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智慧燃气管理系统技术方案

前言

在数字经济时代，通过数字化进行智慧燃气建设，提升燃气本质安全水平，提升企业智能化经营管理水平变得迫在眉睫，这是老百姓看得见、摸得着、用得上的智慧应用，更是打好智慧城市基础的必修课。

智慧燃气是基于GIS，采用物联网技术+高端智能感知设备，感知城市燃气管网流量、压力、温度和泄漏等运行数据，基于可视化方式进行有机整合，形成城市燃气物联网，将海量燃气信息进行实时分析、处理、挖掘和辅助决策的燃气系统综合管理系统。

近年来，国家出台《全国安全生产专项整治三年行动计划》、《经营者反垄断合规指南》等政策文件，对高速发展下的城市燃气行业的市场监管和安全管控提出更高的质量要求。特别是随着2019年国家油气管网公司的挂牌成立，进一步重构了包括天然气定价体系、天然气销售模式、合同签署模式、管输定价规则、天然气交易规则等方面的天然气市场体系，对下游燃气行业格局带来颠覆性影响。无论是内忧外患的竞争压力，还是信息技术发展的时代机遇，都让燃气行业内部逐渐意识到唯有通过智慧燃气，才能为产供储销全链条智能管控提供更优的解决方案，才能让燃气行业做大做强。

在此形势下，持续数字化转型、智能化发展，已经成为燃气行业提质增效、转型发展的关键手段。受新冠肺炎疫情影响，国内各大燃气企业更加充分认识到智慧燃气建设的必要性与紧迫性，燃气企业经历了一个从被迫转型逐步向主动转型的思想转变，加之燃气行业已经基本具备进一步向智能化迈进的技术支撑等前提条件，燃气行业将很快进入一个以数智化为主导的智慧燃气发展新阶段，开启燃气管理新模式。

燃气产业作为我国能源体系的一部分和重要的城市公共基础设施，在“十四五”规划总体要求下，燃气企业通过建立智慧燃气，实现数智化转型发展、融入智慧城市建设已经势在必行。

一、项目简述

本项目利用物联网技术，围绕智慧燃气的设施感应和管理环节，通过智能传感器在线采集部署场所的环境信息(城市燃气管网流量、压力、温度和泄漏等)，同时集成改造现有的环境控制设备，实现传感器的智能感应与科学管理。管理员可以通过手机、计算机等信息终端，实时掌握智能传感器设备的环境信息，及时获取异常报警信息，并可以根据监测结果，远程控制相应设备，实现实时监控、精准维修的目的。

易云系统是中易云旗下自有核心技术,基于云计算的物联网综合管控共享服务平台（物联网云平台）。能够对接各种物联网设备，用户无需编程、开发，通过使用系统提供的6大类40多小类的各种功能模块和组件、上百个基础控件，采用自由的组态方式，即可搭建出所需燃气应用系统的平台。并能实现对功能、算法、协议、大数据挖掘等的共享、交互。系统从登陆界面至各项功能模块都可灵活配置，可以部署到用户指定的服务器上，形成用户私有化的行业管理平台。平台已经在天安门、西门子、中国石油、河北钢铁、万科地产、南湖世界园艺博览会等广泛使用。

本项目系统采用B/S架构，可按机构及角色创建管理员分级管理。各部门管理员通过账号密码登陆，进行感应仪器各项数据的实时查看、控制；曲线、记录的查询、下载打印等功能。管理界面可通过数值、图片、列表、动图等多元化方式展示；也可通过云组态功能，汇总各项数据、视频、场景进行动态化管理。如果传感器检测到实时数据超过规定范围，且设定保护延时内并未恢复正常，软件端清晰的产生报警铃音，并可通过微信、短信、语音播报、邮件等方式，准确及时的向管理员推送报警信息。报警信息可分为单次或逐级向多个/多层管理员推送，确保某个管理员未能及时处理店内的异常变化，而造成损失。系统可根据店内的各项数据，自动生成饼图、柱状图，对历史数据的最高值、最低值、平均值等参数进行大数据智能汇总分析。

