1智慧城市燃氣管網安全監測技術與系統（解決方案）目錄2項目背景建設思路系統功能關鍵技術項目背景–城市燃氣管網的現狀3長距離輸送管線城內管道輸氣干管分配管道用戶引入管室內燃氣管道工業企業燃氣管道工廠引入管廠區燃氣管道車間燃氣管道等地下直埋（99%）架空（管廊）工廠普遍采用城市小區有時采用高壓A類：2.5-4.0MPaB類：1.6-2.5MPa次高壓A類：0.8-1.6MPaB類：0.4-0.8MPa中壓A類：0.2-0.4MPaB類：0.01-0.2MPa低壓燃氣管道<0.01MPa液化氣需求減少（<5%）主要成分:丁烷，丙烷，丙烯和甲烷天然氣需求快速增長（90-95%）主要成分:甲烷人工煤氣需求逐年下降（<3%）主要成分:一氧化碳和氫氣燃氣管網支撐著現代城市的運行和發展，對國計民生有重大影響，保證其安全運行是各地政府的重要職能之一。輸送方式敷設方式輸氣壓力城市用氣結構城市管網結構圖4項目背景–我國燃氣管網的事故情況統計42011-2013年城市燃氣事故統計圖近年來燃氣管網工程安全事故呈現高發趨勢：據不完全統計，2011-2013年間，全國燃氣事故每年平均在900起以上，其中燃氣爆炸占24%，燃氣泄漏占46%，燃氣中毒占14%，燃氣燃燒占13%，其他占3%；

2014年全國燃氣泄漏原因中74%為微小泄漏。項目背景–燃氣管網安全事故案例（1）-臺灣高雄7

31氣爆事故5燃氣進入雨水管道爆炸事故事件基本信息：2014年7月31日，臺灣高雄事件發生原因：事故原因為石化氣體（丙烯）沿市區與水下水道系統擴散，引發市區連環爆炸。事件導致危害：事故造成死傷合計340人，4.4公里的市區道路被摧毀，上萬用戶停電、停氣、停水、停話。項目背景–燃氣管網安全事故案例（2）-青島11

22爆燃事故6事件基本信息：2013年11月22日，山東青島事件發生原因：山東青島中石化黃濰輸油管道泄漏，進入與之交叉的生活污水管道，在密閉環境中形成可燃氣油氣環境，由于搶險施工產生的火花引發強烈爆炸。事件導致危害：事故造成62人死亡，139人受傷；大量原油泄漏導致海水污染，直接經濟損失75172萬元。燃氣進入生活污水管道爆炸事故石油管道生活污水管道項目背景–燃氣管網安全事故案例（3）-長春7

30連環爆炸事故7燃氣進入排污管道爆炸事故事件基本信息：2010年7月30日，吉林長春事件發生原因：由于夏季連降大雨，地面沉降，管線在雨水沖刷后，下部懸空，管道連接處受壓斷裂，可燃氣體在污水井發生第一次爆炸后，繼而發生了后面的三次爆炸事件導致危害：爆炸造成1人死亡，30余人受傷。附近住宅和車輛玻璃全部震碎。項目背景–燃氣管網安全事故案例（4）82014年3月，美國紐約曼哈頓一建筑樓發生爆炸。18人死亡，60余人受傷。(煤氣泄漏）2010年9月，美國舊金山發生爆炸。11人死亡，52人受傷，百余座民宅燒毀。（地下煤氣泄漏至人群密集區域）2014年8月，法國巴黎一四層住宅樓發生爆炸。8名居民死亡，11人受傷。(天然氣泄漏）2014年4月，美國華盛頓州三棟建筑被炸毀，加油站被損毀，數人死傷。

(天然氣泄漏至飯店）2010年1月，比利時一棟樓房發生爆炸導致樓房坍塌。11人死亡，20余人受傷。（煤氣泄漏）2013年2月，墨西哥國家石油公司發生爆炸。32人死亡，120余人受傷。(地下天然氣泄漏凝聚于電力控制室）近年來，國際上因為燃氣進入地下相鄰密閉空間發生爆炸的事故數不勝數。傷亡慘重。項目背景–燃氣管網引發城市爆炸事故的風險9地鐵通氣管道電梯井停車場地下超市雨水管道污水管道污水管道電纜溝人防工程城市中存在大量與燃氣管網相鄰的密閉空間。

