網運營角度來看，每一個業務模塊都存在智能決策的需求，都需要對采集的數據進行分析處理，因此可以將這部分功能從業務流程中剝離出來，包裝成面向不同業務的服務，以平臺服務方式提供給各業務單位，業務單位只要滿足服務接口要求，就能享受到這些功能服務。例如對于模擬仿真系統等與燃氣管網運行相關的分析計算功能，規劃建設、運營調度、科研等業務部門都有需求，因此整合該計算分析系統及相關數據庫，就能為各業務部門提供相應的服務，避免了各部門各自為戰、重復勞動的情況，從而提高人員工作效率和企業運行效率。
4.2基于云計算的城市智能燃氣網架構
基于云計算的城市智能燃氣網架構可初步設計為5個層次：感知層、通信層、數據層、決策分析層、執行層，見圖1。
圖1 基于云計算的城市智能燃氣網架構
①感知層：要對城市燃氣供應系統上的各種設備、管道、人員調配等全面、及時地實施監控，需要借助各種感知設備，如各種智能傳感器、GPS等獲取有用信息，這些設備構成了智能燃氣網的感知層。
②通信層：主要用于感知數據的傳輸，為了不重復建設，可最大限度地整合現有網絡條件，如專網、無線寬帶網、移動通信網、政務網、物聯數據網、因特網等通信方式。
③數據層：基于云計算、云存儲技術設計，實現分散資源的集中管理以及集中資源的分散服務，支撐高效海量數據的存儲與處理。數據層包括GIS庫、實時庫、資產庫、生產庫等基礎庫。該層實現各類感知資源的規范接入、整合、交換與存儲，實現各類感知設備的基礎信息管理，實現感知信息資源目錄發布，實現感知設備證書發布與認證，為感知設備的分建共享提供全面支撐服務。
④決策分析層：基于豐富的數據資源，依據強大的計算能力(依托云計算平臺)，將數據庫與算法庫、模擬庫、知識庫緊密結合在一起，構建一個功能豐富的決策分析服務平臺。該層包含一個面向主題分析的數據庫，實現決策分析的相關數據挖掘，以及對分析結果的多維報表展示、運營指令展示、分析圖形展示等內容。
⑤執行層：主要包括各部門實際使用的各種業務軟件及硬件。運行執行層的軟件，可通過調用決策分析層提供的通用接口，設計出符合實際運行使用的業務軟件，例如智能調壓器的安全自檢軟件及壓力預設處理軟件；執行層的硬件則指各種自動控制執行系統和裝置。運行執行層的用戶可分為3類：廠站執行人員、相關技術人員、領導決策人員。廠站執行人員可以實時查看前端感知信息，并對設備進行控制；相關技術人員可以使用平臺提供的各種程序的服務接口和各設備的運行狀態，保證管網的正常運行；領導決策人員通過系統智能分析的協助，對人員和資源進行指揮調度。
5.城市智能燃氣網需解決的關鍵問題
①應在燃氣供應企業發展需求的引導下確立企業智能化發展的方向。各燃氣供應企業由于業務范圍、經營模式、服務等側重點不同，智能化建設的目標有所差異，因此根據企業自身的需求制定發展建設方向是避免浪費、合理經營的前提。
②智能化技術的進步源于燃氣供應企業的業務需求。燃氣供應企業要根據自身的發展需求提出業務要求，從而引導智能技術的發展。比如對于智能燃氣表，我們希望其能實現便捷付費(包括分時計價結算功能、自助繳費功能)、信息通告及直觀展示等功能，則儀表企業就會朝著這樣的需求方向推進技術的發展。
③數據庫建設主要為決策系統服務，因此要積極構建各業務模塊的決策系統方案。
④信息系統之間的鏈接和共享依賴于標準的制定。
⑤積極開展城市智能燃氣網的功能建設，優化云平臺服務和計算模型，提升云管理能力，以增強城市智能燃氣網業務平臺應對業務量不斷增長的要求。城市智能燃氣網應用和用戶的規模越大，構建在云計算上的城市智能燃氣網業務平臺的作用就越明顯，就越能發揮智能技術在城市燃氣網運行中的價值。
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本文標題：基于云計算的城市智能燃氣網架構
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