本系统可实现实时监控、远程控制、自动控制、异常报警、巡检管理、任务管理、数据统计等众多智慧管理功能，同时，系统有人员管理和多级权限认证机制，确保安全运行。

二、现状问题梳理解析

2.1传统燃气状态

1) 上门抄表

2) 管道检测

2.2 存在问题

1) 需要人员上门抄表、管道检测及应急维修。

2) 工作覆盖面广、具有不确定性以及应急抢修不及时导致工作效率低下等问题。

3) 造成人力、物力和财力损失。

三、优化与解决

3.1优化结构图

1)智能抄表

通过智能仪器连接燃气云平台系统，实时查看数据。

2)智能检测

通过压力检测仪，气体分析检测仪，流量计等设备，无法频繁检测，只需通过系统，查看设备数据与状态，来判断燃气管道是否需要维修。

3.2智慧燃气的优势

1) 智能管网：智能管网是整个智慧燃气的核心和基础。将其应用在燃气的整个管道中可以对地下管线进行精确检测，能使人们对其完全掌控。另外，智能管网系统还能精确定位工作人员的位置，实时检测工作状态;在发生意外情况时及时合理地安排工作人员赶到事故地点进行抢修;提醒工作人员及时撤离事故地点，以免发生不必要的人员伤亡。

2) 智能气网：智能气网是在智能管网的基础上向终端应用延伸，同时融入智能计量和智能服务。终端应用通过整合的独立软件系统，控制管网现场的通讯设备和数据传输设备等，实现对管网运营状况的监控和管理。智能计量是将传统的燃气计量方式和现代互联网技术结合，实现数据传输智能化、流量计费以及缴费自动化等。智能服务则通过持续的管网监测，从而得以高效率处理各方请求。

3) 智慧燃气：智慧燃气是在智能气网的基础上，将燃气与能源互联网结合，实现能源之间数据的互联互通，以达到最优质、最智能的能源系统服务。

①、实现智慧场站管理。将所有无人值守场站的监控视频回传至总部调度中心;替换现有传统的“电话+远程解锁”的门禁系统，实现人脸自助的场站门禁;利用AI技术，实时识别非法侵入场站的行为等。

②、实现施工工地实时监控。通过视频监控系统可以实时监控市内燃气管线施工工地，从源头上降低管线遭到第三方破坏的可能性。

③、进一步完善燃气抢险调度指挥系统。现场抢险已在数年前实现无人机、单兵的现场视频回传至调度中心，逐步升级无人机、单兵等设备，进一步完善现有的抢险调度体系。

智慧燃气可以提供给用户更好的体验。首先是安全，实时监测、及时响应的运行机制为预防性维护和事故处理提供了分析基础，可以减少安全隐患；其次是便民，与传统的人工抄表、现场付费和人工巡查等方式相比，智慧燃气使得用户通过手机APP、小程序的应用，更加便捷地进行线上缴费、网上报修等问题处理，极大地方便了大众的生活。

移动管理APP（或小程序）

提供数据浏览、远程监控、统计分析。实现不同角色用户分级管理，移动办

公。

3.3方案优化详解

提供详细协议且网关可以更改上报服务器地址。设备可以直接通过网关的设参软件，将数据接收服务器地址更改为由中易云提供的、私有部署的“智慧燃气系统平台”。由中易云打通各类型网关与平台的数据通路，为现有每类型的网关设置专有型号驱动，并抽丝剥茧的解决了设备层、控制层、网关层、多系统层现有的问题：

采集数据形成标准规则，设备名称可以按企业需求统一化定义。

业务数据可通过组态场景、曲线、饼图、柱状图、图表等方式灵活展现、对比、分析，数据分析通路广、不再受限。

数据产生异常或未能及时更新，软件端清晰的产生报警，且通过微信、短信、邮件、语音播报等方式逐级通知管理人员，便于有问题及时解决或追溯。系统可以根据报警情况生成任务，将相关问题下发到具体人员，追溯发生、解决等一些列工作。