隨著燃氣管網的建設運營，由于管道老化、腐蝕及第三方破壞造成的燃氣泄漏是很難杜絕的。

當燃氣管網局部泄漏時，燃氣通過地下裂隙滲透進入地下密閉空間。將引發爆炸、火災和中毒事故，造成人員傷亡。燃氣管道項目背景–小結10123城市中的燃氣管網與雨水管道、污水管道、地鐵、人防工程、地下商場等地下密閉空間交叉或臨近很難避免，事故案例總結發現這些區域成為燃氣泄漏爆炸并導致嚴重后果的高風險區。根據國外城市燃氣管網安全運行管理的經驗，可通過先進的風險辨識、監測預警等技術來降低風險、避免爆炸事故的發生。城市燃氣管網發展迅速，迫切需要建立燃氣管網安全監測系統，實現對燃氣管網發生泄漏爆炸的風險識別、監控、預警，保障城市安全運行。建設思路

–總體框架11風險分析密閉空間風險分析密閉空間風險分級信息采集傳感器信息燃氣公司信息輿情信息信息傳輸Zigbee2G/3G/4G光纖綜合應對撤離路線救援路線處置方案信息分析信息融合碰撞比對風險預警事故后果影響范圍封閉區域全面感知智能決策提前處置系統功能–風險識別12密閉空間風險分級利用爆炸作用及其防護科學，根據燃氣泄漏進入地下密閉空間的風險，結合德國水氣協會關于燃氣泄漏的標準G465-3進行風險分級。燃氣管網分布雨水管網分布污水管網分布地鐵路網分布人防工程分布地下停車場分布人口密度分布空間綜合信息系統功能–風險識別13等級劃分-根據燃氣管網與地下空間的距離劃分A1級：空間檢測到大量泄漏氣體，立即采取搶修措施、啟動應急預案；A2級：空間檢測到適量泄漏氣體，啟動應急預案；B級：空間可能檢測到泄漏氣體，啟動更新修補計劃；C級：被測空間檢測到氣體泄漏的可能性較小，屬于安全范圍

。壓力（MPa）危險半徑（m）A1級A2級B級C級低壓0.010.114>

4中壓<0.4458>

8次高壓<1.6161720>

20高壓<4.0404144>

44監測半徑系統功能–綜合分析14燃氣管網公司信息SCADA數據城市管網線路數據…………輿情監測數據信息微博數據論壇數據…………密閉空間傳感器數據信息氣體傳感器數據風速傳感器數據…………實時數據提取-預處理-挖掘-分析危險密閉空間燃氣濃度監測數據事發地位置信息、濃度描述管網壓力、流量異動數據地下密閉空間爆炸風險系統功能–綜合應對15道路交通數據城市人口分布應急力量配置應急預案警戒區域疏散路線疏散路線救援路線救援路線資源調度聯動協調風險預警關鍵技術

–混合氣體爆炸危險性實驗探測技術16熱輻射危害沖擊波危害破片危害全尺寸實驗噪聲危害等氯氣；硫化氫一氧化碳；氨氣等甲烷乙烷暗渠中污水壓力傳感器溫度傳感器氣體濃度傳感器點火系統40米破片收集裝置布置圖暗渠內測點布置俯視圖暗渠外測試塔布置俯視圖測試塔布置側視圖20米三維空間構建模型三維矢量模型利用CSG、B-rep進行幾何表達體積模型Octree、3D

grids等模型關鍵技術

–

危險空間的識別技術獲得燃氣管網與其他地下空間相鄰區域的分布數據：地理坐標空間體積空間屬性空間識別燃氣管網分布圖地鐵路網分布圖污水管道分布圖雨水管道分布圖管網區域劃分按照以下特征對管網整體進行劃分：管網功能服務對象實地考察地下商場分布圖3D-GIS系統17其他地下空間分布圖專題圖層疊加空間拓撲構建臨近空間分析人防工程分布圖地下車場分布圖關鍵技術