系统专业的能耗分析功能，可以对物流仓储的水电消耗情况做针对性的展示与分析，便于财务优化管理。

本系统私有部署，根据选择的功能一次性收费，对接入的设备数量、网关等等均无上限，系统使用实时数据库 redis，方便高频快速的数据操作，使用开源的 postgresql 关系型数据库（带时序数据库插件，具有广泛许可，无需费用），降低用户的使用费用。也能支持海量的数据库存储、分析。摒弃了目前几个平台数据公有化，且每年续费的情况，打消了被供应商反绑定风险增加。

本系统是中易云旗下自有核心技术,基于云计算的物联网综合管控共享服务平台，前后端架构是分离的。前端采用JavaScript，代码开放，可以让公司相关技术人员，可以进行二次功能开发；后端采用CSharp，开放API接口，提供详细的接口文档。中易云也可提供部分源码协助公司申请自己的软著等，形成公司私有化的知识产权产品。

本系统具有强大的扩容功能，即便店面数量增加，数据流日趋庞大，系统支持服务器集群等功能，一站式满足公司所有设备集中监控的智能化管理需求。                                                                                                                                                                                                                   

四、系统设计原则

【可靠性原则】

使用分布式架构，微服务框架，提供容错机制，同时提供云模式，单一服务器硬件故障、单一应用服务卡顿皆不会影响系统运行，设备保证系统可以长期、可靠运行。

【安全性原则】

使用安全的通讯机制，自定义的角色权限体系，机构用户的关联，保证操作安全，同时提供操作记录，支持安全责任的追溯。

【高效性原则】

提供硬件通讯并发机制，支持实时数据库、时序数据库，保证数据通讯、存储的高效稳定。提供后台数据运算机制，保证统计类数据查询高效、快捷。

【灵活性原则】

系统提供安全、可靠、专业的应用的同时，尽最大程度的保证灵活性。不同使用者在不同的状况下，可以对系统进行多方面的调整，如：增删改监控点、调整权限、更换硬件、修改逻辑、重组组态画面、调整菜单等。

【可扩展原则】

系统在满足当前的应用基础上，使用模块化设计、便于扩展的架构，保证良好的扩展性，用户可以选择将各类需要的新的功能模块对接进系统中，无需重新开发。

五、系统功能

5.1多项目管理

同一个系统中，支持多项目管理、配置、统计功能，以作为企业的管理系统。可以配置每个项目的允许的设备数量、允许的存储数据数量、允许的用户数量、登录网址等。

同时，可在地图上一目了然的查看项目的位置、报警、设备在线等情况。

5.2登录界面配置

系统名称、登录界面、logo可以自定义配置。

5.3角色管理

系统可以配置各种角色，完全自定义每种角色能看见的菜单、操作权限，例如安保、操作员、管理员等，并可以为每个角色设定权限，设置是否允许操作系统。角色可以操作级别角色绑定菜单。

5.4时间模板管理

由于任务、报警（比如不同时间段的值班人员不同）、巡检、控制（例如节假日、周末、工作日楼宇空调可以有不同的配置）等、数据显示方式、报表统计等功能非所有时间皆相同，系统内置了时间模板功能：

可由系统管理者增加、管理任意数量的时间模板，可以按照每天、每周、每月、制定特定日期的方式，配置特定的时间段，作为时间模板。

例如可以配置重大节日、工作日、普通节日、特定值班等任意形式的时间模板，不同的时间内可启用不同的业务逻辑、界面形式等。

5.5监控点组态

为了更好对燃气感应设备进行直观显示、个性化的统计等，系统提供监控点组态功能，用户可以使用多种组件、图库搭建自己的界面。

每个组态界面可以绑定相关设备，显示本设备数据、进行控制等，例如在管理压力场景下，系统可以自动获取压力阀所处状态，允许用户在组态界面直接对压力阀模式、压力数值、压力状态等内容进行控制；同时多个组态场景间可以实现自由跳转，可以直接用组态页面的形式来实现对整套系统的管理。