–數據挖掘技術18文本數據獲取Web-Clawing算法流程專家系統挑選種子URL設置待抓取URL隊列下載網頁內容，更新源數據庫根據PartialPageRank策略獲取其他URL結束條件否數據預處理數據清洗：處理缺失數據、消除噪聲數據處理流程相關算法數據分布特征及箱型圖方法聚類方法、回歸預測算法數據歸一化：同趨化處理、無量綱化處理最小-最大值：z-score標準化數據格式化：消除不同來源、復雜數據格式AWK，Perl等腳本語言處理Weka等數據挖掘軟件關鍵技術

–數據挖掘技術19數據挖掘結論分析發生特定事件的時間、地點等特定事件持續時間、波及范圍、涉及人員等對特定事件的關注程度、態度及受到的影響特定事件詞匯的相互關聯程度對歷史數據進行挖掘，建立歷史數據庫與其他數據相結合提供及時、全面、可靠的預警信息天然氣爆炸煤氣危險泄漏地下窨井可燃氣體人身保護緊急情況火災傷員甲烷救援消防車應急管道臭味呼救時間關注度關鍵技術–可燃氣體監測位置優化技術20測點優化的意義：最小化風險最小化反應時間最小化成本最大監測覆蓋面積總體優化目標：數學模型化疊加各圖層得到風險等級劃分計算各井的屬性值（d,c,a,t），并存儲于預定義的動態矢量數據結構中選擇初始化池中個體（可利用專家系統或預選算法）設置交叉概率與變異概率利用NSGA-II算法在最短時間與最少空間條件下生成子代個體根據輪轉與競爭算法相結合的選擇算法生成下一代個體更新當前進化池中個體當前最優個體是否滿足要求否輸出最優個體即為最優檢測點集合是算法實現工程車輛定位全球定位系統美國GPS系統中國北斗系統俄羅斯格洛納斯系統控制中心坐標變換地圖匹配工程車輛周圍管線狀態分析管網類別管網空間分布狀態管網屬性破壞危險等級挖掘控制施工單位管線所屬單位工程車輛控制3D-GIS地下管網電子地圖地下空間網絡數據中心物理隔離涉密機房21關鍵技術

–地下管網實時位置服務關鍵技術

–密閉空間泄漏源反演技術22校正因子確定與修正監測數據異常監控中心預警備案監測濃度場

（t0時刻）密閉空間源項估計

（t0時刻）預測濃度場

（t1時刻）其他反演方法優化方法

-Thomson模擬退火算法等隨機逼近-MCMC抽樣方法等基于優化方法的泄漏源反演流程圖貝葉斯推斷理論的隨機

采樣方法反演模型監測濃度場（t1時刻）Δt密閉空間源項估計

（tn時刻）掃描+監測泄漏空間邊界條件關鍵技術

–燃氣管網密閉空間泄漏區域預測技術23甲烷爆炸上限：15%下限：5%爆炸區域濃度

上限：107500mg/m3下限：35800mg/m3最高允許接觸濃度：6700mg/m3泄漏源判定管道泄漏小孔泄漏大孔泄漏預估泄漏源特征分析泄漏環境計算燃氣泄漏量泄漏擴散分析高斯擴散模型BM模型FEM3模型正態煙羽模型計算泄漏源有效高度生成氣體擴散濃度場分析擴散危害范圍擴散危險區域預判人員中毒概率模型火災概率分布模型爆炸概率分布模型標志危險區域等級劃分人員疏散路徑劃分救援路徑模型確定定性分析模型確定定性分析模型確定定性分析氣體泄漏率隨孔徑變化圖組分輸運守恒方程動量守恒方程能量守恒方程物質傳輸方程關鍵技術

–泄漏后果預測技術2424點燃YN天然氣

噴射燃燒天然氣

噴射擴散天然氣混合物爆炸燃氣泄漏管網狀況區域劃分地質條件經濟損失人員傷亡建筑倒塌爆炸沖擊波模型數值模型FLACS、REAGS等物理模型

SCOPE、CLICHé模型等相關模型TNT當量法、TNO模型等熱輻射危害噪聲危害沖擊波危害破片危害次生災害中毒、窒息用戶分布火焰熱輻射模型單點源模型