5.6菜单管理

系统菜单支持所见即所得的添加、删除、拖动、编辑、权限配置等。

5.7参数卡片

系统对数据的监测，可以通过参数卡片来显示，卡片显示支持查看详情，例如进行控制、查看实时历史曲线、查看操作记录等。

5.8远程控制 

系统支持远程控制功能，可以对空调等设备进行远程控制。支持多种控制模式切换（例如压力阀控制；设备状态监测模式，并能对每种模式下的参数进行设置，例如自动控制阈值等），也可以支持燃气浓度报警设置、压力开关等。

同时，也支持设备远程调试功能，可以编辑通讯指令进行远程设备调试

5.9批量控制

系统支持对多个设备进行批量控制及参数远程调整，可以按区域或选中对设备的进行批量控制，如一键关闭所有的压力阀。

5.10机构管理

支持无限层级的机构管理，用户可以按功能不同设置为不同机构，可以通过设置对区域进行更精细的监控和管理。

5.11设备管理

系统支持新增、删除、编辑设备信息，可以将不同的设备归于不同的机构（苗种）中，也可以在地图上标注不同设备。

5.12用户管理

支持新增、删除、编辑用户，配置所属机构、所属角色、对应手机号、邮箱、微信等（报警可使用此配置）。

5.12报警设置

可以新增、编辑、设置多种报警规则，每个属于报警规则的参数都可以按照本规则报警。

报警规则支持设置参数报警方式（大于、小于、等于数值等）。

每个报警规则支持设置独立报警接收人，支持时间模板（只有符合模板的时间才启用报警规则），支持报警执行条件（特定条件启用报警规则）。

每种规则支持微信、短信（需开通相应功能，支付短信费用）、邮箱、电话（需开通相应功能，支付语音费用）、手机app等多种报警方式。

同时，系统支持逐级报警，可以配置逐级间隔、报警级别，实现逐级报警功能。可以开始产生报警时给级别较低人员报警，如果间隔时间内未确认报警，则向高级别人员进行报警。

5.13数据查询

系统支持按参数配置存储（可选择存储时间间隔，是否启用存储），存储的数据支持按表格、曲线方式查询。

曲线支持多条曲线在同一个坐标显示（可以选择显示、隐藏对应曲线），也可以选择特定参数查看对应单一曲线。

5.14图库管理

系统提供图库管理功能，除提供基础图库外，也支持用户自己丰富、定制对应图库，在各功能中使用。图库支持用户自定义分类、自定义图形命名、上传图形等。其中项目级用户上传的图库在项目级中使用，系统级上传的图库，各项目皆可使用。

5.15巡检系统

系统提供巡检系统，通过搭配手机APP，可以实现按时、按条件下发巡检任务，执行者通过手机NFC功能或扫描二维码来进行设备巡检，可以通过手机APP上传图片和视频来完成巡检，可以搭配自定义模块，实现入户巡检，添加巡检记录等信息。

5.16地理信息系统

系统支持可配置的地理信息系统，可将在地图上标注多个对应位置。提供如下功能：

1、图标可配置：在地图上显示的图标可以有用户自由配置，同时可以配置图标联动参数，例如：图标联动燃气系统，灯光开启是显示绿色，关闭时显示红色，则可在地图上一目了然的可以查看整体情况（联动参数、对应数值、显示内容皆可由用户配置）。

2、默认显示参数可配置：地图上默认显示的参数可由用户勾选，例如默认空调状态、现场温度等。此参数无需任何操作皆可显示。

3、点击地图中图标，可以进入该场景或设备的详细信息中。

5.17设备轨迹定位

通过给设备安装定位装置，结合手机APP，可以实时查看设备的运行轨迹，也可以查看设备运行的历史轨迹。

5.18事故追忆记录

设置设备参数报警点，可以查看报警前后的事故数据，用于大数据分析，结合曲线和数值，快速定位事故发生的时间，及时的予以解决方案，以防造成更严重的损失。

5.19工单系统

平台提供一套完整的工单系统，包括工单汇总、当前工单、历史工单、工单配置、工单类型、工单管理，结合手机APP和微信小程序，可以实现下发工单、上报问题、工单汇总等功能。

5.20台账管理系统

平台支持一系列的台账管理功能，可以通过自定义的方式，来实现想要的台账类型、台账内容、分类管理等功能，支持统计，打印，导出。

六、系统架构

6.1开发框架

系统使用微服务架构进行开发，采用redis实时数据库，PostgreSQL加时序数据库插件作为数据存储。将数据采集服务、数据处理无误、数据存储服务、定时服务、消息通知服务、数据接口API、数据库等模块化独立，可以支持系统内每种服务多副本运行（分布式部署，保证系统强大的安全性及扩展性）。开发框架如下图所示：

开发框架

分层架构

6.2功能架构

为了保证系统的安全、可靠、高效、灵活及可扩展性，系统采用了模块及组件化的功能架构，每个使用者，可以使用其中的部分功能，也可以使用现有功能搭建出相对个性化的功能，还能很好的支持将来二次开发扩展。具有如下特点：

1、使用功能模块库的模式组织各项功能，各模块库直接相对独立，互不影响；系统提供几十种功能模块，见相关说明；

2、系统提供的功能模块，支持基础配置满足不同应用场景，配置后可添加到系统中使用；

3、系统提供基础组件库，可使用组件库的组件，搭建出新的功能模块，加入功能模块库中使用；（例如不同的换热站动画、显示列表、个性化的水电热报表等）；

4、特殊功能也可以调用系统提供的WebApi接口，定制开发扩展功能（可支持第三方定制）；

功能架构

6.3权限逻辑

由于灵活的功能架构特点、系统提供灵活的角色权限架构，满足于不同的人操作不同的功能。

权限架构

系统包含大量功能满足智慧燃气系统管理的需求。包括但不限于：数据监测、设备控制、参数列表、组态场景、报警预警、事故追忆、参数报表、数据曲线等，能够在监测、控制、分析、管理等方面充分满足智慧商超的管理需求。

本系统采用B/S架构，PC端用户只需打开浏览器通过IP地址进入管理系统，凭管理员分配的用户名密码进行登陆管理。

手机端用户可在任何有手机网络信号的地方，通过微信小程序或Android版本APP,登陆系统，登陆账号与PC端账号相同。

七、企业介绍

中易云（唐山）物联网科技有限公司，简称中易云。公司专注于物联网底层网络研究、物联网产品及物联网综合管控云平台的研发，已初步形成了于研发、生产与营销相结合的一体化产业格局。

中易云作为以科研为依托的企业，公司拥有自主研发团队20余人，全部拥有本科以上学历，同时还与清华大学、北京大学、中科院、未来网络研究中心等科研合作，注重于物联网基础网络研究、自主知识产权的物联网芯片设计、与神经网络等大数据挖掘算法研究，基于BLE的mesh网络研究，具有世界领先水平，可以安全可靠、低成本的应用与广泛的物联网应用领域。公司具有核心技术的基于云计算的物联网综合管控共享服务平台（物联网云平台），可以由非专业人士，自由、快速的搭建适合各种物联网应用场景的系统，并能实现对功能、算法、协议、大数据挖掘等的共享、交互。

除了基础科研研究，公司正在积极推进技术的产业化应用，目前已投入市场80余款物联网产品，配合云平台使用可有效 解决智慧城市、智慧工业、智慧农业、智慧医疗、油田调剖调驱等众多应用场景问题。同时，公司拥有专业团队积极推进物联网产品及云平台在其他应用的应用，积极帮助传统企业解决“互联网+”的问题，促进产业升级。

公司秉承“让复杂的物联网应用变简单”的核心理念，积极促进科技成果转化，为客户创造价值，用服务感动上帝。不断在技术创新、商业模式创新、服务创新等方面取得突破。